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技術 光電変換素子及びこれを用いた光電変換装置

出願人 株式会社フジクラ
発明者 勝亦健治遠藤克佳
出願日 2016年3月7日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2016-043551
公開日 2017年2月9日 (4年3ヶ月経過) 公開番号 2017-034222
状態 特許登録済
技術分野
  • -
主要キーワード NBB 断面端面図 ハロゲン化鉛 複合色素 耐候性層 易酸化性 アルミニウム単体 脱酸素性能
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (13)

課題

保持部材によって保持されて使用される際に、保持部材に対する位置ズレを十分に抑制できる光電変換素子及びこれを用いた光電変換装置を提供すること。

解決手段

基板と、基板上に設けられる少なくとも1つの光電変換セルと、基板の周縁部に環状の接着部を介して固定され、基板との間に少なくとも1つの光電変換セルを配置させるバックシートと、接着部の内側であって基板とバックシートとの間に設けられ、接着部よりも大きいヤング率を有し、保持部材によって光電変換セルを保持する際に保持部材とともにバックシートを挟むための硬質部とを有する光電変換素子であって、光電変換セルが、基板上に設けられる導電層と、導電層に対向し、導電層とバックシートとの間に配置される対向基板と、導電層及び対向基板の間に設けられる酸化物半導体層とを有する、光電変換素子。

概要

背景

色素増感太陽電池などの色素を用いた光電変換装置は、光電変換効率が高く、製造コストが低いなどの利点を持つため注目されている次世代光電変換装置である。

このような色素を用いた光電変換装置は光電変換素子を備えている。光電変換素子は一般に、基板と、基板上に設けられる少なくとも1つの光電変換セルとを備えているが、光電変換素子の中にはさらに基板の周縁部にブチルゴムなどの環状で軟質接着部を介して固定され、基板との間に少なくとも1つの光電変換セルを配置させるバックシートを有するものもある(下記特許文献1参照)。

一方、光電変換装置としては、光電変換素子を保持する保持部材としての筐体を有するものも知られている。この筐体は一般に、光電変換素子を収容する収容部と、収容部に設けられ、バックシートを押さえて光電変換素子を収容部に固定する固定部とを有する。この場合、筐体の固定部がバックシートを介して接着部を押し付けることになる。

概要

保持部材によって保持されて使用される際に、保持部材に対する位置ズレを十分に抑制できる光電変換素子及びこれを用いた光電変換装置を提供すること。基板と、基板上に設けられる少なくとも1つの光電変換セルと、基板の周縁部に環状の接着部を介して固定され、基板との間に少なくとも1つの光電変換セルを配置させるバックシートと、接着部の内側であって基板とバックシートとの間に設けられ、接着部よりも大きいヤング率を有し、保持部材によって光電変換セルを保持する際に保持部材とともにバックシートを挟むための硬質部とを有する光電変換素子であって、光電変換セルが、基板上に設けられる導電層と、導電層に対向し、導電層とバックシートとの間に配置される対向基板と、導電層及び対向基板の間に設けられる酸化物半導体層とを有する、光電変換素子。

目的

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、保持部材によって保持されて使用される際に、保持部材に対する位置ズレを十分に抑制できる光電変換素子及びこれを用いた光電変換装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
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請求項1

基板と、前記基板上に設けられる少なくとも1つの光電変換セルと、前記基板の周縁部に環状の接着部を介して固定され、前記基板との間に前記少なくとも1つの光電変換セルを配置させるバックシートと、前記接着部の内側であって前記基板と前記バックシートとの間に設けられ、前記接着部よりも大きいヤング率を有し、保持部材によって前記光電変換セルを保持する際に前記保持部材とともに前記バックシートを挟むための硬質部とを有する光電変換素子であって、前記光電変換セルが、前記基板上に設けられる導電層と、前記導電層に対向し、前記導電層と前記バックシートとの間に配置される対向基板と、前記導電層及び前記対向基板の間に設けられる酸化物半導体層とを有する、光電変換素子。

請求項2

前記硬質部が、前記対向基板のうち前記バックシート側の表面上に設けられている、請求項1に記載の光電変換素子。

請求項3

前記酸化物半導体層の厚さ方向に沿って前記硬質部と前記酸化物半導体層とを見た場合に、前記硬質部と前記酸化物半導体層とが互いに重なり合っている、請求項2に記載の光電変換素子。

請求項4

前記接着部の内側であって前記基板と前記バックシートとの間に脱酸素剤が設けられる、請求項1〜3のいずれか一項に記載の光電変換素子。

請求項5

前記バックシートにおいて前記硬質部と接している部分の周囲に凹部が形成される、請求項1〜4のいずれか一項に記載の光電変換素子。

請求項6

光電変換素子と、前記光電変換素子を保持する保持部材とを備える光電変換装置であって、前記光電変換素子が、請求項1〜5のいずれか一項に記載の光電変換素子で構成され、前記保持部材が、前記基板を固定する第1固定部と、前記バックシートを前記硬質部とともに挟み込む第2固定部とを有する、光電変換装置。

請求項7

前記酸化物半導体層の厚さ方向に沿って前記保持部材の前記第2固定部と前記硬質部とを見た場合に、前記硬質部が前記第2固定部と重ならない部分にまで延在している、請求項6に記載の光電変換装置。

技術分野

0001

本発明は、光電変換素子及びこれを用いた光電変換装置に関する。

背景技術

0002

色素増感太陽電池などの色素を用いた光電変換装置は、光電変換効率が高く、製造コストが低いなどの利点を持つため注目されている次世代光電変換装置である。

0003

このような色素を用いた光電変換装置は光電変換素子を備えている。光電変換素子は一般に、基板と、基板上に設けられる少なくとも1つの光電変換セルとを備えているが、光電変換素子の中にはさらに基板の周縁部にブチルゴムなどの環状で軟質接着部を介して固定され、基板との間に少なくとも1つの光電変換セルを配置させるバックシートを有するものもある(下記特許文献1参照)。

0004

一方、光電変換装置としては、光電変換素子を保持する保持部材としての筐体を有するものも知られている。この筐体は一般に、光電変換素子を収容する収容部と、収容部に設けられ、バックシートを押さえて光電変換素子を収容部に固定する固定部とを有する。この場合、筐体の固定部がバックシートを介して接着部を押し付けることになる。

先行技術

0005

特開2014−192008号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかし、上記のように特許文献1に記載の光電変換素子は以下に示す課題を有していた。

0007

すなわち、上記特許文献1に記載の光電変換素子を備える光電変換装置では、筐体の固定部がバックシートを介して接着部を押し付けるため、光電変換装置が高温環境下に置かれると、接着部が軟化し、その結果、バックシートと筐体の固定部との間に隙間が生じる場合があり、その場合には光電変換素子が筐体に対する本来の位置から位置ズレを起こすことが考えられる。

0008

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、保持部材によって保持されて使用される際に、保持部材に対する位置ズレを十分に抑制できる光電変換素子及びこれを用いた光電変換装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記課題を解決するため、本発明は、基板と、前記基板上に設けられる少なくとも1つの光電変換セルと、前記基板の周縁部に環状の接着部を介して固定され、前記基板との間に前記少なくとも1つの光電変換セルを配置させるバックシートと、前記接着部の内側であって前記基板と前記バックシートとの間に設けられ、前記接着部よりも大きいヤング率を有し、保持部材によって前記光電変換セルを保持する際に前記保持部材とともに前記バックシートを挟むための硬質部とを有する光電変換素子であって、前記光電変換セルが、前記基板上に設けられる導電層と、前記導電層に対向し、前記導電層と前記バックシートとの間に配置される対向基板と、前記導電層及び前記対向基板の間に設けられる酸化物半導体層とを有する、光電変換素子である。

0010

この光電変換素子によれば、硬質部は、バックシートと基板とを接着させる接着部よりも大きいヤング率を有している。このため、光電変換素子が保持部材によって保持されて使用される際には、保持部材と接着部とによってバックシートを挟む場合に比べて、バックシートが保持部材と硬質部とによってしっかりと挟まれる。すなわち、光電変換素子が保持部材によって保持されて使用される際には、保持部材によって光電変換素子がしっかりと固定できる。このため、本発明の光電変換素子によれば、保持部材によって保持されて使用される際に、保持部材に対する光電変換素子の位置ズレを十分に抑制できる。

0011

上記光電変換素子においては、前記硬質部が、前記対向基板のうち前記バックシート側の表面上に設けられていることが好ましい。

0012

この場合、硬質部が、対向基板のうちバックシート側の表面上に設けられていない場合、例えば硬質部が、基板上であって光電変換セルの外側領域に設けられている場合に比べると、基板上において、硬質部を設置するための領域を省くことが可能となる。このため、基板の面積を小さくすることができ、光電変換素子をより小型化できる。

0013

上記光電変換素子においては、前記酸化物半導体層の厚さ方向に沿って前記硬質部と前記酸化物半導体層とを見た場合に、前記硬質部と前記酸化物半導体層とが互いに重なり合っていることが好ましい。

0014

この場合、保持部材を、バックシートを介して硬質部に押し付けて対向基板が酸化物半導体層側に撓んだとしても、酸化物半導体層によって対向基板の撓みが十分に抑制される。このため、バックシートを保持部材と硬質部とによってしっかりと挟むことが可能となる。このため、保持部材に対する光電変換素子の位置ズレをより十分に抑制できる。

0015

上記光電変換素子においては、前記接着部の内側であって前記基板と前記バックシートとの間に脱酸素剤が設けられることが好ましい。

0016

この場合、光電変換素子内部に侵入した酸素が脱酸素剤により吸収されるため、酸素による発電性能の低下をより十分に抑制できる。

0017

上記光電変換素子においては、前記バックシートにおいて前記硬質部と接している部分の周囲に凹部が形成されることが好ましい。

0018

この場合、バックシートにおいて硬質部と接している部分の周囲に凹部が形成されていない場合と比べて、バックシート越しに硬質部の位置を把握しやすくなるため、光電変換素子が保持部材によって保持されて使用される際に、バックシートを保持部材と硬質部によってよりしっかりと挟むことが可能となる。

0019

また、本発明は、光電変換素子と、前記光電変換素子を保持する保持部材とを備える光電変換装置であって、前記光電変換素子が、上記光電変換素子で構成され、前記保持部材が、前記基板を固定する第1固定部と、前記バックシートを前記硬質部とともに挟み込む第2固定部とを有する、光電変換装置である。

0020

本発明の光電変換装置によれば、保持部材と接着部とによってバックシートが挟まれる場合に比べて、バックシートが保持部材の第2固定部と硬質部とによってしっかりと挟まれる。すなわち、保持部材の第1固定部と第2固定部とによって光電変換素子がしっかりと固定される。このため、本発明の光電変換装置によれば、保持部材に対する光電変換素子の位置のズレを十分に抑制できる。

0021

上記光電変換装置においては、前記酸化物半導体層の厚さ方向に沿って前記保持部材の前記第2固定部と前記硬質部とを見た場合に、前記硬質部が前記第2固定部と重ならない部分にまで延在していることが好ましい。

0022

この場合、酸化物半導体層の厚さ方向に沿って保持部材の第2固定部と硬質部とを見た場合に、保持部材の第2固定部が硬質部に対して位置ズレしても、バックシートが保持部材の第2固定部と硬質部とによって挟まれた状態を維持することができる。また、硬質部のうち第2固定部側の面積が増えるため、硬質部から光電変換セルに加わる力を分散させることもできる。

発明の効果

0023

本発明によれば、保持部材によって保持されて使用される際に、保持部材に対する位置ズレを十分に抑制できる光電変換素子及びこれを用いた光電変換装置が提供される。

図面の簡単な説明

0024

本発明の光電変換装置の第1実施形態を示す平面図である。
図1のII−II線に沿った切断面端面図である。
図2の光電変換装置に用いる光電変換セルを示す切断面端面図である。
図1の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。
図1の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。
本発明の光電変換装置の第2実施形態を示す平面図である。
図6のVII−VII線に沿った切断面端面図である。
図6の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。
図6の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。
図6の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。
本発明の光電変換装置の第3実施形態を示す切断面端面図である。
本発明の光電変換装置の第4実施形態を示す切断面端面図である。

実施例

0025

<第1実施形態>
以下、本発明の光電変換装置の第1実施形態について図1及び図2を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の光電変換装置の第1実施形態を示す平面図、図2は、図1のII−II線に沿った切断面端面図である。

0026

図1及び図2に示すように、光電変換装置100は、光電変換素子110と、光電変換素子110を保持する保持部材としての筐体120とを備えている。光電変換素子110は、透明基板11と、透明基板11上に設けられる光電変換セル70と、透明基板11の周縁部に環状の接着部60を介して固定され、透明基板11との間に光電変換セル70を配置させるバックシート90と、接着部60の内側であって透明基板11とバックシート90との間に設けられ、接着部60よりも大きいヤング率を有する硬質部80とを有している。

0027

光電変換セル70は、透明基板11上に設けられる電極としての透明導電層12と、透明導電層12に対向し、透明導電層12とバックシート90との間に配置される対向基板20と、透明導電層12及び対向基板20の間に設けられる酸化物半導体層13と、透明導電層12と対向基板20との間に設けられ、これらを接続する環状の封止部30と、封止部30と透明導電層12と対向基板20とによって形成されるセル空間に設けられる電解質40とを有している。酸化物半導体層13には色素が担持されている。

0028

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。

0029

硬質部80は、筺体120とともにバックシート90を挟むためのものであり、接着部60の内側であって透明基板11とバックシート90との間に設けられている。具体的には、硬質部80は、対向基板20のうちバックシート90側の表面上に設けられている。さらに具体的には、酸化物半導体層13の厚さ方向に沿って硬質部80と酸化物半導体層13とを見た場合に、硬質部80と酸化物半導体層13とが互いに重なり合っている。

0030

一方、筐体120は、光電変換素子110の透明基板11を固定する第1固定部121と、第1固定部121に設けられ、バックシート90を押さえて光電変換素子110を第1固定部121とともに固定する第2固定部122とを有している。第1固定部121は、透明基板11のうち光電変換セル70と反対側の面に当接される底部121aと、光電変換素子110を包囲する側壁部121bとで構成されている。すなわち、第1固定部121は光電変換素子110を収容する収容部で構成されている。側壁部121bの一端(下端)は底部121aに接続され、側壁部121bの他端(上端)には第2固定部122が設けられている。第2固定部122と底部121aとの間に光電変換素子110が挟まれている。なお、第1固定部121の底部121aには、光電変換素子110の透明基板11に光を入射させることができるように開口121cが形成されている。

0031

そして、バックシート90が硬質部80と筐体120の第2固定部122とによって挟まれている。

0032

さらに本実施形態では、図1に示すように、酸化物半導体層13の厚さ方向に沿って筐体120の第2固定部122と硬質部80とを見た場合に、硬質部80が第2固定部122と重ならない部分にまで延在している。

0033

この光電変換装置100によれば、硬質部80は、バックシート90と透明基板11とを接着させる接着部60よりも大きいヤング率を有している。このため、筐体120の第2固定部122と接着部60とによってバックシート90を挟む場合に比べて、バックシート90が筐体120の固定部122と硬質部80とによってしっかりと挟まれる。すなわち、筐体120の第2固定部122によって光電変換素子110が筐体120の第1固定部121にしっかりと固定される。このため、光電変換装置100によれば、筐体120に対する光電変換素子110の位置ズレを十分に抑制できる。

0034

また光電変換装置100においては、硬質部80が、対向基板20のうちバックシート90側の表面上に設けられている。このため、硬質部80が、対向基板20のうちバックシート90側の表面上に設けられていない場合、例えば硬質部80が、透明基板11上であって光電変換セル70の外側領域に設けられている場合に比べると、透明基板11上において、硬質部80を設置するための領域を省くことが可能となる。このため、透明基板11の面積を小さくすることができ、光電変換素子110をより小型化できる。従って、光電変換装置100をより小型化することができる。

0035

さらに光電変換装置100においては、酸化物半導体層13の厚さ方向に沿って硬質部80と酸化物半導体層13とを見た場合に、硬質部80と酸化物半導体層13とが互いに重なり合っている。このため、筐体120の第2固定部122を、バックシート90を介して硬質部80に押し付けて対向基板20が酸化物半導体層13側に撓んだとしても、酸化物半導体層13によって対向基板20の撓みが十分に抑制される。このため、バックシート90が筐体120の第2固定部122と硬質部80とによってしっかりと挟まれる。このため、筐体120に対する光電変換素子110の位置ズレをより十分に抑制できる。

0036

さらにまた光電変換装置100においては、酸化物半導体層13の厚さ方向に沿って筐体120の第2固定部122と硬質部80とを見た場合に、硬質部80が第2固定部122と重ならない部分にまで延在している。このため、酸化物半導体層13の厚さ方向に沿って筐体120の第2固定部122と硬質部80とを見た場合に、筐体120の第2固定部122が硬質部80に対して位置ズレしても、バックシート90が筐体120の第2固定部122と硬質部80とによって挟まれた状態を維持することができる。また、硬質部80のうち第2固定部122側の面積が増えるため、硬質部80から光電変換セル70に加わる力を分散させることもできる。

0037

次に、光電変換素子110及び筐体120について詳細に説明する。

0038

≪光電変換素子≫
光電変換素子110は、透明基板11と、光電変換セル70と、接着部60と、バックシート90と、硬質部80とを有している。そこで、以下、これらについて詳細に説明する。

0039

<透明基板>
透明基板11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)、および、ポリエーテルスルフォン(PES)などが挙げられる。透明基板11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50〜10000μmの範囲にすればよい。

0040

<光電変換セル>
光電変換セル70は、透明導電層12と、対向基板20と、酸化物半導体層13と、封止部30と、電解質40と、酸化物半導体層13に担持される色素とを有している。以下、これらについて詳細に説明する。

0041

(透明導電層)
透明導電層12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(SnO2)、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12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12が単層で構成される場合、透明導電層12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12の厚さは例えば0.01〜2μmの範囲にすればよい。

0042

(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、触媒層22とを備える。

0043

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110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0.01〜4mmとすればよい。

0044

触媒層22は、白金、炭素系材料又は導電性高分子などから構成される。

0045

(酸化物半導体層)
酸化物半導体層13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(TiO2)、酸化ケイ素(SiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化タングステン(WO3)、酸化ニオブ(Nb2O5)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)、酸化スズ(SnO2)、又はこれらの2種以上で構成される。酸化物半導体層13の厚さは、例えば0.1〜100μmとすればよい。

0046

(封止部)
封止部30としては、例えば変性ポリオレフィン樹脂ビニルアルコール重合体などの熱可塑性樹脂、及び、紫外線硬化樹脂などの樹脂が挙げられる。変性ポリオレフィン樹脂としては、例えばアイオノマーエチレンビニル酢酸無水共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体およびエチレン−ビニルアルコール共重合体が挙げられる。これらの樹脂は単独で又は2種以上を組み合せて用いることができる。

0047

(電解質)
電解質40は、酸化還元対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、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−/I3−)、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(I2)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ヨウ素塩などが用いられる。このようなヨウ素塩としては、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。

0048

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。

0049

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、LiI、テトラブチルアンモニウムアイオダイド、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。

0050

さらに電解質40としては、上記電解質にSiO2、TiO2、カーボンナノチューブなどのナノ粒子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。

0051

(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ミ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CH3NH3PbX3(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、光電変換装置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、光電変換装置100は色素増感光電変換装置となる。

0052

<接着部>
接着部60を構成する材料は、バックシート90と透明基板11とを接着し得るものであればよく、接着部60を構成する材料としては、例えばブチルゴム、ニトリルゴム、熱可塑性樹脂などが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合せて用いることができる。接着部60の厚さは特に制限されるものではないが、例えば300〜1000μmであればよい。

0053

<バックシート>
バックシート90は、耐候性層と、金属層とを含む積層体で構成されている。

0054

耐候性層は、例えばポリエチレンテレフタレート又はポリブチレンテレフタレートで構成されていればよい。耐候性層の厚さは、例えば50〜300μmであればよい。

0055

金属層は、例えばアルミニウムを含む金属材料で構成されていればよい。金属材料は通常、アルミニウム単体で構成されるが、アルミニウムと他の金属との合金であってもよい。他の金属としては、例えば銅、マンガン亜鉛マグネシウム、鉛、及び、ビスマスが挙げられる。具体的には、98%以上の純アルミニウムにその他の金属が微量添加された1000系アルミニウムが望ましい。これは、この1000系アルミニウムが、他のアルミニウム合金と比較して、安価で、加工性に優れているためである。金属層の厚さは特に制限されるものではないが、例えば12〜30μmであればよい。

0056

積層体は、さらに樹脂層を含んでいてもよい。樹脂層を構成する材料としては、例えばブチルゴム、ニトリルゴム、熱可塑性樹脂などが挙げられる。これらは単独で又は2種以上を組み合せて用いることができる。樹脂層は、金属層のうち耐候性層と反対側の表面全体に形成されていてもよいし、周縁部にのみ形成されていてもよい。

0057

<硬質部>
硬質部80は、対向基板20のうち透明導電層12と反対側の表面に接着されていることが好ましい。この場合、硬質部80が対向基板20のうち透明導電層12と反対側の表面にしっかりと固定されるため、筐体120の第2固定部122に対する硬質部80の位置ズレが十分に抑制される。

0058

また硬質部80は、バックシート90に接着されていても接着されていなくてもよいが、接着されていないことが好ましい。この場合、光電変換装置100が高温下に置かれ、対向基板20とバックシート90の間の空気が膨張し、バックシート90が変形した際に、接着した硬質部80に応力がかかり剥がれてしまうということが起こりにくくなる。

0059

硬質部80は、接着部60より大きいヤング率を有するものであればいかなるものでもよい。例えば接着部60を構成する材料として、ブチルゴム、ニトリルゴム、熱可塑性樹脂などが用いられる場合には、硬質部80は、ガラス、熱硬化樹脂セラミックスなどで構成すればよい。

0060

接着部60のヤング率Y1に対する硬質部80のヤング率Y2の比(Y2/Y1)は、1より大きければ特に限定されるものではないが、2〜50000であることが好ましい。

0061

≪筐体≫
次に、筐体120について詳細に説明する。

0062

筐体120は、第1固定部121と、第2固定部122とを有する。以下、これらについて詳細に説明する。

0063

<第1固定部>
第1固定部121は、底部121aと側壁部121bとによって光電変換素子110を収容し得る形状を有していればよい。

0064

第1固定部121を構成する材料としては、例えばポリプロピレン、ポリカーボネート、ポリイミド、ポリブチレンテレフタレート、フェノール樹脂エポキシ樹脂や、アルミニウム等の金属や、セラミックスなどを用いることができる。

0065

<第2固定部>
第2固定部122は、バックシート90を介して硬質部80を押さえ付けることができるものである。このため、硬質部80が1つのみ存在する場合には、第2固定部122も1つのみで構成される。また硬質部80が3個以上存在する場合には、第2固定部122は硬質部80と同じ数だけ、すなわち3個以上設けられる。第2固定部122が3個設けられる場合には、第2固定部122は、図1の4つの側壁部121bのうち3つの側壁部121bの上端(底部121aと反対側の端部)に設けられる。第2固定部122は通常、第1固定部121とともに一体成形される。すなわち第2固定部122は通常、第1固定部121と同一材料で構成される。しかし、第2固定部122は第1固定部121とは異なる材料で構成されていてもよい。

0066

次に上述した光電変換装置100の製造方法について、図2〜5を参照しながら説明する。図3図2の光電変換装置に用いる光電変換セルの切断面端面図、図4及び5は図1の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。

0067

まず図3に示す光電変換セル70を用意する。次に、図4に示すように光電変換セル70の対向基板20の上に硬質部80を設置する。次に、バックシート90を用意し、図5に示すように、バックシート90と透明基板11とを、環状の接着部60を介して、空気中、すなわち大気圧下で貼り合わせる。こうして光電変換素子110が得られる。

0068

次に、図2に示すように、筐体120の第1固定部121に上記のようにして得られた光電変換素子110を収容し、バックシート90を硬質部80と筐体120の第2固定部122とで挟むことで、光電変換素子110が筐体120に固定される。

0069

以上のようにして光電変換装置100が得られる。

0070

<第2実施形態>
次に、本発明の光電変換装置の第2実施形態について図6及び図7を参照しながら詳細に説明する。図6は、本発明の光電変換装置の第2実施形態を示す平面図、図7図6のVII−VII線に沿った切断面端面図である。

0071

図6及び図7に示すように、光電変換装置200は、光電変換素子210が以下のように構成されている点で第1実施形態の光電変換装置100と相違する。すなわち、光電変換素子210においては、接着部60の内側であって、対向基板21とバックシート90との間に脱酸素剤250がさらに設けられ、バックシート90において硬質部80と接している部分91の周囲に凹部92が形成されている。

0072

本実施形態の光電変換装置200において、脱酸素剤250の高さは、図7に示すように硬質部80の高さよりも低くなっている。この場合、第2固定部122のうち硬質部80と接触する部分が平板状であり且つ第2固定部122が脱酸素剤250に対向するように配置される場合、脱酸素剤250の高さが硬質部80の高さ以上である場合に比べて、第2固定部122をより対向基板20側に近づけることができる。このため、光電変換装置200をより薄型化することができる。また第2固定部122のうち硬質部80と接触する部分が平板状であり且つ第2固定部122が脱酸素剤250に対向するように配置される場合、脱酸素剤250の高さが硬質部80の高さ以上である場合に比べて、第2固定部122と硬質部80とによってバックシート90をしっかりと挟むことができるため、筐体120に対する光電変換素子210の位置ズレを十分に抑制できる。

0073

本実施形態の光電変換装置200によれば、光電変換素子210において、対向基板20とバックシート90との間に侵入した酸素が、脱酸素剤250によって吸収されるため、酸素による発電性能の低下をより十分に抑制できる。

0074

次に、脱酸素剤250について詳細に説明する。

0075

<脱酸素剤>
脱酸素剤250は、酸素を吸収するものであれば特に限定されるものではないが、例えば鉄粉亜鉛粉等の金属粉末還元処理を施した酸素欠陥を有する無機化合物二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化セリウム酸化鉄等)、易酸化性不飽和有機化合物、またはそれらをポリオレフィンポリエステルポリウレタン等の樹脂と混練したものなどが挙げられる。これらは単独又は2種以上で構成される。中でも、還元処理を施した酸素欠陥を有する無機化合物をポリオレフィンと混合したものが好ましい。この場合、脱酸素剤250の成形が容易で、高い脱酸素性能が得られる。

0076

脱酸素剤250を設置する位置は、特に限定されるものではないが、2つの硬質部80の中間に設けられることが好ましい。この場合、脱酸素剤250に応力をかけることなく筺体120によって光電変換装置200をしっかりと固定できる。

0077

次に、上述した光電変換装置200の製造方法について、図3及び図7〜10を参照しながら説明する。図8〜10は、図6の光電変換装置の製造方法の一工程を示す切断面端面図である。

0078

まず図3に示す光電変換セル70を用意する。次に、図8に示すように、光電変換セル70の対向基板20の上に硬質部80及び脱酸素剤250を設置する。このとき、脱酸素剤250の高さは硬質部80の高さよりも低くする。次に、バックシート90を用意し、図9に示すように、バックシート90と透明基板11とを環状の接着部60を介して、空気中、すなわち大気圧下で貼り合わせる。こうして、バックシート90と透明基板11との間の空間を密閉することで、構造体211が得られる。

0079

次に、上記のようにして得られた構造体211を放置することで、バックシート90と透明基板11との間の空間の酸素が脱酸素剤250によって吸収され、バックシート90と透明基板11との間の空間が減圧される。その結果、バックシート90のうち硬質部80の周囲の部分が、対向基板20側に撓み、図10に示すように、バックシート90において硬質部80に接している部分91の周囲に凹部92が形成される。

0080

次に、図7に示すように、筐体120の第1固定部121に上記の光電変換素子210を固定し、バックシート90を硬質部80と筐体120の第2固定部122とで挟むことで、光電変換素子210が筐体120に固定される。

0081

以上のようにして光電変換装置200が得られる。

0082

上記の製造方法によれば、バックシート90において硬質部80に接している部分91の周囲に凹部92が形成されるため、バックシート90越しに硬質部80の位置を把握しやすくなる。従って、バックシート90を筐体120の第2固定部122と硬質部80とでよりしっかりと挟むことが可能となり、光電変換素子210の筐体120に対する位置のズレを十分に抑制できる。また、光電変換装置200を製造する際に、脱酸素剤250が2つの硬質部80の中間に設けられる場合、2つの硬質部80の周囲に形成される凹部92が同形状となり、2つの硬質部80の位置をより把握しやすくなる。

0083

また、上記製造方法によれば、脱酸素剤250の高さが、硬質部80の高さよりも低いため、バックシート90の上から硬質部80の位置をより把握しやすくなる。従って、バックシート90を筐体120の第2固定部122と硬質部80とでよりしっかりと挟むことが可能となり、光電変換素子210の筐体120に対する位置のズレをより十分に抑制できる。また、脱酸素剤250の高さが、硬質部80の高さよりも低いため、第2固定部122と硬質部80とでバックシート90を挟み込む際に、脱酸素剤250が邪魔になることがない。

0084

さらに、上記の製造方法によれば、空気中、すなわち大気圧下で光電変換装置200を製造しても、脱酸素剤250によって酸素が吸収されるため、酸素による発電性能の低下を抑制できる。

0085

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、酸化物半導体層13の厚さ方向に沿って硬質部80と酸化物半導体層13とを見た場合に、硬質部80と酸化物半導体層13とが互いに重なり合っているが、硬質部80と酸化物半導体層13とが必ずしも互いに重なり合っていなくてもよい。例えば図11に示す光電変換装置300のように、硬質部80が透明基板11上であって光電変換セル70の外側の領域に設けられていてもよい。

0086

また上記実施形態では、酸化物半導体層13の厚さ方向に沿って筐体120の第2固定部122と硬質部80とを見た場合に、硬質部80が第2固定部122と重ならない部分にまで延在しているが、硬質部80が第2固定部122と重ならない部分にまで延在していなくてもよい。すなわち、硬質部80の全部が第2固定部122と重なっていてもよい。

0087

さらに上記実施形態の光電変換装置100,200,300では、透明導電層12上に酸化物半導体層13が設けられているが、酸化物半導体層13は対向基板20上に設けられてもよい。但し、この場合、触媒層22は透明導電層12上に設けられる。

0088

さらにまた上記実施形態では、対向基板20が対極で構成されているが、対向基板20は絶縁性基板で構成されてもよい。但し、この場合は、透明導電層12と対向基板20との間に、透明導電層12側から順次、酸化物半導体層13、電解質40を含浸した多孔性絶縁層、及び対極で構成される積層体が設けられる。

0089

また上記実施形態では、光電変換装置100,200,300が1つの光電変換セル70のみを有しているが、光電変換装置100は光電変換セル70を複数備えていてもよい。ここで、複数の光電変換セル70は直列に接続されてもよいし、並列に接続されてもよい。

0090

さらに上記実施形態では、第1固定部121は、透明基板11のうち光電変換セル70と反対側の面に当接される底部121aと、光電変換素子110を包囲する側壁部121bとで構成され、側壁部121bの一端(下端)が底部121aに接続されることで、第1固定部121が光電変換素子110,210を収容しているが、第1固定部121は、光電変換素子110,210の透明基板11を固定していればよく、第1固定部121において、側壁部121bは光電変換素子110,210を包囲していなくてもよい。すなわち、第1固定部121は、光電変換素子110,210を収容する収容部で構成されていなくてもよい。

0091

さらにまた上記第2実施形態では、脱酸素剤250の高さが、硬質部80の高さよりも低くなっているが、脱酸素剤250の高さは、硬質部80の高さ以上であってもよい。

0092

また上記第2実施形態では、硬質部80と脱酸素剤250とが別々に設けられているが、硬質部80が酸素を吸収する材料を含む場合、すなわち硬質部80が脱酸素剤250を兼ねる場合には、脱酸素剤250を省略してもよい。

0093

さらに上記第2実施形態では、接着部60の内側であって、透明基板11とバックシート90の間に乾燥剤がさらに設けられてもよい。ここで、硬質部80が水分を吸収する材料を含む場合、すなわち硬質部80が乾燥剤を兼ねる場合には、乾燥剤は省略してもよい。さらに、硬質部80が水分及び酸素を吸収する材料を含む場合には、脱酸素剤と乾燥剤とを省略してもよい。

0094

さらにまた上記第2実施形態では、光電変換装置200が空気中、すなわち大気圧下で製造されているが、光電変換装置200が減圧下で製造されてもよい。この場合、光電変換素子210の内部の酸素の量をより十分に減らすことができる。従って、酸素による発電性能の低下をより十分に抑制できる。また、バックシート90と透明基板11との間の空間がバックシート90を貼り合わせる段階で既に減圧されているため、脱酸素剤250が酸素を吸収する前から凹部92が形成される。従って、光電変換装置200の製造にかかる時間が短縮される。

0095

また上記第1実施形態においても、光電変換装置100が、空気中、すなわち大気圧下で製造されているが、減圧下で製造されてもよい。この場合、図12に示す光電変換装置400のように、光電変換素子110において、脱酸素剤250がなくても、硬質部80の周囲に凹部92が形成されるため、バックシート90越しに硬質部80の位置が把握しやすくなる。従って、バックシート90を筐体120の固定部122と硬質部80とでよりしっかりと挟むことが可能となり、減圧下で製造された光電変換装置400は、光電変換素子110の筐体120に対する位置のズレをより十分に抑制できる。

0096

11…透明基板(基板)
12…透明導電層(導電層)
13…酸化物半導体層
20…対向基板
60…接着部
70…光電変換セル
80…硬質部
90…バックシート
100,200,300,400…光電変換装置
110,210…光電変換素子
120…筐体
121…第1固定部
122…第2固定部
211…構造体
250…脱酸素剤

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