KR20180113979A - 전기 모듈 및 전기 모듈의 제조 방법 - Google Patents

전기 모듈 및 전기 모듈의 제조 방법 Download PDF

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세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 관한 전기 모듈은, 제1 기재 상의 반도체 전극과 제2 기재 상의 대향 전극에 접하며, 또한 상기 반도체 전극과 상기 대향 전극 사이에 설치된 도통재를 구비하고 있다. 상기 도통재는, 상기 반도체 전극과 상기 대향 전극 사이를 도통 가능하게 하는 도전 입자를 포함하고, 상기 도전 입자의 일부 또는 전부는, 상기 반도체 전극과 상기 대향 전극 양쪽에 접하며, 또한 상기 반도체 전극과 상기 대향 전극의 적어도 한쪽에 파고 들고 있다.

Description

전기 모듈 및 전기 모듈의 제조 방법
본 발명은, 전기 모듈 및 전기 모듈의 제조 방법에 관한 것이다. 본원은, 2016년 2월 18일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2016-028968호 및 2016년 8월 22일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2016-161884호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그의 내용을 여기에 원용한다.
최근 몇년간, 클린 에너지의 발전 장치로서 태양 전지가 주목받고 있으며, 실리콘계 태양 전지 및 색소 증감 태양 전지의 개발이 진행되고 있다. 색소 증감 태양 전지는, 높은 광전 변환 효율을 가짐과 함께 저렴하며 양산하기 쉽기 때문에, 그의 구조 및 제조 방법이 폭넓게 연구되고 있다.
상술한 색소 증감 태양 전지를 비롯하여 밀봉을 필요로 하는 전기 모듈에 있어서는, 복수의 셀을 동일 평면 내에 배열하여 제작할 때에, 예를 들어 인접하는 셀간에 있어서, 제1 셀의 상측 전극과, 제2 셀의 하측 전극을 전기적으로 접속하며, 또한 전극간에 전해질 등의 요소를 밀봉하기 위해, 「밀봉재/도통재(예를 들어 도선, 도전성 페이스트 등)/밀봉재」의 구조를 형성하고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 투명 전극과, 대향 전극과, 이들 전극을 밀봉하여 절연하는 밀봉 절연부를 구비한 광전 변환 소자가 동일 평면 내에 나란히 설치된 광전 변환 모듈이 개시되어 있다. 이 광전 변환 모듈에 있어서는, 인접하는 광전 변환 소자끼리를 전기적으로 접속하기 위해, 제1 광전 변환 소자의 투명 전극 부재의 일부와, 제2 광전 변환 소자의 대향 전극 부재의 일부가 서로 마주 향하도록 배치되며, 제1 및 제2 광전 변환 소자 사이에 도통재가 배치되어 있다. 이에 의해, 복수의 셀간에서의 직렬 구조가 형성되어 있다.
특허문헌 1에 개시된 광전 변환 소자를 비롯한 종래의 전기 모듈에는, 도통재로서 금속제의 와이어 등이 사용되고 있었기 때문에, 레이저나 초음파 융착 등으로 셀을 절단할 때에 도통재를 절단하기 어렵고, 셀을 절단하는 데 손이 많이 간다는 문제가 있었다.
상술한 문제를 해결하는 하나의 방법으로서, 접착제에 도전성 접착재를 구비한 도전성 페이스트를 사용하여 전기적인 접속을 도모하는 방법이 알려져 있다.
일본 특허 공개 제2001-357897호 공보
그러나, 종래의 도전성 페이스트는, 전기 모듈에 있어서의 광전 변환 소자끼리의 전기적인 접속을 확보하기에 충분한 도전 성능을 갖고 있지 않다. 구체적으로는, 종래의 도전 페이스트는, 필름 등의 기재로의 추종성이 낮고, 도전 페이스트가 기재로부터 박리되면 도전 페이스트와 기재의 접점을 취할 수 없게 된다는 문제가 있었다. 따라서, 도전성 페이스트를 사용한 전기 모듈은, 품질의 안정성이 낮다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 절단의 용이성 및 품질의 고안정성을 확보 가능한 전기 모듈 및 전기 모듈의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 관한 전기 모듈은, 제1 기재 상의 제1 전극과 제2 기재 상의 제2 전극에 접하며, 또한 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 설치된 도통재를 구비하고, 상기 도통재는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이를 도통 가능하게 하는 도전 입자를 포함하고, 일부 또는 전부의 상기 도전 입자는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 양쪽에 접하며, 또한 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 적어도 한쪽에 파고 들고 있는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성에 의하면, 예를 들어 전기 모듈을 구성하는 전극간에 도통재(또는, 도통재로서 경화되기 전의 도전성 페이스트)를 배치했을 때에, 전극의 연장 방향으로 도전 입자가 분산된다. 이에 의해, 전극의 연장 방향에서의 도전 입자끼리의 사이는 비교적 부드러워, 절단하기 쉬워진다.
또한, 전극간의 두께 방향에서, 도전 입자 중 제1 전극과 제2 전극의 적어도 한쪽에 파고 들고 있는 부분에 의해 전극간의 접점이 용이하면서도 확실하게 얻어지고, 전극끼리가 도통된다. 또한, 도전 입자가 제1 전극과 제2 전극의 적어도 한쪽에 「파고 들고 있음」으로써, 도전 입자와 전극의 접합 강도가 높아져서, 전극이 도전 입자를 포함하는 도통재로부터 박리되기 어려워지고, 전극과 도통재의 상대 위치 관계가 어긋나기 어려워짐과 함께, 전극간의 두께 치수가 장기간에 걸쳐서 일정하게 유지된다. 이에 의해, 전기 모듈의 도전 성능이 확실하게 유지되어, 품질이 양호하게 안정된다.
본 발명에 관한 전기 모듈에 있어서는, 상기 일부 또는 전부의 도전 입자는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 양쪽 혹은 어느 한쪽을 관통하고 있는 것이 바람직하다.
상술한 구성에 의하면, 도전 입자가 제1 전극 및 상기 제2 전극의 양쪽 혹은 어느 한쪽을 관통함으로써, 두께 방향 전체에 걸쳐서 전극에 대하여 도전 입자가 접하기 때문에, 도전 입자와 전극의 도통이 보다 양호해진다. 이에 의해, 전기 모듈의 도전 성능이 보다 확실하게 유지되어, 품질이 보다 양호하게 안정된다.
본 발명에 관한 전기 모듈에 있어서는, 상기 일부 또는 전부의 도전 입자는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 양쪽에 접하며, 또한 상기 제1 기재 및 상기 제2 기재의 양쪽 혹은 어느 한쪽에 파고 들고 있는 것이 바람직하다.
상술한 구성에 의하면, 도전 입자가 제1 전극과 제2 전극의 양쪽에 접함으로써, 제1 전극과 도전 입자의 접점 및 제2 전극과 도전 입자의 접점의 양쪽이 형성되며, 전극간의 접점이 보다 용이하면서도 확실하게 얻어지고, 전극끼리가 도통된다. 또한, 적어도 일부의 도전 입자가 제1 기재 및 제2 기재의 양쪽 혹은 어느 한쪽에 「파고 들고 있음」으로써, 도전 입자와 전극이 접하는 면적 및 두께 치수가 보다 커져서, 도전 입자와 전극의 접합 강도가 더욱 높아진다. 이에 의해, 전기 모듈의 도전 성능이 보다 확실하게 유지되어, 품질이 보다 양호하게 안정된다.
본 발명에 관한 전기 모듈에 있어서는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 거리는, 상기 도전 입자의 군의 평균 입자 직경의 30％ 이상 250％ 이하인 것이 바람직하다.
상술한 구성에 의하면, 도전 입자의 일부 또는 전부가 제1 전극과 상기 제2 전극의 양쪽에 접하며, 또한 제1 전극과 제2 전극의 적어도 한쪽에 파고 들도록, 제1 전극과 제2 전극의 거리가 적합해진다. 따라서, 전극의 연장 방향의 도전 입자 사이의 결합제뿐인 부분은 비교적 부드러워, 절단하기 쉬워진다. 또한, 전기 모듈의 도전 성능이 확실하게 유지되어, 품질이 양호하게 안정된다.
본 발명에 관한 전기 모듈에 있어서는, 상기 도통재는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 두께 방향의 간격보다도 작은 직경 치수의 보조 도전 물질을 더 포함해도 된다.
상술한 구성에 의하면, 전극간의 도전 입자끼리의 간극에 보조 도전 물질이 배치되기 때문에, 전극간의 접점이 더 용이하게 얻어지고, 전극끼리가 보다 양호하게 도통한다. 이에 의해, 전기 모듈의 도전 성능이 보다 확실하게 유지되어, 품질이 보다 양호하게 안정된다.
본 발명에 관한 전기 모듈에 있어서는, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 광 증감 색소를 포함해도 된다.
상술한 구성에 의하면, 광이 조사되는 등의 자극을 받은 광 증감 색소로부터 제1 전극 또는 제2 전극에 전자가 전달되고, 도전 입자를 통해, 이어서 서로 다른쪽의 전극에 전자가 전달된다.
이러한 원리에 기초한 색소 증감형의 전기 모듈이 얻어지며, 그의 도전 성능이 보다 확실하게 유지되어, 품질이 보다 양호하게 안정된다.
본 발명에 관한 전기 모듈의 제조 방법은, 전기 모듈의 제조 방법이며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 임의의 거리를 두고 대향시키고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 적어도 상기 도전 입자를 배치하는 제1 공정과, 상기 제1 기재와 상기 제2 기재를 서로 접근하도록 압박하고, 상기 제1 기재와 상기 제2 기재를 접합하는 제2 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상술한 구성에 의하면, 제1 공정에 있어서 제1 전극과 제2 전극이 임의의 거리를 두고 대향 배치되며, 제2 공정에 있어서 제1 기재와 제2 기재가 도전재를 통해 접합된다.
상술한 공정에 의하면, 예를 들어 전기 모듈을 구성하는 전극간에 본 발명의 도전성 페이스트(도전재)를 배치했을 때에, 전극의 연장 방향으로 도전 입자가 분산된다. 이에 의해, 전극의 연장 방향의 도전 입자끼리의 사이는 비교적 부드러워지기 때문에, 절단하기 쉬운 전기 모듈이 얻어진다.
또한, 제2 공정에 있어서, 제1 기재와 제2 기재가 접합될 때에, 제1 기재와 제2 기재가 서로 접근하도록 압박됨으로써, 전극간의 두께 방향에서, 도전 입자가 제1 전극과 제2 전극의 적어도 한쪽에 파고 든다. 전극간의 접점이 용이하면서도 확실하게 얻어지고, 전극끼리가 도통되어, 도전 입자가 제1 전극과 제2 전극의 적어도 한쪽에 「파고 들고 있음」으로써, 도전 입자와 전극의 접합 강도가 높아진다. 따라서, 전기 모듈의 도전 성능이 확실하게 유지되어, 품질이 양호하게 안정된다.
본 발명에 관한 전기 모듈의 제조 방법에 있어서는, 상기 제2 공정은, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 거리를 상기 도전 입자의 군의 평균 입자 직경의 30％ 이상 250％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
상술한 구성에 의하면, 제1 전극과 제2 전극의 거리를 도전 입자의 군의 평균 입자 직경의 30％ 이상 250％ 이하로 함으로써, 일부 또는 전부의 도전 입자가 제1 전극과 제2 전극의 양쪽에 접하며, 또한 제1 전극과 제2 전극의 적어도 한쪽에 파고 들도록, 제1 전극과 제2 전극의 거리가 적합해진다. 따라서, 전극의 연장 방향의 도전 입자 사이의 결합제뿐인 부분이 비교적 부드러워져서, 절단하기 쉬운 전기 모듈이 얻어진다. 또한, 도전 성능이 확실하게 유지되어, 품질이 양호하게 안정된 전기 모듈이 얻어진다.
본 발명에 관한 전기 모듈의 제조 방법에 있어서는, 상기 제2 공정에 있어서, 상기 제1 기재와 상기 제2 기재를 서로 접근하도록, 도전 입자 1개당 0.4N 이상의 힘으로 압박하는 것이 바람직하다.
상술한 구성에 의하면, 반도체 전극 및 대향 전극, 제1 기재 및 제2 기재가 도전 입자의 두께 방향의 양단부에 의해 도전 입자의 두께 방향 외측을 향해 적절하게 압출되기 때문에, 도전 입자와 제1 전극 또는 제2 전극의 접합 강도가 높아져서, 전극간의 도통이 안정된다.
본 발명에 따르면, 전기적으로 절단하기 쉽고, 제1 전극과 제2 전극 사이의 도통재를 용이하게 절단할 수 있음과 함께, 전극간을 고안정적으로 도통 가능한 전기 모듈이 얻어진다.
도 1은 본 발명의 일 실시 형태인 색소 증감 태양 전지를 도시하는 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 형태인 색소 증감 태양 전지를 도시하는 도면이며, 도 1에 도시한 B-B선에서 화살표 방향으로 본 단면의 일부를 도시하는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 형태인 색소 증감 태양 전지를 도시하는 도면이며, 도 1에 도시한 A-A선에서 화살표 방향으로 본 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 형태인 색소 증감 태양 전지의 제1 변형예를 도시하는 도면이며, 색소 증감 태양 전지의 변형예에 있어서 도 1에 도시한 B-B선에 대응하는 위치에서 화살표 방향으로 본 단면의 일부를 도시하는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 형태인 색소 증감 태양 전지의 제2 변형예를 도시하는 도면이며, 색소 증감 태양 전지의 변형예에 있어서 도 1에 도시한 B-B선에 대응하는 위치에서 화살표 방향으로 본 단면의 일부를 도시하는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 형태인 색소 증감 태양 전지의 제3 변형예를 도시하는 도면이며, 색소 증감 태양 전지의 변형예에 있어서 도 1에 도시한 B-B선에 대응하는 위치에서 화살표 방향으로 본 단면의 일부를 도시하는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태인 색소 증감 태양 전지의 제4 변형예를 도시하는 도면이며, 색소 증감 태양 전지의 변형예에 있어서 도 1에 도시한 B-B선에 대응하는 위치에서 화살표 방향으로 본 단면의 일부를 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태인 색소 증감 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이며, 한쪽의 접합 기재의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시 형태인 색소 증감 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이며, 다른쪽의 접합 기재의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 형태인 색소 증감 태양 전지의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이며, 접합 기재끼리를 접합하는 모습을 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명에 관한 전기 모듈(1) 및 전기 모듈의 제조 방법에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 설명에서 사용하는 도면은 모식적인 것이며, 길이, 폭 및 두께의 비율 등은 실제의 것과 동일한 것은 아니고, 적절히 변경할 수 있다. 또한, 전기 모듈(1)의 구성 및 구조도 도시한 길이, 폭 및 두께의 비율 등으로 한정되는 것은 아니다.
<전기 모듈>
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 색소 증감 태양 전지(전기 모듈)(1A)는, 반도체 전극(제1 전극)(7)과 대향 전극(제2 전극)(8)이 도통재(6)를 통해 대향 배치되어 이루어지는 전기 모듈이다.
또한, 이하에서는, 본 발명에 관한 전기 모듈(1)의 일 실시 형태로서 색소 증감 태양 전지(1A)를 예로 들어 설명하지만, 본 실시 형태는 제1 기재(2) 및 제2 기재(4) 사이에 형성된 복수의 셀(C)의 밀봉과, 각 셀(C, C.…, C)끼리의 전기적인 직렬 접속 또는 병렬 접속을 요하는 다양한 전기 모듈에 적용 가능하다.
구체적으로는, 색소 증감 태양 전지(1A)는 제1 기재(2)와, 제2 기재(4)와, 반도체 전극(7)과, 대향 전극(8)과, 전해질(9)과, 도통재(6)를 구비하고 있다.
반도체 전극(7)은, 제1 기재(2) 상에 적층된 투명 도전막(3)과, 투명 도전막(3) 상에 적층된 다공질의 반도체층(10)을 구비하고 있다.
대향 전극(8)은, 제2 기재(4) 상에 적층된 대향 도전막(5)과, 대향 도전막(5) 상에 적층된 촉매층(11)을 구비하고 있다.
색소 증감 태양 전지(1A)의 도통재(6)의 양측에는, 밀봉재(12, 12)가 배치되어 있다. 도통재(6)와 밀봉재(12)에 의해, 전극간(즉, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8) 사이)을 접착하고 있다. 한편, 도통재(6)의 연장 방향에 교차하는 방향으로는, 초음파 융착 등의 수단에 의해 절연 및 접착되어 있다(이하, 절연된 부분을 「절연부(13)」라 함). 이와 같이 하여, 각각에 반도체층(10)을 갖는 셀(C)이 액밀하게 밀봉되어 있다. 그리고, 도통재(6)에 포함된 도전 입자(20)에 의해, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8) 사이에는 두께 방향으로 간극이 형성되고, 그의 간극 내에 전해질(9)이 밀봉되어 있다.
색소 증감 태양 전지(1A, 1B)에 있어서, 도통재(6)는 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)을 구성하는 투명 도전막(3) 및 대향 도전막(5)에 직접 접촉하고 있다. 투명 도전막(3) 및 대향 도전막(5)의 소정의 개소에는, 레이저 조사 등에 의해 절연된 복수의 패터닝부(25)가 설치되어 있다.
인접하는 셀(C, C)끼리의 투명 도전막(3) 및 대향 도전막(5)은 패터닝부(25)에 의해 복수로 구획되고, 복수의 투명 도전막(3) 및 대향 도전막(5)의 패턴이 형성된다. 구획된 각 셀(C)에 있어서, 제1 셀(C1)의 대향 전극(8)을 구성하는 대향 도전막(5)과, 제1 셀(C1)에 인접하는 제2 셀(C2)의 반도체 전극(7)을 구성하는 투명 도전막(3)이 도통재(6)에 의해 전기적으로 접속되어 있다. 그 결과, 제1 셀(C1)과 제2 셀(C2)이 직렬로 접속되어 있다.
제1 기재(2) 및 제2 기재(4)의 재질은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 수지 등의 절연체, 반도체, 금속, 유리 등을 들 수 있다. 상기 수지로서는, 예를 들어 폴리(메트)아크릴산에스테르, 폴리카르보네이트, 폴리에스테르, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리아미드 등을 들 수 있다. 얇고 가벼운 유연한 색소 증감 태양 전지(1A)를 제조하는 관점에서는, 기재는 투명 수지제인 것이 바람직하고, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 또는 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN) 필름인 것이 보다 바람직하다. 또한, 제1 기재(2)의 재질과 제2 기재(4)의 재질은 상이해도 상관없다.
투명 도전막(3), 대향 도전막(5)의 종류나 재질은 특별히 한정되지 않으며, 공지된 색소 증감 태양 전지에 사용되는 도전막이 적용 가능하고, 예를 들어 금속 산화물로 구성되는 박막을 들 수 있다. 상술한 금속 산화물로서는, 주석 도프 산화인듐(ITO), 불소 도프 산화주석(FTO), 알루미늄 도프 산화아연(ATO), 산화인듐/산화아연(IZO), 갈륨 도프 산화아연(GZO) 등을 예시할 수 있다.
반도체층(10)은, 흡착한 광 증감 색소로부터 전자를 수취하는 것이 가능한 재료로 구성되며, 통상은 다공질인 것이 바람직하다. 반도체층(10)을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않으며, 공지된 반도체층(10)의 재료가 적용 가능하고, 예를 들어 산화티타늄, 산화아연, 산화주석 등의 금속 산화물 반도체를 들 수 있다.
반도체층(10)에 담지되는 광 증감 색소는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 유기 색소, 금속 착체 색소 등의 공지된 색소를 들 수 있다. 상술한 유기 색소로서는, 예를 들어 쿠마린계, 폴리엔계, 시아닌계, 헤미시아닌계, 티오펜계 등을 들 수 있다. 상기 금속 착체 색소로서는, 예를 들어 루테늄 착체 등이 적합하게 사용된다.
촉매층(11)을 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않으며, 공지된 재료를 적용 가능하고, 예를 들어 백금, 카본 나노 튜브 등의 카본류, 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)-폴리(스티렌술폰산)(PEDOT/PSS) 등의 도전성 중합체 등을 들 수 있다.
전해질(9)은 특별히 한정되지 않으며, 공지된 색소 증감 태양 전지에서 사용되고 있는 전해질을 적용할 수 있다. 전해질(9)로서는, 예를 들어 요오드와 요오드화나트륨이 유기 용매에 용해된 전해액 등을 들 수 있다.
전해질(9)이 접촉하는 반도체층(10)에 있어서 다공질 내부를 포함하는 표면에는, 도시하지 않은 공지된 광 증감 색소가 흡착되어 있다.
도통재(6)는, 서로 평행하면서도 한 방향으로 연장되는 복수의 반도체층(10)의 사이에 배치되고, 제1 기재(2) 상의 반도체 전극(7)과 제2 기재(4) 상의 대향 전극(8)에 접하며, 또한 반도체 전극(7)과 대향 전극(8) 사이에 설치되어 있다.
도통재(6)는, 도통재(6)의 도공 또는 배치에 있어서 고르게 하거나 가압하거나 함으로써, 도전 입자(20)가 두께 방향으로 겹치지 않고 단층으로 배치되기 쉽게 구성되어 있다. 따라서, 도통재(6)의 도전 입자(20)는, 도 3에 도시한 바와 같이 투명 도전막(3)과 대향 도전막(5) 사이에 가압 등의 고르게 하는 작업에 의해 두께 방향으로 단층으로 배치되어 있다. 또한, 도전 입자(20)는, 투명 도전막(3)과 대향 도전막(5) 사이에 반드시 단층으로 배치되어 있지 않아도 된다.
구체적으로는, 도통재(6)는 적어도 도전 입자(20)를 포함하고 있다. 본 실시 형태에서는, 도통재(6)는 결합제(18)를 더 포함하고 있으며, 도전성 페이스트가 경화된 것이다. 이하, 넓은 범위로는 도전 페이스트도 도전재(6)로서 해석한다. 또한, 도통재(6)는 유동성을 억제한 것, 또는 유동성이 낮은 것이어도 된다.
결합제(18)로서는, 공지된 색소 증감 태양 전지의 반도체층을 형성하기 위해 사용되는 고분자 결합제가 적용 가능하며, 예를 들어 에틸셀룰로오스, 니트로셀룰로오스, 폴리아크릴산에스테르, 폴리에틸렌글리콜 등을 들 수 있다.
결합제(18)는 1종을 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상을 병용해도 되며, 고분자가 아니어도, 유동성이 적절하게 억제되어 있으면 된다.
도전 입자(20)는 도전성 페이스트 중에 분산되어, 색소 증감 태양 전지(1A)의 전극끼리를 도통 가능하게 하는 물질이다. 도전 입자(20)는, 금속 입자와 같이 도전 입자 자체가 도전성을 갖고 있어도 되고, 예를 들어 적어도 표면이 도전성을 갖는 금속층에 의해 형성된 입자여도 된다.
도전 입자(20)는, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8) 사이를 도통 가능하게 하는 것이다. 일부 또는 전부의 도전 입자(20)는, 적어도 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 양쪽에 접하며, 또한 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 적어도 한쪽에 파고 들고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이 일부 또는 전부의 도전 입자(20)는, 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 양쪽 혹은 어느 한쪽을 관통하고, 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)의 양쪽 혹은 어느 한쪽에 파고 들고 있는 것이 바람직하다. 덧붙여서 말하면, 도 2에서는 도전 입자(20)의 전부가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 양쪽을 관통하고, 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)의 양쪽에 파고 들고 있다.
이러한 배치에 의해, 도전 입자(20)의 표면과 도전 입자(20)가 관통한 부분의 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 내벽이 확실하게 접촉함과 함께, 도전 입자(20)의 두께 방향 양단부가 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)의 내부에 매립된 상태가 되어 있다.
도 4에 도시한 색소 증감 태양 전지(1B)는, 색소 증감 태양 전지(1A)의 제1 변형예이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 도전 입자(20)의 일부 또는 전부는 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 양쪽에 접하며, 도전 입자(20)의 두께 방향의 양단부가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 양쪽 혹은 어느 한쪽의 내부에 배치되어 있어도 된다.
이러한 배치에 의해, 도전 입자(20)의 표면과 도전 입자(20)가 매립된 부분의 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 표면이 확실하게 접촉한다.
도 2 및 도 4에 도시한 도전 입자(20)의 형상은 일례이며, 도전 입자(20)의 형상은, 도전 입자(20)가 상술한 바와 같이 전극간에 배치 가능하게 되고, 스페이서의 역할을 하면, 특별히 제한되지 않는다. 이러한 도전 입자의 형상으로서는, 예를 들어 다각체 형상, 타원 형상, 침 형상, 별 형상, 대략 구상 등을 들 수 있다.
도 5에 도시한 색소 증감 태양 전지(1C)는, 색소 증감 태양 전지(1A)의 제2 변형예이다.
색소 증감 태양 전지(1A, 1B)의 도전 입자(20)가 다각체 형상인 것에 비해, 도 5에 도시한 바와 같이 색소 증감 태양 전지(1C)의 도전 입자(20)는, 예를 들어 구상이다. 구상의 도전 입자(20)의 일부 또는 전부는, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 양쪽에 접하며, 도전 입자(20)의 두께 방향의 양단부가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 양쪽 혹은 어느 한쪽에 파고 들고 있다. 즉, 도전 입자(20)의 일부 또는 전부의 두께 방향의 양단부가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 양쪽 혹은 어느 한쪽의 내측에 위치하고 있다.
색소 증감 태양 전지(1C)의 구성에 있어서도, 도전 입자(20)의 표면과 도전 입자(20)가 매립된 부분의 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 표면이 확실하게 접촉한다. 또한, 도전 입자(20)의 두께 방향의 양단부가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 양쪽 혹은 어느 하나에 의해 소정의 위치에 고정되기 때문에, 색소 증감 태양 전지(1C) 전체의 굽힘에 대해서도 도전 입자(20)의 위치가 어긋나기 어렵고, 도전 입자(20)와 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 도전이 확실하게 유지된다.
도 6에 도시한 색소 증감 태양 전지(1D)는, 색소 증감 태양 전지(1A)의 제3 변형예이다.
색소 증감 태양 전지(1D)의 도전 입자(20)는, 색소 증감 태양 전지(1C)의 도전 입자(20)와 마찬가지로 예를 들어 구상이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 구상의 도전 입자(20)의 일부 또는 전부는, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 양쪽에 접하고 있다. 적어도 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)은, 구상의 도전 입자(20)의 두께 방향의 양단부에 의해 두께 방향 외측으로 압출되어 있다. 도 6에 예시하는 구성에서는, 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)도 도전 입자(20)의 두께 방향 외측으로 압출되어 있다.
색소 증감 태양 전지(1D)의 구성과 같이, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)이 도전 입자(20)의 두께 방향의 양단부에 의해 두께 방향 외측으로 압출되게 되는 것은, 예를 들어 색소 증감 태양 전지(1C)의 도전 입자(20)에 비해 색소 증감 태양 전지(1D)의 도전 입자(20) 쪽이 단단한 경우, 색소 증감 태양 전지(1C)의 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)에 비해 색소 증감 태양 전지(1D)의 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)이 부드럽거나 혹은 높은 탄성을 갖는 경우 등이 생각된다.
또한, 이후에 색소 증감 태양 전지(1A)의 제조 방법에서 설명하지만, 본 실시 형태의 색소 증감 태양 전지 각각을 제조할 때에는, 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)를 두께 방향에서 서로 소정의 간격을 두고 접합한다. 이때에, 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)의 간격을 좁히고, 도전 입자(20)를 압궤하도록 접합한 경우, 접합 후에 도전 입자(20)의 형상이 복귀했을 때에 밀봉재(12) 또는 도통재(6)가 미경화 상태이면, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)이 도전 입자(20)의 두께 방향의 양단부에 의해 두께 방향 외측으로 압출되는 경우가 있다. 예를 들어, 도전 입자(20)가 평균 입경의 10％ 이상 찌그러지는, 즉, 도전 입자(20)의 두께 치수가 평균 입경의 90％ 이하가 되도록 압궤된 상태에서 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)가 접합되면, 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8), 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)가 도전 입자(20)의 두께 방향의 양단부에 의해 도전 입자(20)의 두께 방향 외측을 향해 적절하게 압출된다고 생각된다. 상술한 바와 같이 도전 입자(20)의 두께 치수가 평균 입경의 90％ 이하가 되도록 도전 입자(20)를 압궤할 때에, 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)의 외측으로부터 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)에 가해지는 힘은, 도전 입자(20)의 1개당 0.4N 이상인 것이 바람직하다고 생각된다.
또한, 도 5 및 도 6에는 구상의 도전 입자(20)를 예시하고 있지만, 상술한 바와 같이 도전 입자(20)의 형상은 특별히 한정되지 않으며, 다각체 형상, 타원 형상, 침 형상이나 별 형상이나 이들 이외의 형상이어도 된다. 이러한 구상 이외의 형상을 갖는 도전 입자(20)를 사용한 경우에도, 도 5에 도시한 바와 같이 도전 입자(20)의 일부 또는 전부의 두께 방향의 양단부가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 양쪽 혹은 어느 한쪽의 내측에 위치하고 있는 상태나, 도 6에 도시한 바와 같이 적어도 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)이 도전 입자(20)의 일부 또는 전부의 두께 방향의 양단부에 의해 도전 입자(20)의 두께 방향 외측으로 압출되어 있는 상태가 될 수 있다.
색소 증감 태양 전지(1D)의 구성에 있어서도, 도전 입자(20)의 표면과 도전 입자(20)가 매립된 부분의 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 표면이 확실하게 접촉한다. 또한, 도전 입자(20)의 두께 방향의 양단부의 전체에 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)이 맞닿기 때문에, 도전 입자(20)와 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 접촉 면적이 색소 증감 태양 전지(1A, 1B, 1C)의 구성에 비해 확대되며, 도전 입자(20)와 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 도전이 보다 확실하게 유지된다. 또한, 도전 입자(20)의 두께 방향의 양단부가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 양쪽 혹은 어느 하나에 의해 소정의 위치에 고정되기 때문에, 색소 증감 태양 전지(1D) 전체의 굽힘에 대해서도 도전 입자(20)의 위치가 어긋나기 어렵고, 도전 입자(20)와 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 도전이 확실하게 유지된다.
도전 입자(20)의 평균 입자 직경은, 예를 들어 5㎛ 이상 500㎛ 이하가 되어 있다.
또한, 도전성 페이스트 중에 도전 입자(20) 이외에 도전성 물질이 포함되는 경우, 원하는 평균 입자 직경을 갖는 도전 입자(20)는 도전성 페이스트에 포함되는 복수의 도전성 물질 중 1질량％ 이상, 바람직하게는 10중량％ 이상, 보다 바람직하게는 40중량％ 이상, 더욱 바람직하게는 70중량％ 이상 포함되어 있다. 이에 의해, 전극간의 거리가 일정하게 유지되기 쉬워진다.
반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 거리는, 사용하는 도전 입자(20)의 탄성 등의 물성 및 형상이나 입자 직경의 변동 정도 등을 감안하여 적절히 설정되어 있다. 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 거리는, 예를 들어 도전 입자(20)의 군의 평균 입자 직경의 30％ 이상 250％ 이하인 것이 바람직하고, 40％ 이상 150％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 50％ 이상 120％인 것이 더욱 바람직하고, 60％ 이상 90％ 이하인 것이 특히 바람직하다. 이에 의해, 도 3에 도시한 바와 같이 도전 입자(20)의 두께 방향 양단부가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 내부에 배치되기 쉬워진다. 특히, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 거리가 도전 입자(20)의 군의 평균 입자 직경의 60％ 이상 90％ 이하이면, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 두께 간격이 도전 입자(20)의 군의 평균 입자 직경에 비해 적절하게 작아지고, 도 2에 도시한 바와 같이, 도전 입자(20)가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)을 관통하여, 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)에 파고 들기 쉬워진다.
도전 입자(20)의 재질로서는, 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)에 파고 드는 것이 가능한 정도의 경도를 갖고, 도전성을 갖거나, 혹은 도전성을 부여 가능하면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 금, 은, 구리, 크롬, 티타늄, 백금, 니켈, 주석, 아연, 납, 텅스텐, 철, 알루미늄 등의 금속 입자를 들 수 있다. 또한, 이들 금속을 포함하는 합금이나 화합물을 포함하는 입자, 도전성 수지를 포함하는 입자, 또는 카본 블랙 등의 탄소계 입자를 들 수 있다. 또한, 수지제의 입자에 무전해 니켈 등의 도전성을 갖는 금속을 피복한 것 등을 들 수 있다.
본 실시 형태에서는, 도전 입자(20)가 도전성 페이스트에서 적절하게 분산되는 관점에서, 0.1질량％ 내지 80질량％의 도전 입자(20)에 대하여 99.9질량％ 내지 30질량％의 결합제(18)가 포함되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 질량비로 도전성 페이스트에 결합제(18) 및 도전 입자(20)가 포함됨으로써, 상술한 바와 같이 도전 입자(20)가 도전성 페이스트에 적절하게 분산되어, 도전성 페이스트의 경도가 전극에 배치하는 데 편의적인 정도가 된다. 또한, 도전성 페이스트 및 도통재(6)에 있어서, 전극간의 안정적인 도통을 도모하는 데 적합한 도전 입자(20)를 유지시킬 수 있음과 함께, 도통재(6)를 초음파 등으로 절연 또는 절단하기 쉬울 정도로 도전 입자(20)가 포함된다. 또한, 도전성 페이스트 및 도통재(6)에는, 점성을 높이거나, 혹은 금속 입자를 포함하는 도전 입자(20)의 침강을 방지하기 위해 증점제가 적량 포함되어 있어도 된다.
도 7에 도시한 색소 증감 태양 전지(1A')는, 색소 증감 태양 전지(1A)의 제4 변형예이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 도통재(6)는 결합제(18)와, 도전 입자(20) 이외에, 보조 도전 물질(21)을 구비하고 있는 것이 바람직하다. 예를 들어 보조 도전 물질(21)이 입자상이면, 전극간에 도통재(6)에 포함되어 배치되었을 때에 전극간의 두께 방향의 간격보다도 작은 직경 치수를 갖는다. 또한, 도 7에서는, 도 1 내지 도 3에 도시한 색소 증감 태양 전지(1A)의 변형예로서 보조 도전 물질(21)을 구비하고 있는 구성을 예시하지만, 도 4 내지 도 6에 도시한 색소 증감 태양 전지(1B, 1C, 1D)에도 마찬가지의 구성을 적용할 수 있다.
도통재(6)에 있어서 도전 입자(20)끼리의 간극에 개재시키는 목적으로부터, 보조 도전 물질(21)의 평균 입자 직경은, 예를 들어 도전 입자(20)의 평균 입자 직경의 80％ 이하인 것이 바람직하고, 50％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 30％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 상술한 목적이 행해지며, 도통재(6)의 도전성이 보다 높아짐으로써, 전극간이 전기적으로 양호하게 안정적으로 도통한다.
보조 도전 물질(21)로서는 도전성을 갖고, 도전 입자(20)의 도통성을 저해하지 않는 것이면 되며, 도전 입자(20)보다도 더욱 작은 직경의 입자상의 물질이나 섬유 등을 들 수 있다.
보조 도전 물질(21)의 재료로서는, 금, 은, 구리, 크롬, 티타늄, 백금, 니켈, 주석, 아연, 납, 텅스텐, 철, 알루미늄 등의 금속, 이들 금속을 포함하는 화합물, 도전성 수지 또는 카본 블랙 등의 탄소 재료를 포함하는 것 등을 들 수 있다. 도전 입자(20)와 동일한 물질이어도 된다.
보조 도전 물질(21)이 섬유상인 경우에는, 도전 입자(20)의 군의 평균 입자 직경에 대하여 보조 도전 물질(21)의 섬유 직경이 45％ 이하인 것이 바람직하고, 30％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 15％ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 보조 도전 물질(21)의 섬유 길이의 애스펙트비는, 예를 들어 2 이상 500 이하 정도가 되어 있다. 또한, 섬유 직경과 애스펙트비는, 도전 입자(20)의 도통성을 저해하지 않도록 적절히 조정할 수 있다.
보조 도전 물질(21)의 형상이나 크기는 균일해도 불균일해도 되고, 특별히 한정되지 않는다.
또한, 도전성 페이스트에는 결합제(18)와, 도전 입자(20)와, 보조 도전 물질(21) 이외에, 접착재, 점착재, 유기 용매, 증점제 등이 포함되어 있어도 상관없다. 이 접착제는, 도 1 내지 도 7에 예시하는 색소 증감 태양 전지(1A, 1B, 1C, 1D, 1A')의 전극간을 소정의 간격을 두고 대향 배치시킨 상태를 유지하는 기능을 갖는 물질이다. 구체적으로, 접착제로서는 열가소성 수지, 열경화성 수지, 자외선 경화성 수지의 수지를 적어도 1종 포함한 수지 재료를 들 수 있지만, 특별히 이들로 한정되지 않는다.
접착제의 수지 재료로서는, 예를 들어 아세트산비닐 수지계 에멀션형 접착제, 에틸렌·아세트산비닐 공중합 수지, EVA(에틸렌-아세트산비닐-염화비닐의 3원 공중합체)계 에멀션형 접착제, α-올레핀(이소부텐-무수 말레산 수지)계 접착제, 아크릴 수지계 에멀션형 접착제, 스티렌·부타디엔 고무계 라텍스형 접착제, 아세트산비닐 수지계 용제형 접착제, 아크릴 수지계 용제형 접착제, 염화비닐 수지계 용제형 접착제, 클로로프렌 고무계 용제형 접착제, 클로로프렌 고무계 용제형 매스틱 타입 접착제, 니트릴 고무계 용제형 접착제, 재생 고무계 용제형 스티렌부타디엔 러버(styrene-butadiene rubber: SBR)계 용제형 접착제, 우레탄 수지계 접착제, 실리콘 수지계 접착제, 변성 실리콘 수지계 접착제, 에폭시·변성 실리콘 수지계 접착제, 아크릴 수지계(second generation of acrylic adhesives: SGA) 접착제, 전분계 접착제, 폴리머 시멘트 모르타르, 에폭시 수지 모르타르, 실릴화 우레탄 수지계 접착제, 핫 멜트형 접착제 등을 들 수 있다.
또한, 상술한 바와 같이 전극간을 소정의 간격을 두고 대향 배치시킨 상태를 유지하는 기능을 갖고 있으면, 접착제로서 높은 점성을 갖는 점착재를 사용할 수 있다. 높은 점성을 갖는 점착재로서는, 예를 들어 고무계, 아크릴계, 실리콘계, 우레탄계인 것을 들 수 있지만, 특별히 이들로 한정되지 않는다. 구체적으로는, 천연 고무, 아크릴산에스테르 공중합체, 실리콘 고무, 우레탄 수지 등을 들 수 있다.
도전성 페이스트에 포함되는 유기 용매는, 도전 입자나 결합제 수지의 분산 상태를 유지하기 위한 보조 매체이다. 이러한 유기 용매로서는, 예를 들어 물, 아세트산에틸, 에스테르계, 알코올계 및 케톤계의 용매, 테트라히드로푸란, 헥산, 방향족의 용매 등을 들 수 있지만, 특별히 이들로 한정되지 않는다.
<전기 모듈의 제조 방법>
이어서, 본 발명에 관한 전기 모듈(1)의 제조 방법 일 실시 형태에 대하여, 색소 증감 태양 전지(1A)의 제조 방법(이하, 간단히 「제조 방법」이라 함)을 예로 들어 설명한다.
본 실시 형태의 제조 방법은 색소 증감 태양 전지(1A)의 제조 방법이며, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)을 임의의 거리를 두고 대향시키고, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8) 사이에 적어도 도전 입자(20)를 배치하는 제1 공정과, 상기 제1 기재와 상기 제2 기재를 서로 접근하도록 압박하고, 접합하는 제2 공정을 구비하고 있다. 이하, 각 공정에 대하여 구체적으로 설명한다.
[제1 공정]
우선, 롤·투·롤 방식을 사용한 공지된 색소 증감 태양 전지의 제조 방법을 사용하여, 소정의 방향(P)으로 연속 반송되는 제1 기재(2) 상의 셀을 형성하기 위한 소정의 위치에 투명 도전막(3)을 형성하고, 그 후 소정의 위치에 반도체층(10)을 형성하고, 반도체층(10)의 양측(즉, 주위)에 밀봉재(12)를 형성한 후, 전해질(9)을 적층한다. 이에 의해, 도 8에 도시한 바와 같이 반도체 전극(7) 및 밀봉재(12)를 구비함과 함께, 적소에 간극(S)이 형성된 접합 기재(31)를 얻는다. 또한, 소정의 방향(P)은 제조상의 사정 등을 감안하여 자유롭게 설정되면 되고, 예를 들어 도통재(6)의 연장 방향에 평행한 방향이어도 된다.
이어서, 공지된 색소 증감 태양 전지의 제조 방법을 사용하여, 소정의 방향(P)으로 연속 반송되는 제2 기재(4) 상의 셀을 형성하기 위한 소정의 위치에 대향 도전막(5)을 형성하고, 그 후 소정의 위치에 촉매층(11)을 형성한다. 이에 의해, 도 9에 도시한 바와 같이 대향 전극(8)을 구비한 접합 기재(32)를 얻는다.
이어서, 도 10에 도시한 바와 같이, 접합 기재(31)의 간극(제1 전극과 제2 전극 사이)(S)에 도전성 페이스트 공급부(34)로부터 적어도 결합제(18)와, 도전 입자(20)를 함유하는 도전성 페이스트를 충전하고, 도통재(6)로 한다. 실제로는, 밀봉재(12)나 배선 재료 등이 후술하는 제2 공정에 있어서 압궤되어, 넓어지는 것을 감안하여, 도전성 페이스트를 소정의 두께보다도 약간 두껍게 충전해도 된다.
[제2 공정]
이어서 도 10에 도시한 바와 같이, 접합 기재(31)의 반도체층(10)과 접합 기재(32)의 촉매층(11)을 대향시키고, 접합 기재(31)와 접합 기재(32)를 서로 접근시킨다. 접합 기재(31, 32)의 두께 방향으로 소정의 간격을 둔 상태에서 해당 두께 방향을 따라 배치하고, 한 쌍의 롤러(41, 42)를 사용하여, 접합 기재(제1 기재)(31)와 접합 기재(제2 기재)(32)를 서로 보다 접근하도록 압박한다. 자외선 조사부(46)로부터 자외선 UV를 연직 하향으로 조사하고, 자외선 경화 수지를 포함하는 밀봉재(12)를 경화시킴으로써 접합 기재(31)와 접합 기재(32)를 접합한다. 이 후, 시간의 경과에 따라 도전성 페이스트의 유동성 등이 저하되고, 적절하게 경화된다. 이에 의해, 도통재(6)에 있어서의 도전 입자(20)의 분산 등이 안정된다.
제2 공정에서는, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 거리, 즉 두께 간격이 도전 입자(20)의 군의 평균 입자 직경의 30％ 이상 250％ 이하인 것이 바람직하고, 40％ 이상 150％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 50％ 이상 120％인 것이 더욱 바람직하고, 60％ 이상 90％ 이하인 것이 특히 바람직하다. 또한, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 거리가 상술한 조건이 되도록 한 쌍의 롤러(41, 42)끼리의 상하 방향 간격 및 압박력 등을 적절하게 조정하는 것이 바람직하다. 이와 같이 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 거리를 조절함으로써, 접합 기재(31, 32)끼리를 압박하여 접합했을 때에, 도전 입자(20)의 적어도 일부는 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)을 관통하고, 또한 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)의 양쪽에 파고 들기 쉬워진다.
이상의 제1 공정 및 제2 공정에 의해, 도 1 및 도 3에 도시한 색소 증감 태양 전지(1A)가 얻어진다.
또한, 도 4 내지 도 6에 도시한 색소 증감 태양 전지(1B, 1C, 1D)의 제조 방법은, 제2 공정에 있어서 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 거리를 도전 입자(20)의 적어도 일부의 두께 방향의 양단부가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8) 내에 배치되도록 적절히 조정하는 것 이외에는, 상술한 색소 증감 태양 전지(1A)의 제조 방법과 마찬가지이다. 또한, 도 7에 도시한 색소 증감 태양 전지(1A')의 제조 방법은, 도전성 페이스트에 보조 도전 물질(21)이 함유되는 것 이외에는, 상술한 색소 증감 태양 전지(1A)의 제조 방법과 마찬가지이다.
이상 설명한 색소 증감 태양 전지(1A, 1B, 1C, 1D, 1A')에 예시되는 전기 모듈(1) 및 그의 제조 방법에서는, 전기 모듈(1)을 구성하는 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8) 사이에 적어도 결합제(18)와, 도전 입자(20)를 함유하는 도전성 페이스트를 배치했을 때에, 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 연장 방향으로 도전 입자(20)가 분산된다. 그리고, 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)을 구비하는 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)를 서로 접근하도록 압박하거나 하여 고르게 하고, 접합함으로써, 도전 입자(20)가 동일면(즉, 전극의 일면) 상에 단층으로 배치되기 쉽다. 따라서, 전극끼리의 사이에 도전성 페이스트를 고화시킨 도통재(6)를 배치했을 때에, 이들 전극끼리의 두께 방향의 간극(S)에 도전 입자(20)가 단수(즉 단층으로) 개재한 상태가 된다. 이에 의해, 전기 모듈(1) 및 그의 제조 방법에 의하면, 전극의 연장 방향의 도전 입자(20) 사이의 결합제(18)나 접착제뿐인 부분은 비교적 부드러워, 절단하기 쉬운 전기 모듈(1)을 얻을 수 있다.
또한, 전기 모듈(1) 및 그의 제조 방법에서는, 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8) 사이의 두께 방향에서, 도전 입자(20) 중 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 적어도 한쪽에 파고 들고 있는 부분에 의해, 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8) 사이의 접점이 용이하면서도 확실하게 얻어지고, 전극끼리가 도통된다. 또한, 도전 입자(20)가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 적어도 한쪽에 「파고 들고 있음」으로써, 도전 입자(20)와 이들 전극의 접합 강도가 높아져서, 전극이 도전 입자(20)를 포함하는 도통재(6)로부터 박리되기 어려워지고, 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)을 포함하는 전극과 도통재(6)의 상대 위치 관계가 어긋나기 어려워짐과 함께, 전극간의 두께 치수가 장기에 걸쳐서 일정하게 유지된다. 따라서, 전기 모듈(1) 및 그의 제조 방법에 의하면, 전기 모듈(1)의 도전 성능을 확실하게 유지하고, 전기 모듈(1)의 품질을 양호하게 안정시킬 수 있다. 즉, 전기적으로 절단하기 쉽고, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8) 사이의 도통재(6)를 용이하게 절단할 수 있음과 함께, 전극간을 고안정적으로 도통 가능한 전기 모듈(1)을 얻을 수 있다.
색소 증감 태양 전지(1A, 1B, 1C, 1D, 1A')와 같이, 적어도 일부의 도전 입자(20)가 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)의 양쪽 혹은 어느 한쪽에 「파고 들고 있음」으로써, 도전 입자(20)와 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)이 접하는 두께 치수가 보다 커져서, 도전 입자(20)와 이들 전극의 접합 강도가 더욱 높아진다. 또한, 색소 증감 태양 전지(1A, 1B, 1C, 1D, 1A')와 같이, 일부 또는 전부의 도전 입자(20)가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 양쪽 혹은 어느 한쪽을 관통하고 있음으로써, 두께 방향 전체에 걸쳐서 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)에 대하여 도전 입자(20)에 접하기 때문에, 도전 입자(20)와 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)의 도통을 보다 양호하게 할 수 있다. 이와 같은 구성에 의해, 색소 증감 태양 전지(1A, 1B, 1C, 1D, 1A')의 도전 성능을 보다 확실하게 유지하고, 색소 증감 태양 전지(1A, 1B, 1C, 1D, 1A')의 품질을 보다 양호하게 안정시킬 수 있다.
또한, 전기 모듈(1) 및 그의 제조 방법에 의하면, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 거리를 도전 입자(20)의 군의 평균 입자 직경의 30％ 이상 250％ 이하로 함으로써, 일부 또는 전부의 도전 입자(20)가 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 양쪽에 접하며, 또한 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 적어도 한쪽에 파고 들도록, 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)의 거리를 적합하게 할 수 있다. 따라서, 전극의 연장 방향의 도전 입자(20) 사이의 결합제(18)뿐인 부분을 비교적 부드럽게 하여, 절단하기 쉽게 할 수 있다.
색소 증감 태양 전지(1A')와 같이, 도통재(6)가 보조 도전 물질(21)을 더 포함하고 있음으로써, 전극간의 도전 입자(20)끼리의 간극에 보조 도전 물질(21)을 배치하고, 전극간의 접점을 더욱 용이하게 형성하고, 전극끼리를 보다 양호하게 도통시킬 수 있다. 이에 의해, 색소 증감 태양 전지(1A')의 도전 성능을 보다 확실하게 유지하고, 색소 증감 태양 전지(1A')의 품질을 보다 양호하게 안정시킬 수 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 특정한 실시 형태로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구 범위 내에 기재된 본 발명의 요지 범위 내에서 다양한 변형·변경이 가능하다.
예를 들어, 도통재(6) 자체가 밀봉재(12)의 역할을 담당하고, 밀봉재(12)를 겸하고 있어도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 도전 입자(20)가 직접적으로 결합제(18) 중에 분산되어 있는 도전성 페이스트나 도통재(6)를 예시하여 설명했지만, 도전 입자(20)는 적당한 보조재(도시 생략)나 밀봉재를 통해 간접적으로 접착제에 유지되고, 이들이 일체화되어 있어도 된다. 또한, 상술한 보조재가 존재하지 않는 경우에는, 결합제(18)는 생략해도 상관없다. 이러한 보조재를 구성할 수 있는 비도전성 재료로서, 예를 들어 열가소성 수지, 열경화성 수지, 자외선 경화성 수지 등의 수지를 적어도 1종 포함한 수지 재료, 또는 공지된 섬유를 구성하는 섬유 재료, 셀룰로오스, 폴리비닐알코올 등의 재료를 들 수 있다. 또한, 상술한 보조재로서 앞서 예시한 것 이외에, 태양 전지 등의 전기 모듈에 사용되고 있는 공지된 밀봉재를 사용해도 된다.
실시예
이어서, 본 발명에 관한 전기 모듈 및 전기 모듈의 제조 방법의 효과를 뒷받침하기 위해 행한 실시예에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예로 한정되는 것은 아니다.
제1 기재(2) 및 제2 기재(4)로서 PET 필름을 사용하고, 색소 증감 태양 전지(1D)(도 6 참조)를 제조하였다.
(실시예 1)
색소 증감 태양 전지(1D)를 제조할 때에, 도전 입자(20)로서 마이크로펄: AU100(평균 직경: 100㎛, 제조원: 세키스이 가가쿠 고교 가부시키가이샤)을 사용하고, 압축 시험기(형번: DUH-W201, 제조원: 가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼)에 의해 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)의 두께 방향 외측으로부터 도전 입자(20)를 압궤하도록, 도전 입자(20)의 1개당 0.4N의 힘을 가하여 접합하였다. 얻어진 색소 증감 태양 전지(1D)에서는, 도 6에 도시한 바와 같이 반도체 전극(7)과 대향 전극(8)이 도전 입자(20)의 두께 방향의 양단부에 의해 도전 입자(20)의 두께 방향 외측으로 압출되어, 도전 입자(20)를 배치한 배선 부분의 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)에 볼록 부분이 형성되었다. 이 볼록 부분은, 도전 입자(20)인 대략 구상의 마이크로펄의 두께 방향의 양단부의 구형 결함과 대략 마찬가지의 형상을 갖고, 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)의 각각의 표면으로부터 고조되어 있는 부분이다. 또한, 본 실시예에서는, 압궤하는 방향에서 전방(즉, 도 6에 있어서의 하측이며, 제1 기재(2)의 측)에 비해 압궤하는 방향에서 후방(즉, 도 6에 있어서의 상측이며, 제2 기재(4)의 측) 쪽이 도전 입자(20)의 두께 방향 외측으로 압출되는 치수가 커졌다.
이와 같이, 0.4N의 힘을 가하여 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)를 접합한 경우, 도전 입자(20)와 반도체 전극(7) 또는 대향 전극(8)의 접합 강도를 높일 수 있다고 생각된다.
(실시예 2)
도전 입자(20)로서 침상 형상을 갖는 구리 분말(최장부의 평균 치수: 90㎛)을 사용한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여, 색소 증감 태양 전지(1D)를 제조하였다. 실시예 2의 색소 증감 태양 전지(1D)에 있어서도, 도전 입자(20)를 배치한 배선 부분의 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)에 볼록 부분이 형성되었다. 볼록 부분에서는, 도전 입자(20)의 두께 방향의 양단부가 반도체 전극(7) 및 대향 전극(8)에 파고 들고, 제1 기재(2) 및 제2 기재에도 파고 들고 있는 것을 확인하였다.
(비교예)
상술한 실시예 1 및 실시예 2에 비해, 색소 증감 태양 전지(1D)를 제조할 때에 도전 입자(20)로서 유연한 코어를 갖는 마이크로펄(평균 직경: 100㎛, 제조원: 세키스이 가가쿠 고교 가부시키가이샤), 즉 실시예 1에서 사용한 마이크로펄과는 코어만 상이한 해당 마이크로펄의 유사품(평균 직경: 100㎛, 제조원: 세키스이 가가쿠 고교(주))을 사용하여, 상술한 압축 시험기에 의해 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)의 두께 방향 외측으로부터 도전 입자(20)를 압궤하도록 0.065N의 힘을 가하여 접합하였다. 얻어진 색소 증감 태양 전지(1D)에서는, 볼록 부분은 형성되지 않았다.
이와 같이, 0.065N의 힘을 가하여 제1 기재(2) 및 제2 기재(4)를 접합한 경우, 도전 입자(20)를 배치한 배선 부분의 도전 입자(20)와 반도체 전극(7) 또는 대향 전극(8)이 접합하지 않은 부분이 존재할 우려가 있으며, 도전 입자(20)와 반도체 전극(7) 또는 대향 전극(8)의 접합 강도를 높이는 것이 어렵다고 생각된다.
1…전기 모듈
1A, 1B, 1C, 1D, 1A', 1B…색소 증감 태양 전지(전기 모듈)
2…제1 기재
4…제2 기재
6…도통재
7…반도체 전극(제1 전극)
8…대향 전극(제2 전극)
18…결합제
20…도전 입자
21…보조 도전 물질

Claims (9)

  1. 제1 기재 상의 제1 전극과 제2 기재 상의 제2 전극에 접하며, 또한 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 설치된 도통재를 구비하고,
    상기 도통재는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이를 도통 가능하게 하는 도전 입자를 포함하고,
    일부 또는 전부의 상기 도전 입자는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 양쪽에 접하며, 또한 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 적어도 한쪽에 파고 들고 있는 전기 모듈.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 일부 또는 전부의 도전 입자는, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극의 양쪽 혹은 어느 한쪽을 관통하고 있는 전기 모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기한 일부 또는 전부의 도전 입자는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 양쪽에 접하며, 또한 상기 제1 기재 및 상기 제2 기재의 양쪽 혹은 어느 한쪽에 파고 들고 있는 전기 모듈.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 거리는, 상기 도전 입자의 군의 평균 입자 직경의 30％ 이상 250％ 이하인 전기 모듈.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 도통재는 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 두께 방향의 간격보다도 작은 직경 치수의 보조 도전 물질을 더 포함하는 전기 모듈.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 광 증감 색소를 포함하는 전기 모듈.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 전기 모듈의 제조 방법이며,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 임의의 거리를 두고 대향시키고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 적어도 상기 도전 입자를 배치하는 제1 공정과,
    상기 제1 기재와 상기 제2 기재를 서로 접근하도록 압박하고, 상기 제1 기재와 상기 제2 기재를 접합하는 제2 공정을 구비하는 전기 모듈의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 공정은, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 거리를 상기 도전 입자의 군의 평균 입자 직경의 30％ 이상 250％ 이하로 하는 전기 모듈의 제조 방법.
  9. 제7항 또는 제8항에 있어서, 상기 제2 공정에 있어서, 상기 제1 기재와 상기 제2 기재를 서로 접근하도록, 상기 도전 입자 1개당 0.4N 이상의 힘으로 압박하는 전기 모듈의 제조 방법.
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