(57)【要約】【課題】作業工程を簡素化し、製造コストを抑制することのできる電気モジュールの製造方法及び電気モジュールを提供する。  【解決手段】本発明は電気モジュール１の製造方法であって、基板１０の一方の板面の一の領域４に透明電極膜３を成膜するとともに、該一の領域４に隣り合う他の領域６に対向電極膜５を成膜する工程と、透明電極膜３の表面に半導体層２を設ける工程と、一の領域４と他の領域６とが互いに対向するよう基板１０を折曲するとともに、この基板１０の開放端Ｋを封止し一の領域４と他の領域６とが対向する一対のセルを形成する工程と、セル内に電解質８を充填する工程をと備えていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気モジュールの製造方法であって、
基板の一方の板面の一の領域に透明電極膜を成膜するとともに、該一の領域に隣り合う他の領域に対向電極膜を成膜する工程と、
前記透明電極膜の表面に半導体層を設ける工程と、
前記一の領域と前記他の領域とが互いに対向するよう前記基板を折曲するとともに、この基板の開放端を封止し前記一の領域と前記他の領域とが対向する一対のセルを形成する工程と、
前記セル内に電解質を充填する工程をと備えていることを特徴とする電気モジュールの製造方法。  
【請求項２】
請求項１に記載の電気モジュールの製造方法であって、
前記対向電極膜は、前記透明電極膜と同一の材料により形成されていることを特徴とする電気モジュールの製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電気モジュールの製造方法であって、
前記透明電極膜は一の領域において一方向に帯状に成膜されるとともに、前記対向電極膜が前記他の領域において前記透明電極膜に平行に帯状に成膜され、
前記半導体層は、前記透明電極膜の表面に前記一方向に複数形成され、
前記透明電極膜の表面及び前記対向電極膜の表面のいずれか一方又は双方に、前記基板を折曲した際に前記複数の半導体層同士を区画する封止材が設けられ、
前記一の領域と前記他の領域とが互いに対向するよう前記基板を折曲するとともに、この基板の開放端を封止し前記一の半導体層毎に封止されたセルを複数形成することを特徴とする電気モジュールの製造方法。  
【請求項４】
半導体層が形成された透明電極膜が成膜された電極基板と、前記透明電極膜に対向配置される対向電極膜が成膜された対向基板と、前記電極基板と前記対向基板との間に配置された電解質とを備えた電気モジュールであって、
前記電極基板と前記対向基板とは、一の基板が折曲されて形成されたものであることを特徴とする電気モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気モジュールの製造方法及び電気モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料に代わるクリーンエネルギーの発電装置として太陽電池が注目され、シリコン（Ｓｉ）系太陽電池、および色素増感型太陽電池の開発が進められている。
とりわけ色素増感型太陽電池は、安価で量産しやすいものとして、その構造及び製造方法が広く研究開発されている。一般に、電気モジュールは、板面に透明電極膜が成膜され、この透明電極膜の表面に半導体層が形成された電極基板と、透明電極膜に対向配置される対向電極膜が成膜された対向電極基板と、これら透明電極膜と対向電極膜との間に注入される電解質とを備え、半導体層を囲繞し電解質を密閉するように電極基板と対向電極基板との間に封止層が設けられた構成とされている。従来より、かかる電気モジュールの製造方法としては、例えば下記特許文献１に記載された方法が提案されている。
【０００３】
特許文献１の電気モジュールは、導電性基板上に半導体層が形成された色素増感半導体層と、前記導電性基板と別個に形成された透明基板上にＩＴＯや酸化スズなどの透明導電膜と触媒層が形成された対極とを、接着剤で貼り合わせ、電解質を注入することにより形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−３０７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１の電気モジュールの製造方法によれば、色素増感半導体層と対極とが異なるラインで別々の基板に形成されるものであるため製造設備が冗長化するとともに、これらの基板同士を的確に貼り合わせなければならず、基板の作業工程が煩雑であるという問題があった。
また、半導体層の外縁の全体を囲繞するように接着剤を配置するものであるため、接着剤の原料コストにより、電気モジュールの製造コストが向上するという問題点があった。
そこで、本発明は、上記課題に鑑み、製造設備を簡略化し、作業工程を簡素化し、電気モジュールの製造コストを抑制することのできる電気モジュールの製造方法及び電気モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の発明は、電気モジュールの製造方法であって、基板の一方の板面の一の領域に透明電極膜を成膜するとともに、該一の領域に隣り合う他の領域に対向電極膜を成膜する工程と、前記透明電極膜の表面に半導体層を設ける工程と、前記一の領域と前記他の領域とが互いに対向するよう前記基板を折曲するとともに、この基板の開放端を封止し前記一の領域と前記他の領域とが対向する一対のセルを形成する工程と、前記セル内に電解質を充填する工程をと備えていることを特徴とする。
本発明では、半導体層を有した透明電極膜と対向電極膜とを一方の板面に隣り合うように成膜するものであるため同一のラインで製造することができる。また、前記基板を折曲して前記透明電極膜と対向電極膜とを互いに対向させるものであるので、貼り合わせ作業が容易である。
また、透明電極膜が成膜された基板と対向電極膜が成膜された基板とが基板の折曲部分で一体とされているため、かかる部分での封止が確実であり、かつ、対向する基板同士を封止する箇所を最小限に抑えることができる。
請求項２の発明は、請求項１に記載の電気モジュールの製造方法であって、前記対向電極膜は、前記透明電極膜と同一の材料により形成されていることを特徴とする。
本発明では、半導体層を形成する透明電極膜と対向電極膜とが同一の材料により成膜されるものであるため、これら透明電極膜と対向電極膜と同一の基板の板面上に同じ原料を用いて同時に成膜することができる。
請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の電気モジュールの製造方法であって、
前記透明電極膜は一の領域において一方向に帯状に成膜されるとともに、前記対向電極膜が前記他の領域において前記透明電極膜に平行に帯状に成膜され、前記半導体層は、前記透明電極膜の表面に前記一方向に複数形成され、前記透明電極膜の表面及び前記対向電極膜の表面のいずれか一方又は双方に、前記基板を折曲した際に前記複数の半導体層同士を区画する封止材が設けられ、前記一の領域と前記他の領域とが互いに対向するよう前記基板を折曲するとともに、この基板の開放端を封止し前記封止材と共に前記一の半導体層毎に封止されたセルを複数形成することを特徴とする。
本発明では、透明電極膜の表面に複数の半導体層を一方向に形成し、複数の半導体層をそれぞれ区画する封止材が設けられているため、一の領域と前記他の領域とが互いに対向するよう前記基板を折曲することで同時に複数のセルを形成することができる。
請求項４の発明は、半導体層が形成された透明電極膜が成膜された電極基板と、前記透明電極膜に対向配置される対向電極膜が成膜された対向基板と、前記電極基板と前記対向基板との間に配置された電解質とを備えた電気モジュールであって、前記電極基板と前記対向基板とは、一の基板が折曲されて形成されたものであることを特徴とする。
本発明では、前記電極基板と前記対向基板とは、一の基板が折曲されて形成されており、この基板が折曲された箇所における封止を確実にするとともに、折曲された箇所において封止材料の使用を削減することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の電気モジュールの製造方法によれば、同一のライン上で透明電極膜と対向電極膜とを成膜することができ、また、基板を折曲して前記透明電極膜と対向電極膜とを容易に対向させ得るため、電気モジュールの製造作業が簡便となるという効果を奏する。
また、透明電極膜が成膜された基板と対向電極膜が成膜された基板とが基板の折曲部分で一体とされているため、これらの対向する基板同士を封止する箇所を最小限に抑えることができ、封止材の使用を削減して電気モジュールの製造コストを抑制することができるという効果を奏する。また、電気モジュールの封止を確実に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】は、本発明の一実施形態として示した電気モジュールを模式的に示した厚さ方向の断面斜視図である。
【図２】は、本発明の一実施形態として示した電気モジュールの製造方法の工程の一部を示した説明図であって、（ａ）〜（ｃ）は透明電極膜の成膜工程図である。
【図３】は、本発明の一実施形態として示した電気モジュールの製造方法の工程の一部を示した説明図であって、（ａ）は半導体層の形成工程、（ｂ）は開口部形成工程、（ｃ）は封止材形成工程を示した図である。
【図４】は、本発明の一実施形態として示した電気モジュールの製造方法の工程の一部を示した説明図であって、（ａ），（ｂ）はセル形成工程を示した図であり、（ｃ）は切断工程を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図を参照して本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の製造方法によって製造された電気モジュールの一例として示された色素増感太陽電池１である。
同図に示すように、色素増感太陽電池１は、色素を担持させた半導体層２が透明電極膜３上に成膜された第１の基板４（電極基板）と、対向電極膜５が成膜された第２の基板６（対向基板）とが対向配置され、これら第１の基板４と第２の基板６との間にセパレータ７を介在させかつ電解液８が充填された状態で、両基板４，６の開放端Ｋ、Ｋ・・全体に亘って封止材９が配され、液密に封止されている。
【００１０】
第１の基板（一の領域）４及び第２の基板（他の領域）６は、透明電極膜３及び対向電極膜５の基台となる部材であり、可撓性のあるフィルム状の一の基板１０を帯状に２等分して隣り合う領域に設けられ、これらを分割する中心線で折曲されて形成されている。
第１の基板４と第２の基板６の材料としては、例えば、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等の透明の合成樹脂材料が用いられる。
【００１１】
透明電極膜３は、いわゆる第１電極となるものである。この透明電極膜３には酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛等が用いられ、スパッタリングや印刷法により第１の基板４側の表面に成膜されている。
【００１２】
半導体層２は、後述する増感色素から電子を受け取り輸送する機能を有するものであり、金属酸化物からなる半導体により略矩形に形成され、透明電極膜３上に配置される。金属酸化物としては、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、等が用いられる。
【００１３】
この半導体層２は、増感色素を担持している。増感色素は、有機色素または金属錯体色素で構成されている。有機色素として、例えば、クマリン系、ポリエン系、シアニン系、ヘミシアニン系、チオフェン系、等の各種有機色素を用いることができる。金属錯体色素としては、例えば、ルテニウム錯体等が好適に用いられる。
【００１４】
対向電極膜５は、いわゆる第２電極となるものであり、半導体層２と間隙を隔てて透明電極膜３と対向するように、第２の基板６側の表面に成膜されている。
この対向電極膜５には、例えば、酸化スズ（ＩＴＯ）、酸化亜鉛等、透明電極膜３と同材料を用いて、スパッタリングや印刷法によりに成膜されている。なお、対向電極膜５としては、ＩＴＯ、酸化亜鉛等に代えて、又はＩＴＯ等の層に加えて、透明電極膜３と対向電極膜５との間の電子の授受を促進させるプラチナ、ポリアニリン、ＰＥＤＯＴ、カーボン等が成膜されてもよい。
【００１５】
セパレータ７は、透明電極膜３と対向電極膜５とが接触しないように分離させる厚みを有するとともに、電解液８及び封止材９を保持し得る孔（不図示）を有した不織布等のシート材により形成されている。セパレータ７の厚みは、例えば１μｍ〜３０μｍとされ、孔によるセパレータ２８の通気度は、例えば２０〜３００ｃｍ３／ｃｍ２／秒であることが望ましい。
【００１６】
電解液８としては、例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル等の非水系溶剤；ヨウ化ジメチルプロピルイミダゾリウム又はヨウ化ブチルメチルイミダゾリウム等のイオン液体などの液体成分に、ヨウ化リチウム等の支持電解質とヨウ素とが混合された溶液等の液体が挙げられる。また、電解液８は、逆電子移動反応を防止するため、ｔ−ブチルピリジンを含むものでもよい。
また、電解液８に代えて、電気モジュールの耐久性を向上させるため、ゲル状電解質又は固体電解質を用いることもできる。
【００１７】
図１に示すように、封止材９は、基板１０を折曲した際に第１及び第２の基板４，６間内と外部とが連通する部分（開放端）Ｋ、すなわち図３（ｃ）に示す折曲部Ｍ以外の部分の全体、及び、半導体層２，２を区画するようこれらの間に配置され、第１の基板４及び第２の基板６同士を張り合わせ、図１に示す内部空間Ｓを封止するものである。封止材９の材料には、例えば、紫外線硬化性樹脂、熱硬化性樹脂、又は熱可塑性樹脂等が用いられる。
【００１８】
次に、色素増感太陽電池１の製造方法について図２〜図４を用いて説明する。
色素増感太陽電池１は、透明電極膜３及び対向電極膜５を成膜する「成膜工程」と、「半導体層及び触媒層の形成工程」と、電解液８を充填する注入孔２０を形成する「注入孔形成工程」及び「封止材配置工程」と、セパレータ７を介装させて基板１０を折曲し、注入孔２０から電解液８を注入し、電解液８を充填した積層体１６とする「積層体形成工程及び電解液充填工程」と、注入孔２０を封止して、セル毎に積層体１６を裁断する「注入孔封止及び裁断工程」とを有する。ここで、積層体１６の裁断は、電解液８を充填する前に行っても良い。
【００１９】
（成膜工程）
透明電極膜３及び対向電極膜５を成膜する工程においては、まず、図２（ａ）に示すように、ＰＥＮフィルムからなる基板１０の長手方向に延在する両端縁１０ａ，１０ｂとこれら両端縁１０ａ，１０ｂの中央部Ｍに帯状のレジスト１７を塗布する。
レジスト１７を１１０℃で９０秒間加熱し硬化させた後に、図２（ｂ）に示すように、基板１０の全体にＩＴＯ膜１８を成膜する。この場合、透明電極膜３と対向電極膜５とは同材料で成膜がされる。
そして、ＩＴＯ膜１８の成膜後、図２（ｃ）に示すように、ＩＴＯが付着したレジスト１７を除去し、レジスト１７が塗布されていた基板１０上の部分にＰＥＮ基材を露出させ、透明電極膜３及び対向電極膜５の成膜が完了する。
【００２０】
（半導体層及び触媒層の形成工程及び注入孔形成工程）
上記成膜工程の後、図３（ａ）に示すように、一の基板１０の板面を短手方向で二等分した一方の領域である第１の基板４の表面のＩＴＯ膜１８上に、焼成が可能な酸化チタン含有ペーストをマスクや印刷法により塗布し、酸化チタン含有ペーストの溶媒が揮発する温度で加熱処理し、多孔質の半導体層２を隣り合うように複数形成する。
半導体層２を形成した後は、増感色素を溶剤に溶かした増感色素溶液を半導体層２に吸着させ、半導体層２に増感色素を担持させる。
一方、一の基板１０の板面を短手方向で二等分した他方の領域である第２の基板６の表面のＩＴＯ膜上には、白金等からなる触媒層１９，１９を半導体層２，２に対応するように形成するとともに、図３（ｂ）に示すように、後に電解液８を充填するための注入孔２０及び空気を抜くための開口部２１を形成する。
【００２１】
（封止材配置工程）
半導体層２，２及び触媒層１９，１９の形成後、図３（ｃ）に示すように、半導体層２と触媒層１９とを一対として、この一対の半導体層２と触媒層１９とを囲繞するように封止材９を配置する。この際、封止材９は、次工程で基板１０が折曲された際に透明電極膜３と対向電極膜５との間に間隙を形成してこれらを接着し得るように、所定の厚みをもって設ける。
【００２２】
（積層体形成工程及び電解液充填工程）
封止材９を配置した後、図４（ａ）に示すように、封止材９を含めて第２の基板６（又は第１の基板４）の全体を覆うようにセパレータ７を配置するとともに、基板１０の開放端Ｋの任意の位置に端子２２を配置し、同図（ｂ）に示すように、基板１０の短手方向中心を通る線Ｌ上で第１の基板４（又は第２の基板６）を折り返し、セパレータ７を介装させた状態で第１の基板４と第２の基板６とが対向するように基板１０を貼り合わせる。そして、封止材９を熱硬化又は光硬化させて一対の半導体層２及び触媒層１９を囲繞して封止しセルＣを形成する。その上で、注入孔２０からセルＣ内に電解液８を充填し、積層体１６とする。
なお、この場合、基板１０が折曲された部分Ｍは、ＰＥＮ基板が露出した状態で一体的に連設しているため、かかる部分において封止材９を配置する必要がない。
【００２３】
そして、図４（ｃ）に示すように、注入孔２０と開口部２１とをフォトレックを注入口に配置してＵＶ硬化及び熱硬化により封止し、セルＣ，Ｃを完全に液密状態とする。そして、半導体層２，２間に設けられた封止材９上で、図４（ｃ）に示すように積層体１６を裁断し、図１に示す一の色素増感太陽電池１とする。
【００２４】
以上のように、色素増感太陽電池１によれば、半導体層２を有した透明電極膜３と対向電極膜５とを同一の一方の板面に隣り合うように成膜するものであるため、同一のラインで製造することができる。
また、基板１０を折曲して透明電極膜３と対向電極膜５とを互いに対向させるものであるので、貼り合わせ作業が容易となる。したがって、色素増感太陽電池１を簡便に製造することができる。
また、透明電極膜３が成膜された第１の基板４と対向電極膜５が成膜された第２の基板６とが基板１０の折曲部分Ｍにおいて隣り合うように一体的に連設されているため、かかる折曲部分Ｍでの封止が確実となる。
また更に、対向する第１及び第２の基板４，６同士を封止する箇所を最小限に抑えて、使用する封止材９を削減することができ、色素増感太陽電池１の製造コストを抑えることができる。
【００２５】
また、半導体層２を形成する透明電極膜３と対向電極膜５とが同一の材料により成膜されるものである場合には、これら透明電極膜３と対向電極膜５と同一の基板１０の板面上に簡便に成膜することができる。
また、一の領域に複数の半導体層２を形成し、封止材９で区画できるようにすることで、簡便に複数のセルを同時に形成することができる。
また、開放端Ｋの任意の位置に端子２２を配し、電流を取り出すことができる。
【００２６】
なお、上記の実施形態において、透明電極膜３と対向電極膜５とは同材料を使用して成膜したが、異なる材料を用いて成膜したものであってもよい。
また、上記の実施形態においては、透明電極膜３に２つの半導体層２を形成したが、１つのみ形成しても、又は３つ以上の半導体層２を形成して、これらを封止層９で区分した上で、上記に示したとおりセルＣ毎に裁断して一の色素増感太陽電池１としてもよい。
【符号の説明】
【００２７】
１    色素増感太陽電池（電気モジュール）
２    半導体層
３    透明電極膜
４    第１の基板（電極基板，一の領域）
５    対向電極膜
６    第２の基板（対向基板，他の領域）
７    セパレータ
８    電解液（電解質）
９    封止材
１０  基板
Ｋ    開放端
Ｃ    セル
【図１】
2013073856.tif 000003
【図２】
2013073856.tif 000004
【図３】
2013073856.tif 000005
【図４】
2013073856.tif 000006