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Product Introduction

Product Introduction 電気・電子市場:分子設計と配合技術により開発された光硬化性色素増感太陽電池用シール剤 ThreeBond3035B

次世代型太陽電池の信頼性を大幅に向上する分子設計と配合技術により開発された光硬化性色素増感太陽電池用シール剤

石油・石炭・天然ガスといった化石燃料への依存度を減らす一方、太陽光や風力といった再生可能エネルギーを基本とする低酸素社会の実現に向けた取り組みが始まっています。
その中でもわが国では太陽光発電が中心的な役割を担うものとして期待されており、2030年に全戸建て住宅の約3割に当たる1400万戸に太陽電池パネルを設置するという高い目標が立てられています。家庭用太陽電池はほとんどがシリコン系太陽電池ですが、その増産にも限界があり、低コスト化をいかに進めても前述の高い導入目標を賄うには足りない状況です。
これに対し次世代型太陽電池として、大幅な発電コストの低減が期待される色素増感太陽電池が注目されています。シリコン系太陽電池に比べてCO2ペイバックタイムが短く、環境負荷の低いプロセスでの製造が可能で、素材の多様性もある色素増感太陽電池は大きな魅力を秘めています。

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「電解液の漏洩、変質や劣化を防止することは、色素増感太陽電池の実用化において非常に重要な技術です。」

色素増感太陽電池は、光電極と対向電極、およびこれら電極の間に挟まれた電解液から構成されており、この電解液内で行われる酸化還元反応のサイクルによって、継続的に電気を発生して電池として働くことができます。

この酸化還元反応の機能低下は電池としての性能に直接影響を及ぼすため、電解液の漏洩、変質や劣化を防止することは、色素増感太陽電池の実用化において非常に重要な技術です。

そこで我々は、電解液を封止するためのシール剤の研究に着手し、ThreeBond3035Bを開発、上市しました。

解説者

安長 可奈

研究開発本部 開発部 機能材料開発課

耐電解液性に優れる光硬化性シール剤

表1 TB3035B性能表

色素増感太陽電池の電解液には極性の高い溶剤が使用されており、汎用のシール剤では電解液で膨潤あるいは溶解してしまうため、十分な耐久性を得ることができませんでした。
そこでシール剤を構成する成分について、電解液に耐えられるような化学構造を設計し合成することにより、耐電解液性を改善しました。(表1)

「色素増感太陽電池の名称の由来である色素は、光電極で光エネルギーを吸収して電気エネルギーへ変換しますが、熱に対して敏感なため、シール剤は加熱を必要としない硬化形態が望ましく、さらに生産性も考慮して、室温短時間硬化が可能な光重合性官能基をシール剤の構成成分に導入しました。」(安長)

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メイン、エンドの両封止に使用可能

図1 TB3035B封止技術

色素増感太陽電池には、光電極と対向電極を貼り合わせるためのメインシール剤と、電解液注入孔を塞ぐためのエンドシール剤が使用されます。(図1)

メインシール剤は硬化した後に電解液と接触しますが、エンドシール剤は未硬化の状態で電解液と接触するため、硬化前の液体の状態で電解液に溶解しにくく、また電解液と接触していても光照射により速やかに硬化することが求められます。

「ThreeBond3035Bは極性の低い材料で構成されているため、極性の高い電解液とは水と油のように反発しあって溶解しにくく、また光硬化反応を開始させる光開始剤を種々選定することで、電解液に含まれるヨウ素による硬化阻害を抑制しました。」(安長)

図2  ThreeBond3035B

ThreeBond3035B(図2)は耐電解液性および耐久性に優れた色素増感太陽電池用シール剤で、電極貼り合わせのメインシールおよび電解液注入孔封止のエンドシールの両用途に使用できます。
光照射により室温で速やかに硬化するため、色素への熱的ダメージがなく、かつ生産性に優れています。

また流動性のコントロールにより、ディスペンサーおよびスクリーン印刷塗布に対応しています。

「今後はさらに、幅広い環境に対応できるように耐熱・耐久性を向上させ、再生可能エネルギー分野に貢献していきたいです。」(安長)

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