JP2016100482A - 太陽電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電解液が太陽電池の周辺に溢流し難い太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】板状に形成された第１電極１の互いに対向する各側辺１ａに沿って一対の第１の封止部２，２を設け、一対の第１の封止部２，２間の外側に液体保持部４，４を形成する第１の工程と、第１の封止部２，２間に電解液を充填する第２の工程と、板状に形成された第２電極６を、電解液を液体保持部４に溢流させながら側辺１ａに沿う方向の一端側から他端側に向けて第１電極１に漸次重ね合せ、第１の封止部２において第２電極６と第１電極１とを接着する第３の工程とを有する。
【選択図】図６

Description

本発明は、太陽電池の製造方法に関する。

従来の太陽電池の製造方法として、下記特許文献に示すように、長尺な第１電極と、長尺な第２電極とを搬送しながら幅方向両端部を一端側から他端側に向かって徐々に接着する、いわゆるRoll-to-Roll製法が開示されている。
この方法を用いて太陽電池を製造する場合、第１電極と第２電極との接着の直前に第１電極と第２電極との間に電解液を充填すると作業効率が向上する。したがって、Roll-to-Roll製法による場合、第１電極又は第２電極のいずれか一方の電極を平置きして、その電極の表面上に電解液を多めに充填し、同他方の電極を一端から他端に向けて余剰の電解液を先端に向けて押し出し脱気しながら一方の電極に接着する方法が考えられる。

特開２０１２−０９９８３１号公報

しかし、一方の電極の表面に電解液を多めに充填すると、他方の電極を貼り合せて接着する際に電解液が一方の電極の両側方に溢流してしまう。そうすると、太陽電池の製造装置その他の基台等に電解液が付着するため、電解液が付着する度に電解液を拭き取る作業が必要となるという問題があった。
そこで、本発明は、電解液が太陽電池の周辺に溢流し難い太陽電池の製造方法を提供する。

本発明の太陽電池の製造方法は、板状に形成された第１電極の互いに対向する各側辺に沿って一対の第１の封止部を設け、前記一対の第１の封止部間の外側に液体保持部を形成する第１の工程と、前記第１の封止部間に電解液を充填する第２の工程と、板状に形成された第２電極を、前記電解液を前記液体保持部に溢流させながら前記側辺に沿う方向の一端側から他端側に向けて前記第１電極に漸次重ね合せ、前記第１の封止部において前記第２電極と前記第１電極とを接着する第３の工程と、を有する。
なお、本発明において、電解液とは液体又は半固体状の電解液をいう（以下同様）。
この構成によれば、電解液が第１の封止部間の外側に溢流した場合に、液体保持部に電解液を保持することができる。

本発明の前記液体保持部は、前記第１の封止部と、前記第１の封止部間の外側に前記第１の封止部と間隔を空けて設けられた側壁との間に形成された溝であってもよい。
この構成によれば、溢流した電解液を溝内に保持することができる。

本発明の前記溝に前記電解液を吸収する吸収材を配してもよい。
この構成によれば、電解液を吸収材に吸収させることができるので、電解液の流動を防止することができる。

本発明の前記溝には支持部材を配してもよい。
この構成によれば、第２電極を第１電極に重ね合せた際に液体保持部が潰れて、液体保持部において保持することのできる電解液の容積を小さくしたり、液体保持部に収容した電解液をその外側に溢流させたりすることを防止することができる。

本発明の前記液体保持部は、前記第１の封止部に隣接して設けられ、吸収性を有した側壁により形成してもよい。
この構成によれば、液体保持部の構成をコンパクトにすることができる。

本発明は、電解液が太陽電池の周辺に溢流することを防止することにより、太陽電池の製造を効率的にすることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態の太陽電池の製造方法の一工程を模式的に示した断面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池の製造方法の一工程を模式的に示した断面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池の製造方法の一工程を模式的に示した平面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池の製造方法の一工程を模式的に示した断面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池の製造方法の一工程を模式的に示した平面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池の製造方法の一工程を模式的に示した断面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池の製造方法の一工程を模式的に示した断面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池の製造方法の変形例の一工程を模式的に示した断面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池の製造方法の変形例の一工程を模式的に示した断面図である。

以下、図を参照して本発明の太陽電池の製造方法の一実施形態について説明する。
本実施形態の太陽電池の製造方法は、
（１）図１に示すように、板状に形成された第１電極１の互いに対向する各側辺１ａに沿って一対の第１の封止部２，２を設け、一対の第１の封止部２，２間の外側に液体保持部４を形成する第１の工程と、
（２）図２に示すように、第１の封止部２，２間に電解液３を充填する第２の工程と、
（３）図３，図４に示すように、板状に形成された第２電極６を、電解液３を液体保持部４に溢流させながら側辺１ａに沿う方向の一端６ｍ側から他端６ｎ側に向けて第１電極１に漸次重ね合せ、第１の封止部２，２において第２電極６と電極１とを接着する第３の工程と、を有する。

（１）第１の工程
図１に示すように、第１の工程では、板状に形成された第１電極１の互いに対向する各側辺１ａに沿って一対の第１の封止部２，２を設け、一対の第１の封止部２，２間の外側に液体保持部４を形成する。

第１電極１は、基板１０ａの表面に導電膜１１ａを形成し、更に導電膜１１ａの表面に半導体の多孔質膜１２を形成したものを用いる。
第１電極１は、略矩形又は長尺な帯状に形成しておく。
第１電極１に用いられる基板１０ａ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レート（ＰＥＴ）等の透明の熱可塑性樹脂材料を主材料とする樹脂材料又はガラス基板等を好適に用いることができる。この基板１０ａは、可撓性のあるフィルム状に形成されたものであることが好ましい。

導電膜１１ａの材料には、例えば、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、アルミドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ）、アンチモンドープ酸化スズ（ＡＴＯ）、酸化インジウム／酸化亜鉛（ＩＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）等を用いることができる。

半導体の多孔質膜１２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、有機金属などからなる半導体が導電膜１１ａの表面に成膜されている。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）等を用いることができる。有機金属としては、ＣＨ₃ＮＨ₃ＰｂＸ₃（Ｘはハロゲン原子）などのペロブスカイト構造の有機金属等を用いることができる。

半導体の多孔質膜１２は、増感色素を担持することが出来るものである。半導体の多孔質膜１２に担持される増感色素は、有機色素または金属錯体色素で構成されている。有機色素としては、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。

封止材２Ａは、基板１０ａの幅方向（すなわち紙面奥行き方向に延びる側辺１ａに交叉する方向）の両端よりも内側において、側辺１ａに沿って紙面奥行き方向に一対連続的に配しておく。
封止材２Ａとしては、接着剤（例えばホットメルト樹脂）又は硬化性樹脂等を好適に用いることができる。

第１電極１の導電膜１１ａの表面には、厚さ（高さ）を有する封止材２Ａを配しておくことによって、液状又は半固体状の電解液３（図２参照）を充填させる凹み部１３を形成しておく。すなわち、対向する一対の封止材２Ａ，２Ａは、電解液３（図２参照）が第１電極１の幅方向の両側方に容易に流れ落ちないようにすることができる。また、第１電極１の幅方向両端の近傍に配された封止材２Ａは、第１電極１と第２電極６とを幅方向両端の近傍で側辺１ａ方向に封止する第１の封止部２を構成している。

一対の第１の封止部２，２間の外側、すなわち基板１０ａの幅方向の更に両端側には、第１の封止部２と間隔を空けて側壁５を設ける。
第１の封止部２と側壁５との間には溝８が形成され、この溝８が多めに充填された余剰の電解液３を保持する液体保持部４を構成する。

側壁５には、特に限定されないが、第１の封止部２と同様の封止材を用いることができるが、溝８内に電解液３を封止して接着してしまうことができるため、特に接着剤が好ましい。
液体保持部４には、必須ではないが液体を吸収して保持する吸収材９を配している。

吸収材９は、液体を保持できる材料であれば特に限定されないが、例えば、不織布，液体を吸収可能な発泡体（スポンジ），吸水性を有するゲル状の高分子材料等が挙げられる。これらの中でも、液体の吸収量は多くすることができるため、空孔率の大きい材料を用いることが好ましい。また、吸収材９は、溝８の略上面の高さまで配することが好ましい。
溝８に吸収材９が配されている本構成においては、溝８と吸収材９とが液体保持部４を構成している。

（２）第２の工程
第２の工程では、図２に示すように、第１の封止部２，２間に電解液３を充填する。
電解液３は、第１電極１の封止材２Ａ同士の間すなわち第１の封止部２，２同士の間に充填する。充填される電解液３の量は、第１の封止部２，２間の外に溢流しない程度に、最終的に第１電極１及び第２電極６の間に充填される電解液３よりも多めにする。そのため、電解液３は、封止材２Ａの上端からわずかに出る程度に充填する。

電解液３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液とヨウ素とが混合された溶液等を用いることができる。また、電解液３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を用いてもよい。

（３）第３の工程
第３の工程では、図３，図４に示すように、板状に形成された第２電極６を、電解液３を液体保持部４に溢流させながら、側辺１ａに沿う方向の一端６ｍ側から他端６ｎ側に向けて第１電極１に漸次重ね合せ、第１の封止部２において第２電極６と第１電極１とを接着する。

第２電極６は、基板１０ｂに導電膜１１ｂを成膜しておく。
基板１０ｂの材質及び形状は、可撓性を有するものを用いる点を除いて第１電極１の基板１０ａと略同様に形成されている。
第２電極６の導電膜１１ｂには、不図示の触媒層の役割を有さず導電膜１１ｂとしての役割を有する材料か、不図示の触媒層及び導電膜１１ｂの双方の役割を果たし得る材料のいずれかを用いる。前者の場合は、導電膜１１ｂ上に更に不図示の触媒層が成膜されており、後者の場合には導電膜１１ｂのみが他の基板１０ｂに成膜されている。
また、導電膜１１ｂの表面に成膜される触媒層としては、カーボンペースト，プラチナ等を採用することができる。

なお、第１電極１の基板１０ａ及び第２電極６の基板１０ｂの少なくともいずれかには、透明基板を用いる。
また、第１電極１又は第２電極６の少なくともいずれか一方の導電膜１１ａ，１１ｂは、透明導電膜により形成しておく。

第２電極６の第１電極１への貼り合わせは、次のようにして行う。
すなわち、図３に示すように、第２電極６の他端６ｎ側を持ち上げ、一端６ｍ側を第１電極１に貼り合わせる。第１電極１と貼り合わされた第２電極６の部分の近傍を湾曲させておく。そして、第２電極６が湾曲形状になった部分を一端６ｍ側から他端６ｎ側に向かって漸次第１電極１に貼り合わせる。

この際、第１の封止部２上を加圧しながら封止材２Ａの材質に応じて加熱，光照射などを行い、第１電極１と第２電極６とを封止材２Ａにより接着する。第２電極６が第１の封止部２，２同士の間において電解液３の容積により膨らむ場合には、封止材２Ａ，２Ａの加圧よりも少し後に第１の封止部２，２間をローラー等で平板に均す。

第１の封止部２，２間に配された電解液３は、最終的に密封される量よりもやや多めに充填しておくため、図４に示すように、第２電極６の第１電極１への貼り合わせにより一端６ｍ側から他端６ｎ側に向かって押圧される。その結果、電解液３が充填された空間Ｓに含まれた気泡は、図３に示す第２電極６の第１電極１に対する貼り合わせ方向すなわち一端６ｍ側から他端６ｎ側に向かって押し出される。また、電解液３の余剰分が、一端６ｍ側から他端６ｎ側に向かって押し出される。

一端６ｍ側から他端６ｎ側に向かって押し出された余剰分の電解液３が徐々に増し、第１の封止部２，２間の外側に溢れると、電解液３は、図４に示すように第１の封止部２，２間の外側の溝８内に流れ込む。そして、電解液３は、溝８内に配された吸収材９に吸収され、また側壁５によって溝８内で流動することなく保持される。
したがって、液体保持部４は、第１電極１の第１の封止部２，２間に多めに充填された余剰分の電解液３を保持することにより、余剰の電解液３が第１電極１の外に溢流して太陽電池の製造装置又は太陽電池を製造する基台等に付着することを防止する。

（４）第３の工程の後工程（電解液３が充填された空間Ｓを密封する工程）
第３の工程の後は、図５，図６に示すように、電解液３が充填された空間Ｓ（図６参照）を密封する。具体的には、側壁５，５の間に亘って側辺１ａに交叉する方向に延びるとともに、側辺１ａに沿う方向に間隔を空けて設定される一対の第２の封止部７，７において第１電極１と第２電極６とを接着する。

第２の封止部７は、幅方向に側壁５，５間に亘って設けられている。第２の封止部７において第１電極１及び第２電極６は、超音波融着を用いて融着することができる。そして、第２の封止部７の少なくとも一部を残して切断することにより太陽電池が完成する。
太陽電池は、余剰の電解液３を保持させた液体保持部４を備えたままでもよいが、図７に示すように、第１の封止部２の一部を残して電解液３を第１の封止部２及び第２の封止部により液体保持部４に封止したまま切断し、廃棄することができる。

このように、本実施形態の太陽電池の製造方法は、第１の封止部２，２間に電解液３を充填しておいた第１電極１に、電解液３を押圧しつつ一方向に第２電極６を貼り合わせていくため、電解液３を充填した空間に存在する気泡を抜きながら第１電極１と第２電極６とを接着する。したがって、本実施形態の太陽電池の製造方法は、電解液３を充填する太陽電池の内部に気泡が存在することによる太陽電池の品質の低下を防止することができるという効果が得られる。

この際、本実施形態の太陽電池の製造方法は、電解液３が第１の封止部２，２間の外側に溢流しても第１の封止部２の外側に形成された液体保持部４で電解液３を保持することができるため、電解液３が太陽電池の周辺を汚すことを防止することができる。したがって、本実施形態の太陽電池の製造方法は、太陽電池の周辺に付着した余剰の電解液３を拭き取る作業の発生を防止して、太陽電池の製造を効率的に行うことができるという効果を奏する。

また、本実施形態の太陽電池の製造方法は、吸収材９を溝８に配するため、第２電極６を第１電極１に重ね合せた際に液体保持部４が潰れることを防止することができる。したがって、本実施形態の太陽電池の製造方法は、液体保持部４において保持することのできる電解液３の容積を小さくしたり、液体保持部に収容した電解液をその外側に溢流させたりすることを防止して、効率よく太陽電池を製造することができるという効果を奏する。

また、本実施形態の太陽電池の製造方法は、第１の封止部２において液体保持部４を切り落とすことにより、溢流した電解液３を容易に廃棄することができる。したがって、本実施形態の太陽電池の製造方法は、太陽電池を効率的に製造することができるという効果を奏する。

また、本実施形態の太陽電池の製造方法によれば、太陽電池の構成部材をその積層順に配することができるため、製造が容易となり連続生産を行いやすくなるという効果が得られる。

以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態で示した構成に限定されるものではなく、発明の本質を逸脱しない範囲において各構成を適宜変更して適用することができる。

具体的には、本発明は、例えば図９に示すように、一の基板に複数の発電素子（太陽電池）を形成したい場合にも適用することができる。
一の基板に複数の発電素子を形成したい場合であっても、図８に示すように、一の基板の幅方向両端の近傍に設けられた第１の封止部２，２の外側（より両端側）に、第１の封止部２と間隔を空けて一対の側壁５を形成し、第１の封止部２と側壁５との間に液体保持部４となる溝８を形成することができる。溝８には、必須ではないが吸収材９を配する。

そして、上記実施形態で説明したように第２電極６を配して余剰の電解液３を溝８内に溢流させつつ第１電極１と第２電極６とを第１の封止材で封止することができる。
なお、発電素子間に跨る導電膜は、例えば適宜絶縁部１５等を形成するとともに、発電素子間に導電材１６を配して発電素子同士を直列又は並列（図９においては直接）に接続させることができる。

また、上記実施形態では、吸収材９を支持部材として兼用する構成としたが、吸収材９が支持部材として機能し難い場合には、溝８に別途支持部材を配してもよい。
また、上記実施形態では、側壁５を設けることにより液体保持部４が溝８及び吸収材９を備えた構成としたが、吸収性を有する側壁５を第１の封止部２に隣接させた構成であってもよい。具体的には、吸収性を有する側壁５は、例えば溢流する電解液３を十分に吸収及び保持して第１電極１の外方への流動を防止できるものであればよく、かかる吸収性を有する側壁５を第１の封止部２に隣接させた構成のみにより液体保持部４を設けてもよい。

また、第１の実施形態と第２の実施形態において、第１電極１を光電極とし第２電極６を対向電極として第１電極１に第１の封止部２，２を設けて電解液３を充填する例を説明したが、第２電極６に第１の封止部２，２を設けて電解液３を充填してもよい。

また、第１の実施形態，第２の実施形態又はこれらの変形例における第２の封止部７，７の貼着は、超音波融着により行うことが好ましいが、接着剤等を用いて行うことも可能である。

１…第１電極，１ａ…側辺，２Ａ…第１の封止部，３…電解液，４…液体保持部，５…側壁，６…第２電極，７…第２の封止部，８…溝（液体保持部），９…吸収材，１０ａ，１０ｂ…基板

Claims (5)

1. 板状に形成された第１電極の互いに対向する各側辺に沿って一対の第１の封止部を設け、前記一対の第１の封止部間の外側に液体保持部を形成する第１の工程と、
   前記第１の封止部間に電解液を充填する第２の工程と、
   板状に形成された第２電極を、前記電解液を前記液体保持部に溢流させながら前記側辺に沿う方向の一端側から他端側に向けて前記第１電極に漸次重ね合せ、前記第１の封止部において前記第２電極と前記第１電極とを接着する第３の工程と、
   を有する太陽電池の製造方法。
2. 前記液体保持部は、前記第１の封止部と、前記第１の封止部間の外側に前記第１の封止部と間隔を空けて設けられた側壁との間に形成された溝である請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
3. 前記溝に前記電解液を吸収する吸収材を配する請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
4. 前記溝に支持部材を配する請求項２又は３に記載の太陽電池の製造方法。
5. 前記液体保持部は、前記第１の封止部に隣接して設けられ、吸収性を有した側壁により形成する請求項１に記載の太陽電池の製造方法。

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