JP6778829B2 - 電極の製造方法および製造装置 - Google Patents
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Description
疎水性のポリマー膜上に金属ナノワイヤを含む分散液を直接塗布して、金属ナノワイヤ層を形成させる工程と、
前記金属ナノワイヤ層の表面に、前記ポリマー膜よりも親水性が高い表面を有する導電性基板を直接圧着する工程と、
前記金属ナノワイヤ層を前記ポリマー膜から剥離させ、前記導電性基板に転写させる工程と
を含むことを特徴とするものである。
まず、図1A〜Cを用いて、第1の実施形態に係る透明電極の製造方法および製造装置について説明する。図1A〜Cは、本実施形態に係る透明電極100の製造方法の概略図である。この透明電極の製造方法は、疎水性のポリマー膜101の上に金属ナノワイヤを含有する分散液102を直接塗布して金属ナノワイヤ層103を形成させる工程A(図1A)と、上記ポリマー膜101の上に形成された金属ナノワイヤ層103の表面にポリマー膜103よりも親水性が高い表面を有する導電性基板104を直接圧着する工程B(図1B)と、導電性基板104に金属ナノワイヤ103を転写する為にポリマー膜101と金属ナノワイヤ103層を剥離する工程C(図1C)を含む。
まず、疎水性のポリマー膜101の上に金属ナノワイヤを含有する分散液102を直接塗布して金属ナノワイヤ層103を形成させる。
次に、工程Aで形成された金属ナノワイヤ層103の表面に、導電性基板104を直接圧着する。圧着によって、ポリマー膜、金属ナノワイヤ層、および導電性基板のスタックが一時的に形成される。ここで、導電性基板の表面は、ポリマー膜よりも親水性が高いことが必要である。実施形態において、金属ナノワイヤ層103は、ポリマー膜と導電性基板の親水性の差を利用して転写を行うため、導電性基板の表面には一般的に用いられる接着層は不要である。
次に、金属ナノワイヤ層をポリマー膜から剥離させ、導電性基板に転写させる。この工程は、図1Cに示した方法では、圧着のために印加した圧力と逆方向の力を印加することで達成される。
その結果、金属ナノワイヤ層は相対的に親水性の高い導電性基板の表面に転写されて透明電極が製造される。
金属ナノワイヤ層を転写した後、転写された金属ナノワイヤ層の表面に補助金属配線を作製する工程を含んでも良い。補助金属配線は集電に使用されるものである。この補助金属の形成に用いられる材料は、銀、金、銅、モリブデン、アルミニウムおよびこれらの合金であることが好ましい。補助金属配線の一部が導電性基板と接していることも可能であり、補助金属配線との電気的接合をより強固にすることができる。具体的には金属ナノワイヤ層の表面から補助金属配線が金属ナノワイヤ層を貫通して導電性基板に接合していても良い。また、あらかじめ補助金属配線を導電性基板上に形製しておいてもよい。
図2を用いて、第2の実施形態の一つに係る透明電極の製造装置の構成について説明する。図2は、本実施形態に係る透明電極の製造装置の構成概略図である。疎水性ポリマー膜201上に金属ナノワイヤ分散液を塗布する部材202と、該ポリマー上の金属ナノワイヤの少なくとも一部を直接基板203に圧着する圧着部材204Aと、ポリマー膜と基板との圧着を補助する圧着補助部材204Bとを具備する。
このような装置により、金属ナノワイヤ層が導電性基板に転写されて透明電極が製造される。
図3を用いて、別の第2の実施形態の一つに係る透明電極の製造装置の構成について説明する。図3は、本実施形態に係る透明電極の製造装置の構成概略図である。疎水性ポリマー膜301上に金属ナノワイヤ分散液を塗布する塗布部材302と、該ポリマー上の金属ナノワイヤの少なくとも一部を直接基板303に圧着する圧着部材304Aと、ポリマー膜と基板との圧着を補助する圧着補助部材304Bを具備している。この装置ではポリマー膜301が回転ドラムの形状を有する圧着部材304Aの表面に設置されている。
10cm角のPETフィルム上にITO層スパッタして、表面にITO層を有し、表面抵抗が300Ω/□の導電フィルムを作製する。
銀ナノワイヤ層はほぼ完全に転写され、表面抵抗が9Ω/□の透明電極が得られる。
10cm角のPETフィルム上にITOをスパッタして、表面にITO層を有し、表面抵抗が300Ω/□の導電フィルムを作製する。
銀ナノワイヤ層はほぼ完全に転写され、表面抵抗が10Ω/□の透明電極が得られる。
図4に示す太陽電池セル400を作成する。
得られる太陽電池セルは1SUNの太陽光に対して5%以上のエネルギー変換効率を示す。
ポリテトラフルオロエチレンシートの代わりにポリジメチルシロキサンシートを用いることを除いては実施例1と同様にして透明電極を作製する。
銀ナノワイヤ層はほぼ転写される。ただし、実施例1に比較してわずかに転写残りが見られる。
図5に示された製造装置を用いて透明電極を作製する。
ポリテトラフルオロエチレン膜501が回転ドラム502上に設置されている。回転ドラムの内部にはヒーターが設置されている(図示せず)。金属ナノワイヤ分散液を塗布する部材503として円柱状の金属バー504とそれに金属ナノワイヤ分散液を供給するノズル505が設置されている。回転ドラムの基板の反対側には金属ローラー506が設置されており、圧着を補助する機能を有する。基板507を搬送する巻き取り装置が設置されている(図示せず)。またポリフルオロエチレン膜を洗浄するための刷毛508が設置されている。
101…疎水性ポリマー膜
102…金属ナノワイヤ分散液
103…金属ナノワイヤ
104…導電性基板
201…疎水性ポリマー膜
202…金属ナノワイヤを塗布する手段
203…基板
204…接着する手段
205…剥離する手段
301…疎水性ポリマー膜
302…金属ナノワイヤを塗布する手段
303…基板
304…接着する手段
305…剥離する手段
400…太陽電池セル
401…ステンレス箔
402…遮蔽層
403…バッファ層
404…光電変換層
405…バッファ層
406…遮蔽層
407…ITO層
408…銀ナノワイヤ層
409…補助金属配線層
410…絶縁層
411…紫外線カット層
412…ガスバリア層
501…ポリテトラフルオロエチレン膜
502…回転ドラム
503…金属ナノワイヤを塗布する手段
504…金属バー
505…ノズル
506…金属ローラー
507…基板
508…刷毛
Claims (19)
- 疎水性のポリマー膜上に金属ナノワイヤを含む分散液を直接塗布して、金属ナノワイヤ層を形成させる工程と、
前記金属ナノワイヤ層の表面に、前記ポリマー膜よりも親水性が高い表面を有する導電性基板を直接圧着する工程と、
前記金属ナノワイヤ層を前記ポリマー膜から剥離させ、前記導電性基板に転写させる工程と
を含み、
前記金属ナノワイヤのゼータ電位が前記ポリマー膜のゼータ電位より低い、電極の製造方法。 - 疎水性のポリマー膜が含フッ素含有ポリマーからなるものである、請求項1に記載の方法。
- 含フッ素ポリマーがポリテトラフルオロエチレンである、請求項2に記載の方法。
- 前記ポリマー膜と、それと離間し、かつ平行に配置されたバーとの間に、前記分散液を坦持させ、バーもしくはポリマー膜を移動させることによって金属ナノワイヤ層を形成させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記分散液をポリマー膜上にスプレー塗布することによって金属ナノワイヤ層を形成させる、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
- 前記分散液の分散媒がアルコールである、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記金属ナノワイヤが、銀、銀合金、銅、および銅合金からなる群から選択される金属からなる、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法
- 前記基板表面に前記金属ナノワイヤ層を接触するように重ね合わせてスタックとし、前記スタックを定着ローラーと加圧ローラーとの間の加圧部を通過させることによって前記金属ナノワイヤ層を前記基板に圧着し、引き続き前記加圧部から搬出されるスタックの前記ポリマー膜と前記基板とを引き剥がすことを含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法。
- 前記ポリマー膜が表面に設置された回転ドラムを回転させ、その表面に前記分散液を供給して前記金属ナノワイヤ層を形成させ、前記回転ドラムの、前記分散液が供給された部分の下流側で、前記金属ナノワイヤ層を前記基板表面に圧着させることを含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法。
- 前記基板の表面が無機材料からなる、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
- 疎水性のポリマー膜と、前記ポリマー膜上に金属ナノワイヤを含む分散液を直接塗布して金属ナノワイヤ層を形成させる塗布部材と、前記金属ナノワイヤ層を直接基板に圧着する圧着部材と、前記ポリマー膜と前記基板とを剥離する剥離部材と、を具備し、前記金属ナノワイヤのゼータ電位が前記ポリマー膜のゼータ電位より低い、電極の製造装置。
- ロールツーロール法で連続的に電極の製造を行うことができる、請求項11に記載の装置。
- 前記ポリマー膜が回転ドラムの表面に設置されている、請求項11または12に記載の装置。
- 前記ポリマー膜と、それと離間し、かつその表面と並行に配置されたバーを具備し、さらに前記ポリマー膜と前記バーとの間に前記分散液を坦持させる部材を具備する、請求項11〜13のいずれか1項に記載の装置。
- 前記分散液を前記ポリマー膜上にスプレーして塗布する部材を具備する、請求項11〜14のいずれか1項に記載の装置。
- 前記ポリマー膜がフッ素含有ポリマーからなるものである、請求項11〜15のいずれか1項に記載の装置
- 前記フッ素含有ポリマーがポリテトラフルオロエチレンである、請求項16に記載の装置。
- 前記金属ナノワイヤ膜、前記ポリマー膜、または前記基材を加熱する部材をさらに具備する、請求項11〜17のいずれか1項に記載の装置。
- 前記分散液が塗布される前、または前記金属ナノワイヤ層が剥離された後に、前記ポリマー膜表面を洗浄する部材をさらに具備する、請求項11〜18のいずれか1項に記載の装置。
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