Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
ELECTRODE HAVING SHORT-CIRCUIT PREVENTION LAYER, AND DYE-SENSITIZED SOLAR CELL HAVING SUCH ELECTRODE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2009/044791
Kind Code:
A1
Abstract:
In manufacture of a dye-sensitized solar cell, deformation and uneven pressurization generated in a bonding step due to pressurization for bonding a counter electrode and a photoelectrode to each other or short-circuit due to deformation or the like generated while a unit shape is formed of the material itself are eliminated. The dye-sensitized solar cell is manufactured by using one of or both of a photoelectrode and a counter electrode. In the photoelectrode, a short-circuit prevention layer composed of an insulating material is formed at least on the peripheral portion of a region to face a counter electrode on a transparent conductive board. In the counter electrode, a short-circuit prevention layer composed of an insulating material is formed at least on a part of a peripheral portion of a region to face the photoelectrode on the counter electrode.

Inventors:
KANAYAMA, Masahiro (1 Hokuryou-cho, Matsue-sh, Shimane 16, 6900816, JP)
金山 真宏 (〒16 島根県松江市北陵町1番地 島根県産業技術センター内 Shimane, 6900816, JP)
Application Number:
JP2008/067892
Publication Date:
April 09, 2009
Filing Date:
October 02, 2008
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
SHIMANE PREFECTURAL GOVERNMENT (1 Tono-machi, Matsue-shi Shimane, 01, 6908501, JP)
島根県 (〒01 島根県松江市殿町1番地 Shimane, 6908501, JP)
KANAYAMA, Masahiro (1 Hokuryou-cho, Matsue-sh, Shimane 16, 6900816, JP)
International Classes:
H01M14/00; H01L31/04
Foreign References:
JP2006107885A
JP2003163359A
JP2003163360A
JP2005324435A
JP2001319698A
JP2007165137A
JP2007035591A
JP2007157394A
Attorney, Agent or Firm:
TANI, Yoshikazu et al. (6-20, Akasaka 2-chome Minato-k, Tokyo 52, 1070052, JP)
Download PDF:
Claims:
 透明導電基板上、対極と対向すべき領域の周縁部分の少なくとも一部に、絶縁材料からなる短絡防止層が形成されていることを特徴とする光電極。
 前記短絡防止層が、前記周縁部分の突端部分の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の光電極。
 前記短絡防止層が、さらに前記周縁部分の非突端部分の少なくとも一部にも形成されていることを特徴とする請求項2に記載の光電極。
 前記短絡防止層の少なくとも一部が、スリット構造を形成していることを特徴とする請求項1~3のいずれかに記載の光電極。
 前記短絡防止層が、紫外線透過性材料からなることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の光電極。
 対極上、光電極と対向すべき領域の周縁部分の少なくとも一部に、絶縁材料からなる短絡防止層が形成されていることを特徴とする対極。
 前記短絡防止層が、前記周縁部分の突端部分の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする請求項6に記載の対極。
 前記短絡防止層が、さらに前記周縁部分の非突端部分の少なくとも一部に形成されていることを特徴とする請求項7に記載の対極。
 前記短絡防止層が、スリット構造を形成していることを特徴とする請求項6~8のいずれかに記載の対極。
 前記短絡防止層が、紫外線透過性材料からなることを特徴とする請求項6~9に記載の対極。
 請求項1~5のいずれかに記載の光電極および/または請求項6~10のいずれかに記載の対極を備えることを特徴とする色素増感太陽電池。
 光電極に封止材からなる隔壁を形成し、次いで対極を貼り合わせることにより色素増感太陽電池を製造する方法であって、該光電極として請求項1~5のいずれかの光電極および/または該対極として請求項6~10のいずれかの対極を用いることを特徴とする色素増感太陽電池の製造方法。
 前記封止材が光硬化性樹脂であって、光照射することにより対極を貼り合わせることを特徴とする請求項12に記載の色素増感太陽電池の製造方法。
Description:
短絡防止層を備えた電極及び該 極を備えた色素増感太陽電池

 本発明は、色素増感太陽電池の作製に有 な電極(光電極または対極)、及び該電極を えた色素増感太陽電池に関する。

 色素増感太陽電池は、Si系太陽電池と比 低コストであることから、世界的に広く注 されてきている。

 色素増感太陽電池では、基板に透明導電 板を用いているが、この透明導電基板自体 抵抗値に制約があるため、適切なモジュー 設計によるパターン化、ユニット化が必要 なる。また、対極の集電性能も重要であり 金属材料を対極に使用することにより、大 積モジュールであっても高い性能をもたせ ことが可能であるが、塑性変形する材料を 定的に貼り合わせることができる構造が必 である。さらに電極間距離はモジュール性 に影響を与えるため、常に一定の間隔でな ればならない。

 電極間距離を常に一定の間隔とするため は、貼り合わせの際の加圧処理などを必要 するが、特に上記のような金属材料を使用 た場合、加圧による変形、加圧斑(むら)、 たは材料自体のユニット形状加工時の変形 より短絡する可能性が高く、安定的に封止 程を行うことが困難となる。

 この点、太陽電池関連の出願のうち短絡 防止する技術としては、太陽電池の電極リ ド線同士の短絡を防止すべく不織布のスペ サー層を採用したり(特許文献1)、耐熱性フ ルムにより被覆したもの(特許文献2)などが るが、これらはいずれもSi系太陽電池に関 るものにすぎず、色素増感太陽電池の技術 はあまり関連性はない。

 また、特許文献3の段落番号0052には、色 増感太陽電池のシール材として用いる硬化 樹脂やゴムの中に、基板間の間隔を調節す などの目的でスペーサー材料を含んでよい の記載がある。しかし、該スペーサー材料 、前記樹脂やゴム中にシート状、球状、繊 状、棒状等の形状の粒子として配合するも にすぎず、後述する本願発明のように電極 特定部位に固定した一要素であって、シー 材とは独立のものである点で大きく異なる

特開2001-53325号公報

特開平9-326497号公報

特開2006-261090号公報

 そこで、本発明は対極の貼り合わせの際 加圧処理に伴う上記のような短絡の問題の い光電極または対極、及びそれを備えた色 増感太陽電池の提供を課題とする。

 本発明の第一の態様は、透明導電基板上 対極と対向すべき領域の周縁部分の少なく も一部に、絶縁材料からなる短絡防止層が 成されていることを特徴とする光電極であ 。

 本発明の第二の態様は、対極上、光電極 対向すべき領域の周縁部分の少なくとも一 に、絶縁材料からなる短絡防止層が形成さ ていることを特徴とする対極である。

 本発明の第三の態様は、光電極として前 第一の態様の光電極および/または対極とし て前記第二の態様の対極を用いることを特徴 とする色素増感太陽電池である。

 本発明の第四の態様は、光電極に封止材 らなる隔壁を形成し、次いで対極を貼り合 せることにより色素増感太陽電池を製造す 方法であって、該光電極として前記第一の 様の光電極および/または該対極として前記 第二の態様の対極を用いることを特徴とする 色素増感太陽電池の製造方法である。

 本発明においては、光電極及び/又は対極 に短絡防止層が形成されているため、万が一 、電極同士の加圧処理による貼り合わせ工程 時の変形、加圧斑(むら)、または材料自体の ニット形状加工時の変形等があっても、該 絡防止層の存在により、両電極間の貼り合 せの際の該電極間の接触が回避され、短絡 防止できるものである。

図1は本発明の第一の態様における対極 と光電極の各種配置における短絡防止層の位 置の一例を示す斜視図を示す。短絡防止層を 有する電極が光電極であり、他の電極が対極 である。

1.本発明の第一の態様は、透明導電基板上 対極と対向すべき領域の周縁部分の少なく も一部に、絶縁材料からなる短絡防止層が 成されていることを特徴とする光電極であ 。

 (A) 透明導電基板
 透明導電基板としては、透明ガラスあるい 透明樹脂フィルム等の透明基板上に、透明 電膜として酸化チタン、酸化亜鉛(アンチモ ンまたはアルミニウムをドープしたものでも よい)、酸化インジウム(スズまたは亜鉛をド プしたものでもよい)、酸化スズ(アンチモ またはフッ素をドープしたものでもよい)等 膜を形成したものが好ましく用いられる。

 (B) 透明導電基板上の対極と対向すべき領 の周縁部分
 対極と対向すべき領域とは、封止材の隔壁 介して光電極を対極と貼り合わせた場合に 該対極と互いに向かい合うことになる透明 電基板上の領域をいい、対極側または光電 側からみた場合、光電極が形成されている 明導電基板と、対極とがちょうど重なって える領域である。図1には種々の対極と光電 極についての種々の位置関係における対極と 対向すべき領域の配置を示している[各図1(a)~ (g)において、下側の電極が光電極、上側の電 極が対極である]。なお、図1では、短絡防止 を認識しやすいよう、実際の厚みよりもか り厚く表示等しており、実際のサイズとは ずしも一致していない。

 この透明導電基板上、対極と対向すべき 域の周縁部分(境界線)上に短絡防止層が形 される。本態様においては、該短絡防止層 、透明導電基板上に形成されている。

 なお、後に封止材で隔壁を形成し対極と り合わせる際に、前記短絡防止層上に封止 の隔壁を配置してもよい。封止材が固化す までの間に短絡が生じる可能性を回避すれ よいからである。

 (C) 短絡防止層
  a. 対極と光電極を貼り合わせる際の加圧 理のときの電極の変形等により、対極と光 極とが接触する状態になるのを阻止するた の防御壁としての機能を有する絶縁材料か なる層である。 
  b. 前記短絡防止層は、絶縁材料から形成 れ、該材料としては、ガラスフリット,セラ ミックスや樹脂等をあげることができ、この うち対極と光電極を貼り合わせる場合の絶縁 安定性の観点からは、ガラスフリットのよう な硬い材料からなることがより好ましい。 
  c. 前記短絡防止層の厚みは、対極と光電 との間の予定される間隔を越えない範囲で 短絡を有効に防止できるのに十分な厚みを つものである限り特に制約はないが、好ま くは1μm以上、より好ましくは5μm以上、さ に好ましくは9μm以上の厚みを採用すること できる。周縁部分に沿った長さは、周縁部 の全周を超えない範囲で任意の長さとする とができる。前記短絡防止層の幅は、有効 電面積の観点からは小さいほど好ましいが 手作業で形成する場合には、手作業による れを考慮すると0.1mm~1mmが好ましく、0.3~0.7mm より好ましい。 
     前記短絡防止層は、全体としてスリ ト構造を形成していてもよく、該短絡防止 がスリット構造を形成していることは、光 射(紫外線照射)をより妨げないという観点で 好ましい。スリット構造としては、スリット 幅は光照射(紫外線照射)をより妨げないとい 観点からはより大きい方が好ましいが、絶 確実性の観点も加味すれば、好ましくは0.1~ 5mm、より好ましくは0.3~2mmである。 
  d. 透明導電基板上、対極と対向すべき領 の周縁部分のうち、特に突端部分において 絡が生じるおそれが高いことから、前記短 防止層は少なくとも該突端部分の一部、よ 好ましくは該突端部分の全部に形成するの 、短絡を有効に防止する観点で好ましい。 電極上に対極を貼り合わせる際に、電極同 が完全に平行に配置されなかった場合、電 同士がまず接触するおそれのあるのが、こ 突端部分になると考えられるためである。
     ここで、突端部分とは、前記対極と 向すべき領域の周縁部分のうち、180℃より 小さい角度を有する頂点及びこの点を中心 する、好ましくは半径1.5mm以下の円弧内部の 領域をいう。特に好ましくは、前記周縁部分 の頂点上に形成すること、すなわち前記周縁 部分のうち、頂点及び該頂点を形成する2辺 接するように形成する。たとえば、通常、 明導電基板は矩形状となっているが、対極 同一形状及び大きさの透明導電基板の真上 ずらすことなく貼り合わせる場合[図1の(c)参 照]、透明導電基板上、直角をなす4つの頂点 含む半径1.5mm以下の円弧内部の領域がこれ あたる。

     前記対極と対向すべき領域の周縁部 のうち、前記突端部分以外の部分である非 端部分の少なくとも一部にも前記短絡防止 を形成することが、より確実に短絡を防止 るので好ましく、電解液注入口等の形成に 要な部分等を除き、前記周縁部分の残りの 周に渡って形成するのがもっとも好ましい  
     なお、前記非突端部分とは、前記対 と対向すべき領域の周縁部分のうち、前記 端部分以外の部分であって、前記対極と対 すべき領域の周縁部分から、好ましくは5mm 下の距離、より好ましくは1mm以下の距離に る部分をいう。特に好ましくは、前記領域 周縁部分上に形成すること、すなわち該周 部分に接するように(すなわち、周縁部分か の距離が実質上ゼロ)形成する。 
     さらに、図1の(c)に例示されるように 光電極の端子部分につき略凹形状に短絡防 層を形成することもできる。 
     また、図1の(f)に例示されるように、 つの透明導電基板上に複数の太陽電池セル 設けた集積型太陽電池への応用も可能であ 。 
  e.前記短絡防止層は、スクリーン印刷等の 印刷技術を用いることで簡便に形成可能であ る。特に光電極上に形成する本態様の場合、 光電極上に形成するのが好ましい集電電極の 絶縁層と共に、前記印刷法により同時に形成 することができる点で、後記の第二の態様よ りも簡便に作成できる。

 (D) 光電極
 本発明の光電極は、前記透明導電基板上に 成された金属酸化物半導体膜からなり、該 属酸化物半導体層には分光増感色素が担持 れている。

 該金属酸化物半導体としては、酸化チタ 、酸化亜鉛、酸化スズ、スズをドープした 化インジウム、酸化ジルコニウム、酸化マ ネシウム等の公知の多孔質材料を用いるこ ができ、スピンコート法、スプレー法、デ ッピング法、スクリーン印刷法、ドクター レード法、インクジェット法等により前記 明導電基板上に形成できるが、操作の簡便 の観点からはスピンコート法、スプレー法 ディッピング法が、量産化の観点からはス リーン印刷法によるのが好ましい。

 分光増感色素としては、可視領域および/ または赤外光領域に吸収をもつ種々の金属錯 体や有機色素を用いることができ、任意の公 知の方法、たとえば、二酸化チタン等の酸化 物半導体薄膜を色素溶液に所定の温度で浸漬 する方法(ディッピング法、ローラ法、エヤ ナイフ法など)や、色素溶液を酸化物半導体 表面に塗布する方法(ワイヤーバー法、アプ リケーション法、スピン法、スプレー法、オ フセット印刷法、スクリーン印刷法等により 該金属酸化物半導体膜に吸着されている。

 該光電極には任意のパターンで集電配線 施されるのが好ましい。前記端子部分は、 の集電配線パターンの一部としてスクリー 印刷等の印刷技術を用いることで容易に作 可能である。また、該集電配線は電解質か 保護するため、絶縁層で被覆するのが好ま い。絶縁層としては、ガラスフリット、セ ミックスや樹脂等を用いることができ、こ 中でもガラスフリットが、耐久性、絶縁性 点で好ましい。

2.本発明の第二の態様は、対極上、光電極 対向すべき領域の周縁部分の少なくとも一 に、絶縁材料からなる短絡防止層が形成さ ていることを特徴とする対極である。

 (A) 本態様は、前記第一の態様のように 電極側に形成する代わりに、対極側に短絡 止層を形成した態様である。このため、前 1.(A)~(D)の第一の態様についての記載は、光 極を対極に、対極を光電極に読み替えて準 できる。

 (B) 対極
 本発明の対極としては、対極と光電極との に封入されるべき電解質中の腐食性成分に する耐腐食性を有するものであれば特に制 されないが、チタン、ステンレス、導電性 ラス等が例示され、その中でも電気伝導性 熱膨張性の観点からはチタンがより好まし 。

3.本発明の第三の態様は、光電極として前 第一の態様の光電極および/または対極とし て前記第二の態様の対極を用いることを特徴 とする色素増感太陽電池であり、いずれか一 方に短絡防止層が形成されているものを用い る場合、双方ともに短絡防止層が形成されて いるものを用いる場合の3つのケースが考え れるが、集電配線を絶縁するための絶縁層 形成する際に、同時に短絡防止層を形成で る点では、光電極側に短絡防止層を設ける が製造工程を短くできるのでより好ましい 両電極共に短絡防止層を形成する必要はな が、両電極ともに短絡防止層を形成する場 には、互いに短絡防止層が重ならないよう 形成するか、または一部あるいは全部が重 るように形成する場合には、その厚みの合 が電極間の間隔を超えないようにすればよ 。

4.本発明の第四の態様は、光電極に封止材 らなる隔壁を形成し、次いで対極を貼り合 せることにより色素増感太陽電池を製造す 方法であって、該光電極として前記第一の 様の光電極および/または該対極として前記 第二の態様の対極を用いることを特徴とする 色素増感太陽電池の製造方法である。

 本発明の製造方法では、用いる光電極ま は対極のいずれか一方または双方を、前記 一の態様の光電極または前記第二の態様の 極とする。短絡防止層の存在により、光電 と対極を貼り合わせる際の加圧処理によっ 仮に電極の変形等があっても、光電極と対 の間の接触が回避され、短絡を防止できる

 まず第一の態様の光電極を形成した透明 電基板上に封止材の隔壁を形成する。スク ーン印刷等の印刷技術を用いることで簡便 形成できる。封止材としては、電解質中の 食性成分に対する耐腐食性を有するもので れば特に制限されないが、熱可塑性樹脂、 硬化性樹脂、紫外線硬化樹脂、電子線硬化 脂、金属、ゴム等を例示することができる 、少なくとも表面は電気絶縁性であること 要し、封止材が導電性の場合には表面を、 種樹脂やゴム等の電気絶縁性材料で被覆す 。

 次いで前記封止材を介して光電極と対極 貼り合わせる。この際、均一に圧力をかけ 両電極が平行に配置されるように注意すべ である。

 前記封止材として光硬化性樹脂を用いる 合には、光電極側から光照射(紫外線照射) て封止材を硬化させる。また、この場合、 絡防止層はスリット構造を形成しているか 及び/又は紫外線透過性材料からなっている とが、光照射の妨害をできるだけ低くし、 化を有効に行う点で好ましい。

 封止材の隔壁を介して光電極と対極との間 一定の間隔が維持されるが、ここに電解質 封入される。電解質としては、I 2 /I 3- 系、Br - /Br 3- 系、キノン/ハイドロキノン系等の酸化還元 解質を含む電解液が例示される。

 以下に本発明の第一の態様における光電 及びそれを用いた第三の態様の色素増感太 電池の作製方法の一例を示す。

 なお、本発明の第二の態様の対極及びそ を用いた第三の態様の色素増感太陽電池は 短絡防止層を光電極側でなく、対極側に形 することで同様に作製することができる。

 a. 光電極の作製
 ・ 酸化チタン層の形成
 20~30μmの一次粒子径を有する酸化チタンペ スト(触媒化成製 PST-18NR)をスクリーン印刷 (マイクロテック製 MT-320TV)を用いて、120mm×1 20mmの大きさの導電性ガラス基板(FTO導電膜、 本板硝子製)上にスクリーン印刷し乾燥させ た。この工程を所定の膜厚が得られるまで繰 り返した後、400μm程度の粒子径の酸化チタン ペースト(触媒化成 PST400C)を同じくスクリー 印刷し乾燥させた。この後、基板をマッフ 炉(アドバンテック製 FUW252PA)に移し、500℃ 30分間焼成を行い酸化チタン層を形成させ 。焼成後の酸化チタンの膜厚は約12μmであっ た。

 ・ 集電グリッドの形成
 次いで、銀ペーストをスクリーン印刷によ 、基板上にグリッド状に塗付し、160℃、12 間乾燥後、マッフル炉にて500℃、30分間焼成 して集電配線を得た。

 なお、この集電グリッドの形成は、前記 化チタン層の形成の前に形成してもよい。

 ・ 集電グリッド保護層(絶縁層)及び短絡防 止層の同時形成
 次いで、ガラスフリットペーストをスクリ ン印刷により基板上に塗付することで、前 集電グリッドの絶縁層及び基板周縁部に0.5m m×1mmの面積で、厚みが0.01mmの複数の短絡防止 層を同時に形成し(スリット幅1.5mm)、160℃、12 分間乾燥後、マッフル炉にて500℃、30分間焼 した。突端部分である基板の四隅上(各頂点 及び該頂点を形成する2辺に接するように形 )、及び非突端部分である各辺上[(各辺から 距離は実質上ゼロ)に形成、但し、端子部分 電解液注入部分は除く)]に短絡防止層を施 た。

 なお、この絶縁層の形成も、前記酸化チ ン層の形成の前に形成してもよい。

 ・ 色素吸着
 次いで、前記絶縁層を形成した基板をルテ ウム有機錯体色素溶液に浸漬し、16時間静 することにより、酸化チタン層に色素を吸 させた。

 b. 対極の作製
 ・ チタン板の輪郭形状加工
 0.2mm厚の純チタン板をワイヤー放電加工に り、規定の形状(120mm×120mm)に切断した。

 ・ 白金触媒層の形成
 次いで、電気メッキ法により、チタン板上 白金触媒層を形成した。

 c. アセンブリ
 ・ 封止材塗布
 各光電極上に、スクリーン印刷により、封 用紫外線硬化樹脂を、短絡防止層に重なる うに塗布した。

 ・ 貼り合わせ
 次いで、光電極と上下に向かい合うように 置して対向させ貼り合わせた。

 ・ 封止材の硬化
 次いで、光電極側より、紫外線を照射し(300 0mJ/cm 2 、アイグラフィック製 ECS-601G-3)、封止材を 化させた。

 ・ 電解液注入
 次いで、真空注入装置(アユミ工業製 LC-35) 用いて、モジュールの電解液注入孔より、 解液を注入した。

 ・ 注入孔の封止
 次いで、電解液注入孔を、紫外線硬化樹脂 用いて封止した。

 上記の作製方法により作製された本発明 色素増感太陽電池により、短絡する欠陥品 出る割合を少なくすることができた。

 本発明の短絡防止層を備えた光電極及び/ 又は対極を用いることで、対極と光電極を貼 り合わせる際の加圧処理等に起因する短絡の 問題を抑制した色素増感太陽電池を作製する ことができる。




 
Previous Patent: WO/2009/044790

Next Patent: siRNA TARGETING ONCOGENE