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公開番号2024139794
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-10
出願番号2023050697
出願日2023-03-28
発明の名称色素増感太陽電池用シール剤及びそれを用いた色素増感太陽電池
出願人日本化薬株式会社
代理人
主分類H01G 9/20 20060101AFI20241003BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】
本発明は、電解液封止性能に優れる色素増感太陽電池用シール剤を提供する。
【解決手段】
(A)分子内に(メタ)アクリル基を有するポリブタジエン化合物と、(B)硬化性化合物と、(C)光重合開始剤を含有し、前記成分(A)の含有量が前記成分(A)と前記成分(B)の総量100質量部に対して40～80質量部である色素感太陽電池用シール剤。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
（Ａ）分子内に（メタ）アクリル基を有するポリブタジエン化合物と、（Ｂ）硬化性化合物と、（Ｃ）光重合開始剤を含有し、前記成分（Ａ）の含有量が前記成分（Ａ）と前記成分（Ｂ）の総量１００質量部に対して４０～８０質量部である色素感太陽電池用シール剤。
続きを表示（約 280 文字）【請求項２】
電解液滴下工法用である、請求項１に記載の色素増感太陽電池用シール剤。
【請求項３】
さらに、（Ｄ）無機フィラーを含有する請求項１に記載の色素増感太陽電池用シール剤。
【請求項４】
さらに、（Ｅ）シランカップリング剤を含有する請求項１に記載の色素増感太陽電池用シール剤。
【請求項５】
さらに、（Ｆ）チオール基を有する化合物を含有する請求項１に記載の色素増感太陽電池用シール剤。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項に記載の色素増感太陽電池用シール剤を有してなる太陽電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、色素増感太陽電池用シール剤及びそれを用いた色素増感太陽電池に関する。より詳しくは紫外線硬化及び熱硬化を併用する型の色素増感太陽電池用シール剤及びそれを用いた色素増感太陽電池に関する。
続きを表示（約 3,100 文字）【背景技術】
【０００２】
クリーンなエネルギー源として注目されている太陽電池は、近年になって一般の住宅にも利用されるようになってきた。しかし、未だ充分に普及するには至っていない。その理由としては、太陽電池素子の性能が充分優れているとは言い難いためモジュールを大きくせざるを得ないことや、モジュール製造における生産性が低いため高価であること等が挙げられる。
【０００３】
太陽電池にはいくつかの種類があるが、実用化されている太陽電池の大部分はシリコン太陽電池である。しかし、最近になって注目されるようになり、その実用化を目指して研究されているものに色素増感太陽電池がある。現在の色素増感太陽電池の原型は、１９９１年にグレッツェル（スイス）らによって開発され、グレッツェルセルとも呼ばれる。その構造は、色素によって増感された酸化物半導体微粒子層を有する導電性支持体（酸化物半導体電極）、対向電極としての白金等の対極を有する第二の導電性支持体、両極間に狭持された電荷移動層（レドックス物質を含む電解液等）、及び電荷移動層の周囲に配された樹脂等のシール剤からなるのが一般的である。また、その性能は、例えばルテニウム錯体色素を多孔質酸化チタン電極に吸着させることにより、アモルファスシリコン太陽電池並みの光電変換効率を有するまでに至っている（非特許文献１）。しかし、その実用化に向けては未だ多くの課題が残されており、電池の大面積化に対応した生産性の向上や、長期間使用するための耐久性の向上は、克服すべき重要な課題の一つとなっている。
【０００４】
一般的に色素増感太陽電池は、酸化物半導体電極と対向電極の間に所定の間隙を設け、その状態で両極をシール剤で貼り合せた後、電荷移動層となる電解液を注入して製造される。電解液の注入法としては、例えば特許文献１に記載のように、対向電極に２つの貫通孔を設け、片方を注入孔、他方を脱気孔として用いて、毛細管現象を利用して注入する方法や、特許文献２に記載のように、対向電極に１つの貫通孔を設け、減圧下で貫通孔を電解液に浸漬し、大気解放後に大気圧により電解液を注入する方法等が挙げられる。しかしながら、これらの電解液注入工法は、作成する電池が大面積化するに伴い注入工程のタクトタイム（注入工程に要する時間）が大幅に長くなり、生産性が大きく低下する問題を抱えている。また、事前に電極に注入孔を設けなければならず、さらに電解液注入後には注入孔を封止せねばならないため、製造工程が増える。加えて、注入孔封止部分から電解液が漏れるリスクがあるため、耐久性が損なわれるおそれもある。
【０００５】
前記のような問題を解決するため、特許文献３、特許文献４、特許文献５等では、一方の電極上に半導体含有層を取り囲む形となるようにシール剤の堰を切れ目なく配置し、該シール剤の堰の内側に所定量の電解液を滴下した後に他方の電極を重ね合せ、セルギャップ形成した後にシール剤を硬化させる工程を含む色素増感太陽電池の製造法（電解液滴下工法）が開示されている。これらの製造法によれは、電解液注入工程のタクトタイムが大幅に短縮されると共に、電極に注入孔を設ける工程及び注入孔を封止する工程が不要なことから製造工程数も低減可能であり、さらに得られる太陽電池が注入孔封止部分を持たないため、封止性の優れた色素増感太陽電池を製造できる等の効果が得られる。
【０００６】
しかしながら、前記の製造法では、一般的に色素増感太陽電池に用いられるレドックス対を含む電解液と未硬化のシール剤とが接触した状態でシール剤を硬化せねばならないため、優れた性能を有する色素増感太陽電池を製造するには、シール剤の選択が非常に重要となる。適切でないシール剤を用いた場合、太陽電池のセルギャップ形成時の圧力やシール剤硬化時の内圧上昇によって電解液がシール剤の堰を破って噴出したり、電解液中のレドックス対の影響でシール剤の硬化反応が阻害され、両極の接着強度が低下したり、さらにシール剤の成分が電解液中に溶出することによって電池性能が劣化（電解液汚染）する等の問題が発生し、満足のいく色素増感太陽電池が得られないおそれがある。特許文献４等に記載の熱硬化型シール剤を用いた場合には、シール剤硬化時の加熱により電解液が膨張するため、未硬化のシール剤が決壊するおそれがあり、さらにシール剤硬化時の加熱によって未硬化のシール剤による電解液汚染が促進されるおそれがある。また、特許文献４や特許文献５等に記載の光硬化型シール剤や、特許文献３に記載のイソブチレン系シール剤等を用いた場合には、電極の接着力が不十分で実用性に欠けた脆弱な電池となる。さらに、特許文献３に記載の方法では、２重以上のシール剤を用いて耐電解液性と高い接着性の両立を達成しているが、複数のシール剤を使用すると製造工程が煩雑となるのに加え、シール剤の占有面積が増えて太陽電池の有効発電面積が低下するため、該製造法は必ずしも満足のいく方法ではない。
【０００７】
このように、熱硬化型シール剤や光硬化型シール剤を用いて、電解液滴下工法で良好な色素増感太陽電池を作製することは難しいため、該工法に用い得る最も現実的なシール剤は、特許文献６で提案されている様な光熱併用硬化型シール剤であると考えられる。光熱併用硬化型シール剤は、両極を重ね合せた後にシール剤に光を照射して一次硬化させ、その後さらに加熱して二次硬化させて用いられるシール剤である。該シール剤は、液晶表示素子等でも広く用いられており、電池製造中のシール剤の決壊を防ぐと共に、高い接着力を実現することができる。ただし、該シール剤を用いる場合も電解液汚染の問題は重要であり、多くの液晶シール剤や特許文献６に記載のヒドラジド類を熱硬化剤とするシール剤を用いた場合、非特許文献２に示されている化学反応によって電解液成分が分解し、さらに電解液中に気泡が発生するので、良好な色素増感太陽電池を製造することは困難である。以上のように、未硬化のシール剤と電解液が接触する工程を含む電解液滴下工法は、優れた性能と高い生産性の色素増感型太陽電池を実現できる可能性が高いものの、該工法で用い得る満足の行くシール剤は存在しておらず、未だ多くの問題が残されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０００－３４８７８３号公報
特許第４０３７６１８号公報
国際公開第２００７／０４６４９９号
特開２００７－２２０６０８号公報
特開２００９－２８３２２８号公報
国際公開第２００７／００７６７１号
【非特許文献】
【０００９】
Ｎａｔｕｒｅ，第３５３巻，第７３７～７４０頁，１９９１年
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｏｌｅｃｕｌａｒＣａｔａｌｙｓｉｓＡ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ，第２２９巻，第２７１～２７５頁，２００５年
Ｃ．Ｊ．Ｂａｒｂｅ，ＦＡｒｅｎｄｓｅ，ＰＣｏｍｐｔａｎｄＭ．ＧｒａｅｔｚｅｌＪ．Ａｍ．Ｃｅｒａｍ．Ｓｏｃ．，８０，１２，３１５７－７１（１９９７）．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電解液封止性能に優れる色素増感太陽電池用シール剤を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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