(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維分が９０℃以上２００℃以下の範囲に融点を有する熱溶融性ポリマー繊維からなり、前記熱溶融性ポリマー繊維の少なくとも１種は合成パルプであり、湿式抄紙法により得られる熱融着した不織布であって、目付が１４ｇ／ｍ２以上５０ｇ／ｍ２以下、通気度が２０ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ以上３００ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ以下、Ｔ型剥離強度が４７５ｇｆ／１５ｍｍ以上であることを特徴とする色素増感型太陽電池用不織布。
【請求項２】
前記熱溶融性ポリマー繊維が主体となる合成パルプと合成パルプの融点よりも鞘部の融点が低融点の芯鞘型バインダー繊維からなり前記芯鞘型バインダー繊維の鞘部の融点以下の温度で熱融着させたことを特徴とする請求項１記載の色素増感型太陽電池用不織布。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載の色素増感型太陽電池用不織布をセパレーター及び封止材として一体として使用することを特徴とする色素増感型太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感型太陽電池用の不織布に関し、良好なセパレーター機能と熱融着によ
る封止機能を備えた不織布に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、持続可能なエネルギー源として太陽光発電が注目されている。中でも、色素増感型
太陽電池は現在主流のシリコン系の太陽電池と比べ低コストであり、室内光での発電効率
も高いことから注目が集まっている。
【０００３】
色素増感型太陽電池は、電解液を挟んで色素を吸着した多孔質金属酸化物半導体層からな
るアノードと白金やカーボンなどの触媒を含むカソードが向かい合った構造である。その
ため、アノードとカソードの間隙が保たれないと内部ショートし電池として使用できない
。色素増感型太陽電池が厚いガラス基板などの柔軟性を持たない基板で構成されている場
合は両極の内部ショートの問題は起き難いが、例えばガラス基板が薄く大面積になる場合
は、たわみによって内部ショートが起きる可能性がある。さらに、ＰＥＴなどのフレキシ
ブル基板で構成された折り曲げ可能な電池とする場合には、この隔離性は重要な問題とな
る。
【０００４】
また、色素増感型太陽電池は内部に電解液を含むため漏出防止のための封止が不可欠であ
る。この封止が不十分な場合、電解液の漏洩や水分の混入などにより発電効率が著しく低
下する。
【０００５】
内部ショートを防ぐため、特許文献１や特許文献２では不織布をセパレーターとする方法
が提案されている。同様に特許文献３では多孔質支持体による方法が提案されている。こ
れらの方法は確実に内部ショートを防ぐことができ、フレキシブル基板を用いた場合でも
柔軟性を損なうことがない。また、空隙内に電解液を保持できるので電解液の漏洩を防ぐ
ことができる。しかし、電池の電解液部分に配置させるためには不織布を打ち抜き加工す
る必要がある。さらに封止材としての機能がないため、封止材は別に用意する必要がある
。
【０００６】
封止材としては、硬化型樹脂、熱融着フィルム、ガラスフリットなどが提案されている。
特許文献４で提案されている光硬化型樹脂などの樹脂は、封止する部分にディスペンサや
スクリーン印刷によって選択的に塗布する必要がある。特許文献５のように熱融着性樹脂
をフィルム状にして用いる場合は、封止部に合うように打ち抜くかテープ状に加工する必
要がある。打ち抜きによる歩留まりの低下などの問題がある。特許文献６と特許文献７で
提案されているガラスフリットは耐久性に優れるものの４００℃以上の高温が必要なため
製造が難しくなる上、ＰＥＴなどの樹脂基板には応用できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許公開２０１０−１８２４５７
【特許文献２】特許公開２００６−０４０８２７
【特許文献３】特許公開２００６−１９０６３２
【特許文献４】特許公開２０１０−１８０３２４
【特許文献５】特許公開２００６−０３２３０８
【特許文献６】特許公開２００１−１８５２４４
【特許文献７】特許公開２００４−１７２０４８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
アノードとカソードの隔離性を十分に保持するセパレーター機能と、熱融着による高い封
止機能の両方を備える色素増感型太陽電池用不織布を提供する。これによって、色素増感
型太陽電池の製造工程を簡略化し、電池の信頼性を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、かかる課題を解決するため鋭意研究の結果、熱溶融性ポリマー繊維からなる不織布が、色素増感型太陽電池において良好なセパレーター機能と熱接着による封止機能を有することを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち本発明は、
（１）繊維分が９０℃以上２００℃以下の範囲に融点を有する熱溶融性ポリマー繊維からなり、前記熱溶融性ポリマー繊維の少なくとも１種は合成パルプであり、湿式抄紙法により得られる熱融着した不織布であって、
（２）目付が１４ｇ／ｍ２以上５０ｇ／ｍ２以下、通気度が２０ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ以上３００ｃｃ／ｃｍ２／ｓｅｃ以下、Ｔ型剥離強度が４７５ｇｆ／１５ｍｍ以上であり、
（３）セパレーター機能と熱接着による封止機能の両方を有する色素増感型太陽電池用不織布
を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の不織布によれば、色素増感型太陽電池のセパレーターと封止材を一体として使用できるので、セルの組み立て工程を簡略化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明における不織布を利用した色素増感型太陽電池の代表的な構成例
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明で用いられる不織布は、多孔質金属酸化物半導体層からなるアノードと対極カソー
ドとの間に配置することで両電極を隔離し、セパレーターとしての役割を果たすことがで
きる。さらに、良好な熱接着性を有するため、セル外周を熱接着し容易に封止することが
できる。加熱圧着された部分は不織布が溶融しフィルム状になることで封止機能を発現す
る。接着部を選択的に加熱することで、セル内部では不織布形状を保ちセパレーターとし
て機能する。この結果、従来別々に必要だったセパレーターと封止材を一体として扱うこ
とができ、セル製造における工程の削減につながる。セパレーターや封止材の打ち抜き加
工が不要になり歩留まりが向上する。セパレーターはセル内部に、封止材はセル外周に正
確に配置する必要があったが、一体なのでその必要がなくなる。
【００１３】
本発明で用いられる不織布には、熱溶融性ポリマーからなる合成パルプを主体とし、合成パルプの融点よりも鞘部の融点が低融点の芯鞘型バインダー繊維を混抄したものをバインダー鞘部の融点以下で乾燥させた湿式不織布が挙げられるが、湿式抄紙法以外にも既知の方法によって製造することができる。乾式、スパンボンド法などの方法によってシートを形成し、サーマルボンド法やケミカルボンド法による繊維の接着や、ニードルパンチ法やスパンレース法による繊維の交絡によって不織布を得ることができる。なかでも、厚みの制御や耐久性の点においてサーマルボンド法が良い。
【００１４】
主体となる繊維は合成パルプの他、不織布用合成繊維やスパンボンド法によって得られたものでも良い。不織布用合成繊維を主体として用いる場合は主体繊維や芯鞘型バインダー繊維よりも、全融型バインダー繊維の方が、高い接着力と封止機能を発揮するので好ましい。高い通気度と隔離性を確保するためには、なるべく繊維径の細いものが良く３detx以下が好ましい。合成パルプを用いる場合は繊維外周がフィブリル化し、細くなっており緻密な不織布を得ることができる。
主体となる繊維の融点は９０℃以上２００℃以下の範囲にあることが望ましい。９０℃未満であると電池の耐熱性が悪化する。逆に２００℃を超えると、太陽電池の基板としてフィルムを用いた場合、基板の耐熱性に限界があることから、基板変形などの原因となる。太陽電池がガラスなどの耐熱性の高い基板からなる場合は融点が２００℃を超えても良い。
【００１５】
本発明の不織布には強度を高めるために、主体とする繊維よりも低融点の合成パルプやバ
インダー繊維を加えることができる。主体となる繊維よりも融点が高いと主体となる繊維
の形状を保持したまま不織布を補強できない。バインダーとしては芯鞘構造のものの方が
、融着が部分的に起るため高い通気度を維持できるが、低融点の合成パルプや全融型バイ
ンダー繊維の方が不織布の強度向上効果は大きい。
【００１６】
不織布を構成する繊維に用いられるポリマーは溶剤耐性の高いものが望ましい。色素増感
太陽電池では、電解質（レドックス系）としてヨウ素系物質が一般的に使用されるが、酸
化力が強いためポリマーによっては劣化、溶解し易い。また、溶媒にはニトリル系、ラク
トン系溶媒、カーボネート系溶媒、オキサゾリン系溶媒やイオン液体等が用いられるため
、ポリマーが溶解し易い。この点から、不織布を形成するポリマーはポリオレフィン類や
芳香族ポリエステルであることが好ましい。ポリオレフィンとしては、ポリエチレン（Ｐ
Ｅ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリメチルペンテン（ＰＭＰ）等を挙げることができる
。芳香族ポリエステルとしては例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリト
リメチレンテレフタレート（ＰＴＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）などを挙
げることができる。
【００１８】
本発明で用いられる不織布の目付は、１０ｇ／ｍ２以上５０ｇ／ｍ２以下であるが、１４ｇ／ｍ２以上５０ｇ／ｍ２以下が好ましい。さらに好ましくは、１８ｇ／ｍ２以上５０ｇ／ｍ２以下である。目付が１０ｇ／ｍ２より小さいと不織布の強度が低くなり、ハンドリングの悪化やセパレーター機能の低下を招く。さらに圧熱接着時、封止部の熱可塑性樹脂が不足するため、接着強度が低下し封止機能が悪化する。接着強度の観点からは目付は１４ｇ／ｍ２以上であることが好ましい。より好ましくは、１８ｇ／ｍ２以上である。目付が５０ｇ／ｍ２を超えると、不織布が厚くなるため電解液中のイオンの移動を妨げ、発電効率が悪化する原因となる。
【００１９】
本発明で用いられる不織布の通気度は特許文献１に記載されているように、２０ｃｃ／ｃ
ｍ2／ｓｅｃ以上３００ｃｃ／ｃｍ2／ｓｅｃ以下である。通気度が２０ｃｃ／ｃｍ2／ｓ
ｅｃより小さいと電解液中のイオンの移動を妨げ発電効率が悪化する原因となる。３００
ｃｃ／ｃｍ2／ｓｅｃより大きいと、不織布の空隙が大きくなりすぎてセパレーターとし
ての機能が悪化する。また不織布が低密度になり、熱接着による封止が困難になる。
【００２０】
本発明で得られる不織布の厚みと密度の範囲は合成パルプを主体とした場合、５５μｍ〜
２００μｍ、０．１５ｇ／ｃｍ３〜０．３ｇ／ｃｍ３となるが、熱ロールによって厚み方
向に圧縮することで、より薄い不織布とすることもできる。このような処理を行っても、
色素増感型太陽電池のセパレーターおよび封止材として使用することができる。ただし、
圧縮により空隙が著しく減少すると通気度が低下して発電性能の悪化を招く。そのため圧
縮する場合でも、密度が０．６ｇ／ｃｍ３、好ましくは０．５ｇ／ｃｍ３を超えないよう
にする必要がある。
【００２１】
本発明の不織布を組み込んだ色素増感太陽電池の基本的な構成の一例を図１に示す。光入
射側から、透明基板１、透明電極膜２、色素吸着多孔質金属酸化物半導体層３、本発明に
おける不織布４、電解液５、対極６である。なお電解液５は色素吸着多孔質金属酸化物半
導体層３と対極６の間に存在し、不織布４の細孔中に電解液５が満たされる。電解液が不
織布に保持され、液洩れを防止することができる。また、電極間の間隙がせまくなるので
効率が良くなり、封止もしやすくなる。ただし、必ずしも全ての電解液が不織布に保持さ
れる必要は無く、不織布４と半導体層３の間、または不織布４と対極６の間に電解液５の
みの空間ができても良い。セル外周部７では不織布４が熱圧接着により熱溶融後、冷却固
化し封止材として機能する。
【００２２】
本発明における不織布は、カソードとアノードの間に配置され両電極を隔離して内部ショートを防ぐセパレーターとして機能する。さらに、セル外周部では熱圧接着されることにより封止材として機能する。このように、一片の不織布が、セパレーターと封止材として機能し、セパレーターと封止材を一体として扱うことができるので、製造が簡略化される。また、本発明の不織布に後述の電解液が保持されるため、電解液の漏出を防ぐこともできる。
【００２３】
透明基板１は光を透過し電池セルを保護する役目を持ち、ガラス板や透明フィルムが用い
られる。透明電極２は、電子を外部につなぐ役目を担い、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）
やフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）等が用いられる。そして、ＩＴＯやＦＴＯ等の透明電
極材料はガラス板や透明フィルムに蒸着や塗布され、透明電極２は透明基板１と一体化し
ている場合が多い。
【００２４】
この透明電極上には多孔質金属酸化物半導体層が形成される。さらに可視光を吸収し電子
を半導体層に渡す色素が半導体層に吸着される。
色素増感型太陽電池に用いられる金属酸化物としては、Ｚｎ Ｏ 、Ｔ ｉ Ｏ ２ 、Ｓ ｒ Ｔｉ Ｏ ３ 、Ｚ ｒ Ｏ ２、Ｎ ｂ Ｏ ５ 、Ｆ ｅ ２ Ｏ ３ 、Ｂ ｉ ２ Ｏ ３
、Ｗ Ｏ ３ 、Ｓ ｎ Ｏ ２ などのｎ 型半導体特性を示すものが挙げられる。これらの微粒子を焼結するなどの方法で多孔質層を形成させる。微粒子が相互に接合し導電性が確保されると共に、電解液が層内部に浸透し、さらに色素が吸着する表面積が大きくなる構造となっている。なかでも、酸化亜鉛や酸化チタンの利用はよく知られており、いずれも大きな表面積を残しながら多孔質化が可能である。
【００２５】
一般的には透明電極上に多孔質金属酸化物半導体層が設けられるが、電池構造を工夫する
ことにより耐食性のある金属メッシュや金属板などの電極に半導体層を設けても良い。こ
の場合でも、本発明の不織布を好適に用いることができる。
【００２６】
光増感色素としては、既知の色素を用いることができる。具体的には、ルテニウム錯体系
色素、ポルフィリン系色素、シアニン系色素、Ｃ６０誘導体、スチリルベンゾチアゾリウ
ムプロピルスルフォネート（ＢＴＳ）、植物の色素などが挙げられる。
【００２７】
電解液は、電解質を有機溶媒に溶解した溶液である。電解質としては、ヨウ素／ヨウ素化
合物、臭素／臭素化合物などの酸化還元対（レドックス系）が用いられている。中でも、
ヨウ素／ヨウ素化合物の組み合わせが良く用いられる。電解質を溶解または分散させる有
機溶媒としては、エチレンカーボネートやプロピレンカーボネートなどのカーボネート系
溶媒、アセトニトリル、３−メトキシプロピオニトリルなどのニトリル系溶媒のほかにγ
‐ブチロラクトンやＰＥＧ＃２００などのポリエチレングリコールなどが、単独あるいは
２種以上の混合物で用いられる。あるいは溶媒として常温溶融液体を用いることもできる
。電解液には、電解質に加えて、ＰＥＧ＃６００などの増粘剤、１，２−ジメチル−３−
プロピルイミダゾリウムイオダイドや１−プロピルー２，３−ジメチルイミダゾリウムイ
オダイドなどイオンの拡散を円滑にする常温溶融塩、逆電流を防ぎ開放起電力を高める４
−ｔｅｒｔ−ブチルピリジンなどの各種添加剤を含有させてもよい。また、液漏れを防ぐ
ため電解液をゲル化させても良い。
【００２８】
対極にはカーボンや白金などの触媒を蒸着させた透明電極や耐食性の金属板が挙げられる
。対極の基板は透明でなくても良い。
【００２９】
メインシールとなる封止はセル外周の不織布を圧熱接着することで行う。この際、封止部
を選択的に加熱する必要がある。電池内部を主体繊維の融点以上に加熱すると、不織布の
セパレーターとしての機能が低下する。
電解液は、セル外周を封止した後に注入する方法、例えば対極にあらかじめあけておいた
細孔から電解液を注入し、その穴を硬化樹脂などで封止する方法や、セル内部に電解液を
滴下した後に直ちにセル外周を熱圧着して封入する方法などによって行うことができる。
【００３０】
本発明における不織布は、セパレーターと封止材の機能を果たすことが特徴であり、セパレーターと封止材を一体として扱うことができるが、どちらか一方の目的のために使用することもできる。すなわち、打ち抜き加工やテープ化することによって色素増感型太陽電池のセパレーターのみとして利用すること、逆に封止材のみとして利用することもできる。
【実施例】
【００３１】
Ｔ型剥離試験
封止材としての接着力を確認するため、Ｔ型剥離試験を行った。１０ｍｍ幅にカットした
ＩＴＯ−ＰＥＮフィルム（基材厚１５０μｍ）を、同じく１０ｍｍ幅にカットした不織布
および熱接着フィルムによってヒートシールした。ヒートシーラーには「オートミニＡＭ
−３００ＲＷ改  志賀包装機（株）製」を用い、１５０℃  １０秒加熱圧着した。これを
万能試験機「テンシロン  ＰＴＭ−１００Ｗ  （株）オリエンテック製」を用い、引張速
度１００ｍｍ／ｍｉｎでT型剥離強度を測定した。
【００３２】
通気度試験
セパレーターとなる不織布のイオン電導性の指標として通気度を測定した。不織布の通気
度は通気度試験機  （株）東洋精機製作所製で測定した。
【００３３】
色素増感型太陽電池セル作製
５０ｍｍ×６０ｍｍにカットしたＩＴＯ−ＰＥＮフィルムのＩＴＯ面中央２０ｍｍ×２０
ｍｍに酸化チタンペーストをスキージ法によって、膜厚８０μｍに塗布し、１２０℃で５
分間乾燥させた。酸化チタンペーストには特開２００６−７６８５５に従って調成した低
温製膜可能なものを用いた。乾燥後、エオシンＹ  エタノール溶液（０．０３ｍＭ／Ｌ）
に一晩浸漬し色素を吸着させた。余分な色素をエタノールで洗浄した後、１０５℃  ３分
乾燥させてアノードとした。
カソードは、５０ｍｍ×６０ｍｍにカットしたＩＴＯ−ＰＥＮフィルムのＩＴＯ面中央２
０ｍｍ×２０ｍｍに白金を蒸着して作製した。
不織布をアノードとカソードのＩＴＯ面で挟み、周囲３辺をインパルスシーラー「ＯＰＬ
−３００−１０  富士インパルス（株）製」で加熱圧着（２００℃  ５秒、冷却時間５秒
）してシールした。残りの１辺からマイクロシリンジを用いて、セル内部以外に液が付着
しないように注意深く電解液を注入し気泡を抜いたのち、残りの１辺をシールして封止し
た。電解液として、ヨウ素０．０５Ｍ、ヨウ化リチウム０．１Ｍ、１，２−Ｄｉｍｅｔｈ
ｙｌ−３−ｐｒｏｐｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ  Ｉｏｄｉｄｅ  ０．３Ｍ、４−ｔｅｒ
ｔ−Ｂｕｔｙｌ  ｐｙｒｉｄｉｎｅ  ０．５ＭをＰＥＧ２００に溶解したものを用いた。
【００３４】
実施例１
合成パルプＡＵ６９０（融点１２０℃、変性ＰＥ、三井化学（株）製）７０部に芯鞘型Ｐ
ＥＴバインダー  ４０８０（１．１ｄｔｅｘ×５ｍｍ、鞘融点１１０℃、芯融点２２５℃
、ユニチカファイバー（株）製）３０部をＴａｐｐｉ離解機で２０分間離解した。これを
、円形手抄き機で目付２０ｇ／ｍ２となるようにシートを作製した。１００℃のシリンダ
ードライヤーで乾燥させて試料とした。なお、バインダーの融点分布はブロードであるた
め、乾燥温度が１００℃でも一部熱融着する。
【００３５】
実施例２
目付を約２５ｇ／ｍ２にした以外は実施例１と同様にしてシートを作製した。
【００３６】
実施例３
目付を約３０ｇ／ｍ２にした以外は実施例１と同様にしてシートを作製した。
【００３７】
実施例４
目付を約３５ｇ／ｍ２にした以外は実施例１と同様にしてシートを作製した。
【００３８】
実施例５
目付を約４０ｇ／ｍ２とした他は、実施例１と同様にしてシートを作製した。
【００３９】
実施例６
合成パルプＡＵ６９０を１００部、目付を約１４ｇ／ｍ２にした以外は、実施例１と同様
にしてシートを作製した。
【００４０】
比較例１
Ｔ型剥離試験の比較用に、色素増感型太陽電池の封止材として多用される熱融着フィルム
として、ハイミランフィルム（材質銘柄：１６５２  三井・デュポンポリケミカル（株）
製、融点９８℃、厚さ５０μｍ）を用意した。
このような、熱融着フィルムはセパレーターとして用いることはできず、封止部の形状に
合わせてカットしなければならない。
【００４１】
比較例２
目付を約１０ｇ／ｍ２にした以外は、実施例１と同様にしてシートを作製した。
【００４２】
比較例３
目付を約６０ｇ／ｍ２にした以外は、実施例１と同様にしてシートを作製した。
【００４３】
比較例４
目付を約１０ｇ／ｍ２にした以外は、実施例６と同様にしてシートを作製した。
【００４４】
実施例より得られた不織布のＴ型剥離強度と通気度を表１に、比較例より得られた不織布
および熱接着フィルムのＴ型剥離強度と通気度を表２に示す。
【００４５】
【表１】
0005461378.tif 000002
【００４６】
【表２】
0005461378.tif 000003
【００４７】
太陽電池セルの作製
実施例３、実施例５、実施例６の不織布を用いて太陽電池セルを作製した結果、太陽光下
での発電を確認した。また、電解液の漏洩がないことを確認した。
【００４８】
耐電解液性試験
ＩＴＯ−ＰＥＮフィルム状に１０ｍｍ×１０ｍｍにカットした実施例３の不織布をヒート
シーラーで貼り付けた。これをヨウ素０．０５Ｍ、ヨウ化リチウム０．１Ｍ、１，２−Ｄ
ｉｍｅｔｈｙｌ−３−ｐｒｏｐｙｌｉｍｉｄａｚｏｌｉｕｍ  Ｉｏｄｉｄｅ  ０．３Ｍ、
４−ｔｅｒｔ−Ｂｕｔｙｌ  ｐｙｒｉｄｉｎｅ  ０．５Ｍをアセトニトリルに溶解した電
解液に室温で１週間浸漬し状態の変化を観察した。
電解液による膨潤や、フィルムからの剥離は認められず、本発明の不織布が電解液に侵さ
れないことを確認した。
【符号の説明】
【００４９】
１：透明基板
２：透明電極膜
３：色素吸着多孔質金属酸化物半導体層
４：不織布
５：不織布に浸透した電解液
６：対向電極
７：セル外周部（熱圧接着部）
【図１】
0005461378.tif 000004