KR20200123138A - 구조체, 광전 변환 소자의 제조 방법 및 광전 변환 소자 - Google Patents

구조체, 광전 변환 소자의 제조 방법 및 광전 변환 소자 Download PDF

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KR20200123138A
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히로유키 이카와
유이치로 후쿠모토
쇼 츠지무라
다카시 스즈키
야스히로 이나가키
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세키스이가가쿠 고교가부시키가이샤
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Abstract

[과제] 기판끼리를 융착할 때 전해액이 불필요한 개소로 유출되는 것을 방지할 수 있는 구조체, 전해액의 불필요한 개소로의 유출이 방지되는 광전 변환 소자의 제조 방법 및 특성이 우수한 광전 변환 소자를 제공한다. [해결수단] 구조체(1)는 수지로 구성된 기판(21, 31)과, 기판(21, 31) 상에 마련된 전극층(22, 32)을, 각각 구비하는 한 쌍의 전극판(2, 3)과, 한 쌍의 전극판(2, 3)끼리의 사이를 밀봉하고, 수지로 구성된 밀봉재(밀봉부)(4)와, 밀봉재(4)와 한 쌍의 전극판(2, 3)으로 구획 형성되는 공간(C) 내에 수납되어, 전해액(52)을 포함하는 광전 변환부(5)를 갖는다. 또한, 구조체(1)는 기판(21, 31)끼리를 융착하는 띠상의 융착 예정 영역(7)과, 용융 상태의 수지를 받아들이는 것이 가능한 오목부(8)를 구비한다. 오목부(8)는 밀봉재(4)의 융착 예정 영역(7)과 교차하는 부분 및/또는 그의 주변부에 형성되어 있다.

Description

구조체, 광전 변환 소자의 제조 방법 및 광전 변환 소자
본 발명은, 구조체, 광전 변환 소자의 제조 방법 및 광전 변환 소자에 관한 것이다.
광전 변환 기능을 갖는 대면적의 구조체를 제작한 후, 전압 설계나 사이즈 설계를 목적으로 하여, 구조체를 복수의 광전 변환 소자로 분할하는 경우가 있다. 이 분할은, 구조체의 최외층에 상당하는 기판끼리를 초음파 융착함으로써 이루어진다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 여기서, 광전 변환 소자(구조체)는, 밀봉재로 구획되며, 전해액을 수납한 공간(셀 공간)을 구비한다.
그러나, 기판끼리를 초음파 융착할 때 기판이나 밀봉재가 용융하면, 이 용융물이 기판과 밀봉재의 경계로 들어가는 경우가 있다. 이 경우, 셀 공간이 외부와 연통하여, 전해액이 광전 변환 소자의 외부로 유출되는 경우가 있다. 또한, 인접하는 셀 공간으로 전해액이 유입되어, 인접하는 광전 변환 소자끼리의 사이에서 전기적인 단락도 발생할 수 있다.
국제공개 제2017/047645호
본 발명의 목적은, 기판끼리를 융착할 때 전해액이 불필요한 개소로 유출되는 것을 방지할 수 있는 구조체, 전해액의 불필요한 개소로의 유출이 방지되는 광전 변환 소자의 제조 방법 및 특성이 우수한 광전 변환 소자를 제공하는 데 있다.
이와 같은 목적은, 하기의 (1) 내지 (14)의 본 발명에 의해 달성된다.
(1) 수지로 구성된 기판과, 해당 기판 상에 마련된 전극층을, 각각 구비하는 한 쌍의 전극판과,
해당 한 쌍의 전극판끼리의 사이를 밀봉하고, 수지로 구성된 밀봉부와,
해당 밀봉부와 상기 한 쌍의 전극판으로 구획 형성되는 공간 내에 수납되며, 전해액을 포함하는 광전 변환부를 갖는 구조체로서,
당해 구조체는, 상기 기판끼리를 융착하는 띠상의 융착 예정 영역과, 용융 상태의 상기 수지를 받아들이는 것이 가능한 오목부를 구비하고, 해당 오목부가 상기 밀봉부의 상기 융착 예정 영역과 교차하는 부분 및/또는 그의 주변부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구조체.
(2) 각 상기 기판은, 평면으로 보아 장척상을 이루고,
상기 밀봉부는, 각 상기 기판의 2개의 긴 변 테두리부를 따라 연장되고, 상기 융착 예정 영역과 교차하는 2개의 제1 장척부를 포함하는 상기 (1)에 기재된 구조체.
(3) 상기 밀봉부는, 추가로 상기 2개의 제1 장척부끼리의 사이에 있어서, 각 상기 기판의 긴 변을 따라 연장되고, 상기 융착 예정 영역과 교차하는 적어도 하나의 제2 장척부를 포함하는 상기 (2)에 기재된 구조체.
(4) 각 상기 장척부의 폭은, 10㎜ 이하인 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 구조체.
(5) 상기 오목부는, 각 상기 기판의 긴 변을 따라 형성된 장척의 구멍 또는 홈으로 구성되어 있는 상기 (2) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 구조체.
(6) 상기 오목부의 긴 방향의 길이를 L1[㎜]이라 하고, 상기 융착 예정 영역의 폭을 W1[㎜]이라 했을 때, W1/L1은 0.4 내지 2인 상기 (5)에 기재된 구조체.
(7) 상기 오목부의 긴 방향의 길이는 0.5㎜ 이상인 상기 (5) 또는 (6)에 기재된 구조체.
(8) 상기 오목부의 짧은 방향의 길이를 L2[㎜]라 하고, 각 상기 장척부의 폭을 W2[㎜]라 했을 때, W2/L2는 1.5 내지 10인 상기 (5) 내지 (7) 중 어느 하나에 기재된 구조체.
(9) 상기 오목부의 짧은 방향의 길이는 0.4 내지 4㎜인 상기 (5) 내지 (8) 중 어느 하나에 기재된 구조체.
(10) 당해 구조체의 두께를 T[㎜]라 하고, 상기 오목부의 깊이를 D[㎜]라 했을 때, D/T가 0.3 내지 1인 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 구조체.
(11) 상기 밀봉부의 각 상기 전극판에 대한 접착력은 0.2 내지 10N/10㎜인 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 구조체.
(12) 수지로 구성된 기판과, 해당 기판 상에 마련된 전극층을, 각각 구비하는 한 쌍의 전극판과, 해당 한 쌍의 전극판끼리의 사이를 밀봉하고, 수지로 구성된 밀봉부와, 해당 밀봉부와 상기 한 쌍의 전극판으로 구획 형성되는 공간 내에 수납되며, 전해액을 포함하는 광전 변환부를 갖는 구조체로서, 상기 기판끼리를 융착하는 띠상의 융착 예정 영역과, 용융 상태의 상기 수지를 받아들이는 것이 가능한 오목부를 구비하고, 해당 오목부가 상기 밀봉부의 상기 융착 예정 영역과 교차하는 부분 및/또는 그의 주변부에 형성되어 있는 구조체를 준비하는 제1 공정과,
상기 융착 예정 영역에 있어서, 상기 기판끼리를 융착함으로써, 상기 공간을 복수의 서브 공간으로 분할함과 함께, 상기 광전 변환부를 각 상기 서브 공간에 수납되는 서브 광전 변환부로 분할하는 제2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자의 제조 방법.
(13) 상기 제1 공정에 있어서, 상기 구조체는, 상기 오목부가 형성되기 전의 프리 구조체에, 상기 오목부를 형성함으로써 준비되는 상기 (12)에 기재된 광전 변환 소자의 제조 방법.
(14) 상기 (1) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 구조체와,
상기 융착 예정 영역을 따라 형성되고, 상기 공간을 상기 복수의 서브 공간으로 구획하는 상기 기판끼리의 융착부와,
상기 오목부에 받아들여지고, 상기 수지의 고화물로 구성된 고정부를 갖는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
본 발명에 따르면, 기판끼리를 융착할 때 용융 상태의 수지가 오목부에 받아들여지기 때문에, 기판과 밀봉부와의 계면으로 들어가는 것을 저지하여, 전해액이 불필요한 개소로 유출되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명에 관한 구조체의 실시 형태를 도시하는 평면도(내부 투시도)이다.
도 2의 (a)는 도 1 중의 A-A선 단면도, (b)는 도 1 중의 B-B선 단면도이다.
도 3은 오목부의 다른 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 4는 오목부의 다른 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 5는 오목부의 다른 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 6은 오목부의 다른 구성예를 도시하는 단면도이다.
도 7은 오목부를 갖지 않는 구조체를 도시하는 단면도이다.
이하, 본 발명의 구조체, 광전 변환 소자의 제조 방법 및 광전 변환 소자에 대해서, 첨부 도면에 나타내는 적합 실시 형태에 기초하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 관한 구조체의 실시 형태를 도시하는 평면도(내부 투시도), 도 2의 (a)는 도 1 중의 A-A선 단면도, 도 2의 (b)는 도 1 중의 B-B선 단면도, 도 3 내지 도 6은 각각 오목부의 다른 구성예를 도시하는 단면도, 도 7은 오목부를 갖지 않는 구조체를 도시하는 단면도이다.
또한, 각 도면에서는, 그의 특징을 알기 쉽게 하기 위해서, 편의상, 특징이 되는 부분을 확대해서 나타내고 있는 경우가 있고, 각 구성 요소의 치수 비율 등은, 실제와는 상이한 경우가 있다. 또한, 이하에 예시되는 재료, 치수 등은 일례이며, 본 발명은, 그들에 한정되는 것이 아니고, 그 요지를 변경하지 않는 범위에서 적절히 변경해서 실시하는 것이 가능하다.
이하에서는, 설명의 사정상, 도 1 내지 도 7 중의 상측을 「상측」 또는 「상방」이라 하고, 하측을 「하측」 또는 「하방」이라 한다.
도 1 및 도 2에 도시하는 구조체(프리 광전 변환 소자)(1)는, 제1 전극판(2)과, 제2 전극판(3)과, 제1 전극판(2)과 제2 전극판(3) 사이를 밀봉하는 밀봉재(밀봉부)(4)를 갖고 있다.
제1 전극판(2)은 수지제의 제1 기판(21)과, 제1 기판(21)의 하면에 마련된 복수의 투명 전극층(22)을 구비하고 있다. 한편, 제2 전극판(3)은, 수지제의 제2 기판(31)과, 제2 기판(31)의 상면에 마련된 복수의 대향 전극층(32)과, 복수의 대향 전극층(32)의 상면에 마련된 복수의 촉매층(33)을 구비하고 있다.
밀봉재(4)는 수지제의 프레임체로 구성되며, 제1 전극판(2)(제1 기판(21))과 제2 전극판(3)(제2 기판(31))에 의해, 4개의 공간(셀 공간)(C)을 구획 형성하고 있다.
각 공간(C)에는, 투명 전극층(22), 대향 전극층(32) 및 촉매층(33)과 함께, 광전 변환부(5)가 수납되어 있다. 본 실시 형태에서는, 광전 변환부(5)는 색소(증감 색소)를 담지한 반도체층(51)과, 전해액(52)을 구비하고 있다.
또한, 도 1에 도시한 바와 같이, 밀봉재(4)에는, 인접하는 공간(C)에 배치된 투명 전극층(22)과 대향 전극층(32)을 접속하는 Z 배선(6)이 매설되어 있다.
제1 기판(21) 및 제2 기판(31)은, 각각 투명 도전층(22) 및 대향 도전층(32)을 지지하는 기재이며, 수지 재료로 구성되어 있다. 수지 재료로서는, 예를 들어 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 등의 열가소성 수지를 들 수 있다.
제1 기판(21) 및 제2 기판(31)은, 각각 수지 재료로 구성되는 평판재나 시트재를 소정의 형상(본 실시 형태에서는, 평면으로 보아 직사각형)으로 절단해서 사용할 수 있다.
제1 기판(21)의 하면에는, 복수의 투명 전극층(22)이 마련되어 있다. 투명 전극층(22)은, 투명 도전성 금속 산화물로 구성할 수 있다. 투명 도전성 금속 산화물로서는, 예를 들어 산화인듐주석(ITO), 산화아연 등을 들 수 있다.
이러한 투명 전극층(22)은, 제1 기판(21) 상에 투명 도전성 금속 산화물을 각종 기상 성막법에 의해, 소정의 패턴으로 공급함으로써 형성할 수 있다. 기상 성막법으로서는, 예를 들어 스퍼터링법, 증착법, 용사법 등을 들 수 있다.
각 투명 도전층(22)의 하면에는, 반도체층(51)이 마련되어 있다. 반도체층(51)은, 이것이 담지하는 색소에서 발생한 전자를 수취하고 수송하는 기능을 갖는다. 반도체층(51)의 구성 재료(반도체 재료)로서는, 예를 들어 산화티타늄(TiO2), 산화아연(ZnO), 산화주석(SnO2) 등을 들 수 있다.
이러한 반도체층(51)은, 투명 도전층(22) 상에 소성을 요하지 않는 저온 성막법에 의해 다공질이 되도록 소정의 패턴으로 형성하는 것이 바람직하다. 저온 성막법으로서는, 예를 들어 에어로졸 디포지션법, 콜드 스프레이법 등을 들 수 있다.
본 실시 형태에서는, 반도체층(51)은 제1 기판(21)의 밀봉재(4)를 마련하는 영역 이외에 형성한다.
반도체층(51)에는, 색소가 담지되어 있다. 이 색소에는, 유기 색소 또는 금속 착체 색소를 사용할 수 있다. 유기 색소로서는, 예를 들어 쿠마린계 색소, 폴리엔계 색소, 시아닌계 색소, 헤미시아닌계 색소, 티오펜계 색소 등을 들 수 있다. 한편, 금속 착체 색소로서는, 예를 들어 루테늄 착체 등을 들 수 있다.
색소를 반도체층(51)에 담지시키는 방법으로서는, 예를 들어, 색소를 포함하는 액체에 반도체층(51)을 침지시키는 침지법, 색소를 포함하는 액체를 반도체층(51)에 스프레이나 인쇄하는 도포법 등을 들 수 있다.
제2 기판(31)의 상면에는, 복수의 대향 전극층(32)이 마련되어 있다. 대향 전극층(32)은, 도전성 재료로 구성할 수 있다. 도전성 재료로서는, 예를 들어 산화인듐주석(ITO), 산화아연, 백금 등을 들 수 있다.
이러한 대향 전극층(32)은, 투명 전극층(22)과 마찬가지로 하여 형성할 수 있는 것 외에도, 예를 들어 침지법, 도포법 등에 의해 형성할 수도 있다.
각 대향 전극층(32)의 상면에는, 촉매층(33)이 마련되어 있다. 촉매층(33)의 구성 재료(촉매 재료)로서는, 예를 들어 카본과 같은 탄소 재료, 백금과 같은 귀금속 재료 등을 들 수 있다.
이러한 촉매층(33)은, 대향 전극층(32) 상에, 예를 들어 촉매 재료로 구성되는 입자(촉매 입자)를 포함하는 페이스트를 도포함으로써 소정의 패턴으로 형성할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 촉매층(33)은, 제2 기판(31)의 밀봉재(4)를 마련하는 영역 이외에 형성한다.
제1 전극판(2)과 제2 전극판(3) 사이에는, 프레임상의 밀봉재(4)가 개재 삽입되어, 제1 기판(21) 및 제2 기판(31)과 함께 4개의 공간(C)을 구획 형성하고 있다. 밀봉재(4)의 구성 재료(수지 재료)로서는, 예를 들어 경화성 수지, 핫 멜트 수지 등을 들 수 있다.
이러한 밀봉재(4)의 구성 재료를 개재하여, 반도체층(51)과 촉매층(33)이 대향하도록, 제1 전극판(2)과 제2 전극판(3)을 배치하고, 가압하면서 경화 또는 접착한다. 이에 의해, 제1 기판(21)과 제2 기판(31)이 밀봉재(4)를 개재해서 접합됨과 함께, 4개의 공간(C)이 형성된다.
또한, 이것에 앞서, 인접하는 투명 전극층(22)과 대향 전극층(32)이, 소정의 위치에 있어서, Z 배선(6)에 의해 접속된다.
또한, 제1 전극판(2)과 제2 전극판(3)을 밀봉재(4)를 개재해서 접합할 때, 밀봉재(4)의 일부에 각 공간(C)에 연통하는 주입 구멍을 형성해 둔다. 주입 구멍을 형성하기 위해서는, 밀봉재(4)의 구성 재료를 관통하도록, 주입 구멍 형성용 부재를 배치해 두면 된다.
주입 구멍 형성용 부재에는, 직사각형의 이형성 수지 시트를 사용할 수 있다. 이형성 수지 시트의 구성 재료로서는, 내열 온도가 밀봉재(4)의 용융 경화 온도보다 높고, 또한 비접착성이 우수한 수지 재료가 적합하게 사용된다. 이러한 수지 재료로서는, 예를 들어 폴리에스테르, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등을 들 수 있다.
주입 구멍 형성용 부재를 제거함으로써, 밀봉재(4)의 소정의 개소에 주입 구멍이 형성된다. 각 주입 구멍을 통해서, 전해액(52)을 각 공간(C)에 주입한다. 또한, 각 공간(C)에 전해액(52)을 주입한 후, 각 주입구는, 예를 들어 접착제 등에 의해 폐색된다.
전해액(52)에는, 요오드화 리튬 및 요오드를 용제에 용해한 용액이 적합하게 사용된다. 부언하면, 용제로서는, 예를 들어 아세토니트릴, 프로피오니트릴과 같은 비수계 용제, 요오드화디메틸프로필이미다졸륨 또는 요오드화부틸메틸이미다졸륨과 같은 이온성 액체 등을 들 수 있다. 또한, 전해액(52)에는, 역전자 이동 반응을 방지하기 위해서, t-부틸피리딘을 혼합해도 된다.
이상과 같이 해서, 제1 전극판(2)과 제2 전극판(3)이 밀봉재(4)를 개재해서 접합되며, 각 공간(C)에 전해액(52)이 충전된다.
부언하면, 전해액(52)을 미리 반도체층(51)에 부여하고, 그 후, 제1 전극판(2)과 제2 전극판(3)이 밀봉재(4)를 개재해서 접합되도록, 프레스 맞댐이나 진공 맞댐을 행하게 해도 된다.
또한, 제1 전극판(2)과 제2 전극판(3) 사이에는, 세퍼레이터를 마련하도록 해도 된다. 이러한 세퍼레이터는, 예를 들어 전해액(52)이 통과 가능한 부직포 등의 시트재로 구성할 수 있다.
이러한 구조체(1)는, 각 공간(C)을 복수(본 실시 형태에서는, 2개)의 서브 공간으로 분할하기 위해, 기판(21, 31)끼리를 융착하는 띠상의 융착 예정 영역(7)과, 기판(21, 31) 및/또는 밀봉재(4)를 구성하는 수지의 용융물(용융 상태의 수지)을 받아들이는 것이 가능한 오목부(8)를 구비하고 있다. 이 오목부(8)는, 밀봉재(4)의 융착 예정 영역(7)과 교차하는 부분 및/또는 그의 주변부에 형성되어 있다.
융착 예정 영역(7)에 있어서, 제1 기판(21)과 제2 기판(31)을 융착하고, 각 공간(C)을 복수의 서브 공간으로 분할함으로써, 얻어지는 광전 변환 소자의 전압 설계가 가능하다. 또한, 공간(C)보다 용적이 작은 서브 공간이면, 전해액(52)의 치우침도 발생하기 어려워, 광전 변환 소자의 발전 효율(광전 변환 효율)의 균일화를 도모할 수도 있다. 또한, 기판(21, 31)끼리의 융착부에 있어서 구조체(1)를 절단함으로써, 원하는 발전량을 갖는 복수의 광전 변환 소자로 분할해서 사용할 수도 있다.
여기서, 도 7에 도시한 바와 같은 오목부(8)가 마련되어 있지 않은 구조체(1)에서는, 융착 예정 영역(7)에 있어서, 제1 기판(21)과 제2 기판(31)을 융착하면, 수지의 용융물이 제1 기판(21)과 밀봉재(4)의 경계로 들어가는 경우가 있다. 이 경우, 서브 공간이 외부와 연통하여, 전해액(51)이 광전 변환 소자의 외부로 유출되는 경우가 있다. 또한, 인접하는 서브 공간으로 전해액(52)이 유입되어, 인접하는 광전 변환 소자끼리의 사이에서 전기적인 단락도 발생할 수 있다.
부언하면, 도시한 구성에서는, 수지의 용융물은, 제1 기판(21)과 밀봉재(4)의 계면으로만 들어가도록 나타나 있지만, 제2 기판(31)과 밀봉재(4)의 경계로도 들어가는 경우도 있다.
이에 대해, 오목부(8)를 마련함으로써, 수지의 용융물은, 기판(21, 31)과 밀봉재(4)의 경계로부터 오목부(릴리프부)(8)로 유입되게 된다. 이 때문에, 수지의 용융물이, 기판(21, 31)과 밀봉재(4)의 경계로 들어가는 것을 저지하여, 전술한 바와 같은 문제를 방지할 수도 있다.
본 실시 형태의 밀봉재(4)는, 기판(21, 31)의 긴 변을 따라 연장되고, 이들 테두리부에 위치하는 2개의 제1 장척부(41) 및 2개의 제1 장척부(41) 사이에 위치하는 6개의 제2 장척부(42)와, 기판(21, 31)의 짧은 변 테두리부를 따라 연장되고, 제1 장척부(41) 및 제2 장척부(42)와 연결된(일체적으로 형성된) 2개의 단척부(43)로 구성되어 있다. 6개의 제2 장척부(42)는, 한 쌍으로 3조 마련되어 있고, 한 쌍의 제2 장척부(42)끼리의 사이에는, Z 배선(6)이 배치되어 있다.
융착 예정 영역(7)은, 구조체(1)의 긴 변의 중앙부에, 짧은 변을 따라 설정되어 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 장척부(41, 42)의 융착 예정 영역(7)과 교차하는 부분 및/또는 그의 주변부에, 5개의 오목부(8)가 형성되어 있다.
또한, 각 오목부(8)는, 기판(21, 31)의 긴 변(장척부(41, 42)의 긴 방향)을 따라 형성되고, 직사각형(장척상)의 개구를 구비하는 홈(도 2의 (b) 참조) 또는 구멍(도 3 참조)으로 구성할 수 있다. 홈은 Z 배선(6)의 상면으로 개방되고, 구멍은 Z 배선(6)을 두께 방향으로 관통한다.
본 실시 형태에서는, 구조체(1)에 용이하게 형성할 수 있는 점에서, 도 1 및 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 각 오목부(8)는, Z 배선(6)에 대응해서 형성되어 있다.
오목부(8)의 긴 방향의 길이를 L1[㎜]이라 하고, 융착 예정 영역(7)의 폭을 W1[㎜]이라 했을 때, W1/L1은 0.4 내지 2 정도인 것이 바람직하고, 0.6 내지 1 정도인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 제1 기판(21)과 제2 기판(31)을 확실하게 융착할 수 있음과 함께, 수지의 용융물을 원활하게 오목부(8)로 유입시킬 수 있다.
구체적으로는, 오목부(8)의 긴 방향의 길이 L1은, 융착 예정 영역(7)의 폭 W1에 따라서 설정되기 때문에, 특별히 한정되지 않지만, 0.5㎜ 이상인 것이 바람직하고, 1 내지 10㎜ 정도인 것이 보다 바람직하다.
한편, 융착 예정 영역(7)의 폭 W1도, 특별히 한정되지 않지만, 0.5 내지 15㎜ 정도인 것이 보다 바람직하고, 1 내지 5㎜ 정도인 것이 보다 바람직하다.
오목부(8)의 긴 방향의 길이 L1 및 융착 예정 영역(7)의 폭 W1을, 각각 상기 범위로 설정함으로써, 상기 효과를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 오목부(8)의 짧은 방향의 길이를 L2[㎜]라 하고, 각 제1 장척부(41)의 폭을 W2[㎜]라 했을 때, W2/L2는 1.5 내지 10 정도인 것이 바람직하고, 2 내지 8 정도인 것이 보다 바람직하다. 이에 의해, 각 제1 장척부(41)의 기계적 강도가 저하되는 것을 방지하면서, 수지의 용융물을 원활하게 오목부(8)로 유입시킬 수 있다.
구체적으로는, 오목부(8)의 짧은 방향의 길이 L2는, 각 제1 장척부(41)의 폭에 따라서 설정되기 때문에, 특별히 한정되지 않지만, 0.4 내지 4㎜ 정도인 것이 바람직하고, 0.5 내지 2㎜ 정도인 것이 보다 바람직하고, 0.75 내지 1.5㎜ 정도인 것이 더욱 바람직하다. 오목부(8)의 짧은 방향의 길이 L2를 상기 범위로 설정함으로써, 수지의 용융물을 보다 원활하게 오목부(8)로 유입시킬 수 있다.
한편, 각 제1 장척부(41)의 폭 W2도, 특별히 한정되지 않지만, 10㎜ 이하인 것이 바람직하고, 2 내지 8㎜ 정도인 것이 보다 바람직하고, 3 내지 5㎜ 정도인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 각 제2 장척부(42)의 폭은, 각 제1 장척부(41)의 폭 W2의 절반 정도로 설정된다. 이러한 범위의 폭을 갖는 장척부(41, 42)이면, 오목부(8)를 형성한 후에 있어서도, 밀봉재(4)의 기계적 강도를 충분히 확보할 수 있다.
또한, 오목부(8)가 홈으로 구성되는 경우(도 2의 (b) 참조), 구조체(1)의 두께를 T[㎜]라 하고, 오목부(8)의 깊이를 D[㎜]라 했을 때, D/T가 0.08 내지 0.999 정도인 것이 바람직하고, 0.16 내지 0.96 정도인 것이 보다 바람직하고, 0.5 내지 0.95 정도인 것이 더욱 바람직하다. 이에 의해, 구조체(1)의 기계적 강도가 저하되는 것을 방지하면서, 충분한 양의 수지의 용융물을 오목부(8)로 받아들이는 것이 가능하게 된다. 또한, 오목부(8)가 구멍으로 구성되는 경우(도 3 참조), 오목부(8)의 깊이 D는, 구조체(1)의 두께 T와 동등해지고, D/T는 1이다.
구조체(1)의 두께 T는, 특별히 한정되지 않지만, 0.2 내지 10㎜ 정도인 것이 바람직하고, 0.3 내지 5㎜ 정도인 것이 보다 바람직하다.
또한, 밀봉재(4)의 각 전극판(2, 3)(본 실시 형태에서는, 각 기판(21, 31))에 대한 접착력은, 0.2 내지 10N/10㎜ 정도인 것이 바람직하고, 0.5 내지 8N/10㎜ 정도인 것이 보다 바람직하고, 1 내지 6N/10㎜ 정도인 것이 더욱 바람직하다. 밀봉재(4)와 각 전극판(2, 3)과의 접착력이 상기 범위인 것에 의해, 이들은 서로 견고하게 접합되게 된다. 이 때문에, 수지의 용융물을, 밀봉재(4)와 각 전극판(2, 3)의 경계보다 오목부(8)로 우선적으로 유입시킬 수 있다.
오목부(8)를 홈으로 구성하는 경우, 이러한 오목부(8)는, 예를 들어 레이저 가공, 건식 에칭 가공, 커터에 의한 하프컷 가공, 천공 펀치를 이용한 하프컷 가공, Z 배선 재료의 도포량의 조정, 밀봉 재료의 도포량의 조정, 각 재료 중으로의 기포의 혼합 등에 의해 형성할 수 있다. 한편, 오목부(8)를 구멍으로 구성하는 경우, 이러한 오목부(8)는, 레이저 가공, 건식 에칭 가공 외에도, 예를 들어 펀칭 가공, 커터에 의한 도려냄 가공, 천공 펀치를 이용한 가공 등에 의해 형성할 수 있다.
또한, 구조체(1)는, 전술한 바와 같은 방법 외에도, 국제공개 제2017/047645호에 기재된 Roll to Roll법을 사용해서 제작해도 된다. 이 경우, 띠상의 구조체(1)가 얻어진다.
이어서, 본 발명의 광전 변환 소자의 제조 방법에 대해서 설명한다.
본 발명의 광전 변환 소자의 제조 방법은, 전술한 바와 같은 구조체(1)를 준비하는 제1 공정과, 융착 예정 영역(7)에 있어서, 기판(21, 31)끼리를 융착하는 제2 공정을 갖고 있다.
[1] 제1 공정
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같은 구조체(1)를 준비한다.
또한, 본 공정에서는, 먼저, 오목부(8)가 형성되기 전의 프리 구조체에, 전술한 바와 같은 방법을 사용해서 오목부(8)를 형성함으로써, 구조체(1)를 준비하도록 해도 된다.
[2] 제2 공정
이어서, 융착 예정 영역(7)에 있어서, 기판(21, 31)끼리를 융착한다. 이에 의해, 융착 예정 영역(7)을 따라, 기판(21, 31)끼리의 융착부(도시하지 않음)가 형성된다.
또한, 이 융착부에 의해, 각 공간(C)이 긴 방향으로 2개의 서브 공간(도시하지 않음)으로 분할됨과 함께, 광전 변환부(5)(반도체층(51))도 각 서브 공간에 수납되는 서브 광전 변환부(도시하지 않음)로 분할된다.
기판(21, 31)끼리를 융착하는 방법(융착 방법)으로서는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 초음파 융착, 고주파 융착, 열 융착 또는 이들의 조합을 들 수 있다. 이들 중에서도, 융착 방법으로서는, 초음파 융착이 바람직하다. 초음파 융착에 의하면, 추가 장치를 요하지 않고, 기판(21, 31) 사이에 존재하는 반도체층(51)등을 초음파 진동에 의해 분쇄하여, 기판(21, 31)끼리를 융착할 수 있기 때문에, 편리성이 높다.
또한, 각 융착 방법에 있어서의 조건은, 기판(21, 31)끼리가 확실하게 융착할 수 있도록, 적합하게 설정된다.
이때, 오목부(8)의 사이즈에 따라, 오목부(8)의 일부 또는 전부에, 기판(21, 31) 및/또는 밀봉재(4)를 구성하는 수지의 용융물이 흘러들어 고화하여, 고정부가 형성된다. 예를 들어, 오목부(8)의 폭이 크고 또한 깊이도 크면, 수지의 용융물이 오목부(8)로 흘러드는 결과, 오목부(8)의 폭이 작아지고, 오목부(8)의 폭이 작고 또한 깊이도 작으면, 수지의 용융물이 오목부(8)로 흘러드는 결과, 오목부(8)가 찌부러지게 된다.
이상과 같이 하여, 본 발명의 광전 변환 소자가 얻어진다. 즉, 본 발명의 광전 변환 소자는, 전술한 바와 같은 구조체(1)와, 융착 예정 영역(7)을 따라 형성된 융착부와, 오목부(8)에 받아들여지고, 수지의 고화물로 구성된 고정부를 갖고 있다.
또한, 광전 변환 소자는, 융착부를 따라 절단하여, 2개의 소형의 광전 변환 소자로서 사용할 수도 있다.
또한, 융착 예정 영역(7)은, 구조체(1)의 긴 방향으로 소정 간격을 두고 복수 설정하도록 해도 된다.
또한, 오목부(8)의 개구 형상은, 직사각형으로 한정되지 않고, 예를 들어 정사각형, 오각형, 육각형과 같은 각 형상, 별 형상과 같은 이형상, 원형상, 타원형상 등으로 할 수도 있다.
도 4 내지 도 6에 기초하여 오목부(8)의 다른 구성예에 대해서, 도 1 내지 도 3과 상이한 점을 중심으로 설명하고, 마찬가지 사항에 대해서는 그의 설명을 생략한다.
도 4에 도시하는 오목부(8)는, 한 쌍의 제2 장척부(42)의 각각에 형성되어 있다.
좌측의 제2 장척부(42)에 형성된 오목부(8)는, 제2 장척부(42)의 상면으로 개방되는 홈으로 구성되어 있다.
우측의 제2 장척부(42)에 형성된 오목부(8)는, 제2 장척부(42)를 두께 방향으로 관통하는 구멍(관통 구멍)으로 구성되어 있다.
도 5에 도시하는 오목부(8)는, 제1 기판(21) 또는 제2 기판(31)에 형성되어 있다.
좌측 3개의 오목부(8)는, 각각 제1 기판(21)의 제1 장척부(41), Z 배선(6) 및 제2 장척부(42)에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 각 오목부(8)는, 제1 기판(21)을 두께 방향으로 관통하는 구멍(관통 구멍)으로 구성되어 있다.
우측 2개의 오목부(8)는, 각각 제2 기판(31)의 제2 장척부(42) 및 제1 장척부(41)에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 2개의 오목부(8) 중, 좌측의 오목부(8)가 제2 기판(31)을 두께 방향으로 관통하는 구멍으로 구성되고, 우측의 오목부(8)가 제2 기판(31)의 하면으로 개방되는 V자상의 홈으로 구성되어 있다.
도 6에 도시하는 오목부(8)는, 각각 형성 위치, 형상 및 수가 상이하다.
가장 좌측의 오목부(8)는, 제1 기판(21)의 제1 장척부(41)에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 이 오목부(8)는, 제1 기판(21)을 두께 방향으로 관통하는 구멍(관통 구멍)으로 구성되어 있다.
좌측으로부터 2번째의 오목부(8)는, Z 배선(6) 및 양측의 제2 장척부(42)에 대응하는 위치에 형성되어 있다. 이 오목부(8)는, 제1 기판(21)의 상면으로 개방됨과 함께, 제1 기판(21), Z 배선(6) 및 제2 장척부(42)에 연속해서 형성되어 있다.
중앙의 오목부(8)는, 제1 기판(21), 제2 장척부(42) 및 제2 기판(31)에 연속해서 형성된 구멍으로 구성되어 있다.
우측에서부터 2번째 오목부(8)는, 상하 한 쌍의 홈으로 구성되어 있다. 상측의 홈은, 제1 기판(21)의 상면으로 개방됨과 함께, 제1 기판(21) 및 Z 배선(6)에 연속해서 형성되어 있다. 하측 홈은, 제2 기판(31)의 하면으로 개방됨과 함께, 제2 기판(31) 및 Z 배선(6)에 연속해서 형성되어 있다.
가장 우측의 오목부(8)는, 제2 기판(31)의 하면으로 개방됨과 함께, 제2 기판(31) 및 제1 장척부(41)에 연속해서 형성된 V자상의 홈으로 구성되어 있다.
이상, 본 발명의 구조체, 광전 변환 소자의 제조 방법 및 광전 변환 소자에 대해서 설명했지만, 본 발명은, 전술한 실시 형태의 구성에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 본 발명의 구조체 및 광전 변환 소자는, 각각, 전술한 실시 형태에 구성에 있어서, 다른 임의의 구성을 추가해서 갖고 있어도 되고, 마찬가지 기능을 발휘하는 임의의 구성과 치환되어 있어도 된다. 또한, 광전 변환 소자의 제조 방법은, 임의의 목적의 하나 이상의 공정을 추가할 수 있다.
전술한 구성예의 오목부는, 임의의 2종 이상을 조합하도록 해도 된다.
또한, 밀봉부는 전술한 바와 같은 밀봉재로 형성해도 되고, 제1 기판(21)과 제2 기판(31)을 융착함으로써 형성해도 되고, 이들 조합에 의해 형성해도 된다. 어느 경우도, 밀봉부(4)는, 수지로 구성되게 된다.
바람직하게는, 장척부(41, 42)를 밀봉재로 형성하고, 단척부(43)를 제1 기판(21)과 제2 기판(31)을 융착함으로써 형성한다.
1 : 구조체
2 : 제1 전극판
21 : 제1 기판
22 : 투명 전극층
3 : 제2 전극판
31 : 제2 전극
32 : 대향 전극층
33 : 촉매층
4 : 밀봉재
41 : 제1 장척부
42 : 제2 장척부
43 : 단척부
5 : 광전 변환부
51 : 반도체층
52 : 전해액
6 : Z 배선
7 : 융착 예정 영역
8 : 오목부
C : 공간

Claims (14)

  1. 수지로 구성된 기판과, 해당 기판 상에 마련된 전극층을, 각각 구비하는 한 쌍의 전극판과,
    해당 한 쌍의 전극판끼리의 사이를 밀봉하고, 수지로 구성된 밀봉부와,
    해당 밀봉부와 상기 한 쌍의 전극판으로 구획 형성되는 공간 내에 수납되며, 전해액을 포함하는 광전 변환부를 갖는 구조체로서,
    당해 구조체는, 상기 기판끼리를 융착하는 띠상의 융착 예정 영역과, 용융 상태의 상기 수지를 받아들이는 것이 가능한 오목부를 구비하고, 해당 오목부가 상기 밀봉부의 상기 융착 예정 영역과 교차하는 부분 및/또는 그의 주변부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 각 상기 기판은, 평면으로 보아 장척상을 이루고,
    상기 밀봉부는, 각 상기 기판의 2개의 긴 변 테두리부를 따라 연장되고, 상기 융착 예정 영역과 교차하는 2개의 제1 장척부를 포함하는 구조체.
  3. 제2항에 있어서, 상기 밀봉부는, 추가로 상기 2개의 제1 장척부끼리의 사이에 있어서, 각 상기 기판의 긴 변을 따라 연장되고, 상기 융착 예정 영역과 교차하는 적어도 하나의 제2 장척부를 포함하는 구조체.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 각 상기 장척부의 폭은 10㎜ 이하인 구조체.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부는, 각 상기 기판의 긴 변을 따라 형성된 장척의 구멍 또는 홈으로 구성되어 있는 구조체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 오목부의 긴 방향의 길이를 L1[㎜]이라 하고, 상기 융착 예정 영역의 폭을 W1[㎜]이라 했을 때, W1/L1은 0.4 내지 2인 구조체.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 오목부의 긴 방향의 길이는 0.5㎜ 이상인 구조체.
  8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부의 짧은 방향의 길이를 L2[㎜]라 하고, 각 상기 장척부의 폭을 W2[㎜]라 했을 때, W2/L2는 1.5 내지 10인 구조체.
  9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 오목부의 짧은 방향의 길이는 0.4 내지 4㎜인 구조체.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 당해 구조체의 두께를 T[㎜]라 하고, 상기 오목부의 깊이를 D[㎜]라 했을 때, D/T가 0.3 내지 1인 구조체.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 밀봉부의 각 상기 전극판에 대한 접착력은 0.2 내지 10N/10㎜인 구조체.
  12. 수지로 구성된 기판과, 해당 기판 상에 마련된 전극층을, 각각 구비하는 한 쌍의 전극판과, 해당 한 쌍의 전극판끼리의 사이를 밀봉하고, 수지로 구성된 밀봉부와, 해당 밀봉부와 상기 한 쌍의 전극판으로 구획 형성되는 공간 내에 수납되며, 전해액을 포함하는 광전 변환부를 갖는 구조체로서, 상기 기판끼리를 융착하는 띠상의 융착 예정 영역과, 용융 상태의 상기 수지를 받아들이는 것이 가능한 오목부를 구비하고, 해당 오목부가 상기 밀봉부의 상기 융착 예정 영역과 교차하는 부분 및/또는 그의 주변부에 형성되어 있는 구조체를 준비하는 제1 공정과,
    상기 융착 예정 영역에 있어서, 상기 기판끼리를 융착함으로써, 상기 공간을 복수의 서브 공간으로 분할함과 함께, 상기 광전 변환부를 각 상기 서브 공간에 수납되는 서브 광전 변환부로 분할하는 제2 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 제1 공정에 있어서, 상기 구조체는, 상기 오목부가 형성되기 전의 프리 구조체에, 상기 오목부를 형성함으로써 준비되는 광전 변환 소자의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 기재된 구조체와,
    상기 융착 예정 영역을 따라 형성되고, 상기 공간을 상기 복수의 서브 공간으로 구획하는 상기 기판끼리의 융착부와,
    상기 오목부에 받아들여지고, 상기 수지의 고화물로 구성된 고정부를 갖는 것을 특징으로 하는 광전 변환 소자.
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