(57)【要約】半導体物質を含む第一層と、導電性である第二層とを備え且つ該第二層が該第一層を支持する光電気化学装置の製造に用いる部分組立品が開示される。その部分組立品を製造する方法も開示される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体物質を含む第一層と、導電性である第二層とを備え且つ該第二層が該第一層を支持する光電気化学装置の製造に用いる部分組立品。
【請求項２】
前記第二層が、金属メッシュの形態である請求項１に記載の部分組立品。
【請求項３】
前記第二層が、有孔箔の形態である請求項１に記載の部分組立品。
【請求項４】
前記第一層が、酸化物粒子を含む請求項１〜３の何れか一項に記載の部分組立品。
【請求項５】
前記第一層が、ＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｓｎ2Ｏ3及びＷＯ3の何れかを含む請求項４に記載の部分組立品。
【請求項６】
前記第一層と前記第二層との間に配置される中間層を更に備える請求項１〜５の何れか一項に記載の部分組立品。
【請求項７】
前記中間層が、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2もしくは他の酸化物材料、ダイアモンド、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属ホウ化物、半金属リン化物、金属（及び多金属）窒化物、金属（及び多金属）酸化物、金属（及び多金属）ホウ化物、金属（及び多金属）リン化物、ケイ化ニオブ、ケイ化モリブデン、ケイ化タンタル、ケイ化タングステンもしくはケイ化バナジウム及びこれらの組み合わせのようなケイ化物、オキシ窒化物、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム、炭化ホウ素及びＴｉ、Ｗのような不活性金属及びＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄのような貴金属の何れかを含む請求項６に記載の部分組立品。
【請求項８】
キャリアシート上で、酸化物粒子を含む第一層を導電性である第二層と接合する工程と、
該キャリアシートを除去する工程と
を含む光電気化学装置の製造に用いる部分組立品の製造方法。
【請求項９】
前記第一層を前記キャリアシートに付けた後、続いて、前記第二層を前記第一層に付ける請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第二層を前記キャリアシートに付け、続いて、前記第一層を前記第二層に付ける請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記第一層が、溶液の塗布によって付けられる請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記溶液が分散剤を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記溶液が結合剤を含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記溶液が、可塑剤、消泡剤、増粘剤又は湿潤剤の何れかを含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第一層の厚さが、５〜１００μｍの範囲にある請求項８〜１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１６】
前記第一層の厚さが、１０〜１００μｍの範囲にある請求項８〜１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記第一層の厚さが、５〜２０μｍの範囲にある請求項８〜１４の何れか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記層が中間層を介して接合される請求項８〜１７の何れか一項に記載の方法。
【請求項１９】
前記中間層が、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2もしくは他の酸化物材料、ダイアモンド、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属ホウ化物、半金属リン化物、金属（及び多金属）窒化物、金属（及び多金属）酸化物、金属（及び多金属）ホウ化物、金属（及び多金属）リン化物、ケイ化ニオブ、ケイ化モリブデン、ケイ化タンタル、ケイ化タングステンもしくはケイ化バナジウム及びこれらの組み合わせのようなケイ化物、オキシ窒化物、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム、炭化ホウ素及びＴｉ、Ｗのような不活性金属及びＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄのような貴金属の何れかを含む請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記部分組立品を焼成する工程を更に含む請求項８〜１９の何れか一項に記載の方法。
【請求項２１】
前記第一層が、ＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｓｎ2Ｏ3及びＷＯ3の何れかを含む請求項８〜２０の何れか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記キャリアシートに離型剤を塗布する工程を更に含む請求項８〜２１の何れか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電気化学装置の製造に用いる部分組立品及び部分組立品の製造方法に関する。ある形態において、その組立品は、メソポーラスＴｉＯ2薄膜を備えており、太陽電池製造用である。
【０００２】
［発明の概要］
第一の態様において、本発明は、半導体物質を含む第一層と、導電性である第二層とを備え且つ第二層が第一層を支持する光電気化学装置の製造に用いる部分組立品を提供する。
第二層は金属メッシュの形態であることができる。
第二層は有孔箔の形態であることができる。
第一層は酸化物粒子を含むことができる。
第一層は、ＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｓｎ2Ｏ3及びＷＯ3の何れかを含むことができる。
この部分組立品は、第一層と第二層との間に配置される中間層を更に備えることができる。
その中間層は、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2もしくは他の酸化物材料、ダイアモンド、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属ホウ化物、半金属リン化物、金属（及び多金属）窒化物、金属（及び多金属）酸化物、金属（及び多金属）ホウ化物、金属（及び多金属）リン化物、ケイ化ニオブ、ケイ化モリブデン、ケイ化タンタル、ケイ化タングステンもしくはケイ化バナジウム及びこれらの組み合わせのようなケイ化物、オキシ窒化物、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム、炭化ホウ素及びＴｉ、Ｗのような不活性金属及びＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄのような貴金属の何れかを含むことができる。
【０００３】
第二の態様において、本発明は、キャリアシート上で、酸化物粒子を含む第一層を導電性である第二層と接合する工程と、キャリアシートを除去する工程とを含む光電気化学装置の製造に用いる部分組立品の製造方法を提供する。
第一層をキャリアシートに付けた後、続いて、第二層を第一層に付けることができる。
第二層をキャリアシートに付け、続いて、第一層を第二層に付けることができる。
溶液の塗布によって第一層を付けることができる。
その溶液は分散剤を含むことができる。
その溶液は結合剤を含むことができる。
その溶液は、可塑剤、消泡剤、増粘剤又は湿潤剤の何れかを含むことができる。
第一層の厚さは、５〜１００μｍの範囲にあることができる。
第一層の厚さは、１０〜１００μｍの範囲にあることができる。
第一層の厚さは、５〜２０μｍの範囲にあることができる。
それらの層は、中間層を介して接合されることができる。
その中間層は、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2もしくは他の酸化物材料、ダイアモンド、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属ホウ化物、半金属リン化物、金属（及び多金属）窒化物、金属（及び多金属）酸化物、金属（及び多金属）ホウ化物、金属（及び多金属）リン化物、ケイ化ニオブ、ケイ化モリブデン、ケイ化タンタル、ケイ化タングステンもしくはケイ化バナジウム及びこれらの組み合わせのようなケイ化物、オキシ窒化物、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム、炭化ホウ素及びＴｉ、Ｗのような不活性金属及びＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄのような貴金属の何れかを含むことができる。
この方法は、部分組立品を焼成する工程を更に含むことができる。
第一層は、ＴｉＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、ＺｎＯ、Ｓｎ2Ｏ3及びＷＯ3の何れかを含むことができる。
この方法は、キャリアシートに離型剤を塗布する工程を更に含むことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】本発明の一実施形態による部分組立品を形成するための第一工程の概略側面図である。
【図２】第二工程を説明し、図１の配置に後で付けられた金属メッシュを示す図である。
【図３】キャリアフィルムを除去した場合の図２の配置を示す図である。
【図４】図３の部分組立品の上面図である。
【図５】図１〜３で説明された方法の変形例を説明する図である。
【図６】図１〜３で説明された方法の変形例を説明する図である。
【図７】図６の部分組立品の上面図である。
【図８】本発明の方法の別の実施形態における工程を説明する図である。
【図９】本発明の方法の別の実施形態における工程を説明する図である。
【図１０】本発明の方法の別の実施形態における工程を説明する図である。
【図１１】本発明の方法の別の実施形態における工程を説明する図である。
【図１２】図３の部分組立品を用いて製造された太陽電池を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本発明の実施形態は、添付の図面を参照して、一例としてこれらから記載される。
本発明は、金属メッシュ又は金属グリッドに付けられてから焼成される酸化チタン薄膜を必要とする。その結果は、金属メッシュ又は金属グリッド上で支えられた予備焼成酸化チタンの層である。そのメッシュ又はグリッドの存在により、太陽電池のような光電気化学装置を製造するための次の加工工程で薄膜に隣接して付けられるＴＣＯ又は任意の導電膜が不要になる。従って、単純な透明シーリング層が用いられ得る。更に、部分組立品は、太陽電池の作用電極を形成し得、その電池に達する光は作用電極に達する前に電解液を通る必要がないので、セル効率を改善する。メッシュは、薄膜を簡単に取り扱えるようにもする（例えば、他の基板への移動）。そのような薄膜は、比較的低い温度でＰＥＴフィルム又はＰＥＮフィルムのようなプラスチックフィルムに付けられ得る。
【０００６】
本発明の利点は、薄膜の調製工程と薄膜焼成工程とを薄膜塗布工程から分離することである。従って、本発明の方法は、装置製造工程において、より大きな適応性及び容易さ、比較的低い温度でのポリマーフィルムのような他の支持材上への移動に対する材料の容易な取り扱い、一度での大表面積の加工並びに作製済み薄膜の簡便な運搬を可能にする。
【０００７】
本発明による部分組立品の２つの形成方法がこれから記載されるであろう。
実施の形態１
図１を参照すると、キャリアフィルム又はキャリア箔１４（酢酸セルロース、マイラー（Mylar）等）上へのドクターブレードプロセス（テープキャスト）のようなコーティングプロセスによって、生の（未焼成の）ＴｉＯ2薄膜１２を作製する。ＴｉＯ2溶液は、ＴｉＯ2粉末、分散剤、結合剤及び薄膜の厚さを極めて薄く（１０〜１００μｍ）鋳込み且つ乾燥後にキャリアから取り外し可能とする可塑剤を含む。典型的な薄膜の厚さは、１０〜２０μｍ以下である。図２を参照すると、金属メッシュ１６又は鋼、ステンレス鋼、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗのような金属、表面処理されたそれらの金属、適当な厚さ（用途に応じて）のそれらの金属又はＴｉＮのような他の導電性材料で被覆されたものに基づくグリッドが薄膜１２上に置かれ、メッシュを薄膜に部分的に埋め込むために僅かな圧力が加えられる。メッシュは、厚さ１０〜５０μｍのより線から形成される。
【０００８】
任意に、メッシュ１２を薄い中間層で改質し、付着及び／又は電気的接触特性を改善することができる。中間層は、ＴｉＯ2、ＺｒＯ2もしくは他の酸化物材料、ダイアモンド、半金属窒化物、半金属酸化物、半金属ホウ化物、半金属リン化物、金属（及び多金属）窒化物、金属（及び多金属）酸化物、金属（及び多金属）ホウ化物、金属（及び多金属）リン化物、ケイ化ニオブ、ケイ化モリブデン、ケイ化タンタル、ケイ化タングステンもしくはケイ化バナジウム及びこれらの組み合わせのようなケイ化物、オキシ窒化物、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化ジルコニウム、炭化ホウ素及び光電気化学装置の他の部材に対して不活性であり光電気化学装置に使用されるよう意図されているＴｉ、Ｗ、Ｍｏのような金属及びＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄのような貴金属から形成され得る。
【０００９】
中間層は、太陽電池に加工する際に電解液から薄膜層を保護するのに役立ち得る。中間層は、高密度の薄膜で作製され得る。
【００１０】
図３及び４を参照すると、酸化物層を乾燥させた後、プラスチックキャリア１４を除去し、薄膜１２から有機物が除去されるように（金属メッシュが耐えられ得る任意の温度で）メッシュ１６及び薄膜１２を焼成する（メッシュ下方へ）。比較的高い空隙率が求められるので、メッシュの支持されていない領域での薄膜亀裂の危険性を適当な焼成条件で排除すると、極僅かな収縮が起こる。その結果は、太陽電池、不純物の光電気化学析出、光化学水処理及びエレクトロクロミックの装置及びセンサーのような光電気化学装置の製造においてその後になって用いられ得る部分組立品１０である。
【００１１】
図５、６及び７を参照すると、本実施形態の変形例において、メッシュ１２の代わりに有孔箔（perforated foil）１８が用いられる。これらの製造工程は、図１〜４に関して記載されたのと同様である。得られる部分組立品は参照数字２０によって示される。
【００１２】
実施の形態２
図８及び９を参照すると、金属メッシュ１６又は鋼、ステンレス鋼、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗのような金属、表面処理されたそれらの金属、適当な厚さ（用途に応じて）のそれらの金属又はＴｉＮのような他の導電性材料で被覆されたものに基づくグリッドがプラスチックキャリア１４上に置かれ、完全な平坦性の確保が達成される。次いで、ＴｉＯ2粉末、分散剤、結合剤及び可塑剤を含むＴｉＯ2溶液が、ドクターブレードプロセス（テープキャスト）のようなコーティングプロセスによってメッシュ上に堆積される。特定の用途に必要である場合、最終的に乾燥した薄膜１２の厚さがメッシュと同じ厚さであるか又は少し厚くなるように溶液を鋳込む。
【００１３】
次いで、プラスチックキャリア１４を除去し、メッシュ１６及び薄膜１２を焼成すると、参照数字３０によって示される部分組立品が得られる。
【００１４】
図１０及び１１を参照すると、本実施形態の変形例において、メッシュ１２の代わりに有孔箔（perforated foil）１８が用いられる。これらの製造工程は、図８及び９に関して記載されたのと同様である。有孔箔となり得る材料は、メッシュで挙げたものと同じである。得られる部分組立品は参照数字４０によって示される。
【００１５】
焼成後、メッシュ１２又は箔１８の頑丈な構造が容易な取り扱いを可能とする。特定のサイズに切断されて（加工において振動応力を低減するためにレーザー切断が勧められる）、ＰＥＴ又はＰＥＮのようなポリマー基材フィルムに付けられる。任意に、２つの材料間の接触を最適化するために熱処理が適用され得る。
【００１６】
本発明の実施の形態による部分組立品は、高速リールトゥリールプロセス（high-speed reel-to-reel process）において色素増感太陽電池用に容易に取り扱われ且つ運搬されることができる。次いで、部分組立品は、室温又はポリマー基材が耐え得る比較的低い温度で付けられ得る。
【００１７】
上記した実施形態の変形例において、キャリアシートの除去を助けるために離型剤を用いることができる。
【００１８】
上記した実施形態の変形例において、Ｍｏ、Ｗ又はＴｉＮのような、熱処理工程を耐え得る導電性材料から、メッシュを形成することができる。
【００１９】
上記した実施形態の変形例において、熱処理、機械的な圧力、ＵＶ硬化、又は接着剤の使用により導電層に薄膜を貼り付けることができる。
【００２０】
上記した実施形態の変形例において、薄膜層の形成に用いられる溶液が、消泡剤、増粘剤又は湿潤剤を更に含むことができる。
【００２１】
図１２を参照すると、太陽電池１００が示され、部分組立品１０を用いて組み立てられている。電池１００は以下の方法で組み立てられる。まず、ＰＥＴ又はＰＥＮのような透明なポリマーから形成された基材１０５に部分組立品をはめ込む。低ガラス基材（lower glass substrate）１０１を導電層１０２に設ける。導電層は、ＩＴＯ、ＦＴＯのような透明導電性酸化物及び電池の他の部材と化学的に反応しない任意の金属から形成され得る。組立品１０の酸化物層は、適切な色素により増感され、取り付けられた部分組立品１０とともに上方部材１０５により覆われる。電池は側壁１０４でシールされ、電解液１０６が電池内に導入される。矢印で示される太陽光が、電池の作用電極を形成している部分組立品１０にぶつかるということが理解され得る。
【００２２】
本明細書に包含される従来技術に関しては、特記しない限り、その情報が周知一般の知識であるという自認として見なされるものではない。
【００２３】
最後に、当然のことながら、本発明の要旨及び範囲を逸脱することなく、これまでに記載された要素に種々の変更又は追加がなされ得る。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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