(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状加熱部を有する加熱手段を備え、上部シート材と下部シート材との間に被封止物を挟み込み、前記被封止物の外周部外側において前記加熱手段の環状加熱部により前記上部シート材と下部シート材との間を加熱接合させて環状封止部を形成し、前記上部シート材、下部シート材及び環状封止部により形成される閉空間内に前記被封止物を封入する加熱封止装置であり、
前記加熱手段の環状加熱部の内側には、内部電極層と、この内部電極層のワーク側に積層されてこのワーク側を被覆する誘電体層と、前記内部電極層のワーク側とは反対側に積層された断熱層とを有する静電チャックが配置されており、
前記上部シート材と下部シート材との間の加熱接合により環状封止部を形成する際に、前記静電チャックの誘電体層により少なくとも前記上部シート材を吸着して固定すると共に、断熱層により前記加熱手段から被封止物への熱伝導の一部を遮断することを特徴とする加熱封止装置。
【請求項２】
静電チャックの断熱層が、熱伝導率0.9 W/(m・℃)以下の低熱伝導性、及び熱分解温度300℃以上の耐熱性を有する断熱材料で形成されている請求項１に記載の加熱封止装置。
【請求項３】
断熱材料が、耐熱性ポリイミド樹脂又はセラミックスである請求項２に記載の加熱封止装置。
【請求項４】
静電チャックは、その内部電極層のワーク側を被覆する誘電体層が平坦面に形成されており、ワークを平坦面で吸着して固定する請求項１〜３のいずれかに記載の加熱封止装置。
【請求項５】
加熱手段の環状加熱部が、四角環状形状である請求項１〜４のいずれかに記載の加熱封止装置。
【請求項６】
加熱手段が、複数の環状加熱部を備えている請求項１〜５のいずれかに記載の加熱封止装置。
【請求項７】
環状封止部は、上部シート材と下部シート材との間に配置された環状シール部材により形成される請求項１〜６のいずれかに記載の加熱封止装置。
【請求項８】
上部シート材が半導体層を有する作用極であって、下部シート材が触媒層を有する対極であり、また、これら作用極と対極との間を加熱接合する四角環状封止部が封止層であり、前記作用極、対極、及び封止層により形成される閉空間内に封入される被封止物が電解質層であり、前記作用極、対極、及び電解質層によりフレキシブル太陽電池のセル構造が形成される請求項７に記載のフレキシブル太陽電池を製造するための加熱封止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、上下のシート材の間に被封止物を封入する封止装置に係り、特に限定するものではないが、例えば太陽電池、有機ＥＬ素子等において上下の電極間を封止層で接合し、これら上下の電極と封止層とで形成される閉空間内に液体電解質、疑似固体電解質、固体電解質、あるいは有機発光体等を封入し、フレキシブル性を有する太陽電池や有機ＥＬ素子等のセル構造を製造するのに好適な加熱封止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、フレキシブル太陽電池として色素増感太陽電池を製造する際には、半導体層を有する作用極（下部シート材）と触媒層を有する対極（上部シート材）との間を封止層で接合し、これら作用極、対極、及び封止層で形成される閉空間内に電解質層を封入して太陽電池のセル構造を形成することが行われている。そして、上記封止層を形成するために用いられるシール材としては、エポキシ樹脂系接着剤やアイオノマー樹脂系接着剤等が用いられていたが、近年では、所定の温度に加熱することにより溶融して接合するポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、変性ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、変性ポリプロピレン系樹脂等の熱可塑性樹脂製のシール材や、所定の温度に加熱することにより熱硬化させて接合するエポキシ樹脂、アイオノマー樹脂、イソブチレン樹脂、シリコーン樹脂等の熱硬化性樹脂製のシール材が用いられるようになり、作用極と対極との間にこれらのシール材を挟み込み、このシール材を外部から作用極又は対極を介して加熱することにより溶融させ、あるいは、熱硬化させ、これによって作用極と対極との間に封止層を形成するシール材の加熱接合操作が行われている（特許文献１〜５参照）。
【０００３】
そして、このような目的で用いられる熱可塑性樹脂製のシール材は通常その融点が９０〜１５０℃程度であって、作用極又は対極を介してこのシール材を加熱し溶融するにはシール材の融点より高温の１００〜２００℃程度での加熱が必要になり、また、熱硬化性樹脂製のシール材においても使用する熱硬化性樹脂の硬化温度まで加熱する必要があり、更にまた、このシール材の加熱接合操作を連続して行うためには、シール材を加熱し溶融した際における加熱手段の温度低下をできるだけ低くするために、このシール材を加熱する加熱手段の熱容量を大きくする必要がある。
【０００４】
また、色素増感太陽電池を構成する作用極は、通常、透明基板の上に透明導電膜を積層し、この透明導電膜の上に半導体層を積層し、更に、この半導体層に光増感色素を担持させた構造を有し、また、対極は、対極基板の上に触媒層が積層された構造を有しており、更に、予めシール材を作用極側の所定の位置に配置し、このシール材で囲われた領域内に所定の電解質を注入して電解質層を形成し、その後に対極を作用極に対向させてシール材により電解質層の閉空間を形成する場合には、シール材の加熱接合操作の際にこのシール材の近くに電解質層が存在することになる。
【０００５】
しかしながら、色素増感太陽電池の作用極を構成する透明基板、透明導電膜、半導体層及び光増感色素や、対極を構成する対極基板及び触媒層や、更には電解質層には、必ずしも耐熱性に優れたものばかりではなく、長時間高温に晒されるとその性能が低下し、あるいは、機能が失われてしまうものもあり、シール材の加熱接合操作の際には、できるだけシール材が作用極及び対極と接する部分のみを局所的に加熱し、その他の部分についてはできるだけ熱の影響を遮断することが望まれている。
【０００６】
しかも、このような色素増感太陽電池のセル構造を形成する場合においては、そのフレキシブル性を確保するために作用極や対極が薄く形成されて変形や皺が発生し易く、また、これら作用極と対極との間を封止層で接合する際には、これら両者の厳密な位置合せが必要になるのが通例であり、この薄く変形や皺が発生し易い作用極や対極について如何にして正確な位置合せを行うかという別の問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2005-213,470号公報
【特許文献２】特許第4,504,457号公報
【特許文献３】特開2008-186,763号公報
【特許文献４】特開2009-283,228号公報
【特許文献５】特開2011-034,726号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明者らは、上部シート材と下部シート材との間に比較的耐熱性に乏しい被封止物を挟み込み、この被封止物の外周部外側においてこれら上部シート材と下部シート材の間を加熱下に接合して被封止物を取り囲む環状封止部を形成し、これら上部シート材、下部シート材及び環状封止部により形成される閉空間内に被封止物を封入するに際し、如何にして変形や皺が発生し易い上部シート材と下部シート材との間の位置合せを正確に行い、かつ、如何にして封入される被封止物に対して熱の影響を与えることなく正確に加熱接合を行うかについて鋭意検討した結果、加熱手段として環状封止部の形状及び大きさに準じた環状加熱部を有するものを使用し、この環状加熱部の内側にはワーク側の反対側に断熱層を有する静電チャックを配置し、この静電チャックによって、少なくとも上部シート材を吸着して固定すると共に、加熱接合の際における加熱手段から被封止物への熱伝導の一部を遮断することにより、上記目的を達成できることを見出し、本発明を完成した。
【０００９】
従って、本発明の目的は、上部シート材と下部シート材との間に被封止物を挟み込み、この被封止物の外周部外側においてこれら上部シート材と下部シート材の間を加熱下に接合することにより、上部シート材と下部シート材との間に形成される閉空間内に被封止物を封入するに際し、上部シート材と下部シート材との間の位置合せを正確に行うことができ、しかも、前記閉空間内に封入される被封止物に対して加熱接合の際の熱の影響を可及的に低減することができる加熱封止装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明は、環状加熱部を有する加熱手段を備え、上部シート材と下部シート材との間に被封止物を挟み込み、前記被封止物の外周部外側において前記加熱手段の環状加熱部により前記上部シート材と下部シート材との間を加熱接合させて環状封止部を形成し、前記上部シート材、下部シート材及び環状封止部により形成される閉空間内に前記被封止物を封入する加熱封止装置であり、前記加熱手段の環状加熱部の内側には、内部電極層と、この内部電極層のワーク側に積層されてこのワーク側を被覆する誘電体層と、前記内部電極層のワーク側とは反対側に積層された断熱層とを有する静電チャックが配置されており、前記上部シート材と下部シート材との間の加熱接合により環状封止部を形成する際に、前記静電チャックの誘電体層により少なくとも前記上部シート材を吸着して固定すると共に、断熱層により前記加熱手段から被封止物への熱伝導の一部を遮断することを特徴とする加熱封止装置である。
【００１１】
本発明において、前記加熱手段の環状加熱部は、上部シート材と下部シート材との間に形成される環状封止部の形状及び大きさに準じた形状や大きさを有するものであり、その形状については、円環状、楕円環状、三角環状、四角環状、多角環状等の形状をとることができ、また、その大きさについても、製造可能な大きさの静電チャックをその内側に配置できればよく、特に制限されるものではない。また、この環状加熱部については、加熱部分が環状に形成され、あるいは、環状に配置されていればよく、無端環状であっても、複数に分割されていてもよい。
【００１２】
また、本発明の加熱手段については、1つのみの環状加熱部で構成されていてもよく、また、２つ以上の複数の環状加熱部で構成されていてもよいが、例えば、セル構造が一方向あるいは左右前後方向に配置された色素増感太陽電池等のフレキシブル太陽電池を製造する等の場合には、上部シート材と下部シート材との間に同時に複数の閉空間を形成できるように、例えば一方向に帯状に、あるいは、左右前後方向に格子状に配置された複数の四角環状形状の環状加熱部で構成されているのがよい。
【００１３】
本発明において、上部シート材と下部シート材とは、これらの間に環状封止部が形成される際に、互いに直接に加熱接合されてもよいほか、これら上部シート材と下部シート材との間に配置された環状シール部材を介して加熱接合されてもよく、上部シート材及び／又は下部シート材の材質等に応じて適宜選択されるものである。上部シート材と下部シート材とが互いに直接に加熱接合される場合には、これら上部シート材及び下部シート材の材質としてはヒートシール性を有するものが用いられ、また、環状シール部材を介して加熱接合される場合には上部シート材と下部シート材との間に形成される環状封止部の形状及び大きさに準じた環状シール部材が用いられる。
【００１４】
また、本発明において、加熱手段の環状加熱部の内側に配置される静電チャックは、内部電極層と、この内部電極層のワーク側に積層されてこのワーク側を被覆する誘電体層と、前記内部電極層のワーク側とは反対側に積層された断熱層とを有するものであり、前記断熱層以外については、従来公知の静電チャック構造をそのまま利用することができる。断熱層を内部電極層のワーク側とは反対側に積層することにより、静電チャックの背面側からの熱に対して断熱層が内部電極及び誘電体層を保護する機能を発揮し、静電チャック設計上の自由度が増す。なお、本発明において「ワーク」とは、静電チャックにより直接に吸着されて位置決めされ、また、固定されるものをいい、加熱手段の環状加熱部による加熱接合の際に、上部シート材側と下部シート材側とが仮止めされていない場合には上部シート材をいい、また、上部シート材側と下部シート材側とが仮止めされている場合にはこれら両者を含めて観念される。
【００１５】
この静電チャックにおいて、その断熱層に要求される性能については、加熱封止装置の用途等により異なるものであるが、例えば、色素増感太陽電池等のフレキシブル太陽電池製造用として使用する場合には、好ましくは、その熱伝導性が熱伝導率0.9 W/(m・℃)以下、より好ましくは0.5 W/(m・℃)以下で、その耐熱性が熱分解温度300℃以上、より好ましくは350℃以上であるのがよく、このような性能を有する断熱材料としては、具体的には、耐熱性ポリイミド樹脂、セラミックス、ポーラスセラミックス等を例示することができ、より好ましくはデュポン（株）製の耐熱ポリイミド（商品名：Vespel SP-1、Vespel SP-3等）、サンゴバン（株）製の耐熱ポリイミド（商品名：MELDIN 7001、MELDIN 7021等）等が挙げられる。
【００１６】
また、前記静電チャックの誘電体層については、内部電極層のワーク側に積層されてワークを直接に吸着し固定するものであるので、好ましくはワークの面に合わせて平坦面に形成されているのがよく、これによって、たとえ上部シート材や下部シート材からなるワークが変形や皺の生じ易い場合であっても、環状に加熱接合されるその内側でこのワークを吸着し、位置決めすると共に固定するので、ワークに変形や皺を生じさせることなく正確に加熱接合を行うことができる。
【００１７】
本発明の加熱封止装置においては、静電チャックによりワークの位置決めや固定を行うと共に、被封止物に対する熱の遮蔽を行っているので、上部シート材と下部シート材との間に被封止物を挟み込み、この被封止物の外周部外側においてこれら上部シート材と下部シート材の間を加熱下に接合することにより、上部シート材と下部シート材との間に形成される閉空間内に被封止物を封入するに際し、この加熱接合の操作を、大気中で実施することができるのは勿論のこと、バキュームチャック等の使用ができない真空環境や減圧環境の中でも、大気中と全く同様に実施することができる。このため、本発明の加熱封止装置は、このような真空環境や減圧環境の中で行う加熱接合においても有用であり、例えば、フレキシブルデバイス（ディスプレイ、ＬＥＤ、太陽電池等）等の用途に好適にもちいることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の加熱封止装置は、上部シート材と下部シート材との間に被封止物を取り囲む環状封止部を形成するための環状加熱部の内側に、ワーク側の反対側に断熱層を有する静電チャックを配置しているので、少なくとも上部シート材を吸着して位置決めし、また、固定すると共に、加熱接合の際における加熱手段から被封止物への熱伝導の一部を遮断することができるので、たとえ上部シート材等からなるワークが変形や皺の生じ易い場合であっても、また、被封止物が比較的耐熱性に乏しいものであっても、上部シート材、下部シート材及び環状封止部とで形成される閉空間内に被封止物を正確にかつ安全に封入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図1は、本発明の実施の一例に係る色素増感太陽電池製造用の加熱封止装置の概念を説明するための加熱封止装置の説明図である。
【００２０】
【図２】図２は、図１の加熱封止装置を用いて色素増感太陽電池を製造する際の加熱接合工程ａ〜ｅを説明するための工程ａの説明図である。
【００２１】
【図３】図３は、図１の加熱封止装置を用いて色素増感太陽電池を製造する際の加熱接合工程ａ〜ｅを説明するための工程ｂ及びｄの説明図である。
【００２２】
【図４】図４は、図１の加熱封止装置を用いて色素増感太陽電池を製造する際の加熱接合工程ａ〜ｅを説明するための工程ｃの説明図である。
【００２３】
【図５】図５は、図１の加熱封止装置を用いて色素増感太陽電池を製造する際の加熱接合工程ａ〜ｅを説明するための工程ｅの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、添付図面に示す実施例に基づいて、本発明の色素増感太陽電池製造用の加熱封止装置を説明する。
この加熱封止装置においては、色素増感太陽電池を製造する際に、半導体層を有する作用極（下部シート材）と触媒層を有する対極（上部シート材）との間を封止層（四角環状封止部）で接合し、これら作用極、対極、及び封止層で形成される閉空間内に電解質層（被封止物）を封入する工程を担うものであり、具体的には、作用極に封止層を配置し、次いでこれら封止層の内側に注入や印刷等の手段で電解質層を配置し、その後にこれら封止層や電解質層が配置された作用極を加熱封止装置の下側ステージ上にセットし、また、対極を下側ステージ上にセットされた作用極に対してその上方から正確に位置合せをして対向させ、これら作用極と対極との間に位置する封止層を対極の上方から加熱し、封止層を溶融させ、あるいは、熱硬化させてこれら作用極と対極との間を加熱接合し、これによって形成される閉空間内に電解質層を封入し、太陽電池のセル構造を形成するものである。
【００２５】
〔実施例〕
図１において、本発明の実施例に係る色素増感太陽電池製造用の加熱封止装置の要部が示されている。この加熱封止装置は、四角環状加熱部1aを備えた加熱手段１と、この加熱手段１の四角環状加熱部1aの内側に配置された静電チャック２と、これら加熱手段１及び静電チャック２の下方に相対向して配置された下側ステージ３とを備えており、前記加熱手段１にはこの加熱手段を上下方向に移動するための図示外の昇降手段が設けられているほか、前記静電チャック２にはこの静電チャック２を上下方向に移動するための一対のエアシリンダー４と静電チャック２のチャック機構を操作するための給電ライン５が設けられている。
【００２６】
この実施例において、上記静電チャック２は、内部電極層2aと、この内部電極層2aのワーク側に積層されてこのワーク側を被覆し、表面が平坦面に形成されている誘電体層2bと、前記内部電極層2aのワーク側とは反対側に積層された断熱層2cとで構成されており、前記加熱手段１の四角環状加熱部1aの内側に配置可能な大きさの四角形状に形成され、熱伝導率0.35 W/(m・℃)の耐熱ポリイミド板（デュポン（株）製商品名：Vespel SP-1）製の断熱層2cの表面に、カーボン系インク等の内部電極層2aをスクリーン印刷し、更にその上にポリイミド系インク等の誘電体層2bをスクリーン印刷して積層することにより形成されている。
【００２７】
この実施例の加熱封止装置を用いて色素増感太陽電池を製造する際の加熱接合工程ａ〜ｅ工程を説明する。
先ず、図２に示すように、封止層（四角環状封止部）８や電解質層９が配置された半導体層10を有する作用極（下部シート材）６を専用搬送機構等の手段で下側ステージ３の所定の位置にセットし、また、図示外の触媒層を有する対極（上部シート材）７を下側ステージ３の上方に待機した静電チャック２に吸着させて保持する（a工程）。
【００２８】
次に、図３に示すように、作用極６対極７との間の正確な位置合せを行った後、エアシリンダー４を作動させて静電チャック２を下降させ、この静電チャック２で対極７を吸着したまま、この対極７を作用極６の上に載置して固定する（ｂ工程）。
【００２９】
このようにして対極７を作用極６の上に正確に載置した後、静電チャック２で対極７を吸着し固定したままの状態で、図４に示すように、図示外の昇降手段により加熱手段１を下降させ、その四角環状加熱部1aの下端面を対極７の周縁部を介して封止層８の上方に位置させ、更に降下させて加圧下に所定時間保持し、封止層８を加熱し、溶融させ、あるいは、熱硬化させて作用極６及び対極７の周縁部の間を接合する（ｃ工程）。
【００３０】
この加熱手段１の四角環状加熱部1aによる封止層８の加熱が終了した後、図３に示すように、図示外の昇降手段により加熱手段１を上昇させ（ｄ工程）、次いで図５に示すように、エアシリンダー４を作動させて静電チャック２を上昇させ、作用極６、対極７、及び封止層８により形成された閉空間内に電解質層９が封入されたセル構造を有する太陽電池を下側ステージ３から次の工程へと移送する（ｅ工程）。
【００３１】
従って、この実施例の加熱封止装置によれば、図４に示すように、加熱手段１の四角環状加熱部1aにより封止層８を加熱する際には、加熱手段１から作用極６及び対極７への熱は静電チャック２の断熱層2cにより可及的に遮断され、加熱手段１の四角環状加熱部1aから作用極６及び対極７に伝達する熱は局所的になり、これら作用極６及び対極７に対する熱の影響を最小限に抑えることができる。
【００３２】
しかも、これら作用極６及び対極７がフレキシブル性に優れた材質で形成されていても、作用極６は下側ステージ３により面で支持され、また、この作用極６の上方に配置される対極７も封止層８により加熱接合される周縁部を除いて大部分の中央部が静電チャック２の誘電体層2bで吸着されて固定されているので、これら作用極６や対極７がたとえ変形し易く、また、皺ができ易いものであっても、これら作用極６と対極７との間を正確に加熱接合することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１…加熱手段、1a…四角環状加熱部、２…静電チャック、2a…電極層、2b…誘電体層、2c…断熱層、３…下側ステージ、４…エアシリンダー、５…給電ライン、６…作用極（下部シート材）、７…対極（上部シート材）、８…封止層、９…電解質層、10…半導体層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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