WO2018038185A1 - 光電変換素子 - Google Patents

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WO2018038185A1
WO2018038185A1 PCT/JP2017/030212 JP2017030212W WO2018038185A1 WO 2018038185 A1 WO2018038185 A1 WO 2018038185A1 JP 2017030212 W JP2017030212 W JP 2017030212W WO 2018038185 A1 WO2018038185 A1 WO 2018038185A1
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resin sealing
sealing portion
photoelectric conversion
electrode substrate
substrate
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PCT/JP2017/030212
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圭介 中
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株式会社フジクラ
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    • H01G9/2068Panels or arrays of photoelectrochemical cells, e.g. photovoltaic modules based on photoelectrochemical cells
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542Dye sensitized solar cells

Definitions

  • the present invention relates to a photoelectric conversion element.
  • a photoelectric conversion element using a dye As a photoelectric conversion element, a photoelectric conversion element using a dye has been attracting attention because it is inexpensive and high photoelectric conversion efficiency can be obtained, and various developments have been made on photoelectric conversion elements using a dye.
  • Patent Document 1 As a photoelectric conversion element using a dye, for example, a photoelectric conversion element described in Patent Document 1 below is known.
  • a photoelectric conversion element including an electrolyte.
  • a sealing portion includes an annular first resin sealing portion bonded to an electrode substrate, and an annular second resin sealing provided so as to sandwich the counter substrate together with the first resin sealing portion. It is disclosed that the second resin sealing portion has a higher melting point than the first resin sealing portion.
  • a soft resin sealing portion is provided between the electrode substrate and the counter substrate, and the stress applied to the interface between the sealing portion and the electrode substrate or the counter substrate is alleviated, thereby improving the durability of the photoelectric conversion element. It is planned to make it.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a photoelectric conversion element having excellent durability.
  • the present invention provides a photoelectric conversion element having at least one photoelectric conversion cell, wherein the photoelectric conversion cell includes an electrode substrate, a counter substrate facing the electrode substrate, the electrode substrate, An annular first sealing portion that joins the counter substrate and an electrolyte disposed inside the sealing portion, and the first sealing portion is bonded to the electrode substrate and includes a thermoplastic resin.
  • a first protrusion provided on the electrode base wherein the first main body is formed of the electrode base. And an insertion portion that is inserted between the counter substrate and a non-insertion portion that is not inserted between the electrode substrate and the counter substrate, and the first convex portion is formed on the first body portion.
  • the second body of the second resin sealing portion is provided in a non-insertion portion, and the second resin sealing portion has a second body portion provided on the opposite side of the counter substrate from the electrode substrate. It is a photoelectric conversion element by which a part is adhere
  • the photoelectric conversion element of the present invention is placed in a high-temperature environment, and the space between the counter substrate, the electrode substrate, and the sealing portion in the photoelectric conversion cell (hereinafter referred to as “cell space”). Is pressed, the counter substrate and the electrode substrate tend to be separated.
  • the sealing portion has a first resin sealing portion having a melting point lower than that of the second resin sealing portion, and the first resin sealing portion is inserted between the electrode substrate and the counter substrate. It has an insertion part. For this reason, even if an excessive stress is applied in a direction perpendicular to the interface between the counter substrate and the first resin sealing portion and the interface between the electrode substrate and the first resin sealing portion, the stress is applied to the first resin.
  • the force that pushes the first resin sealing portion of the sealing portion outward is the first resin sealing.
  • a large shear stress is applied in a direction parallel to the interface between the electrode substrate and the first resin sealing portion, acting on the stopper.
  • the second main body portion of the second resin sealing portion is provided on the opposite side of the counter substrate from the electrode substrate. For this reason, when it assumes that the 1st resin sealing part does not have the 1st convex part on the opposite side to an electrode substrate among the 1st main part, between the counter substrate and the 2nd main part of the 2nd resin sealing part The shear stress applied to the interface is small.
  • the difference between the shear stress applied to the interface between the electrode substrate and the first resin sealing portion and the shear stress applied to the interface between the counter substrate and the second main body portion of the second resin sealing portion is considerably increased.
  • the first resin sealing portion is easily peeled off from the counter substrate.
  • the second main body portion of the second resin sealing portion is the first main portion. Since the first resin sealing portion is bonded to the first convex portion, a force is exerted to push the first resin sealing portion outward, and when the outward stress is applied to the first convex portion, the first convex portion simultaneously applies the second resin.
  • the second main body portion of the sealing portion is pulled outward, and a stress that directs the second main body portion outward is applied. That is, the shear stress applied to the interface between the counter substrate and the second main body portion of the second resin sealing portion is increased. For this reason, the difference between the shear stress applied to the interface between the electrode substrate and the first resin sealing portion and the shear stress applied to the interface between the counter substrate and the second main body portion of the second resin sealing portion is sufficiently reduced. It becomes possible, and it becomes difficult to peel the 1st resin sealing part with respect to a counter substrate.
  • the force to pull in the first resin sealing portion of the sealing portion to the inside is applied to the first resin sealing portion.
  • a large shear stress is applied in a direction parallel to the interface between the electrode substrate and the first resin sealing portion.
  • the second main body portion of the second resin sealing portion is provided on the opposite side of the counter substrate from the electrode substrate. For this reason, when it assumes that the 1st resin sealing part does not have the 1st convex part on the opposite side to an electrode substrate among the 1st main part, between the counter substrate and the 2nd main part of the 2nd resin sealing part The shear stress applied to the interface is small.
  • the difference between the shear stress applied to the interface between the electrode substrate and the first resin sealing portion and the shear stress applied to the interface between the counter substrate and the second main body portion of the second resin sealing portion is considerably increased.
  • the first resin sealing portion is easily peeled off from the counter substrate.
  • the second main body portion of the second resin sealing portion is the first main portion. Since it is bonded to one convex portion, a force to pull the first resin sealing portion inwardly acts, and when the inward stress is applied to the first convex portion, the second resin sealing is simultaneously performed by the first convex portion.
  • the second body part of the part is pushed inward, and a stress is applied to turn the second body part inward. For this reason, the difference between the shear stress applied to the interface between the electrode substrate and the first resin sealing portion and the shear stress applied to the interface between the counter substrate and the second main body portion of the second resin sealing portion is sufficiently reduced. It becomes possible, and it becomes difficult to peel the 1st resin sealing part with respect to a counter substrate.
  • the photoelectric conversion element of the present invention the leakage of the electrolyte due to the first resin sealing portion being peeled off from the electrode substrate or the counter substrate is sufficiently suppressed. For this reason, the photoelectric conversion element of the present invention can have excellent durability.
  • the photoelectric conversion cell further includes an oxide semiconductor layer on the electrode substrate or the counter substrate, and a dye supported on the oxide semiconductor layer, and the second resin sealing It is preferable that the oxygen permeability of the portion is smaller than the oxygen permeability of the first resin sealing portion.
  • the sealing part since the sealing part includes the second resin sealing part having an oxygen permeability smaller than that of the first resin sealing part in addition to the first resin sealing part, the sealing part is the second resin. Compared to the case where the sealing portion is not included, oxygen is sufficiently suppressed from entering the electrolyte through the sealing portion, and the dye supported on the oxide semiconductor layer is sufficiently suppressed from being deteriorated by oxygen. Thus, the photoelectric conversion element can have more excellent durability.
  • a represented by the following formula (1) is preferably 1200 to 60000.
  • A A1 / A2 (1) (A1 represents the oxygen permeability of the first resin sealing portion, and A2 represents the oxygen permeability of the second resin sealing portion.)
  • the second resin sealing portion includes a resin containing a vinyl alcohol unit.
  • (DELTA) T represented by following formula (2) is 25 degreeC or more.
  • ⁇ T T2-T1 (2) (T1 represents the melting point of the first resin sealing portion, and T2 represents the melting point of the second resin sealing portion.)
  • the first resin sealing portion further includes a second convex portion on the opposite side to the electrode substrate in the insertion portion of the main body portion, and the second resin sealing portion is opposed to the counter electrode.
  • a second body portion provided on the opposite side of the substrate to the electrode substrate; and a wrap portion connected to the second body portion and wrapping between the electrode substrate and the counter substrate. It is preferable that the portion is bonded to the second convex portion.
  • the wrapping portion of the second resin sealing portion wraps around between the electrode substrate and the counter substrate, and the wrapping portion is bonded to the second convex portion.
  • a force is exerted to push the first resin sealing portion of the sealing portion outward.
  • the outward stress is also applied to the wrapping portion bonded to the second convex portion.
  • the stress applied to the wraparound portion is transmitted to the second main body portion of the second resin sealing portion, and the outward stress is applied to the second main body portion.
  • the difference between the shear stress applied to the interface between the electrode substrate and the first resin sealing portion and the shear stress applied to the interface between the counter substrate and the second main body portion of the second resin sealing portion is made sufficiently smaller.
  • the first resin sealing portion becomes more difficult to peel from the counter substrate.
  • the photoelectric conversion element can have more excellent durability.
  • R represented by following formula (3) is 3.0 or more.
  • R (t1 + t2) / t1 (3)
  • t1 represents the thickness ( ⁇ m) of the first main body portion
  • t2 represents the thickness ( ⁇ m) of the first convex portion
  • the photoelectric conversion element can have more excellent durability as compared with the case where R is less than 3.0.
  • a photoelectric conversion element having excellent durability is provided.
  • FIG. 1 is a cross-sectional end view showing a first embodiment of a photoelectric conversion element of the present invention. It is sectional drawing which shows the opposing board
  • FIGS. 1 is a cross-sectional end view showing a first embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing the counter substrate of FIG. 1
  • FIG. 3 is a partially enlarged view of FIG.
  • the photoelectric conversion element 100 has one photoelectric conversion cell 90.
  • the photoelectric conversion cell 90 is disposed inside the electrode substrate 10, the counter substrate 20 facing the electrode substrate 10, the annular sealing portion 30 that joins the electrode substrate 10 and the counter substrate 20, and the sealing portion 30.
  • An electrolyte 40, an oxide semiconductor layer 50 provided on the surface of the electrode substrate 10 on the counter substrate 20 side, and a dye (not shown) carried on the oxide semiconductor layer 50 are provided.
  • the electrode substrate 10 is provided on the transparent conductive layer 14 so as to surround the transparent substrate 13, the transparent conductive layer 14 provided on the transparent substrate 13, and the oxide semiconductor layer 50, and is bonded to the sealing portion 30. And an annular insulating portion 15.
  • the counter substrate 20 is composed of a counter electrode, and includes a conductive substrate 21 that also serves as a substrate and an electrode, and a catalyst layer 22 provided on the conductive substrate 21.
  • the catalyst layer 22 is provided on the electrode substrate 10 side of the conductive substrate 21.
  • the sealing part 30 includes an annular first resin sealing part 70 bonded to the electrode substrate 10 and an annular second resin sealing part 80 provided so as to sandwich the counter substrate 20 together with the first resin sealing part 70. And have.
  • each of the first resin sealing portion 70 and the second resin sealing portion 80 contains a thermoplastic resin, and the second resin sealing portion 80 has a higher melting point than the first resin sealing portion 70. is doing.
  • the first resin sealing portion 70 includes a first main body portion 71 bonded to the electrode substrate 10 and a first convex portion provided on the opposite side of the first main body portion 71 from the electrode substrate 10. 72.
  • the first main body portion 71 includes an insertion portion 71a that is inserted between the electrode substrate 10 and the counter substrate 20, and a non-insertion portion 71b that is not inserted between the electrode substrate 10 and the counter substrate 20.
  • the convex portion 72 is provided on the opposite side to the electrode substrate 10 in the non-insertion portion 71 b of the first main body portion 71.
  • the second resin sealing portion 80 includes a second main body portion 81 provided on the opposite side of the counter substrate 20 from the electrode substrate 10, and an intermediate portion between the second main body portion 81 and the first convex portion 72. 82.
  • the second main body portion 81 of the second resin sealing portion 80 is bonded to the first convex portion 72 via the intermediate portion 82.
  • the intermediate part 82 is bonded to the non-insertion part 71 b of the first main body part 71.
  • the photoelectric conversion element 100 is placed in a high temperature environment, and a space (cell space) between the counter substrate 20, the electrode substrate 10, and the sealing portion 30 is pressurized in the photoelectric conversion cell 90. Then, the counter substrate 20 and the electrode substrate 10 tend to be separated.
  • the sealing part 30 has a first resin sealing part 70 having a melting point lower than that of the second resin sealing part 80, and the first resin sealing part 70 includes the electrode substrate 10 and the counter substrate 20. It has the insertion part 71a inserted between. Therefore, even if an excessive stress is applied in a direction perpendicular to the interface between the counter substrate 20 and the first resin sealing portion 70 and the interface between the electrode substrate 10 and the first resin sealing portion 70, the stress is applied.
  • the photoelectric conversion element 100 when the photoelectric conversion element 100 is placed in a high temperature environment and the cell space is pressurized in the photoelectric conversion cell 90, a force that pushes the first resin sealing portion 70 of the sealing portion 30 outward is generated. A large shearing stress is applied to the first resin sealing portion 70 in a direction parallel to the interface between the electrode substrate 10 and the first resin sealing portion 70. At this time, the second body portion 81 of the second resin sealing portion 80 is provided on the opposite side of the counter substrate 20 from the electrode substrate 10.
  • the 1st resin sealing part 70 assumes that it does not have the 1st convex part 72 on the opposite side to the electrode substrate 10 among the 1st main-body parts 71, the opposing board
  • the shear stress applied to the interface with the second main body 81 is small.
  • the difference between the shear stress applied to the interface between the electrode substrate 10 and the first resin sealing portion 70 and the shear stress applied to the interface between the counter substrate 20 and the second main body portion 81 of the second resin sealing portion 80. Becomes considerably large, and the first resin sealing portion 70 is easily peeled off from the counter substrate 20.
  • the 2nd resin sealing part 80 is shown. Since the second main body portion 81 is bonded to the first convex portion 72 via the intermediate portion 82, a force is exerted to push the first resin sealing portion 70 outward, and the first convex portion 72 When the outward stress is applied, the second main body 81 is pulled outward by the first convex portion 72 via the intermediate portion 82 of the second resin sealing portion 80, and the second main body 81 is directed outward. Will be added.
  • the shear stress applied to the interface between the counter substrate 20 and the second main body portion 81 of the second resin sealing portion 80 is increased. Therefore, the difference between the shear stress applied to the interface between the electrode substrate 10 and the first resin sealing portion 70 and the shear stress applied to the interface between the counter substrate 20 and the second main body portion 81 of the second resin sealing portion 80. Can be made sufficiently small, and the first resin sealing portion 70 is difficult to peel off from the counter substrate 20.
  • the force to pull the first resin sealing portion 70 of the sealing portion 30 inward is the first resin.
  • a large shear stress is applied to the sealing portion 70 in a direction parallel to the interface between the electrode substrate 10 and the first resin sealing portion 70.
  • the second body portion 81 of the second resin sealing portion 80 is provided on the opposite side of the counter substrate 20 from the electrode substrate 10. For this reason, when the 1st resin sealing part 70 assumes that it does not have the 1st convex part 72 on the opposite side to the electrode substrate 10 among the 1st main-body parts 71, the opposing board
  • the shear stress applied to the interface with the second main body 81 is small.
  • the difference between the shear stress applied to the interface between the electrode substrate 10 and the first resin sealing portion 70 and the shear stress applied to the interface between the counter substrate 20 and the second main body portion 81 of the second resin sealing portion 80. Becomes considerably large, and the first resin sealing portion 70 is easily peeled off from the counter substrate 20.
  • the 1st resin sealing part 70 has the 1st convex part 72 in the opposite side to the electrode substrate 10 among the 1st main body parts 71 like the photoelectric conversion element 100, the 2nd resin sealing part 80 is shown.
  • the second main body portion 81 Since the second main body portion 81 is bonded to the first convex portion 72 via the intermediate portion 82, a force acts to pull the first resin sealing portion 70 inward, and the first convex portion 72 is inward.
  • the second main body portion 81 When the directing stress is applied, the second main body portion 81 is pushed inward by the first convex portion 72 via the intermediate portion 82 of the second resin sealing portion 80, and the stress for directing the second main body portion 81 inward is applied. . Therefore, the difference between the shear stress applied to the interface between the electrode substrate 10 and the first resin sealing portion 70 and the shear stress applied to the interface between the counter substrate 20 and the second main body portion 81 of the second resin sealing portion 80. Can be made sufficiently small, and the first resin sealing portion 70 is difficult to peel off from the counter substrate 20.
  • the photoelectric conversion element 100 According to the photoelectric conversion element 100, the leakage of the electrolyte 40 due to the first resin sealing portion 70 peeling off from the electrode substrate 10 or the counter substrate 20 is sufficiently suppressed. For this reason, the photoelectric conversion element 100 can have excellent durability.
  • the electrode substrate 10 the counter substrate 20, the sealing portion 30, the electrolyte 40, the oxide semiconductor layer 50, and the dye will be described in detail.
  • the electrode substrate 10 includes the transparent substrate 13, the transparent conductive layer 14 provided on the transparent substrate 13, and the annular insulating portion 15 bonded to the sealing portion 30.
  • the material which comprises the transparent substrate 13 should just be a transparent material, for example, as such a transparent material, glass, such as borosilicate glass, soda lime glass, white plate glass, quartz glass, polyethylene terephthalate (PET), for example , Resins such as polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), and polyether sulfone (PES).
  • the thickness of the transparent substrate 13 is appropriately determined according to the size of the photoelectric conversion element 100 and is not particularly limited, but may be in the range of 50 to 40,000 ⁇ m, for example.
  • Transparent conductive layer examples of the material constituting the transparent conductive layer 14 include conductive metal oxides such as tin-added indium oxide (ITO), tin oxide (SnO 2 ), and fluorine-added tin oxide (FTO).
  • the transparent conductive layer 14 may be a single layer or a laminate of a plurality of layers made of different conductive metal oxides. When the transparent conductive layer 14 is composed of a single layer, the transparent conductive layer 14 is preferably composed of FTO because it has high heat resistance and chemical resistance.
  • the thickness of the transparent conductive layer 14 may be in the range of 0.01 to 2 ⁇ m, for example.
  • the material constituting the insulating portion 15 is not particularly limited as long as it is an insulating material.
  • the insulating material include inorganic insulating materials such as glass frit, thermosetting resins such as polyimide resins, and thermoplastic resins. Can be mentioned. Among these, it is preferable to use an inorganic insulating material such as glass frit or a thermosetting resin. In this case, even if the sealing part 30 has fluidity at a high temperature, the insulating part 15 is less likely to fluidize even at a higher temperature than when it is made of a thermoplastic resin. For this reason, the contact between the transparent conductive layer 14 of the electrode substrate 10 and the counter substrate 20 is sufficiently suppressed, and a short circuit between the transparent conductive layer 14 and the counter substrate 20 can be sufficiently suppressed.
  • the thickness of the insulating portion 15 is not particularly limited, but is usually 10 to 30 ⁇ m, preferably 15 to 25 ⁇ m.
  • the counter substrate 20 includes the conductive substrate 21 serving as a substrate and an electrode, and the catalyst layer 22 provided on the electrode substrate 10 side of the conductive substrate 21 to promote the catalytic reaction.
  • the conductive substrate 21 is made of a corrosion-resistant metal material such as titanium, nickel, platinum, molybdenum, tungsten, aluminum, and stainless steel.
  • the conductive substrate 21 may be formed of a laminate in which a substrate and an electrode are separated and a conductive layer made of a conductive oxide such as ITO or FTO is formed on a resin film as an electrode.
  • a laminate in which a conductive layer made of a conductive oxide such as FTO is formed may be used.
  • the thickness of the conductive substrate 21 is appropriately determined according to the size of the photoelectric conversion element 100 and is not particularly limited, but may be, for example, 0.01 to 0.1 mm.
  • the catalyst layer 22 is made of a metal such as platinum, a carbon-based material, or a conductive polymer.
  • the sealing part 30 includes a first resin sealing part 70 and a second resin sealing part 80.
  • thermoplastic resin contained in the first resin sealing portion 70 examples include modified polyolefin resins including, for example, ionomers, ethylene-vinyl acetic anhydride copolymers, ethylene-methacrylic acid copolymers, ethylene-vinyl alcohol copolymers, and the like. And resins such as vinyl alcohol polymers.
  • R (t1 + t2) / t1 (3) (In the above formula (3), t1 represents the thickness of the first main body 71, and t2 represents the thickness of the first protrusion 72).
  • the photoelectric conversion element 100 it is possible for the photoelectric conversion element 100 to have superior durability as compared with the case where R is less than 3.0.
  • the value of R is more preferably 3.5 or more. However, the value of R is more preferably 21 or less.
  • the thickness of the first main body portion 71 of the first resin sealing portion 70 is not particularly limited, but is usually 10 to 100 ⁇ m, preferably 20 to 50 ⁇ m.
  • the thermoplastic resin contained in the second resin sealing portion 80 may be any resin that can provide the second resin sealing portion 80 with a higher melting point than the first resin sealing portion 70.
  • the thermoplastic resin included in 80 the same thermoplastic resin as included in the first resin sealing portion 70 can be used.
  • the difference between the melting point T2 of the second resin sealing part 80 and the melting point T1 of the first resin sealing part 70, and ⁇ T represented by the following formula (2) is not particularly limited as long as it is higher than 0 ° C. However, it is preferable that it is 25 degreeC or more. In this case, peeling of the electrode substrate 10 or the counter substrate 20 from the first resin sealing portion 70 is more sufficiently suppressed than when ⁇ T is less than 25 ° C.
  • ⁇ T is preferably 35 ° C. or higher. However, ⁇ T is preferably 60 ° C. or less.
  • ⁇ T T2-T1 (2)
  • the oxygen permeability of the second resin sealing part 80 may be the same as or different from the oxygen permeability of the first resin sealing part 70, but the oxygen permeability of the second resin sealing part 80 is the first resin sealing.
  • the oxygen permeability of the portion 70 is preferably smaller.
  • the sealing part 30 includes the second resin sealing part 80 having an oxygen permeability smaller than that of the first resin sealing part 70 in addition to the first resin sealing part 70. For this reason, compared with the case where the sealing part 30 does not include the second resin sealing part 80, it is sufficiently suppressed that oxygen enters the electrolyte 40 through the sealing part 30, and the oxide semiconductor layer is reduced by oxygen. Deterioration of the dye supported on 50 is sufficiently suppressed, and the photoelectric conversion element 100 can have more excellent durability.
  • the ratio of the oxygen permeability A1 of the first resin sealing portion 70 and the oxygen permeability A2 of the second resin sealing portion 80, and the value of A represented by the following formula (1) is not particularly limited. Although it is not, it is preferably 1200 to 60000. In this case, compared with the case where the value of A is out of the above range, oxygen is more sufficiently suppressed from entering the electrolyte 40 through the sealing portion 30, and the dye supported on the oxide semiconductor layer 50 by oxygen. Is more sufficiently suppressed, and the photoelectric conversion element 100 can have more excellent durability.
  • the value of A is more preferably 2400 to 8000.
  • the oxygen permeability of the second resin sealing portion 80 is not particularly limited, but is usually 0.21 to 2.5 (cc / 20 ⁇ m 2 ⁇ 24 h / atm), preferably 0.5 to 2 0.0 (cc / 20 ⁇ m 2 ⁇ 24 h / atm).
  • A A1 / A2 (1)
  • the 2nd resin sealing part 80 resin containing a vinyl alcohol unit is preferable.
  • the oxygen permeability of the second resin sealing portion 80 can be sufficiently lowered, it is easy to adjust the value of A represented by the above formula (1).
  • the resin containing a vinyl alcohol unit include an ethylene-vinyl alcohol copolymer and a vinyl alcohol polymer.
  • the thickness of the second main body 81 is not particularly limited, but is usually 10 to 100 ⁇ m, preferably 30 to 50 ⁇ m.
  • the electrolyte 40 includes a redox couple and an organic solvent.
  • organic solvent acetonitrile, methoxyacetonitrile, 3-methoxypropionitrile, propionitrile, ethylene carbonate, propylene carbonate, diethyl carbonate, ⁇ -butyrolactone, valeronitrile, pivalonitrile, and the like can be used.
  • the redox pair examples include a redox pair containing a halogen atom such as iodide ion / polyiodide ion (for example, I ⁇ / I 3 ⁇ ), bromide ion / polybromide ion, zinc complex, iron complex, and cobalt complex. And redox pairs.
  • the iodide ion / polyiodide ion can be formed by iodine (I 2 ) and a salt (ionic liquid or solid salt) containing iodide (I ⁇ ) as an anion. When using an ionic liquid having an iodide as an anion, only iodine should be added.
  • an anion such as LiI or tetrabutylammonium iodide is used.
  • a salt containing iodide (I ⁇ ) may be added.
  • the electrolyte 40 may use an ionic liquid instead of the organic solvent.
  • the ionic liquid for example, known iodinated salts such as pyridinium salts, imidazolium salts, triazolium salts and the like are used.
  • Examples of such an iodide salt include 1-hexyl-3-methylimidazolium iodide, 1-ethyl-3-propylimidazolium iodide, 1-ethyl-3-methylimidazolium iodide, 1, -Dimethyl-3-propylimidazolium iodide, 1-butyl-3-methylimidazolium iodide, or 1-methyl-3-propylimidazolium iodide is preferably used.
  • the electrolyte 40 may be a mixture of the ionic liquid and the organic solvent instead of the organic solvent.
  • an additive can be added to the electrolyte 40.
  • the additive include benzimidazoles such as 1-methylbenzimidazole (NMB) and 1-butylbenzimidazole (NBB), 4-t-butylpyridine, and guanidinium thiocyanate. Among them, benzimidazole is preferable as an additive.
  • a nano-composite gel electrolyte which is a pseudo-solid electrolyte formed by kneading nanoparticles such as SiO 2 , TiO 2 , carbon nanotubes, etc. into the electrolyte, may be used, and polyvinylidene fluoride may be used.
  • an electrolyte gelled with an organic gelling agent such as a polyethylene oxide derivative or an amino acid derivative may be used.
  • the oxide semiconductor layer 50 is composed of oxide semiconductor particles.
  • the oxide semiconductor particles include titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tungsten oxide (WO 3 ), niobium oxide (Nb 2 O 5 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), and tin oxide (SnO 2 ).
  • the thickness of the oxide semiconductor layer 50 may be set to 0.1 to 100 ⁇ m, for example.
  • the oxide semiconductor layer 50 is usually composed of an absorption layer for absorbing light, but may be composed of an absorption layer and a reflective layer that reflects light transmitted through the absorption layer and returns it to the absorption layer.
  • the dye examples include a ruthenium complex having a ligand including a bipyridine structure, a terpyridine structure, and the like, a photosensitizing dye such as an organic dye such as porphyrin, eosin, rhodanine, and merocyanine, and an organic such as a lead halide-based perovskite crystal.
  • a photosensitizing dye such as an organic dye such as porphyrin, eosin, rhodanine, and merocyanine
  • an organic such as a lead halide-based perovskite crystal.
  • a ruthenium complex having a ligand containing a bipyridine structure or a terpyridine structure is preferable. In this case, the photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion element
  • a conductive substrate in which a transparent conductive layer 14 is formed on one transparent substrate 13 is prepared.
  • a sputtering method As a method for forming the transparent conductive layer 14, a sputtering method, a vapor deposition method, a spray pyrolysis method (SPD), a chemical vapor deposition (CVD) method, or the like is used.
  • SPD spray pyrolysis method
  • CVD chemical vapor deposition
  • a precursor of the oxide semiconductor layer 50 is formed on the transparent conductive layer 14.
  • the precursor of the oxide semiconductor layer 50 can be formed by printing an oxide semiconductor layer forming paste containing oxide semiconductor particles and then drying the paste.
  • the oxide semiconductor layer forming paste includes a resin such as polyethylene glycol and a solvent such as terpineol in addition to the oxide semiconductor particles.
  • a method for printing the oxide semiconductor layer forming paste for example, a screen printing method, a doctor blade method, a bar coating method, or the like can be used.
  • the precursor of the oxide semiconductor layer 50 is baked to form the oxide semiconductor layer 50.
  • the firing temperature varies depending on the type of oxide semiconductor particles, but is usually 350 to 600 ° C.
  • the firing time also varies depending on the type of oxide semiconductor particles, but is usually 1 to 5 hours.
  • the precursor of the insulating portion 15 is formed so as to surround the precursor of the oxide semiconductor layer 50.
  • the precursor of the insulating part 15 can be formed, for example, by applying and drying a paste containing glass frit.
  • the precursor of the insulating portion 15 is baked to form the insulating portion 15.
  • the electrode substrate 10 on which the oxide semiconductor layer 50 and the insulating portion 15 are formed is obtained.
  • the first sealing portion forming body can be obtained, for example, by preparing a first sealing resin film and forming one opening in the first sealing resin film.
  • this 1st sealing part formation body is arrange
  • adhesion of the first sealing portion forming body to the insulating portion 15 can be performed, for example, by heating and melting the first sealing portion forming body.
  • a dye is supported on the oxide semiconductor layer 50 of the electrode substrate 10.
  • the electrode substrate 10 is immersed in a solution containing a dye, the dye is adsorbed on the oxide semiconductor layer 50, and then the excess dye is washed away with the solvent component of the solution and dried.
  • the dye may be adsorbed on the oxide semiconductor layer 50.
  • the dye can be supported on the oxide semiconductor layer 50 even when the dye is adsorbed to the oxide semiconductor layer 50 by applying a solution containing the dye to the oxide semiconductor layer 50 and then drying the solution. .
  • an electrolyte 40 is prepared. And the electrolyte 40 is arrange
  • the counter substrate 20 is prepared.
  • the counter substrate 20 can be obtained by forming the conductive catalyst layer 22 on the conductive substrate 21 as described above.
  • a second sealing portion forming body having a melting point higher than that of the above-described first sealing portion forming body is prepared.
  • the second sealing portion forming body can be obtained, for example, by preparing a second sealing resin film and forming one opening in the second sealing resin film.
  • substrate 20 is pinched
  • the first sealing portion forming body and the second sealing portion forming body are overlapped.
  • the first sealing portion forming body and the second sealing portion forming body are bonded to the counter substrate 20.
  • the first sealing portion forming body and the second sealing portion forming body are bonded to the counter substrate 20 by, for example, heating and melting the first sealing portion forming body and the second sealing portion forming body. Can do.
  • the structure B is obtained.
  • the structure A and the structure B are overlapped to form a first sealing portion forming body of the structure A, and a first sealing portion forming body and a second sealing portion forming of the structure B. Heat and melt the body while applying pressure. Then, the softening of the first sealing portion forming body starts, the outer peripheral edge of the opposing first sealing portion forming body protrudes outward and rises in the direction away from the electrode substrate 10, and the second sealing portion forming body Glued. Thus, the sealing portion 30 is formed.
  • the photoelectric conversion element 100 is obtained as described above.
  • the photoelectric conversion element 100 is configured by one photoelectric conversion cell 90, but the photoelectric conversion element 100 may include a plurality of photoelectric conversion cells 90.
  • the photoelectric conversion cell 90 has the insulating portion 15 between the sealing portion 30 and the electrode substrate 10, but the insulating portion 15 is not necessarily required and can be omitted.
  • the 2nd resin sealing part 80 is comprised by the 2nd main-body part 81 and the intermediate part 82, the 2nd resin sealing part 80 is comprised only by the 2nd main-body part 81. Also good. In other words, the second resin sealing portion 80 may not include the intermediate portion 82. In this case, the second main body portion 81 is directly bonded to the first convex portion 72.
  • the intermediate part 82 of the 2nd resin sealing part 80 is directly provided in the non-insertion part 71b of the 1st main-body part 71 of the 1st resin sealing part 70, the photoelectric conversion shown in FIG.
  • the first resin sealing part 270 has a second convex part 73 having a thickness smaller than the first convex part 72 on the non-insertion part 71 b of the first main body part 71.
  • the intermediate portion 82 may be provided on the second convex portion 73. In this case, the intermediate part 82 is indirectly bonded to the non-insertion part 71 b of the first main body part 71 through the second convex part 73.
  • the 2nd resin sealing part 80 is comprised by the 2nd main body part 81 and the intermediate part 82
  • the 1st resin sealing part 70 is the 1st main body part 71 and the 1st convex part.
  • the second resin sealing portion 380 includes an intermediate portion in addition to the second main body portion 81 and the intermediate portion 82, like the sealing portion 330 of the photoelectric conversion element 300 shown in FIG. 82 is further connected to the electrode substrate 10 and the counter substrate 20, and the first resin sealing portion 370 is opposite to the electrode substrate 10 in the insertion portion 71a of the first main body 71.
  • the wrap-around portion 83 is bonded to the third convex portion 74.
  • the wrapping portion 83 of the second resin sealing portion 380 wraps between the electrode substrate 10 and the counter substrate 20, and the wrapping portion 83 is bonded to the third convex portion 74.
  • the force for pushing the first resin sealing portion 370 of the sealing portion 330 outward. Work.
  • the outward stress is also applied to the wrapping portion 83 bonded to the third convex portion 74.
  • the stress applied to the wrapping portion 83 is transmitted to the second main body portion 81 of the second resin sealing portion 380, and the outward stress is applied to the second main body portion 81. Therefore, the difference between the shear stress applied to the interface between the electrode substrate 10 and the first resin sealing portion 370 and the shear stress applied to the interface between the counter substrate 20 and the second main body portion 81 of the second resin sealing portion 380. Can be made sufficiently smaller, and the first resin sealing portion 370 becomes more difficult to peel from the counter substrate 20. As a result, the photoelectric conversion element 300 can have more excellent durability.
  • substrate 21 and the catalyst layer 22 comprise the counter substrate 20, as a counter substrate like the photoelectric conversion cell 490 of the photoelectric conversion element 400 shown in FIG.
  • an insulating substrate 420 may be used.
  • the structure 402 is disposed in the space between the insulating substrate 420, the sealing unit 30, and the electrode substrate 10.
  • the structure 402 is provided on the surface of the electrode substrate 10 on the insulating substrate 420 side.
  • the structure body 402 includes an oxide semiconductor layer 50, a porous insulating layer 403, and a counter electrode 401 in this order from the electrode substrate 10 side.
  • An electrolyte 40 is disposed in the space.
  • the electrolyte 40 is impregnated into the oxide semiconductor layer 50 and the porous insulating layer 403.
  • the insulating substrate 420 for example, a glass substrate or a resin film can be used.
  • the counter electrode 401 the same electrode as the counter substrate 20 can be used.
  • the counter electrode 401 may be composed of a porous single layer containing, for example, carbon.
  • the porous insulating layer 403 is mainly for preventing physical contact between the oxide semiconductor layer 50 and the insulating substrate 420 and impregnating the electrolyte 40 therein.
  • a porous insulating layer 403 for example, a fired body of an oxide can be used. Note that in the photoelectric conversion element 400 illustrated in FIG.
  • only one structure 402 is provided in the space between the sealing unit 30, the electrode substrate 10, and the insulating substrate 420. It may be provided.
  • the porous insulating layer 403 is provided between the oxide semiconductor layer 50 and the counter electrode 401, but may be provided between the electrode substrate 10 and the counter electrode 401 so as to surround the oxide semiconductor layer 50. Good. Even in this configuration, physical contact between the oxide semiconductor layer 50 and the counter electrode 401 can be prevented.
  • Example 1 First, on a 2.2 mm thick transparent substrate made of glass (trade name “TECa7”, manufactured by Pilkington Co., Ltd.), a transparent conductive layer made of 0.7 ⁇ m thick FTO is formed by sputtering to form a conductive substrate. Obtained.
  • TECa7 transparent conductive layer made of 0.7 ⁇ m thick FTO
  • a precursor of an oxide semiconductor layer was formed on the transparent conductive layer. Specifically, first, a titanium oxide paste (trade name “PST-21NR”, manufactured by JGC Catalysts & Chemicals, Inc., average particle diameter of 21 nm) is printed on the transparent conductive layer to a thickness of 10 ⁇ m by screen printing and dried. Thus, a precursor of the oxide semiconductor layer was formed.
  • a titanium oxide paste (trade name “PST-21NR”, manufactured by JGC Catalysts & Chemicals, Inc., average particle diameter of 21 nm) is printed on the transparent conductive layer to a thickness of 10 ⁇ m by screen printing and dried.
  • PST-21NR manufactured by JGC Catalysts & Chemicals, Inc.
  • the precursor of the oxide semiconductor layer was baked at 500 ° C. for 30 minutes to form an oxide semiconductor layer on the transparent conductive layer.
  • a paste having a low melting point glass frit (trade name “PLFOC-837B”, manufactured by Okuno Pharmaceutical Co., Ltd.) is formed on the conductive substrate so as to surround the oxide semiconductor layer. It printed so that it might become 20 micrometers, and the glass insulation part was formed by baking for 30 minutes at 500 degreeC. Thus, an electrode substrate on which the oxide semiconductor layer and the glass insulating portion were formed was obtained.
  • a resin film made of low-density polyethylene (product name “Bynel 4164”, manufactured by DuPont, melting point: 127 ° C., oxygen permeability: 12000 (cc / 20 ⁇ m 2 ⁇ 24 h / atm)) is prepared, and one opening is formed.
  • an annular first sealing portion forming body was prepared.
  • the electrode substrate on which the first sealing portion forming body was formed was immersed in the dye solution for 16 hours, thereby adsorbing the dye to the oxide semiconductor layer.
  • a 0.2 mM Z907 dye solution was used as the dye solution.
  • a counter substrate was prepared by forming a catalyst layer made of platinum having a thickness of 10 nm on a titanium foil having a thickness of 40 ⁇ m by a sputtering method. At this time, on both surfaces of the titanium foil, masking was applied to the peripheral portion where the sealing portion forming body is to be welded so that the catalyst was not formed.
  • annular first sealing portion forming body was prepared.
  • a second sealing portion forming body for forming the second resin sealing portion was prepared.
  • the second sealing part forming body is an ethylene vinyl alcohol copolymer (product name “EVAL EF-E”, manufactured by Kuraray Co., Ltd., melting point: 165 ° C., oxygen permeability: 1.5 (cc / 20 ⁇ m 2 ⁇ 24 h / atm). )) was prepared, and one opening was formed in the resin film, whereby an annular second sealing portion forming body was prepared.
  • the structure A and the structure B are superposed in a vacuum chamber having a vacuum degree of 600 Pa, and a stepped heat mold in which an annular protrusion is provided on the main body is used, and the surface temperature of the protrusion is 200 ° C.
  • the first sealing portion forming body of the structure A and the first sealing portion forming body and the second sealing portion forming body of the structure B were heated and melted while being pressurized.
  • pressurization was performed with a press thrust of about 1 kN.
  • the softening of the first sealing portion forming body starts, the outer peripheral edge of the opposing first sealing portion forming body protrudes outward and rises in the direction away from the electrode substrate, and becomes the second sealing portion forming body.
  • a sealing portion having a shape as shown in FIG. 3 was formed.
  • the thickness t1 of the first main body portion of the first resin sealing portion is 40 ⁇ m
  • the thickness t2 of the first convex portion is 80 ⁇ m
  • R represented by the above-described formula (3) is 3. 0.
  • the photoelectric conversion element of the present invention can have excellent durability.

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Abstract

少なくとも1つの光電変換セルを有する光電変換素子が開示されている。光電変換セルは、電極基板と、電極基板に対向する対向基板と、電極基板及び対向基板を接合させる環状の封止部と、封止部の内側に配置される電解質とを備える。封止部は、電極基板に接着され、熱可塑性樹脂を含む環状の第1樹脂封止部と、第1樹脂封止部とともに対向基板を挟むように設けられ、熱可塑性樹脂を含む環状の第2樹脂封止部とを有し、第2樹脂封止部が第1樹脂封止部よりも高い融点を有する。第1樹脂封止部は、電極基板に接着される第1本体部と、第1本体部のうち電極基板と反対側に設けられる第1凸部とを有し、第1本体部が、電極基板と対向基板との間に挿入される挿入部と、電極基板と対向基板との間に挿入されない非挿入部とを有し、第1凸部が、第1本体部の非挿入部に設けられている。第2樹脂封止部は、対向基板のうち電極基板と反対側に設けられる第2本体部を有し、第2樹脂封止部の第2本体部は第1凸部に接着されている。

Description

光電変換素子
 本発明は、光電変換素子に関する。
 光電変換素子として、安価で、高い光電変換効率が得られることから色素を用いた光電変換素子が注目されており、色素を用いた光電変換素子に関して種々の開発が行われている。
 色素を用いた光電変換素子としては、例えば下記特許文献1記載の光電変換素子が知られている。下記特許文献1には、少なくとも1つの光電変換セルが、電極基板と、電極基板に対向する対向基板と、電極基板及び対向基板を接合させる環状の封止部と、封止部の内側に配置される電解質とを備える光電変換素子が開示されている。また下記特許文献1には、封止部が、電極基板に接着される環状の第1樹脂封止部と、第1樹脂封止部とともに対向基板を挟むように設けられる環状の第2樹脂封止部とを有し、第2樹脂封止部が第1樹脂封止部よりも高い融点を有することが開示されている。このようにして電極基板と対向基板との間により柔らかい樹脂封止部を設け、封止部と電極基板又は対向基板との界面に加わる応力を緩和することで、光電変換素子の耐久性を向上させることが図られている。
国際公開第2012/118028号
 しかし、上述した特許文献1に記載の光電変換素子は、耐久性の点で未だ改善の余地を有していた。
 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、優れた耐久性を有する光電変換素子を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するため、本発明は、少なくとも1つの光電変換セルを有する光電変換素子であって、前記光電変換セルが、電極基板と、前記電極基板に対向する対向基板と、前記電極基板及び前記対向基板を接合させる環状の封止部と、前記封止部の内側に配置される電解質とを備え、前記封止部が、前記電極基板に接着され、熱可塑性樹脂を含む環状の第1樹脂封止部と、前記第1樹脂封止部とともに前記対向基板を挟むように設けられ、熱可塑性樹脂を含む環状の第2樹脂封止部とを有し、前記第2樹脂封止部が前記第1樹脂封止部よりも高い融点を有し、前記第1樹脂封止部が、前記電極基板に接着される第1本体部と、前記第1本体部のうち前記電極基板と反対側に設けられる第1凸部とを有し、前記第1本体部が、前記電極基板と前記対向基板との間に挿入される挿入部と、前記電極基板と前記対向基板との間に挿入されない非挿入部とを有し、前記第1凸部が、前記第1本体部の前記非挿入部に設けられ、前記第2樹脂封止部が、前記対向基板のうち前記電極基板と反対側に設けられる第2本体部を有し、前記第2樹脂封止部の前記第2本体部が前記第1凸部に接着されている、光電変換素子である。
 本発明の光電変換素子によれば、当該光電変換素子が高温環境下に置かれ、光電変換セルにおいて対向基板と電極基板と封止部との間の空間(以下、「セル空間」と呼ぶ)が加圧されると、対向基板と電極基板とが離れようとする。このとき、封止部が、第2樹脂封止部よりも低い融点を有する第1樹脂封止部を有し、この第1樹脂封止部が、電極基板と対向基板との間に挿入される挿入部を有している。このため、対向基板と第1樹脂封止部との界面、及び、電極基板と第1樹脂封止部との界面に垂直な方向に過大な応力が加わろうとしても、その応力が第1樹脂封止部によって緩和される。このため、第1樹脂封止部と対向基板との界面、および、電極基板と第1樹脂封止部との界面に過大な応力が加わることが十分に抑制され、第1樹脂封止部からの電極基板又は対向基板の剥離が十分に抑制される。
 また、光電変換素子が高温環境下に置かれ、光電変換セルにおいてセル空間が加圧されると、封止部の第1樹脂封止部を外側に押し出そうとする力が第1樹脂封止部に働き、電極基板と第1樹脂封止部との界面に平行な方向に大きなせん断応力が加わる。このとき、第2樹脂封止部の第2本体部は、対向基板のうち電極基板と反対側に設けられている。このため、第1樹脂封止部が第1本体部のうち電極基板と反対側に第1凸部を有しないと仮定した場合、対向基板と第2樹脂封止部の第2本体部との界面に加わるせん断応力は小さい。その結果、電極基板と第1樹脂封止部との界面に加わるせん断応力と、対向基板と第2樹脂封止部の第2本体部との界面に加わるせん断応力との差がかなり大きくなり、第1樹脂封止部が対向基板に対して剥離しやすくなる。これに対し、本発明のように、第1樹脂封止部が第1本体部のうち電極基板と反対側に第1凸部を有する場合、第2樹脂封止部の第2本体部が第1凸部に接着されているため、第1樹脂封止部を外側に押し出そうとする力が働き、第1凸部に外側に向ける応力が加わると、同時に第1凸部によって第2樹脂封止部の第2本体部が外側に引っ張られ、第2本体部を外側に向ける応力が加わる。すなわち、対向基板と第2樹脂封止部の第2本体部との界面に加わるせん断応力が大きくなる。このため、電極基板と第1樹脂封止部との界面に加わるせん断応力と、対向基板と第2樹脂封止部の第2本体部との界面に加わるせん断応力との差を十分に小さくすることが可能となり、第1樹脂封止部が対向基板に対して剥離しにくくなる。
 他方、光電変換素子が低温環境下に置かれ、光電変換セルにおいてセル空間が減圧されると、封止部の第1樹脂封止部を内側に引き込もうとする力が第1樹脂封止部に働き、電極基板と第1樹脂封止部との界面に平行な方向に大きなせん断応力が加わる。このとき、第2樹脂封止部の第2本体部は、対向基板のうち電極基板と反対側に設けられている。このため、第1樹脂封止部が第1本体部のうち電極基板と反対側に第1凸部を有しないと仮定した場合、対向基板と第2樹脂封止部の第2本体部との界面に加わるせん断応力は小さい。その結果、電極基板と第1樹脂封止部との界面に加わるせん断応力と、対向基板と第2樹脂封止部の第2本体部との界面に加わるせん断応力との差がかなり大きくなり、第1樹脂封止部が対向基板に対して剥離しやすくなる。これに対し、本発明のように、第1樹脂封止部が第1本体部のうち電極基板と反対側に第1凸部を有する場合、第2樹脂封止部の第2本体部が第1凸部に接着されているため、第1樹脂封止部を内側に引き込もうとする力が働き、第1凸部に内側に向ける応力が加わると、同時に第1凸部によって第2樹脂封止部の第2本体部が内側に押され、第2本体部を内側に向ける応力が加わる。このため、電極基板と第1樹脂封止部との界面に加わるせん断応力と、対向基板と第2樹脂封止部の第2本体部との界面に加わるせん断応力との差を十分に小さくすることが可能となり、第1樹脂封止部が対向基板に対して剥離しにくくなる。
 このように本発明の光電変換素子によれば、第1樹脂封止部が電極基板又は対向基板に対して剥離することによる電解質の漏洩が十分に抑制される。このため、本発明の光電変換素子は、優れた耐久性を有することが可能となる。
 上記光電変換素子においては、前記光電変換セルが、前記電極基板又は前記対向基板上に酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に担持される色素とをさらに有し、前記第2樹脂封止部の酸素透過度が前記第1樹脂封止部の酸素透過度よりも小さいことが好ましい。
 この場合、封止部が、第1樹脂封止部のほか、第1樹脂封止部よりも小さい酸素透過度を有する第2樹脂封止部を含んでいるため、封止部が第2樹脂封止部を含まない場合に比べて、封止部を通して電解質中に酸素が侵入することが十分に抑制され、酸素によって、酸化物半導体層に担持された色素が劣化されることが十分に抑制され、光電変換素子がより優れた耐久性を有することが可能となる。
 上記光電変換素子においては、下記式(1)で表されるAが1200~60000であることが好ましい。
A=A1/A2・・・(1)
(A1は、前記第1樹脂封止部の酸素透過度を表し、A2は前記第2樹脂封止部の酸素透過度を表す。)
 この場合、Aの値が上記範囲を外れる場合に比べて、封止部を通して電解質中に酸素が侵入することがより十分に抑制され、酸素によって、酸化物半導体層に担持された色素が劣化されることがより十分に抑制され、光電変換素子がより優れた耐久性を有することが可能となる。
 上記光電変換素子においては、前記第2樹脂封止部が、ビニルアルコール単位を含む樹脂を含むことが好ましい。
 この場合、第2樹脂封止部の酸素透過度を十分に低くすることができるため、上記式(1)で表されるAの値を調整しやすくなる。
 上記光電変換素子においては、下記式(2)で表されるΔTが25℃以上であることが好ましい。
ΔT=T2-T1・・・(2)
(T1は、前記第1樹脂封止部の融点を表し、T2は前記第2樹脂封止部の融点を表す。)
 この場合、ΔTが25℃未満である場合に比べて、第1樹脂封止部からの電極基板又は対向基板の剥離がより十分に抑制される。
 上記光電変換素子において、前記第1樹脂封止部が、前記本体部の前記挿入部において前記電極基板と反対側に第2凸部をさらに有し、前記第2樹脂封止部が、前記対向基板のうち前記電極基板と反対側に設けられる第2本体部と、前記第2本体部に接続されて前記電極基板と前記対向基板との間に回り込む回込み部とを有し、前記回込み部が前記第2凸部に接着されていることが好ましい。
 この場合、第2樹脂封止部の回込み部が、電極基板と対向基板との間に回り込んでおり、この回込み部が第2凸部に接着されている。このため、光電変換素子が高温環境下に置かれ、光電変換セルにおいてセル空間が加圧されると、封止部の第1樹脂封止部を外側に押し出そうとする力が働く。このとき、第2凸部に外側に向ける応力が加わると、第2凸部に接着されている回込み部にも外側に向ける応力が加わる。このとき、回込み部に加わった応力が第2樹脂封止部の第2本体部に伝達されて、第2本体部に外側に向ける応力が加えられる。このため、電極基板と第1樹脂封止部との界面に加わるせん断応力と、対向基板と第2樹脂封止部の第2本体部との界面に加わるせん断応力との差をより十分に小さくすることが可能となり、第1樹脂封止部が対向基板に対してより剥離しにくくなる。その結果、光電変換素子は、より優れた耐久性を有することが可能となる。
 上記光電変換素子においては、下記式(3)で表されるRが3.0以上であることが好ましい。
R=(t1+t2)/t1・・・(3)
(上記式(3)中、t1は前記第1本体部の厚さ(μm)を表し、t2は前記第1凸部の厚さ(μm)を表す)
 この場合、Rが3.0未満である場合と比べて、光電変換素子がより優れた耐久性を有することが可能となる。
 本発明によれば、優れた耐久性を有する光電変換素子が提供される。
本発明の光電変換素子の第1実施形態を示す切断面端面図である。 図1の対向基板を示す断面図である。 図1の部分拡大図である。 本発明の光電変換素子の第2実施形態の一部を示す切断面端面図である。 本発明の光電変換素子の第3実施形態の一部を示す切断面端面図である。 本発明の光電変換素子の第4実施形態を示す切断面端面図である。
 以下、本発明の光電変換素子の実施形態について図1~3を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の光電変換素子の第1実施形態を示す切断面端面図、図2は、図1の対向基板を示す断面図、図3は、図1の部分拡大図である。
 図1に示すように、光電変換素子100は1つの光電変換セル90を有している。光電変換セル90は、電極基板10と、電極基板10に対向する対向基板20と、電極基板10及び対向基板20を接合させる環状の封止部30と、封止部30の内側に配置される電解質40と、電極基板10のうち対向基板20側の表面上に設けられる酸化物半導体層50と、酸化物半導体層50に担持される色素(図示せず)とを備えている。
 電極基板10は、透明基板13と、透明基板13上に設けられる透明導電層14と、酸化物半導体層50を包囲するように透明導電層14上に設けられ、封止部30と接着される環状の絶縁部15とを有している。
 図2に示すように、対向基板20は対極で構成され、基板と電極を兼ねる導電性基板21と、導電性基板21上に設けられる触媒層22とを有している。触媒層22は、導電性基板21のうち電極基板10側に設けられる。
 封止部30は、電極基板10に接着される環状の第1樹脂封止部70と、第1樹脂封止部70とともに対向基板20を挟むように設けられる環状の第2樹脂封止部80とを有している。ここで、第1樹脂封止部70及び第2樹脂封止部80はいずれも熱可塑性樹脂を含んでおり、第2樹脂封止部80は第1樹脂封止部70よりも高い融点を有している。
 図3に示すように、第1樹脂封止部70は、電極基板10に接着される第1本体部71と、第1本体部71のうち電極基板10と反対側に設けられる第1凸部72とを有している。第1本体部71は、電極基板10と対向基板20との間に挿入される挿入部71aと、電極基板10と対向基板20との間に挿入されない非挿入部71bとを有し、第1凸部72は、第1本体部71の非挿入部71bのうち電極基板10と反対側に設けられている。
 一方、第2樹脂封止部80は、対向基板20のうち電極基板10と反対側に設けられる第2本体部81と、第2本体部81と第1凸部72との間にある中間部82とで構成されている。
 そして、第2樹脂封止部80の第2本体部81は中間部82を介して第1凸部72に接着されている。中間部82は第1本体部71の非挿入部71bに接着されている。
 光電変換素子100によれば、当該光電変換素子100が高温環境下に置かれ、光電変換セル90において対向基板20と電極基板10と封止部30との間の空間(セル空間)が加圧されると、対向基板20と電極基板10とが離れようとする。このとき、封止部30が、第2樹脂封止部80よりも低い融点を有する第1樹脂封止部70を有し、この第1樹脂封止部70が、電極基板10と対向基板20との間に挿入される挿入部71aを有している。このため、対向基板20と第1樹脂封止部70との界面、及び、電極基板10と第1樹脂封止部70との界面に垂直な方向に過大な応力が加わろうとしても、その応力が第1樹脂封止部70によって緩和される。このため、第1樹脂封止部70と対向基板20との界面、および、電極基板10と第1樹脂封止部70との界面に過大な応力が加わることが十分に抑制され、第1樹脂封止部70からの電極基板10又は対向基板20の剥離が十分に抑制される。
 また、光電変換素子100が高温環境下に置かれ、光電変換セル90においてセル空間が加圧されると、封止部30の第1樹脂封止部70を外側に押し出そうとする力が第1樹脂封止部70に働き、電極基板10と第1樹脂封止部70との界面に平行な方向に大きなせん断応力が加わる。このとき、第2樹脂封止部80の第2本体部81は、対向基板20のうち電極基板10と反対側に設けられている。このため、第1樹脂封止部70が第1本体部71のうち電極基板10と反対側に第1凸部72を有しないと仮定した場合、対向基板20と第2樹脂封止部80の第2本体部81との界面に加わるせん断応力は小さい。その結果、電極基板10と第1樹脂封止部70との界面に加わるせん断応力と、対向基板20と第2樹脂封止部80の第2本体部81との界面に加わるせん断応力との差がかなり大きくなり、第1樹脂封止部70が対向基板20に対して剥離しやすくなる。これに対し、光電変換素子100のように、第1樹脂封止部70が第1本体部71のうち電極基板10と反対側に第1凸部72を有する場合、第2樹脂封止部80の第2本体部81が中間部82を介して第1凸部72に接着されているため、第1樹脂封止部70を外側に押し出そうとする力が働き、第1凸部72に外側に向ける応力が加わると、同時に第1凸部72によって第2樹脂封止部80の中間部82を介して第2本体部81が外側に引っ張られ、第2本体部81を外側に向ける応力が加わる。すなわち、対向基板20と第2樹脂封止部80の第2本体部81との界面に加わるせん断応力が大きくなる。このため、電極基板10と第1樹脂封止部70との界面に加わるせん断応力と、対向基板20と第2樹脂封止部80の第2本体部81との界面に加わるせん断応力との差を十分に小さくすることが可能となり、第1樹脂封止部70が対向基板20に対して剥離しにくくなる。
 他方、光電変換素子100が低温環境下に置かれ、光電変換セル90においてセル空間が減圧されると、封止部30の第1樹脂封止部70を内側に引き込もうとする力が第1樹脂封止部70に働き、電極基板10と第1樹脂封止部70との界面に平行な方向に大きなせん断応力が加わる。このとき、第2樹脂封止部80の第2本体部81は、対向基板20のうち電極基板10と反対側に設けられている。このため、第1樹脂封止部70が第1本体部71のうち電極基板10と反対側に第1凸部72を有しないと仮定した場合、対向基板20と第2樹脂封止部80の第2本体部81との界面に加わるせん断応力は小さい。その結果、電極基板10と第1樹脂封止部70との界面に加わるせん断応力と、対向基板20と第2樹脂封止部80の第2本体部81との界面に加わるせん断応力との差がかなり大きくなり、第1樹脂封止部70が対向基板20に対して剥離しやすくなる。これに対し、光電変換素子100のように、第1樹脂封止部70が第1本体部71のうち電極基板10と反対側に第1凸部72を有する場合、第2樹脂封止部80の第2本体部81が中間部82を介して第1凸部72に接着されているため、第1樹脂封止部70を内側に引き込もうとする力が働き、第1凸部72に内側に向ける応力が加わると、同時に第1凸部72によって第2樹脂封止部80の中間部82を介して第2本体部81が内側に押され、第2本体部81を内側に向ける応力が加わる。このため、電極基板10と第1樹脂封止部70との界面に加わるせん断応力と、対向基板20と第2樹脂封止部80の第2本体部81との界面に加わるせん断応力との差を十分に小さくすることが可能となり、第1樹脂封止部70が対向基板20に対して剥離しにくくなる。
 このように光電変換素子100によれば、第1樹脂封止部70が電極基板10又は対向基板20に対して剥離することによる電解質40の漏洩が十分に抑制される。このため、光電変換素子100は、優れた耐久性を有することが可能となる。
 次に、電極基板10、対向基板20、封止部30、電解質40、酸化物半導体層50および色素について詳細に説明する。
 ≪電極基板≫
 電極基板10は、上述したように、透明基板13と、透明基板13上に設けられる透明導電層14と、封止部30と接着される環状の絶縁部15とを有している。
 <透明基板>
 透明基板13を構成する材料は、例えば透明な材料であればよく、このような透明な材料としては、例えばホウケイ酸ガラス、ソーダライムガラス、白板ガラス、石英ガラスなどのガラス、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、及び、ポリエーテルスルフォン(PES)などの樹脂が挙げられる。透明基板13の厚さは、光電変換素子100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば50~40000μmの範囲にすればよい。
 <透明導電層>
 透明導電層14を構成する材料としては、例えばスズ添加酸化インジウム(ITO)、酸化スズ(SnO)、及び、フッ素添加酸化スズ(FTO)などの導電性金属酸化物が挙げられる。透明導電層14は、単層でも、異なる導電性金属酸化物で構成される複数の層の積層体で構成されてもよい。透明導電層14が単層で構成される場合、透明導電層14は、高い耐熱性及び耐薬品性を有することから、FTOで構成されることが好ましい。透明導電層14の厚さは例えば0.01~2μmの範囲にすればよい。
 <絶縁部>
 絶縁部15を構成する材料は、絶縁材料であれば特に限定されるものではないが、絶縁材料としては、例えばガラスフリットなどの無機絶縁材料、ポリイミド樹脂などの熱硬化性樹脂および熱可塑性樹脂が挙げられる。中でも、ガラスフリットなどの無機絶縁材料又は熱硬化性樹脂を用いることが好ましい。この場合、封止部30が高温時に流動性を有するようになっても、絶縁部15は、熱可塑性樹脂からなる場合に比べて高温時でも流動化しにくい。このため、電極基板10の透明導電層14と対向基板20との接触が十分に抑制され、透明導電層14と対向基板20との間の短絡を十分に抑制できる。
 絶縁部15の厚さは特に制限されるものではないが、通常、10~30μmであり、好ましくは15~25μmである。
 ≪対向基板≫
 対向基板20は、上述したように、基板と電極を兼ねる導電性基板21と、導電性基板21の電極基板10側に設けられて触媒反応を促進する触媒層22とを備えている。
 <導電性基板>
 導電性基板21は、例えばチタン、ニッケル、白金、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ステンレス等の耐食性の金属材料で構成される。また、導電性基板21は、基板と電極を分けて、樹脂フィルム上にITO、FTO等の導電性酸化物からなる導電層を電極として形成した積層体で構成されてもよく、ガラス上にITO、FTO等の導電性酸化物からなる導電層を形成した積層体でもよい。導電性基板21の厚さは、光電変換素子100のサイズに応じて適宜決定され、特に限定されるものではないが、例えば0.01~0.1mmとすればよい。
 <触媒層>
 触媒層22は、白金などの金属、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。
 ≪封止部≫
 封止部30は、第1樹脂封止部70と、第2樹脂封止部80とで構成される。
 第1樹脂封止部70に含まれる熱可塑性樹脂としては、例えばアイオノマー、エチレン-ビニル酢酸無水物共重合体、エチレン-メタクリル酸共重合体、エチレン-ビニルアルコール共重合体等を含む変性ポリオレフィン樹脂、及び、ビニルアルコール重合体などの樹脂が挙げられる。
 第1樹脂封止部70においては、下記式(3)で表されるRの値は特に限定されるものではないが、3.0以上であることが好ましい。
R=(t1+t2)/t1・・・(3)
(上記式(3)中、t1は第1本体部71の厚さを表し、t2は第1凸部72の厚さを表す)
 この場合、Rが3.0未満である場合と比べて、光電変換素子100がより優れた耐久性を有することが可能となる。
 上記Rの値は、3.5以上であることがより好ましい。但し、上記Rの値は、21以下であることがより好ましい。
 第1樹脂封止部70の第1本体部71の厚さは特に制限されるものではないが、通常、10~100μmであり、好ましくは20~50μmである。
 第2樹脂封止部80に含まれる熱可塑性樹脂は、第2樹脂封止部80に第1樹脂封止部70よりも高い融点を付与しうるものであればよく、第2樹脂封止部80に含まれる熱可塑性樹脂としては、第1樹脂封止部70に含まれる熱可塑性樹脂と同様のものを用いることができる。
 第2樹脂封止部80の融点T2と第1樹脂封止部70の融点T1との差であって下記式(2)で表されるΔTは0℃より大きい限り特に限定されるものではないが、25℃以上であることが好ましい。この場合、ΔTが25℃未満である場合に比べて、第1樹脂封止部70からの電極基板10又は対向基板20の剥離がより十分に抑制される。ΔTは好ましくは35℃以上である。但し、ΔTは60℃以下であることが好ましい。
ΔT=T2-T1・・・(2)
 第2樹脂封止部80の酸素透過度は第1樹脂封止部70の酸素透過度と同一でも異なっていてもよいが、第2樹脂封止部80の酸素透過度は第1樹脂封止部70の酸素透過度より小さいことが好ましい。この場合、封止部30が、第1樹脂封止部70のほか、第1樹脂封止部70よりも小さい酸素透過度を有する第2樹脂封止部80を含むこととなる。このため、封止部30が第2樹脂封止部80を含まない場合に比べて、封止部30を通して電解質40中に酸素が侵入することが十分に抑制され、酸素によって、酸化物半導体層50に担持された色素が劣化されることが十分に抑制され、光電変換素子100がより優れた耐久性を有することが可能となる。
 第1樹脂封止部70の酸素透過度A1と第2樹脂封止部80の酸素透過度A2の比であって下記式(1)で表されるAの値は、特に制限されるものではないが、好ましくは1200~60000である。この場合、Aの値が上記範囲を外れる場合に比べて、封止部30を通して電解質40中に酸素が侵入することがより十分に抑制され、酸素によって、酸化物半導体層50に担持された色素が劣化されることがより十分に抑制され、光電変換素子100がより優れた耐久性を有することが可能となる。Aの値は、より好ましくは2400~8000である。第2樹脂封止部80の酸素透過度は特に制限されるものではないが、通常は0.21~2.5(cc/20μm・24h/atm)であり、好ましくは0.5~2.0(cc/20μm・24h/atm)である。
A=A1/A2・・・(1)
 なお、第2樹脂封止部80としては、ビニルアルコール単位を含む樹脂が好ましい。この場合、第2樹脂封止部80の酸素透過度を十分に低くすることができるため、上記式(1)で表されるAの値を調整しやすくなる。ビニルアルコール単位を含む樹脂としては、例えばエチレン-ビニルアルコール共重合体及びビニルアルコール重合体などが挙げられる。
 第2本体部81の厚さは特に制限されるものではないが、通常、10~100μmであり、好ましくは30~50μmである。
 ≪電解質≫
 電解質40は、酸化還元対と有機溶媒とを含んでいる。有機溶媒としては、アセトニトリル、メトキシアセトニトリル、3-メトキシプロピオニトリル、プロピオニトリル、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジエチルカーボネート、γ-ブチロラクトン、バレロニトリル、ピバロニトリル、などを用いることができる。酸化還元対としては、例えばヨウ化物イオン/ポリヨウ化物イオン(例えばI/I )、臭化物イオン/ポリ臭化物イオンなどのハロゲン原子を含む酸化還元対のほか、亜鉛錯体、鉄錯体、コバルト錯体などのレドックス対が挙げられる。なお、ヨウ化物イオン/ポリヨウ化物イオンは、ヨウ素(I)と、アニオンとしてのアイオダイド(I)を含む塩(イオン性液体や固体塩)とによって形成することができる。アニオンとしてアイオダイドを有するイオン性液体を用いる場合には、ヨウ素のみ添加すればよく、有機溶媒や、アニオンとしてアイオダイド以外のイオン性液体を用いる場合には、LiIやテトラブチルアンモニウムアイオダイドなどのアニオンとしてアイオダイド(I)を含む塩を添加すればよい。また電解質40は、有機溶媒に代えて、イオン液体を用いてもよい。イオン液体としては、例えばピリジニウム塩、イミダゾリウム塩、トリアゾリウム塩等の既知のヨウ素化物塩などが用いられる。このようなヨウ素化物塩としては、例えば、1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムアイオダイド、1-エチル-3-プロピルイミダゾリウムアイオダイド、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムアイオダイド、1,2-ジメチル-3-プロピルイミダゾリウムアイオダイド、1-ブチル-3-メチルイミダゾリウムアイオダイド、又は、1-メチル-3-プロピルイミダゾリウムアイオダイドが好適に用いられる。
 また、電解質40は、上記有機溶媒に代えて、上記イオン液体と上記有機溶媒との混合物を用いてもよい。
 また電解質40には添加剤を加えることができる。添加剤としては、1-メチルベンゾイミダゾール(NMB)、1-ブチルベンゾイミダゾール(NBB)などのベンゾイミダゾール、4-t-ブチルピリジン、グアニジウムチオシアネートなどが挙げられる。中でも、ベンゾイミダゾールが添加剤として好ましい。
 さらに電解質40としては、上記電解質にSiO、TiO、カーボンナノチューブなどのナノ粒子を混練してゲル様となった擬固体電解質であるナノコンポジットゲル電解質を用いてもよく、また、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド誘導体、アミノ酸誘導体などの有機系ゲル化剤を用いてゲル化した電解質を用いてもよい。
 ≪酸化物半導体層≫
 酸化物半導体層50は酸化物半導体粒子で構成されている。酸化物半導体粒子は、例えば酸化チタン(TiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タングステン(WO)、酸化ニオブ(Nb)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、酸化スズ(SnO)、酸化インジウム(In)、酸化ジルコニウム(ZrO)、酸化タリウム(Ta)、酸化ランタン(La)、酸化イットリウム(Y)、酸化ホルミウム(Ho)、酸化ビスマス(Bi)、酸化セリウム(CeO)、酸化アルミニウム(Al)又はこれらの2種以上で構成される。酸化物半導体層50の厚さは、例えば0.1~100μmとすればよい。
 酸化物半導体層50は通常、光を吸収するための吸収層で構成されるが、吸収層と吸収層を透過した光を反射して吸収層に戻す反射層とで構成されてもよい。
 ≪色素≫
 色素としては、例えばビピリジン構造、ターピリジン構造などを含む配位子を有するルテニウム錯体や、ポルフィリン、エオシン、ローダニン、メロシアニンなどの有機色素などの光増感色素や、ハロゲン化鉛系ペロブスカイト結晶などの有機-無機複合色素などが挙げられる。ハロゲン化鉛系ペロブスカイトとしては、例えばCHNHPbX(X=Cl、Br、I)が用いられる。上記色素の中でも、ビピリジン構造又はターピリジン構造を含む配位子を有するルテニウム錯体が好ましい。この場合、光電変換素子100の光電変換特性をより向上させることができる。なお、色素として、光増感色素を用いる場合には、光電変換素子100は色素増感光電変換素子となる。
 次に、光電変換素子100の製造方法について説明する。
 まず1つの透明基板13の上に透明導電層14を形成してなる導電性基板を用意する。
 透明導電層14の形成方法としては、スパッタリング法、蒸着法、スプレー熱分解法(SPD)又は化学気相成長(CVD)法などが用いられる。
 さらに透明導電層14の上に酸化物半導体層50の前駆体を形成する。
 酸化物半導体層50の前駆体は、酸化物半導体粒子を含む酸化物半導体層形成用ペーストを印刷した後、乾燥させることで形成することができる。 
 酸化物半導体層形成用ペーストは、酸化物半導体粒子のほか、ポリエチレングリコールなどの樹脂及び、テレピネオールなどの溶媒を含む。 
 酸化物半導体層形成用ペーストの印刷方法としては、例えばスクリーン印刷法、ドクターブレード法、又はバーコート法などを用いることができる。 
 そして、酸化物半導体層50の前駆体を焼成し、酸化物半導体層50を形成する。
 焼成温度は酸化物半導体粒子の種類により異なるが、通常は350~600℃であり、焼成時間も、酸化物半導体粒子の種類により異なるが、通常は1~5時間である。
 次に、酸化物半導体層50の前駆体を包囲するように絶縁部15の前駆体を形成する。
 絶縁部15の前駆体は、例えばガラスフリットを含むペーストを塗布し乾燥させることによって形成することができる。
 そして、絶縁部15の前駆体を焼成し、絶縁部15を形成する。
 こうして、酸化物半導体層50及び絶縁部15が形成された電極基板10が得られる。
 次に、第1樹脂封止部70を形成するための環状の第1封止部形成体を準備する。第1封止部形成体は、例えば第1封止用樹脂フィルムを用意し、その第1封止用樹脂フィルムに1つの開口を形成することによって得ることができる。
 そして、この第1封止部形成体を、絶縁部15上に、絶縁部15に沿うように配置して絶縁部15に接着させる。このとき、第1封止部形成体の絶縁部15への接着は、例えば第1封止部形成体を加熱溶融させることによって行うことができる。
 次に、電極基板10の酸化物半導体層50に色素を担持させる。このためには、電極基板10を、色素を含有する溶液の中に浸漬させ、その色素を酸化物半導体層50に吸着させた後に上記溶液の溶媒成分で余分な色素を洗い流し、乾燥させることで、色素を酸化物半導体層50に吸着させればよい。但し、色素を含有する溶液を酸化物半導体層50に塗布した後、乾燥させることによって色素を酸化物半導体層50に吸着させても、色素を酸化物半導体層50に担持させることが可能である。
 次に、電解質40を用意する。そして、電解質40を電極基板10上に固定した環状の封止部形成体の内側に配置する。こうして構造体Aが得られる。
 次に、対向基板20を用意する。
 対向基板20は、上述したように、導電性基板21上に導電性の触媒層22を形成することにより得ることができる。
 次に、上述した第1封止部形成体をもう1つ用意する。
 一方、上述した第1封止部形成体よりも高い融点を有する第2封止部形成体を用意する。第2封止部形成体は、例えば第2封止用樹脂フィルムを用意し、その第2封止用樹脂フィルムに1つの開口を形成することによって得ることができる。
 そして、この第1封止部形成体の開口を塞ぐように対向基板20を配置した後、第1封止部形成体と第2封止部形成体とによって対向基板20の周縁部を挟むように、第1封止部形成体と第2封止部形成体とを重ね合わせる。そして、第1封止部形成体及び第2封止部形成体を対向基板20に接着させる。なお、第1封止部形成体及び第2封止部形成体の対向基板20への接着は、例えば第1封止部形成体及び第2封止部形成体を加熱溶融させることによって行うことができる。こうして構造体Bが得られる。
 次に、上記構造体Aと、上記構造体Bとを重ね合わせ、構造体Aの第1封止部形成体、並びに、構造体Bの第1封止部形成体および第2封止部形成体を加圧しながら加熱溶融させる。すると、第1封止部形成体の軟化が始まり、対向する第1封止部形成体の外側の周縁部が外側にはみ出しつつ電極基板10から離れる方向に盛り上がり、第2封止部形成体に接着される。こうして封止部30が形成される。
 以上のようにして光電変換素子100が得られる。
 本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、光電変換素子100が1つの光電変換セル90で構成されているが、光電変換素子100は、光電変換セル90を複数備えていてもよい。
 また上記実施形態では、光電変換セル90が封止部30と電極基板10との間に絶縁部15を有しているが、絶縁部15は必ずしも必要なものではなく、省略が可能である。
 さらに、上記実施形態では、第2樹脂封止部80が第2本体部81と中間部82とで構成されているが、第2樹脂封止部80は第2本体部81のみで構成されてもよい。すなわち、第2樹脂封止部80は中間部82を含んでいなくてもよい。この場合、第2本体部81が第1凸部72に直接接着されることになる。
 また上記実施形態では、第2樹脂封止部80の中間部82が第1樹脂封止部70の第1本体部71の非挿入部71bに直接設けられているが、図4に示す光電変換素子200の封止部230のように、第1樹脂封止部270が第1本体部71の非挿入部71b上に第1凸部72より小さい厚さを有する第2凸部73を有し、この第2凸部73の上に中間部82を有していてもよい。この場合、中間部82が第2凸部73を介して第1本体部71の非挿入部71bに間接的に接着されることになる。
 また、上記実施形態では、第2樹脂封止部80が、第2本体部81と、中間部82とで構成され、第1樹脂封止部70が、第1本体部71と第1凸部72とで構成されているが、図5に示す光電変換素子300の封止部330のように、第2樹脂封止部380は、第2本体部81及び中間部82に加えて、中間部82に接続されて電極基板10と対向基板20との間に回り込む回込み部83をさらに有し、第1樹脂封止部370が、第1本体部71の挿入部71aにおいて電極基板10と反対側に第3凸部74をさらに有していてもよい。ここで、回込み部83が第3凸部74に接着されていることが好ましい。
 この場合、第2樹脂封止部380の回込み部83が、電極基板10と対向基板20との間に回り込んでおり、この回込み部83が第3凸部74に接着されている。このため、光電変換素子300が高温環境下に置かれ、光電変換セル390においてセル空間が加圧されると、封止部330の第1樹脂封止部370を外側に押し出そうとする力が働く。このとき、第3凸部74に外側に向ける応力が加わると、第3凸部74に接着されている回込み部83にも外側に向ける応力が加わる。このとき、回込み部83に加わった応力が第2樹脂封止部380の第2本体部81に伝達されて、第2本体部81に外側に向ける応力が加えられる。このため、電極基板10と第1樹脂封止部370との界面に加わるせん断応力と、対向基板20と第2樹脂封止部380の第2本体部81との界面に加わるせん断応力との差をより十分に小さくすることが可能となり、第1樹脂封止部370が対向基板20に対してより剥離しにくくなる。その結果、光電変換素子300は、より優れた耐久性を有することが可能となる。
 さらに、上記実施形態では、導電性基板21と触媒層22とが対向基板20を構成しているが、図6に示す光電変換素子400の光電変換セル490のように、対向基板として、対向基板20に代えて、絶縁性基板420を用いてもよい。この場合、絶縁性基板420と封止部30と電極基板10との間の空間には構造体402が配置される。構造体402は、電極基板10のうち絶縁性基板420側の面上に設けられている。構造体402は、電極基板10側から順に、酸化物半導体層50、多孔質絶縁層403及び対極401で構成される。また上記空間には電解質40が配置されている。電解質40は、酸化物半導体層50及び多孔質絶縁層403の内部にまで含浸されている。ここで、絶縁性基板420としては、例えばガラス基板又は樹脂フィルムなどを用いることができる。また対極401としては、対向基板20と同様のものを用いることができる。あるいは、対極401は、例えばカーボン等を含む多孔質の単一の層で構成されてもよい。多孔質絶縁層403は、主として、酸化物半導体層50と絶縁性基板420との物理的接触を防ぎ、電解質40を内部に含浸させるためのものである。このような多孔質絶縁層403としては、例えば酸化物の焼成体を用いることができる。なお、図6に示す光電変換素子400においては、封止部30と電極基板10と絶縁性基板420との間の空間に構造体402が1つのみ設けられているが、構造体402は複数設けられていてもよい。また、多孔質絶縁層403は、酸化物半導体層50と対極401との間に設けられているが、酸化物半導体層50を囲むように、電極基板10と対極401との間に設けてもよい。この構成でも、酸化物半導体層50と対極401との物理的接触を防ぐことができる。
 以下、本発明の内容を、実施例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
 (実施例1)
 まずガラス(商品名「TECa7」、ピルキントン社製)からなる厚さ2.2mmの透明基板の上に、スパッタリング法によって厚さ0.7μmのFTOからなる透明導電層を形成して導電性基板を得た。
 次に、透明導電層の上に、酸化物半導体層の前駆体を形成した。具体的には、先ず、透明導電層の上に、酸化チタンペースト(商品名「PST-21NR」、日揮触媒化成社製、平均粒径21nm)をスクリーン印刷により10μmの厚さで印刷し、乾燥させて酸化物半導体層の前駆体を形成した。
 次に、酸化物半導体層の前駆体を500℃で30分間焼成し、透明導電層の上に酸化物半導体層を形成した。
 次に、導電性基板上に、酸化物半導体層を包囲するように、低融点ガラスフリットのペースト(商品名「PLFOC-837B」、奥野製薬工業株式会社社製)を、焼成後の厚さが20μmとなるようにして印刷し、500℃で30分間焼成することでガラス絶縁部を形成した。こうして、酸化物半導体層及びガラス絶縁部が形成された電極基板を得た。
 次に、低密度ポリエチレン(製品名「Bynel4164」、デュポン社製、融点:127℃、酸素透過度:12000(cc/20μm・24h/atm))からなる樹脂フィルムを用意し、1つの開口を形成することで、環状の第1封止部形成体を用意した。
 そして、この第1封止部形成体をガラス絶縁部の上に載せた後、熱プレスにより第1封止部形成体をガラス絶縁部に溶着させた。
 次に、第1封止部形成体を形成した電極基板を色素溶液中に16時間浸漬することにより、酸化物半導体層に色素を吸着させた。このとき、色素溶液としては、0.2mMのZ907色素溶液を用いた。
 次に、第1封止部形成体の内側に電解質を配置した。電解質としては、3-メトキシプロピオニトリルからなる溶媒中に、ヨウ素を10mMとなるように溶解させたものを用いた。こうして構造体Aを得た。
 次に、厚さ40μmのチタン箔の上にスパッタリング法によって、厚さ10nmの白金からなる触媒層を形成することによって対向基板を用意した。このとき、チタン箔の両面において、封止部形成体を溶着させる予定の周縁部にはマスキングを施し、触媒が成膜されないようにした。
 次に、上記の環状の第1封止部形成体をもう1つ用意した。一方、第2樹脂封止部を形成するための第2封止部形成体を用意した。第2封止部形成体は、エチレンビニルアルコール共重合体(製品名「エバールEF-E」、クラレ社製、融点:165℃、酸素透過度:1.5(cc/20μm・24h/atm))からなる樹脂フィルムを用意し、この樹脂フィルムに1つの開口を形成することで、環状の第2封止部形成体を用意した。
 そして、この第1封止部形成体の開口を塞ぐように対向基板を配置した後、第1封止部形成体と第2封止部形成体とによって対向基板の周縁部を挟むように、第1封止部形成体と第2封止部形成体とを重ね合わせた。そして、第1封止部形成体及び第2封止部形成体を、真空熱ラミネート法を用いて対向基板に接着させた。こうして構造体Bを得た。
 そして、真空度600Paの真空チャンバ内で上記構造体Aと上記構造体Bとを重ね合わせ、本体部に環状の突出部を設けてなる段付き熱型を用い、突出部の表面温度を200℃になるようにして、構造体Aの第1封止部形成体、並びに、構造体Bの第1封止部形成体および第2封止部形成体を加圧しながら加熱溶融させた。このとき、加圧は、プレス推力を約1kNにして行った。その結果、第1封止部形成体の軟化が始まり、対向する第1封止部形成体の外側の周縁部が外側にはみ出しつつ電極基板から離れる方向に盛り上がり、第2封止部形成体に接着された。こうして図3に示すような形状の封止部が形成された。このとき、第1樹脂封止部の第1本体部の厚さt1は40μmであり、第1凸部の厚さt2は80μmであり、上述した式(3)で表されるRは3.0であった。
 以上のようにして、1つの光電変換セルからなる光電変換素子を得た。
 (比較例1)
 第2樹脂封止部を形成するための第2封止部形成体として、エチレンビニルアルコール共重合体の代わりに、第1封止部形成体と同一の低密度ポリエチレンを用いたこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製した。
 (比較例2)
 構造体Aの第1封止部形成体、並びに、構造体Bの第1封止部形成体および第2封止部形成体を加圧しながら加熱溶融させる際、段付き熱型の突出部の表面温度を200℃から180℃に変更し、プレス推力を約1kNから約0.5kNに変更することにより、図3において第1樹脂封止部が第1凸部を有しない封止部(すなわち、上述した式(3)で表されるRの値が1である封止部)を形成したこと以外は実施例1と同様にして光電変換素子を作製した。
 <耐久性の評価>
 上記のようにして得られた実施例1、比較例1及び比較例2の光電変換素子について、温度サイクル試験を行い、温度サイクル試験の前後で、白色LEDを光源とし、200ルクスの照度下でIV曲線の測定を行った。そして、IV曲線から求められた出力、及び、下記式に基づいて出力維持率を算出した。結果を表1に示す。
 
出力維持率(%)=温度サイクル試験後の出力/温度サイクル試験前の出力
 
なお、温度サイクル試験は、JIS C8917に従って、温度を-40℃まで低下させた後90℃まで上昇させる熱サイクルを1サイクルとして200サイクル行った。
 
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示す結果より、実施例1の光電変換素子の出力維持率は、比較例1及び2の出力維持率よりも大きいことが分かった。
 このことから、本発明の光電変換素子は、優れ耐久性を有することができることが確認された。
 10…電極基板
 20…対向基板
 30…封止部
 40…電解質
 50…酸化物半導体層
 70…第1樹脂封止部
 71…第1本体部
 71a…挿入部
 71b…非挿入部
 72…第1凸部
 73…第2凸部
 80…第2樹脂封止部
 81…第2本体部
 83…回込み部
 90,390.490…光電変換セル
 100,200,300,400…光電変換素子
 420…絶縁性基板(対向基板)

Claims (7)

  1.  少なくとも1つの光電変換セルを有する光電変換素子であって、
     前記光電変換セルが、
     電極基板と、
     前記電極基板に対向する対向基板と、
     前記電極基板及び前記対向基板を接合させる環状の封止部と、
     前記封止部の内側に配置される電解質とを備え、
     前記封止部が、
     前記電極基板に接着され、熱可塑性樹脂を含む環状の第1樹脂封止部と、
     前記第1樹脂封止部とともに前記対向基板を挟むように設けられ、熱可塑性樹脂を含む環状の第2樹脂封止部とを有し、
     前記第2樹脂封止部が前記第1樹脂封止部よりも高い融点を有し、
     前記第1樹脂封止部が、
     前記電極基板に接着される第1本体部と、
     前記第1本体部のうち前記電極基板と反対側に設けられる第1凸部とを有し、
     前記第1本体部が、
     前記電極基板と前記対向基板との間に挿入される挿入部と、
     前記電極基板と前記対向基板との間に挿入されない非挿入部とを有し、
     前記第1凸部が、前記第1本体部の前記非挿入部に設けられ、
     前記第2樹脂封止部が、前記対向基板のうち前記電極基板と反対側に設けられる第2本体部を有し、
     前記第2樹脂封止部の前記第2本体部が前記第1凸部に接着されている、光電変換素子。
  2.  前記光電変換セルが、前記電極基板又は前記対向基板上に酸化物半導体層と、前記酸化物半導体層に担持される色素とをさらに有し、
     前記第2樹脂封止部の酸素透過度が前記第1樹脂封止部の酸素透過度よりも小さい、請求項1に記載の光電変換素子。
  3.  下記式(1)で表されるAが1200~60000である、請求項2に記載の光電変換素子。
    A=A1/A2・・・(1)
    (A1は、前記第1樹脂封止部の酸素透過度を表し、A2は前記第2樹脂封止部の酸素透過度を表す。)
  4.  前記第2樹脂封止部が、ビニルアルコール単位を含む樹脂を含む、請求項2又は3に記載の光電変換素子。
  5.  下記式(2)で表されるΔTが25℃以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載の光電変換素子。
    ΔT=T2-T1・・・(2)
    (T1は、前記第1樹脂封止部の融点を表し、T2は前記第2樹脂封止部の融点を表す。)
  6.  前記第1樹脂封止部が、前記第1本体部の前記挿入部において前記電極基板と反対側に第2凸部をさらに有し、
     前記第2樹脂封止部が、前記第2本体部に接続されて前記電極基板と前記対向基板との間に回り込む回込み部をさらに有し、
     前記回込み部が前記第2凸部に接着されている、請求項1~5のいずれか一項に記載の光電変換素子。
  7.  下記式(3)で表されるRが3.0以上である、請求項1~6のいずれか一項に記載の光電変換素子。
    R=(t1+t2)/t1・・・(3)
    (上記式(3)中、t1は前記第1本体部の厚さを表し、t2は前記第1本体部からの前記第1凸部の厚さを表す)
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