JP2010103094A - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は色素増感型太陽電池等の光電変換装置に関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion device such as a dye-sensitized solar cell.
太陽電池には、バルク型結晶系のシリコン太陽電池、非晶質のシリコン薄膜を用いてなる薄膜型アモルファスシリコン系太陽電池等の様々な形態がある。また、シリコン原料の削減を目的とし、このようなシリコンを利用しない次世代太陽電池として、色素増感型太陽電池が注目されている。 There are various types of solar cells, such as bulk crystal silicon solar cells and thin film amorphous silicon solar cells using an amorphous silicon thin film. Further, for the purpose of reducing silicon raw materials, a dye-sensitized solar cell has attracted attention as a next-generation solar cell that does not use silicon.
このような色素増感型太陽電池としては、増感色素が坦持された第1の電極と、該第1の半導体電極と対向するように配置された第2の電極と、この一対の電極間に注入された電解質と、を備えている。この電解質は、外部に漏れないように、電解質室に収納されている。電解質室に電解質を注入するためには、電解質の注入孔を電解質室の一部に形成する必要があった。そこで、この注入孔から電解質が外部へ漏れるのを防止すべく、封止部等によって電解質室を外部から封止していた。このような封止部は、外部への漏れを十分に抑制すべく、第1封止部と該第1封止部を覆うように設けられた第2封止部のように、二重封止されているものがあった(例えば、特許文献1参照)。 As such a dye-sensitized solar cell, a first electrode carrying a sensitizing dye, a second electrode disposed so as to face the first semiconductor electrode, and the pair of electrodes An electrolyte injected therebetween. This electrolyte is accommodated in the electrolyte chamber so as not to leak outside. In order to inject the electrolyte into the electrolyte chamber, an electrolyte injection hole must be formed in a part of the electrolyte chamber. Therefore, in order to prevent the electrolyte from leaking from the injection hole, the electrolyte chamber is sealed from the outside by a sealing portion or the like. Such a sealing part is double sealed like a first sealing part and a second sealing part provided so as to cover the first sealing part in order to sufficiently suppress leakage to the outside. Some have been stopped (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1に開示された色素増感型太陽電池は、第1封止部および第2封止部がともに樹脂で構成されているため、長期間の使用によって樹脂が劣化して気密性が低下し、信頼性が低くなる可能性があった。また、第1封止部を樹脂とし、第2封止部をガラスフリットで構成では、第1封止部と第2封止部が接触しているため、ガラスフリットを溶融させる熱により、樹脂で形成された第1封止部が劣化する可能性があった。 However, in the dye-sensitized solar cell disclosed in Patent Document 1, since both the first sealing portion and the second sealing portion are made of resin, the resin deteriorates due to long-term use and is airtight. There was a possibility that reliability would be lowered. In the case where the first sealing portion is made of resin and the second sealing portion is made of glass frit, the first sealing portion and the second sealing portion are in contact with each other. There was a possibility that the first sealing portion formed in would deteriorate.
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、長期間、気密性を維持することが可能な信頼性の高い光電変換装置を得ることである。 The present invention has been completed in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is to obtain a highly reliable photoelectric conversion device that can maintain hermeticity for a long period of time.
上記目的を達成するために、本発明では、収容部を有するとともに該収容部と外部とを連通する孔部を有する基体と、前記収容部に収容された光電変換体と、前記孔部を塞ぐ封孔部材と、該封孔部材を覆うようにして前記基体に接合された保護部材と、を備え、前記保護部材と前記基体との接合部は、前記封孔部材と離間していることを特徴とする。 In order to achieve the above object, in the present invention, a base body having a housing portion and a hole portion that communicates the housing portion with the outside, a photoelectric conversion body housed in the housing portion, and the hole portion are closed. A sealing member and a protective member joined to the base so as to cover the sealing member, and a joint between the protective member and the base is separated from the sealing member Features.
また、本発明において、前記保護部材は、前記基体に接合された枠体と、該枠体上に接合された蓋体とを有していることが好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable that the said protection member has the frame body joined to the said base | substrate, and the cover body joined on this frame body.
また、本発明において、前記枠体は、前記封孔部材と空隙部を介して前記基体に接合されていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the frame body is bonded to the base body via the sealing member and a gap.
また、本発明において、前記枠体および前記蓋体は、一体的に形成されていることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the frame body and the lid body are integrally formed.
また、本発明において、前記蓋体は、前記封孔部材と接触していることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the lid body is in contact with the sealing member.
また、本発明において、前記蓋体は、前記封孔部材と空隙を介して離間していることが好ましい。 Moreover, in this invention, it is preferable that the said cover body is spaced apart from the said sealing member through the space | gap.
本発明の光電変換装置によれば、保護部材と基体との接合部は、封孔部材と離間しているため、保護部材と基体とを熱を用いて接合しても、当該熱が封孔部材に伝わりにくい。その結果、当該熱による封孔部材の劣化を低減することができ、長期間、気密性を維持することが可能な信頼性の高い光電変換装置を得ることができる。 According to the photoelectric conversion device of the present invention, since the joint between the protective member and the base is separated from the sealing member, even if the protective member and the base are joined using heat, the heat is sealed. Difficult to be transmitted to members. As a result, deterioration of the sealing member due to the heat can be reduced, and a highly reliable photoelectric conversion device that can maintain hermeticity for a long period of time can be obtained.
また、本発明において、前記枠体を、前記封孔部材と空隙部を介して離間させて前記基体に接合すれば、空気等の熱伝導率が小さい気体を枠体と封孔部材の間に介在させることができるため、枠体から封孔部材への熱伝導をより低減することができる。 Further, in the present invention, if the frame is separated from the sealing member via the gap and joined to the base, a gas having a low thermal conductivity such as air is passed between the frame and the sealing member. Since it can be interposed, heat conduction from the frame to the sealing member can be further reduced.
また、本発明において、前記枠体および前記蓋体を一体的に形成すれば、枠体および蓋体の製造が容易になるとともに、蓋体、枠体および基板との接合工程が簡易になる。 In the present invention, if the frame body and the lid body are integrally formed, the frame body and the lid body can be easily manufactured, and the joining process of the lid body, the frame body, and the substrate is simplified.
また、本発明において、前記蓋体を前記封孔部材と接触させれば、前記封孔部材に残留している熱を蓋体に伝導することができるため、封孔部材の放熱性を高めることができる。 In the present invention, if the lid is brought into contact with the sealing member, the heat remaining in the sealing member can be conducted to the lid, so that the heat dissipation of the sealing member is improved. Can do.
また、本発明において、前記蓋体を前記封孔部材と空隙を介して離間させれば、枠体から蓋体を介して伝導する熱が封孔部材に伝わりにくくなるため、封孔部材の熱劣化を低減することができる。 In the present invention, if the lid is separated from the sealing member via a gap, heat conducted from the frame through the lid is less likely to be transmitted to the sealing member. Deterioration can be reduced.
本発明の光電変換装置は、収容部を有する基体を具備する。基体は、例えば、一対の基板を対向させ、枠状の封止材でこれらを接合することにより、一対の基板と封止材で形成された収容部を有するものとなる。これに限らず、凹部を有する基板に蓋を接合したものでもよい。 The photoelectric conversion device of the present invention includes a substrate having a housing portion. The base has, for example, a housing portion formed of a pair of substrates and a sealing material by facing a pair of substrates and bonding them with a frame-shaped sealing material. However, the present invention is not limited to this, and a substrate having a recess may be bonded to the lid.
収容部には光電変換体が収容される。光電変換体は、光を受光して電気を生じるものも含まれ、導電させることにより光を生じるものも含まれる。光電変換体は、例えば、チップ状や層状等の種々の形状の半導体素子が含まれる。また、光電変換体は、電解質と色素が吸着された半導体とを具備する色素増感型光電変換体も含まれる。 A photoelectric conversion body is accommodated in the accommodating portion. Photoelectric converters include those that receive light to generate electricity, and those that generate light by conduction. The photoelectric converter includes, for example, semiconductor elements having various shapes such as a chip shape and a layer shape. In addition, the photoelectric converter includes a dye-sensitized photoelectric converter including an electrolyte and a semiconductor on which a dye is adsorbed.
基体は、収容部と基体の外部とを連通する孔部を有する。孔部は、光電変換体の一部としての電解質や、光電変換体を封止するための絶縁材料等を、収容部内に注入するための注入孔でもよい。また、孔部は、収容部内の基体を排出するための排出孔でもよい。 The base has a hole that communicates the accommodating portion with the outside of the base. The hole may be an injection hole for injecting an electrolyte as a part of the photoelectric converter, an insulating material for sealing the photoelectric converter, or the like into the housing. Further, the hole portion may be a discharge hole for discharging the substrate in the housing portion.
以下に、本発明の光電変換装置に係る実施の形態について模式的に示した図面を参照しながら詳細に説明する。 Embodiments according to the photoelectric conversion device of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings schematically shown.
図1は、本発明の光電変換装置に係る第1の実施形態を示した断面図である。光電変換装置Xは、一主面同士が対向するように配置された一対の基板(以下、第1の基板1、第2の基板2とする)と、第1の基板1および第2の基板2の一主面にそれぞれ第1の電極3および第2の電極4が形成されている。また、光電変換装置Xは、第1の基板1と第2の基板2の一主面間における間隙内に電解質5が配されている。言い換えれば、電解質5は、第1の電極3と第2の電極4との間に挟まれるように配されている。この電解質5は、外部への漏れを防止すべく、周囲が封止材6で覆われている。また、第1の電極3上には、色素が坦持された半導体層7が形成されている。また、第2の基板2および第2の電極4には、外部から電解質5を注入するための注入孔8が形成されている。そして、光電変換装置Xは、電解質5が外部に漏れるのを防止すべく、第2の基板2の他主面側において、注入孔8を塞ぐ封孔部材9が設けられている。この封孔部材9は、さらに保護部材10で覆われている。この保護部材10は、第2の基板4と直に接合された枠体10aと、該枠体10a上に接合された蓋体10bと、を有している。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a first embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. The photoelectric conversion device X includes a pair of substrates (hereinafter, referred to as a first substrate 1 and a second substrate 2) disposed so that their principal surfaces face each other, and the first substrate 1 and the second substrate. The
そして、本発明の実施の形態に係る光電変換装置Xでは、枠体10aが封孔部材9と離間するように第2の基板2と接合されているため、枠体10aと第2の基板2とを熱を用いて接合しても、当該熱が封孔部材9に伝わりにくい。その結果、光電変換装置Xによれば、当該熱による封孔部材9の劣化を低減することができる。加えて、光電変換装置Xでは、枠体10aと封孔部材9とが互いに離間しているため、上述した熱が封孔部材9を介
して電解質5に伝わるのを低減できるため、当該熱による電解質5の分解・変質等を低減することができる。
In the photoelectric conversion device X according to the embodiment of the present invention, since the
以下に、上述した本発明の実施の形態に係る光電変換装置を構成する部材の詳細を示す。 Below, the detail of the member which comprises the photoelectric conversion apparatus which concerns on embodiment of this invention mentioned above is shown.
<第1および第2の基板>
第1の基板1は、一主面上で第1の電極3、および該第1の電極3上に配置された半導体層7を支持するものである。また、第1の基板1は、主として光が入射される側に設けられるため、透光性を有している。
<First and second substrates>
The first substrate 1 supports the
この第1の基板1の材質としては、例えば、可視光に対して透光性を有する青板ガラス、白板ガラス、無アルカリガラス等のガラス材料、またはPET(ポリエチレンテレフタレート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)等の樹脂材料が挙げられる。 Examples of the material of the first substrate 1 include glass materials such as blue plate glass, white plate glass, and non-alkali glass that are transparent to visible light, or PET (polyethylene terephthalate) and PEN (polyethylene naphthalate). And other resin materials.
第2の基板2は、一主面上で第2の電極4を支持するものである。この第2の基板2は、第1の基板1と同様に透光性を有する材質で構成されていれば、光の入射面(受光面)をより拡大し、光電変換効率を高めることができる。また、この第2の基板2は、光の入射側に位置していなくとも良いため、透光性が小さいものであってもよい。このような透光性が小さい材質としては、例えば、チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、タングステン、ステンレスまたはアルミニウム合金等の金属材料が挙げられる。このような導電性を有する金属材料であれば、第1の基板1自体が電極として作用するため、第2の電極4は不要となり、部品点数を低減できる。また、第2の基板2は、電解質5に対する耐食性を向上させるという観点から、チタン、ニッケル、タングステンで構成すると好適である。
The
また、第2の基板2には、電解質5を外部から注入するための注入孔8が形成されている。この注入孔8は、電解質5を第1および第2の基板の間に注入できる大きさであれば、形状等は特に限定されるものではなく、例えば、横断面形状が円形状、楕円形、または四角形等の多角形等であってもよい。注入孔8の大きさとしては、例えば、横断面形状が円形状であれば、直径が0.1〜3mm程度がよい。また、本実施の形態では、注入孔8が1つしか設けられていないが、複数個あってもよい。さらに、本実施の形態では、第2の基板2に注入孔8が設けられているが、第1の基板1のみに設けてもよく、また、第1および第2の基板それぞれに設けてもよい。なお、注入孔8は、電解質5を注入するだけでなく、電解質5の排出、色素溶液の注入および排出等にも使用可能である。
The
<第1および第2の電極>
第1の電極3は、半導体層7で発電された電流を取りだす機能を有し、第1の基板1の一主面に設けられている。この第1の電極3は、第1の基板1の他主面側から光が入射されるため、可視光に対して透光性を有するほうが好ましい。
<First and second electrodes>
The
第1の電極3の材質としては、例えば、ITO(錫ドープインジウム酸化物:酸化インジウム錫)層、FTO(フッ素ドープ錫酸化物)層、または酸化錫層で形成される。また、第1の電極3の厚みは、製造の簡易さ、および適度なシート抵抗とするという観点から、0.3〜2μm程度がよい。このような第1の電極3は、例えば、CVD法、スパッタリング法、スプレー法等によって層状に形成される。
The material of the
第2の電極4は、電解質5に電荷を渡すためのものであり、第2の基板2の一主面に設けられている。この第2の電極4の材質としては、第2の基板4も受光部として利用するのであれば、第1の電極3と同じ材料、即ち、上述した透光性を有する材料を用いればよい。一方、第2の基板4から光を受光しないのであれば、第2の電極4は、透光性材料で
構成しなくてもよく、例えば、チタン、ニッケル、またはタングステン等の金属材料で構成してもよい。
The
また、第2の電極4は、電解質5との接触面にPt、Pd、Ru、Os、Rh、Ir等や、カーボン、PEDOT:TsO(ポリエチレンジオキシチオフェン−トルエンスルフォネート)等から成る図示していない触媒層を形成すれば、電解質5への電荷移動を効率良く行うことができる。
Further, the
<電解質>
電解質5は、第2の電極4から受けとった電荷を半導体層7に坦持された色素に渡す機能を有している。この電解質5は、注入孔8から注入できる状態のものであればよく、例えば、液状(電解液)、ゲル状等を用いることができ、注入後に固体になるようなものであってもよい。
<Electrolyte>
The
電解質5は、電解液の場合、例えば、ヨウ素/ヨウ化物塩、臭素/臭化物塩、コバルト錯体、フェロシアン化カリウム等が挙げられる。なお、「ヨウ素/ヨウ化物塩」という表記は、電解質の化学反応によってヨウ素とヨウ化物塩の含有率が変化するものであることを意味する。また、電解質5は、注入時に液状またはゲル状であり、注入後に固体となるものの場合、ゲル電解質、ポリマー電解質等の固体電解質、ポリチオフェン・ポリピロール、ポリフェニレンビニレン等の導電性ポリマー、またはフラーレン誘導体、ペンタセン誘導体、ペリレン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体等の有機分子電子輸送剤等が挙げられる。また、電解質5の厚み、即ち、第1の基板1の一主面と第2の基板の一主面との間の距離は、1〜500μm程度がよい。
When the
<封止部材>
封止部材6は、第1の基板1と第2の基板2との間に電解質5を閉じ込めるべく、電解質5の周囲に配され、電解質5の外部への漏れを低減するための部材である。この封止部材6は、例えば、ガラスフリットのようなガラス材料、ポリエチレン、変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、またはアクリレート樹脂等の樹脂材料が挙げられる。また、封止部材6を樹脂材料で構成する場合は、電解質5と接触する部位に、上述した有機材料を配し、該有機材料の外周部をさらにガラス材料で覆うような構成であれば、より気密性および機械的強度を高めることができる。
<Sealing member>
The sealing
第1の実施形態においては、この封止部材6と第1の基板1と第2の基板2とで、収容部を有する基体20を構成している。
In the first embodiment, the sealing
<半導体層>
半導体層7は、色素を気孔内に担持する機能を有する多孔質体で構成されている。このように多孔質の半導体層7は、表面積が大きく、色素をより多く担持(吸着)させることができるため、効率良く光を吸収して光電変換効率向上に寄与する。
<Semiconductor layer>
The
このような多孔質の半導体層7の材料としては、例えば、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、スズ(Sn)、ニオブ(Nb)、インジウム(In)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、バナジウム(V)、タングステン(W)等の金属の少なくとも1種の金属酸化物半導体がよく、また窒素(N)、炭素(C)、弗素(F)、硫黄(S)、塩素(Cl)、リン(P)等の非金属元素の1種以上を含有していてもよい。特に、酸化チタンは、電子エネルギーバンドギャップが可視光のエネルギーより大きい2〜5eVの範囲にあり、好ましい。また、多孔質の半導体層は、電子エネルギー準位においてその伝導帯が色素の伝導帯よりも低いn型半導体がよい。
Examples of the material of the
また、半導体層7は、多孔質体であるため、内部に微細な空孔(空孔径が好ましくは1
0〜40nm程度のもの)を多数有している。また、半導体層7の厚みは、光電変換作用を最適化するという観点から、1〜50μmがよく、より好適には10〜30μmがよい。また、半導体層7と第1の電極3との間に、n型酸化物半導体の極薄(厚み200nm程度)の緻密層を挿入するとよく、逆電流を抑制する効果がある。
Moreover, since the
A large number of those having a thickness of about 0 to 40 nm. Moreover, the thickness of the
色素は、例えば、ルテニウム−トリス、ルテニウム−ビス、オスミウム−トリス、オスミウム−ビス型の遷移金属錯体、多核錯体、またはルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体、またはフタロシアニンやポルフィリン、多環芳香族化合物、ローダミンB等のキサンテン系のものを用いること色素が好ましい。 Examples of the dye include ruthenium-tris, ruthenium-bis, osmium-tris, osmium-bis type transition metal complexes, polynuclear complexes, or ruthenium-cis-diaqua-bipyridyl complexes, or phthalocyanines, porphyrins, polycyclic aromatic compounds, It is preferable to use a xanthene group such as rhodamine B.
多孔質の半導体層7に色素を吸着させるためには、色素に少なくとも1個以上のカルボキシル基、スルホニル基、ヒドロキサム酸基、アルコキシ基、アリール基、ホスホリル基等を置換基として有することが有効である。ここで、置換基は色素自体を多孔質の半導体層7に強固に化学吸着させることができ、励起状態の増感色素から多孔質の半導体層7へ容易に電荷移動できるものであればよい。
In order to adsorb the dye to the
半導体層7に色素を吸着させる方法としては、例えば、第1の基板1上に形成された半導体層7を、色素を溶解した溶液に浸漬する方法が挙げられる。半導体層7に色素を吸着させる際、色素を溶解させる溶液の溶媒としては、例えば、エタノール等のアルコール類、アセトン等のケトン類、ジエチルエーテル等のエーテル類、アセトニトリル等の窒素化合物等を1種または2種以上混合したものが挙げられる。溶液中の色素の濃度は5×10−5〜2×10−3mol/l(l(リットル):1000cm3)程度が好ましい。
Examples of the method for adsorbing the pigment on the
第1の実施形態においては、色素が吸着された半導体層7と電解質5とで光電変換体21を構成している。
In the first embodiment, the
<封孔部材>
封孔部材9は、第1および第2の基板の間に封入された電解質5が外部に漏れるのを防ぐための部材である。この封孔部材9は、注入孔8を塞ぐように、第2の基板2の他主面と接着される。
<Sealing member>
The sealing
封孔部材9は、電解質5に対する耐食性が高い樹脂材料を含んでいる。このような樹脂材料としては、例えば、フィルム形状のポリエチレン、変性ポリエチレン、マレイン酸変性ポリエチレン、ポリプロピレン、変性ポリプロピレン、マレイン酸変性ポリプロピレン、アイオノマー樹脂、およびフッ素樹脂あるいは液体状のブチル樹脂、エポキシ樹脂、アクリレート樹脂等が挙げられる。また、これらの樹脂材料は、機械的強度を高めるという観点から、必要に応じてフィラー等を含有させてもよい。
The sealing
封孔部材9は、有機材料、無機材料およびこれらの複合材料のいずれでもよいが、注入孔8を容易に塞ぐという観点からは、有機材料であるのが好ましい。特に、光硬化性樹脂や熱硬化性樹脂であれば、注入孔8をより容易に塞ぐことができる。すなわち、封孔部材9を、注入孔8を簡易的な方法で塞いで電解質5の漏れを防ぐための仮止めとして機能させ、保護部材10で強固な封止を行なうことにより、作業性が良いとともに封止の信頼性をも高めることができる。
The sealing
<保護部材>
保護部材10は、封孔部材9の外表面を覆うことにより、封孔部材9を外部から保護するとともに、電解質5の外部への漏れをより低減するための部材である。この保護部材10は、枠体10aと蓋体10bとを有している。なお、保護部材10は、枠体10aを有さず、レーザ照射等により、直接、第2の基板2に溶着してもよい。
<Protective member>
The
枠体10aは、封孔部材9を取り囲むように、所定の距離だけ離れて形成されている。また、枠体10aは、第2の基板2と接合されている。このように枠体10aは、封孔部材9と接触せずに離れているため、枠体10aを第2の基板2と熱を使った溶着等で接合しても、当該熱が封孔部材9に伝わりにくい。その結果、このような形態では、封孔部材9の熱劣化を低減することができる。加えて、上述した熱が封孔部材9を介して電解質5に伝わるのを低減できるため、当該熱による電解質5の分解・変質等を低減することができる。
The
なお、封孔部材9と枠体10aとの間隙には、封孔部材9および枠体10aよりも熱伝導率が小さい部材を充填させても、上述した効果を得ることができる。しかしながら、本実施の形態のように、枠体10aと封孔部材9とを空隙を介して離間させれば、空気等の熱伝導率が小さい気体を枠体10aと封孔部材9の間に介在させることができるため、枠体10aから封孔部材9への熱伝導をより低減することができる。
Even if the gap between the sealing
また、枠体10aの材質としては、レーザ吸収成分とガラス成分を含むガラスフリットであることが好ましい。このレーザ吸収成分は、レーザ光を選択的に吸収し、そのエネルギーを熱に変換することでガラスフリットを効率よく溶融し、焼結させる役割を担う。このレーザ吸収成分は、ガラスフリットを成すマトリックスの一部として溶融されていることが好ましいが、マトリックス中に偏析していてもよい。また、ガラスフリットの熱膨張係数は、第2の基板2の熱膨張係数と近くなるようにすれば、クラック等の不具合の発生を低減することができる。ガラスフリットを成すガラス成分としては、例えば、SiO2−Bi2O3−MOX系、B2O3−Bi2O3−MOX系、SiO2−CaO−Na(K)2O−MOX系、P2O5−MgO−MOX系(Mは一種以上の金属元素で、Xは整数である。)などが挙げられる。また、レーザ吸収成分としては、例えば、クロム、鉄、ニッケル、コバルト、マンガン、銅、または炭素の単体または酸化物、もしくはこれら2種以上の化合物が挙げられる。また、第2の基板2を、ガラスを含む材料で構成すれば、枠体10aと第2の基板2とをレーザ溶着等で容易に接合できる。
The material of the
このようなガラスフリットを含んでなる枠体10aは、第2の基板2上にガラスフリットを配置した後、例えば、YAGレーザをガラスフリットに照射し、当該ガラスフリットを溶融させて第2の基板2と接合することによって形成される。なお、枠体10aの形状は、少なくとも封孔部材9を囲うものであればよく、平面視して、円形、多角形等、特に限定されるものではない。但し、枠体10aの上面は、蓋体10bが接合されるため、平面状が好ましい。
In the
蓋体10bは、枠体10a上に接合されており、主として封孔部材9の上部を覆っている。このような蓋体10bの材質は、枠体10aと熱溶着で接合できるようなものであればよく、例えば、青板ガラス、白板ガラス、無アルカリガラス等のガラス材料、チタン、タンタル、ニオブ、ニッケル、タングステン、ステンレスまたはアルミニウム合金等の金属材料が挙げられる。
The
また、保護部材10の接合方法としては、枠体10aを蓋体10bに形成した後、レーザ加熱により第2の基板2に接合してもよいし、枠体10aを第2の基板2に形成した後、レーザ加熱により蓋体10bを接合してもよい。
As a method for joining the
なお、上述した例では、枠体10a自体をレーザ加熱で溶融させることによって、保護部材10を第2の基板2に接合しているが、それに限定されない。例えば、枠体10aを、軟化点の異なる部材で構成し、レーザ加熱で軟化点の低い部材のみを溶融させることによって保護部材10を第2の基板2に接合してもよい。
In the example described above, the
また、光電変換装置Xでは、蓋体10bが封孔部材9と接触している。このような形態によれば、封孔部材9に残留している熱を蓋体10bに伝導させることができるため、封孔部材9の放熱性を高めることができる。このような放熱性を高めるという観点では、蓋体10bを熱伝導率が比較的高い金属材料で構成すると好適である。加えて、このような形態によれば、高温の環境下において、電解質5が膨張しても、封孔部材9を蓋体10bで直に抑えているため、封孔部材9の第2の基板2からの剥がれを低減できる。
In the photoelectric conversion device X, the
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。 Next, another embodiment of the present invention will be described.
図2は、本発明の光電変換装置に係る第2の実施形態を示した断面図である。光電変換装置X’は、蓋体10bが封孔部材9と離間している点で光電変換装置Xと相違する。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a second embodiment according to the photoelectric conversion device of the present invention. The photoelectric conversion device X ′ is different from the photoelectric conversion device X in that the
光電変換装置X’では、蓋体10bを封孔部材9と空隙を介して離間させれば、枠体10aから蓋体10bを介して伝導する熱が封孔部材9に伝わりにくくなるため、封孔部材9の熱劣化を低減することができる。
In the photoelectric conversion device X ′, if the
図3は、本発明の光電変換装置に係る第3の実施形態を示した断面図である。光電変換装置X’’は、封孔部材9が注入孔内壁で支持されるように形成された点で光電変換装置Xと相違する。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a third embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention. The photoelectric conversion device X ″ is different from the photoelectric conversion device X in that the sealing
光電変換装置X’’のように、封孔部材9が注入孔内壁で支持されるようにすれば、封孔部材9の第2の基板2の他主面側へのはみ出しを低減することができる。その結果、枠体10aの厚みは、第2の基板2の他主面側へはみ出した封孔部材9の厚みの影響を受けにくくなり、枠体10aの形状自由度が増す。枠体10aの形状自由度が増せば、強度、形成しやすさのみで枠体10aを設計することができる。
If the sealing
図4は、本発明の光電変換装置に係る第4の実施形態を示した断面図である。光電変換装置X’’’は、封孔部材9が注入孔内壁と第2の基板2の他主面とで接着されている点で、光電変換装置X,X’,X’’と相違する。
FIG. 4 is a sectional view showing a fourth embodiment according to the photoelectric conversion device of the present invention. The photoelectric conversion device X ′ ″ is different from the photoelectric conversion devices X, X ′, and X ″ in that the sealing
光電変換装置X’’’のように、封孔部材9が注入孔内壁と第2の基板2の他主面とで接着されれば、封孔部材9は接着面積増加による接着強度が増し、特に電解質5側への引っ張り応力に対する強度を増すことができる。
If the sealing
なお、図4では封孔部材9と蓋体10bは離間しているが、このような形態に限定するものではない。図4の構成で封孔部材9と蓋体10bを接触させると、封孔部材9の強度を蓋体10bで補強できる、もしくは、蓋体10bの強度を封孔部材9で補強することができる。
In addition, although the sealing
なお、上述した実施の形態では、保護部材10の枠体10aと蓋体10bとが別体で構成されているが、本発明では、このような形態に限定されることなく、枠体10aと蓋体10bとが一体的に形成されていてもよい。このように保護部材10が一体的に形成されていれば、枠体10aおよび蓋体10bの製造が容易になるとともに、枠体10a、蓋体10b、および第2の基板2との接合工程が簡易になる。
In the above-described embodiment, the
本実施の形態の光電変換装置の具体的な例について、図3に基づいて以下に詳細に説明する。 A specific example of the photoelectric conversion device of this embodiment will be described below in detail with reference to FIG.
<第1の基板1、第2の基板2、第1の電極3、第2の電極4>
第1の基板1、第2の基板としてソーダライムガラス基板(サイズ33mm×50mm、厚み約4mm)を用いた。第1の電極3、第2の電極4としてシート抵抗12Ω/□(スクエア)のSnO2:F層(FドープSnO2層)を用いた。
<First substrate 1,
A soda lime glass substrate (size 33 mm × 50 mm, thickness about 4 mm) was used as the first substrate 1 and the second substrate. As the
第2の電極4には、触媒としてのPt層を、スパッタリング法を用いて厚み1nmとして形成した。このとき、Pt層は厚みが1nm程度であり非常に薄いために島状に形成された。また、第2の基板2、第2の電極4には、注入孔8を2穴形成した。
On the
<電解質5>
電解質5は、液状電解質である沃素(I2)、メチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド(DMPImI)、1−メチルメンズイミダゾール(MBI)にメトキシプロピオニトリル溶液を加えて調製したものを用いた。
<
The
<封止部材6>
封止部材6は印刷出来るよう粘度調製されたガラスフリットペーストを第2の基板2に印刷し、軟化点より10度低い温度で焼成して形成した。後述する半導体層7のTiO2層を形成後、第1の基板1と第2の基板2を、封止部材6を第1の電極3と第2の電極4で挟む様に重ね合わせ、電気炉で十分に加熱し、前出した電解質5が漏洩しないよう融着させた。
<Sealing
The sealing
<半導体層7>
半導体層7は、TiO2微粒子(中心粒径20nm)が印刷出来るよう粘度調製されたペーストを印刷法で第1の電極3上に形成し、乾燥後さらにTiO2微粒子(中心粒径400nm)が印刷できるように粘度調製されたペーストを印刷して積層し、乾燥後480℃で焼成することでTiO2層を形成した。
<
For the
前述する封止部材6をレーザー加熱・封着後、注入孔8を用いて色素(Ruthenium 620−1H3TBA、ソラロニクス社製)をエタノールに溶解させた色素溶液を循環させ、半導体層7に色素を吸着させた。
After sealing and sealing the sealing
<封孔部材9>
次に注入孔8を紫外線硬化樹脂で埋め、紫外線照射することで硬化させ、封孔部材9を形成した。
<Sealing
Next, the
<保護部材10>
蓋体10bとして用いるソーダライムガラスに、印刷出来るよう粘度調製されたガラスフリットペーストを印刷し、軟化点より10度低い温度で焼成して枠体10aを形成後、第2の基板2の、2つの封止孔を囲うように枠体10aを設置し、半導体レーザーで加熱・封着することで、保護部材10を形成した。
<
A glass frit paste having a viscosity adjusted so as to be printed is printed on soda lime glass used as the
以上で形成したセルをセルAとし、封止性の比較のため、有機樹脂封止を行ったセルB、Cを用意した。 The cell formed above was designated as cell A, and cells B and C subjected to organic resin sealing were prepared for comparison of sealing properties.
セルB、Cは、封止部材6、枠体10aにアイオノマー樹脂を用い、熱圧着することで形成後、図3では図示されていないが、封止部材6、枠体10aのそれぞれの外周部を紫外線硬化樹脂を塗布・紫外線硬化することで補強したセルである。セルBは封止部材6の幅を9.5mm、セルCは封止部材6の幅を3mmとした。
The cells B and C are formed by thermocompression bonding using an ionomer resin for the sealing
これらのセルを用いて、85℃85%RHの耐湿試験を実施したところ、セルB、セルCでは時間の経過と共に電解液中に気泡が発生・拡大した。マイクロスコープで観察し、気泡の面積を算出し、電解液占有率(初期の電解液占有面積に対する電解液面積の減少量)を算出したところ、図5のように、セルB、セルCでは時間の経過と共に電解液占有面積が減少したのに対し、セルAでは3000時間を越えても気泡の発生・拡大が見られず、電解液占有面積に変化が見られなかった。 When these cells were used to perform a moisture resistance test at 85 ° C. and 85% RH, in the cells B and C, bubbles were generated and expanded in the electrolyte solution over time. Observation with a microscope, the bubble area was calculated, and the electrolyte occupancy (the amount of decrease in the electrolyte area relative to the initial electrolyte occupancy area) was calculated. As shown in FIG. In contrast, the area occupied by the electrolyte decreased with the passage of time, whereas in Cell A, no bubbles were generated or expanded even after 3000 hours, and no change was observed in the area occupied by the electrolyte.
このようにして、有機溶媒からなる電解質5を長時間、85℃85%RHという環境下においても気密封止できる光電変換装置を作製できた。
In this way, a photoelectric conversion device capable of hermetically sealing the
X、X’、X’’、X’’’:光電変換装置
1:第1の基板
2:第2の基板
3:第1の電極
4:第2の電極
5:電解質
6:封止部材
7:半導体層
8:注入孔(孔部)
9:封孔部材
10:保護部材
10a:枠体
10b:蓋体
20:基体
21:光電変換体
X, X ′, X ″, X ′ ″: photoelectric conversion device 1: first substrate 2: second substrate 3: first electrode 4: second electrode 5: electrolyte 6: sealing member 7 : Semiconductor layer 8: Injection hole (hole)
9: Sealing member 10:
Claims (6)
前記収容部に収容された光電変換体と、
前記孔部を塞ぐ封孔部材と、
該封孔部材を覆うようにして前記基体に接合された保護部材と、を備え、
前記保護部材と前記基体との接合部は、前記封孔部材と離間していることを特徴とする光電変換装置。 A base having a housing and a hole communicating the housing with the outside;
A photoelectric converter housed in the housing section;
A sealing member that closes the hole;
A protective member joined to the base so as to cover the sealing member,
A joint portion between the protective member and the substrate is separated from the sealing member.
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