染料吸附装置以及染料吸附方法

染料吸附装置以及染料吸附方法
【专利摘要】本发明提供一种染料吸附装置以及染料吸附方法。本发明改善使基板上的多孔质半导体层吸附染料的染料吸附处理的生产率以及染料使用效率。在本发明的染料吸附装置中，染料溶液滴下涂覆部（12）对搬入到该染料吸附装置（10）的未处理的基板（G）进行向基板（G）上的多孔质半导体层滴下涂覆染料溶液的第一处理（染料溶液滴下涂覆处理），溶剂蒸发除去部（14）进行将溶剂从涂覆到基板（G）上的半导体层的染料溶液蒸发而除去该溶剂的第二处理（溶剂除去处理），冲洗部（16）进行将附于基板（G）上的半导体层的表面的不必要或者多余的染料洗去而除去该染料的第三处理（冲洗处理）。
【专利说明】染料吸附装置以及染料吸附方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及使形成在基板的表面的多孔质的半导体层吸附染料的染料吸附装置。【背景技术】
[0002]最近，染料敏化型太阳能电池被视为有望成为将来的低成本太阳能电池。如图10所示，作为基本结构，染料敏化太阳能电池在透明电极(阴极)200与对置电极(阳极)202之间夹着担载敏化染料的多孔质的半导体层(作用极)204和电解质层206。这里，半导体层204与透明电极200、电解质层206以及对置电极202 —起被分割成电池单元单位，并经由透明电极200形成在透明基板208上。对置电极202经由基底电极205形成在对置基板210上。各电池单元(cell)的透明电极200与相邻的对置电极202电连接，在模块整体中多个电池单元以串联或者并联的方式电连接。在图示的类型中，在透明电极200上形成与各个半导体层(作用极)204相邻且与其平行地延伸的集电用的栅格布线212，在正对面的对置电极(阳极)202侧也形成相同的栅格布线214。两个栅格布线212、214分别被保护用的绝缘膜216、218覆盖。
[0003]在上述的构成的染料敏化太阳能电池中，若从透明基板208的背面侧照射可见光，则担载在半导体层204的染料被激发，释放电子。释放出的电子经由半导体层204到达透明电极200，被送出至外部。送出的电子经由外部电路(未图示)返回至对置电极202，经由电解质层206中的离子再次被半导体层204内的染料所接受。这样，使得将光能即时地转换为电力并输出。
[0004]在如上所述的染料敏化太阳能电池的制造工序中，为了使多孔质的半导体层204吸附敏化染料，以往采取将形成在透明基板208上的半导体层204浸溃到染料溶液中的方法。
[0005]专利文献1:日本特开2006 - 244954号公报
[0006]如上所述的浸溃方式的染料吸附处理，尽管染料溶液的消耗量多，但还是需要较长的处理时间(通常10小时以上)，在染料敏化太阳能电池的制造工序中约束所有工序的节拍，成为生产效率下降的一个因素。对于该问题，也考虑使多台浸溃方式的染料吸附装置并列运转，但必须准备至少数十台的装置，从而不实用。

【发明内容】

[0007]本发明是为了解决如上述这样的现有技术的问题点而完成的，其提供一种改善使形成在基板的被处理面的多孔质的半导体层吸附染料的染料吸附处理的生产率以及染料使用效率的染料吸附装置。
[0008]本发明的染料吸附装置是使形成在基板的被处理面的多孔质的半导体层吸附染料的染料吸附装置，具有:染料溶液滴下涂覆部，其具备排出将上述染料溶解于规定的溶剂的染料溶液的喷嘴，并通过上述喷嘴向上述基板上的上述半导体层滴下并涂覆上述染料溶液；溶剂蒸发除去部，其将溶剂从涂覆到上述基板上的上述半导体层的上述染料溶液中蒸发而除去该溶剂；以及冲洗部，其将附于上述基板上的上述半导体层的表面的不必要的染料洗去而除去该染料。
[0009]本发明的染料吸附方法是使形成在基板的被处理面的多孔质的半导体层吸附染料的染料吸附方法，具有:第一工序，通过排出将染料溶解到规定的溶剂的染料溶液的喷嘴，来向上述基板上的上述半导体层滴下并涂覆上述染料溶液；第二工序，从涂覆在上述基板上的上述半导体层的上述染料溶液使溶剂蒸发来进行除去；以及第三工序，洗去并除去附于上述基板上的上述半导体层的表面的不必要的染料。
[0010]在本发明中，向基板上的半导体层滴下涂覆染料溶液，使染料从该涂覆膜向半导体层的内部侵入并使半导体层的各部吸附。滴下涂覆在基板上的半导体层的染料溶液被溶剂蒸发除去部强制蒸发而几乎完全除去。由此，半导体层以高纯度均匀地担载染料。另外，通过冲洗部洗去残留在半导体层的表面的不必要的染料。这样，通过洗去不必要的染料，能够提高光电转换效率的再现性以及可靠性。
[0011]根据本发明的染料吸附装置或者染料吸附方法，通过如上所述的构成以及作用，能够大幅改善使基板上的多孔质半导体层吸附染料的染料吸附处理的生产率，并且将染料溶液的使用量抑制在所需最低限度而大幅改善染料使用效率。
【专利附图】

【附图说明】
[0012]图1是表示本发明的染料吸附装置的基本构成的框图。
[0013]图2是表示本发明的一实施方式中的染料吸附装置的整体构成的纵剖视图。
[0014]图3是表示上述实施方式的染料吸附装置的整体构成的俯视图。
[0015]图4是表示上述染料吸附装置中的搬运机构的构成的立体图。
[0016]图5是表示染料溶液滴下涂覆模块的构成的纵剖视图。
[0017]图6是表示上述染料溶液滴下涂覆模块中的喷嘴的排出口与基板上的半导体层图案的对应关系的图。
[0018]图7是示意性地表示涂覆到基板上的染料溶液中的染料进入半导体层的情况的首1J视图。
[0019]图8是表示染料溶液蒸发除去模块的构成的立体图。
[0020]图9是表示冲洗模块的构成的立体图。
[0021]图10是表示染料敏化太阳能电池的基本结构的纵剖视图。
【具体实施方式】
[0022]以下，参照附图对本发明的优选的实施方式进行说明。
[0023][装置的基本构成]
[0024]图1表示本发明的染料吸附装置的基本构成。例如在染料敏化太阳能电池的制造工序中，该染料吸附装置用于使多孔质的半导体层以单片方式吸附敏化染料的工序。在该情况下，在组合对置侧的部件(对置电极202、对置基板210、电解质层206)之前形成了透明电极200、多孔质的半导体层204、栅格布线212及其保护层216的透明基板208 (图10)成为该染料吸附装置的被处理基板G。
[0025]这里，透明基板208例如由石英、玻璃等透明无机材料或者聚酯、丙烯酸、聚酰亚胺等透明塑性材料构成。透明电极200例如由掺杂氟的SnO2 (FTO)或者铟一锡氧化物(ITO)构成。多孔质的半导体层204例如由Ti02、Zn0、Sn02等金属氧化物构成。另外，栅格布线212例如由Ag等电阻率低的导体构成，保护层216例如由UV固化树脂等绝缘体构成。被处理基板G具有规定的形状(例如四边形)以及规定的尺寸，且被例如由搬运机器人或者将被处理基板G在水平的状态下在水平方向上搬运的搬运机构(以后，记载为“平流搬运机构”。)构成的外部搬运装置(未图示)而搬入/搬出该染料吸附装置。
[0026]作为基本的装置方式，该染料吸附装置10具备染料溶液滴下涂覆部12、溶剂蒸发除去部14、冲洗部16、搬运机构18以及控制器20。这里，染料溶液滴下涂覆部12构成为对搬入到该染料吸附装置10的未处理的基板G进行向基板G上的多孔质半导体层204滴下涂覆染料溶液的第一处理(染料溶液滴下涂覆处理)。溶剂蒸发除去部14构成为进行将溶剂从涂覆到基板G上的半导体层204的染料溶液蒸发而除去该溶剂的第二处理(溶剂除去处理)。另外，冲洗部16构成为进行将附于基板G上的半导体层204的表面的不必要或者多余的染料洗去而除去该染料的第三处理(冲洗处理)。搬运机构18构成为在染料溶液滴下涂覆部12、溶剂蒸发除去部14以及冲洗部16之间逐张转送基板G。控制器20具有微型计算机以及所需的接口，控制该染料吸附装置内的各部的动作，还控制用于执行染料吸附处理的装置整体的顺序。
[0027][一实施方式中的装置构成]
[0028]图2以及图3表示本发明的一实施方式的染料吸附装置10的具体构成。在该实施方式中，对各处理部12、14、16进行模块化。染料溶液滴下涂覆部12将多台例如3台模块12 (1)、12 (2),12 (3)纵向重叠并列配置，并使这3台模块以生产节拍时间Ts的时间差同时(并列)运转。溶剂蒸发除去部14将多台例如12台模块14 (I)?14 (12)在搬运机构18的两侧纵向重叠配置，并使这12台模块以生产节拍时间Ts的时间差同时(并列)运转。冲洗部16将多台例如3台模块16 (1),16 (2),16 (3)纵向重叠配置，并使这3台模块以生产节拍时间Ts的时间差同时(并列)运转。
[0029]在染料溶液滴下涂覆部12，通过外部搬运装置以生产节拍时间TsS周期将新的或者未处理的基板G逐个依次并且反复搬入3台模块12 (1),12 (2),12 (3)。另一方面，从这些模块12 (1)、12 (2),12 (3)以生产节拍时间Ts为周期将染料溶液滴下涂覆处理结束后的基板G通过搬运机构18逐个依次并且反复地搬出。各模块12 (i) (i=l、2、3)的构成以及作用在后面详细叙述。
[0030]搬运机构18将通过染料溶液滴下涂覆部12以生产节拍时间Ts为周期搬出的基板G逐个依次并且反复地投入溶剂蒸发除去部14的模块14 (I)?14 (12)。另一方面，从这些模块14 (I)?14 (12)以生产节拍时间Ts为周期将溶剂除去处理结束后的基板G通过搬运机构18逐个依次并且反复地搬出。各模块14 (j) (j=l、2...12)的构成以及作用在后面详细叙述。
[0031]搬运机构18将从溶剂蒸发除去部14以生产节拍时间Ts为周期搬出的基板G逐个依次并且反复地投入冲洗部16的模块16 (1),16 (2),16 (3) ([3])。另一方面，从这些模块16 (1),16 (2),16 (3)以生产节拍时间Ts的周期将冲洗处理结束后的基板G通过外部搬运装置逐个依次并且反复地搬出。各模块16 (k) (k=l、2、3)的构成以及作用在后面详细叙述。[0032]图4表示搬运机构18的构成。该搬运机构18具有:搬运基座24，其构成为例如沿着一对导轨22在水平的一个方向(X方向)上能够移动；和上下两段搬运臂MU、ML,该上下两段搬运臂MU、ML在该搬运基座24上能够以方位角方向(Θ方向)旋转并且能够在垂直方向(Z方向)上升降，并且能够分别独立地进行水平的进退或者伸缩移动。更详细而言，搬运机构18例如在搬运基座24中具备具有线性马达或者滚珠丝杠机构的升降驱动部(未图示)，在该升降驱动部的升降驱动轴26重叠成两段且可升降地安装上部以及下部搬运主体28U、28L，构成为在升降驱动轴26上使各搬运主体28U、28L在方位角方向(Θ方向)能够分别独立地向任意的方位旋转移动，构成为在搬运主体28U、28L上使两个搬运臂MU、ML能够分别独立地进退或者伸缩移动。各个搬运臂MU、ML构成为能够将矩形的基板G逐个可拆装地载置、担载或者保持。
[0033]这样的构成的搬运机构18能够访问染料溶液滴下涂覆部12的全部的模块12
(I)?12 (3)、溶剂蒸发除去部14的全部的模块14 (I)?14 (12)以及冲洗部16的全部的模块16 (I)?16 (3)。而且，在针对染料溶液滴下涂覆部12的各模块12 (i)的访问中，使用搬运臂MU、ML的任意一方将利用该模块12 (i)进行染料溶液滴下涂覆处理结束后的基板G搬出。在针对溶剂蒸发除去部14的各模块14 (j)的访问中，使用搬运臂MU、ML的任意一方将利用该模块14 (j)进行溶剂除去处理结束后的基板G搬出，替换其而使用搬运臂MU、ML的另一方搬入从染料溶液滴下涂覆部12运出的其它的基板G。而且，在针对冲洗部16的各模块16 (k)的访问中，使用搬运臂MU、ML的任意一方将利用该模块16 (k)进行冲洗处理结束后的基板G搬出，替换其而使用搬运臂MU、ML的另一方搬入从溶剂蒸发除去部14搬出并保持的其它的基板G。
[0034][染料溶液滴下涂覆模块的构成以及作用]
[0035]就图5?图7，对染料溶液滴下涂覆部12中的各模块12 (i)的构成以及作用进行说明。
[0036]如图5所示，染料溶液滴下涂覆模块12 (i)在水平的一个方向(X方向)级联连接，并且分别具有能够形成独立于大气的气氛的3个腔30、32、34。如后所述，在这些3个腔30、32、34中，以流水线方式同时并且分别进行染料溶液滴下涂覆的前处理、本处理以及后处理。
[0037]前端的前置腔30具有适于使I片基板G以平流搬运高效地进出的扁平的空间，且构成为在大气压状态与减压状态之间切换室内的气氛。为了使基板G进出，在前置腔30的平流搬运方向(X方向)在相对置的侧壁，分别安装有面对大气空间的入口侧的门阀36以及用于与后段的主腔32连结的出口侧的闸阀38。在前置腔30中设置有平流搬运用的输送机例如传送带40，在前置腔30的外部设置有具有用于驱动传送带40的马达等的搬运驱动部42。
[0038]前置腔30打开门阀36而在大气压下搬入新的基板G，之后关闭门阀36，并对室内进行抽真空而切换成减压状态。为了该抽真空，在前置腔30的底壁设置有一个或者多个排气口 44。各排气口 44经由排气管46与具有真空泵或者喷射泵的真空排气部48连通。在排气管46的中途设置有开闭阀50。
[0039]另外，前置腔30在打开闸阀38将前处理结束后的基板G向相邻的主腔32送出后，为了迎入下一个新的基板G而关闭闸阀38，从而将室内从减压状态转换为大气压状态。为了从该减压状态向大气压状态的转换，在前置腔30的顶部设置有一个或者多个净化气体导入口 52。各净化气体导入口 52经由气体供给管54与净化气体供给部56连接，在气体供给管54的中途设置有开闭阀58。净化气体例如使用空气或者氮气。在该实施方式中，忧郁前置腔30构成为具有使I片基板G进出所需的最低限度的容积，所以抽真空以及净化均能够以短时间高效地进行。
[0040]在前置腔30的顶部，作为加热干燥用的加热器，还设置有例如平面状的护套式加热器60。另外，在前置腔30的角落或者底部还设置有除湿干燥机62。
[0041]在这样的构成的前置腔30中，对于在传送带40上静止的基板G上的半导体层204，作为染料溶液滴下涂覆的前处理，而在一定时间(例如数十秒)中，选择性地进行利用真空排气部48的减压、利用护套式加热器60的加热和/或利用除湿干燥机62的除湿多种干燥处理或者将上述处理全部同时进行。
[0042]此外，护套式加热器60的加热温度被选定为如在下一工序(主腔32内)中基板G能够在低于染料溶液的沸点的基板温度下接受染料溶液滴下涂覆的本处理的值。因此，在染料溶液的沸点例如是60°C的情况下，将护套式加热器60的加热温度设定为稍微超过60°C的阶段的上限值。通过真空排气部48实现的减压气氛的压力并没有特别限制，但从获得的干燥处理效果和用力效率这两方面考虑，优选为50mTorr?IOOmTorr的范围。另外,通过除湿干燥机62实现的干燥度也并没有特别限制，但从获得的干燥处理效果和用力效率这两方面考虑，则优选为露点一 30°C?一 50°C的范围。
[0043]中间的主腔32为了在这里进行染料溶液滴下涂覆的本处理，而具备:喷嘴64，其滴下排出染料溶液；和扫描机构66，其用于为了进行涂覆扫描而使喷嘴64相对于基板G相对地移动。该实施方式中的扫描机构66在处理中将喷嘴64保持在固定位置，并采用了如下所述的扫描方式，即，利用平流搬运机构例如传送带68，从而使基板G以通过喷嘴64的正下方的方式在水平的一个方向(X方向)移动。在腔32的外部设置有具有用于驱动传送带68的马达等的搬运驱动部70。
[0044]上述闸阀38在主腔32中成为入口侧。将该闸阀38设为打开状态，能够从相邻的前置腔30通过基于两个传送带40、68的平流搬运将基板G移至主腔32。在主腔32的出口侦牝安装有用于与后段的腔34连结的闸阀72。
[0045]该主腔32的室内被构成为被保持在时常减压状态。因此，在主腔32的底壁设置有一个或者多个排气口 74。各排气口 74经由排气管76与具有真空泵的真空排气部78连通。在排气管76的中途设置有开闭阀80。在该实施方式中构成为，主腔32收容喷嘴64，并且具有使I片基板G进出所需的最低限度的容积，所以能够以最小的用力高效地持续抽真空。另一方面，在主腔32的角落或者底部设置有除湿干燥机82。根据这样的构成，在主腔32内对基板G上的半导体层204滴下涂覆染料溶液时，也利用真空排气部78形成减压气氛，并且能够利用除湿干燥机82对室内进行除湿。
[0046]喷嘴64通过设置于主腔32的顶部的喷嘴移动机构84，能够在与传送带68上的基板G以规定的极近距离对置的滴下排出位置和设置在该滴下排出位置的附近的喷嘴待机部86之间移动。喷嘴待机部86构成为具有与喷嘴64的形状以及尺寸对应的上面开口的溶剂积存部。喷嘴64在喷嘴待机部86上待机期间，喷嘴64下面的排出口 65暴露在喷嘴待机部86内的溶剂的蒸气里，由此不会发生堵塞。此外，在喷嘴64与喷嘴待机部86分离期间，优选打开排气线(未图示)进行喷嘴待机部86内的局部排气，以便溶剂的蒸气从喷嘴待机部86向周围漏出。
[0047]喷嘴64经由供给管88与染料溶液供给部90连接。该染料溶液供给部90具备存积染料溶液的容器、从该容器抽出染料溶液并压送至喷嘴64的泵、调整染料溶液的流量或者每单位时间的滴下量的控制阀等。此外，该染料吸附装置所使用的染料溶液是将敏化染料以规定的浓度溶解于溶剂而成的溶液。作为敏化染料，例如使用金属酞菁等金属配合物或者花青类染料、盐基性染料等有机染料。溶剂例如使用乙醇类、乙醚类、酰胺类、碳化氢
坐寸ο
[0048]如图6所示，喷嘴64构成为在与涂覆扫描方向(X方向)正交的水平方向(Y方向)延伸的长条型的喷嘴，在其长边方向并列地设置有一列中空针型或者多孔型的排出口 65。喷嘴64中的排出口 65的口径以及间距与基板G上的电池单元图案即半导体层204的图案的宽度W以及间距P对应。
[0049]在图示的例子中，基板G是能够制出四个太阳能电池面板的四面制类型，基板G上的被处理面被分割为四个产品(面板)区域Mp M2、M3、M4,在各个产品区域内以一定的间距P平行地形成有多个半导体层204的带状图案。这里，第一产品区域乂中的半导体层204的带状图案与第二产品区域M2中的半导体层204的带状图案在同一直线上重叠，第三产品区域％中的半导体层204的带状图案与第四产品区域M4中的半导体层204的带状图案在同一直线上重叠。
[0050]对于这样的四面制类型的基板G,能够优选采用将小型(half size)的喷嘴64A用于第一以及第二产品区域W、M2，将小型的喷嘴64B用于第三以及第四产品区域M3、M4的构成。图中，支承两喷嘴64A、64B的梁状的支承体92与喷嘴移动机构84 (图5)结合。而且，通过在基板G与两喷嘴64A、64B之间与半导体层204的带状图案平行地进行在涂覆扫描方向(X方向)的相对移动，使从两喷嘴64A、64B的各排出口 65滴下排出的染料溶液CS击中基板G上的各对应的半导体层204，如图7所示，能够使基板G上的全部的半导体层204被染料溶液CS的涂覆膜全部均匀地覆盖。
[0051]此外，在图示的例子中，在第一以及第三产品区域Mp M3与第二以及第四产品区域M2' M4之间存在非产品区域，在该部分，半导体层204暂且被中断。在这样半导体层204被中断的位置或者区域，可以在涂覆扫描中暂时停止喷嘴64 (64A、64B)的滴下排出，由此能够进一步提高染料溶液CS的使用效率。
[0052]如上述那样，在该实施方式中，在主腔32内向基板G上的半导体层204滴下供给染料溶液CS之前，在其他室亦即前置腔30内对基板G上的半导体层204选择性地或者多重地实施减压、加热和/或除湿的干燥处理(前处理)。并且，在主腔32内也形成减压气氛，且除湿也能够持续实施。这样，在基板G被搬入至该染料吸附装置10之前在半导体层204几乎完全地除去了在大气中附着或者浸入的水蒸气(杂质)的状态下，实施染料溶液滴下涂覆的本处理，由此使在基板G上滴下涂覆了的染料溶液CS高效且迅速地遍及到多孔质半导体层204的内部，从而能够使染料溶液CS中的染料高纯度且均匀地吸附到半导体层204。
[0053]在该实施方式中，在基板G的后端通过喷嘴64后，使传送带68停止，以将基板G暂且积存在主腔32内。在该期间，主腔32内也维持减压状态。另外，也优选持续除湿。这样，通过在溶液滴下涂覆的本处理结束之后将基板G暂且放置在减压气氛(或者减压以及除湿的气氛)中，来在基板G上顺利地促进半导体层204中的染料吸附。
[0054]在半导体层204中的染料溶液CS的扩散与促进染料的吸附方面而言，通过真空排气部78在主腔32内形成的减压气氛的压力比前置腔30内的减压气氛的压力高的情况为好，优选50mTorr?IOOmTorr的范围。另一方面，通过除湿干燥机82实现的干燥度并没有特别限制，但从获得的染料吸附促进效果和用力效率两方面考虑，优选露点一 30°C?一50°C的范围。
[0055]在该实施方式的染料溶液滴下涂覆模块12 (i)中，由于采用流水线方式，所以基板G在主腔32内停留的时间T32与前置腔30内的停留时间T3tl相同，例如能够设定在数十秒?I分钟的范围内。
[0056]位于最末尾的后置腔34具有适于I片基板G以平流搬运进出的扁平的空间，其在大气压状态与减压状态之间切换室内的气氛。为了使基板G进出，在后置腔34的平流搬运方向(X方向)相对置的侧壁，分别安装有用于与前段的主腔32连结的入口侧的闸阀72与面对大气空间的出口侧的门阀96。在后置腔34中设置有平流搬运用的输送机例如传送带98，在后置腔34外部设置有具有用于驱动传送带98的马达等的搬运驱动部100。
[0057]后置腔34打开闸阀72而在减压下搬入新的基板G，之后关闭闸阀72来对室内进行净化并切换为大气压或者正压。为了抽真空，在后置腔34的底壁设置有一个或者多个排气口 102。各排气口 102经由排气管104而与具有真空泵或者喷射泵的真空排气部106连通。在排气管104的中途设置有开闭阀108。另外，为了净化，在后置腔34的顶部设置有一个或者多个净化气体导入口 110。各净化气体导入口 110经由气体供给管112而与净化气体供给部114连接，在气体供给管112的中途设置有开闭阀116。净化气体例如使用空气或者氮气。在该实施方式中，忧郁后置腔34构成为具有供I片基板G进出所需的最低限度的容积，所以抽真空以及净化均能够以短时间高效地进行。
[0058]在后置腔34的顶部，作为加热干燥用的加热器还设置有例如平面状的护套式加热器118。另外，在后置腔34的角落或者底部还设置有除湿干燥机120。
[0059]在这样的构成的后置腔34中，对于在传送带98上静止的基板G上的半导体层204，作为染料溶液滴下涂覆的后处理，在一定时间(例如数十秒)中，选择性地进行利用净化气体供给部114的大气压或者正压下的净化、利用护套式加热器118的加热和/或利用除湿干燥机120的除湿这样的多种干燥处理或者将上述的处理全部同时进行。这些干燥处理是从滴下涂覆在半导体层204上的染料溶液CS中以比较缓慢的速度除去溶剂并且促进半导体层204中的染料的吸附的处理，也是相对于下一工序或者第二处理(溶剂蒸发除去处理)的前处理。
[0060]这里，由于利用护套式加热器118的加热温度是在染料溶液滴下涂覆的本处理结束之后，所以并没有特别限制，也可以比染料溶液CS的沸点高，但若过高则会给染料吸附中的基板G上的半导体层204带来不希望的热影响，所以优选抑制在200°C以下。另外，通过除湿干燥机120实现的干燥度并没有特别限制，但从获得的干燥处理效果与用力效率这两方面考虑，优选露点一 30°C?一 50°C的范围。
[0061]基板G在后置腔34内停留的时间T34也与前置腔30以及主腔32内的停留时间
T3C1、T32 相同。
[0062][溶剂蒸发除去部以及冲洗部的构成以及作用][0063]图8表示溶剂蒸发除去模块14 (j)的构成。该溶剂蒸发除去模块14 (j)能够使将I片基板G载置来搬运的平板122以滑动式抽出的方式进出主体热处理室124。若搬运机构18使用搬运臂MU、ML的任意一方将从染料溶液滴下涂覆部12运出的基板G放置在平板122上(a)，则平板122滑动移动来将基板G载入主体热处理室124中。在主体热处理室124内，例如在顶部设置有平面状加热器126 (图2)，通过该加热器126，例如以200°C的温度利用I分钟?2分钟左右的时间对基板G上的半导体层204进行加热。通过该热处理，直到附着于基板G上的半导体层204的染料溶液CS的溶剂以及在染料吸附过程中生成的水分几乎完全消失为止进行蒸发。其结果，使半导体层204以高纯度均匀地担载染料。
[0064]在进行如上述那样的热处理即溶剂蒸发除去处理期间，平板122在主体热处理室124外待机(C)。而且，在溶剂蒸发除去处理结束后，平板122进入主体热处理室124中接受基板G，将接受到的基板G送出到外部并在大气下暴露一定时间以进行冷却(b)。之后，通过使平板122所具备的升降销128与搬运臂MU、ML联合进行升降动作，从而在平板122上更换处理完毕的基板G与下一个基板G (a)。
[0065]图9表示冲洗模块16 (k)的主要部分的构成。该冲洗模块16 (k)在环状杯130的内侧中心部设置旋转工作台132，在该旋转工作台132上放置基板G，通过备置于旋转工作台132的机械式或者真空式的卡盘(chuck)机构(未图示)来保持基板G。而且,通过旋转驱动部134并经由旋转轴136使基板G与旋转工作台132 —体地以适当的旋转速度自旋旋转，并且通过在其上方配置的喷嘴138将冲洗液(例如纯水)R以规定的流量喷涂到基板G的表面。在喷嘴138是移动型的情况下，使支承喷嘴138的臂140旋转运动或者摆动，也可以使喷嘴138在基板G的半径方向上进行往复移动。在喷嘴138是安置型的情况下，优选为通过基板G的一次旋转能够覆盖基板G的整个区域的长条型喷嘴。通过该冲洗处理，除去附着在基板G上的半导体层204的表面的不必要的染料。在该冲洗处理结束后，使工作台132高速旋转，来使附着于基板G的冲洗液飞溅，排液(干燥)。
[0066]这样，通过洗去附着于基板G上的半导体层204的表面的不必要的染料，能够提高光电转换效率的再现性以及可靠性。
[0067]如上述那样，在该实施方式的染料吸附装置中，在染料敏化太阳能电池的制造工序中，能够大幅改善使形成于基板G的被处理面的多孔质的半导体层204吸附敏化染料的染料吸附处理的生产率，并且将染料溶液的使用量抑制在所需的最低限度而大幅改善染料使用效率。
[0068][其他实施方式或者变形例]
[0069]以上，对本发明的优选的一实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述的实施方式，在其技术性的思想范围内能够进行其他的实施方式或者各种变形。
[0070]例如，在染料溶液滴下涂覆部12中，伴有模块生产节拍的降低，但也可以是如使用两个腔或者使用单一的腔来实施染料溶液滴下涂覆的前处理、本处理以及后处理的模块结构。在该情况下，在主腔32增设净化机构，并交互地切换利用真空排气部78的抽真空与利用该净化机构的净化即可。
[0071]或者，在染料溶液滴下涂覆部12中，也可以是在大气压或者正压下进行染料溶液滴下涂覆的本处理的模块结构。在该情况下，能够省略真空排气部78。
[0072]也可以对染料溶液滴下涂覆模块12 (i)内的各部分进行各种变形。例如，模块12(i)内的平流搬运机构并不限于传送带，也可以是敷设滚轴的辊输送机等。或者，代替平流搬运机构，也可以是如搬运机器人使用搬运臂来进行基板进出的一切的装置结构。
[0073]另外，为了进行染料溶液滴下涂覆的本处理(涂覆扫描)，也可以使基板G静止，而使喷嘴64在水平方向移动。如上述实施方式(图6)那样，在与半导体层204的带状图案平行的方向(X方向)进行滴下涂覆的扫描是本发明的优选的一个方式，但也可以是其他的方式。例如，也可以在与半导体层204的带状图案正交的方向(Y方向)进行滴下涂覆的扫描。在该情况下，也可以在扫描移动中仅在喷嘴64通过(横穿)半导体层204上时间断地滴下排出染料溶液。或者，虽然染料溶液的使用量增加，但是也可以是喷嘴64连续地滴下排出染料溶液并且使基板G从一端扫描到另一端的方式。喷嘴64也可以具有狭缝形的排出口。
[0074]本发明能够适宜地应用于如上述那样在染料敏化太阳能电池的制造工序中使多孔质的半导体层吸附敏化染料的工序。但是，本发明能够应用于使形成于基板的表面的任意的薄膜(特别是多孔质的薄膜)吸附任意的染料的处理。
[0075]附图标记说明
[0076]10...染料吸附装置；12...染料溶液滴下涂覆部；12 (I)?12 (3),12 (i)...染料溶液滴下涂覆模块；14...溶剂蒸发除去部；14 (I)?14 (12)、14 (j)...溶剂蒸发除去模块；16...冲洗部；16 (I)?16 (3),16 (k)...冲洗模块；18...搬运机构；20...控制器；30...前置腔；32...主腔；34...后置腔;40、68、98...传送带;48、78、106...真空排气部；56、114...净化气体供给部；60、118...护套式加热器；62、82、120...除湿干燥机；64...喷嘴；90...染料溶液供给部。
【权利要求】
1.一种染料吸附装置，其中，其是使染料吸附在形成于基板的被处理面的多孔质的半导体层的染料吸附装置，所述染料吸附装置具有: 染料溶液滴下涂覆部，其具备排出将染料溶解于规定的溶剂的染料溶液的喷嘴，通过所述喷嘴向所述基板上的所述半导体层滴下并涂覆所述染料溶液； 溶剂蒸发除去部，其将溶剂从涂覆到所述基板上的所述半导体层的所述染料溶液中蒸发而除去该溶剂；以及 冲洗部，其将附于所述基板上的所述半导体层的表面的不必要的染料洗去而除去该染料。
2.根据权利要求1所述的染料吸附装置，其中， 所述喷嘴具有多个与形成于所述基板上的所述半导体层的图案对应的口径以及间距的排出口。
3.根据权利要求1所述的染料吸附装置，其中， 所述染料溶液滴下涂覆部具有扫描机构，所述扫描机构在所述喷嘴与所述基板之间进行相对的移动，以便在所述基板上由所述染料溶液的涂覆膜覆盖所述半导体层全部。
4.根据权利要求1所述的染料吸附装置，其中， 所述染料溶液滴下涂覆部具有能够形成独立于大气的气氛的第一腔，在所述第一腔中进行所述染料溶液针对所述基板上的所述半导体层的滴下涂覆。
5.根据权利要求4所述的染料吸附装置，其中，所述染料吸附装置具有: 第一真空排气部，其用于使所述第一腔的室内成为减压状态。
6.根据权利要求4所述的染料吸附装置，其中，所述染料吸附装置具有: 第一除湿干燥机，其用于对所述第一腔的室内进行除湿。
7.根据权利要求4所述的染料吸附装置，其中，所述染料吸附装置具有: 第一搬运机构，其用于使所述基板以平流进出所述第一腔内。
8.根据权利要求1所述的染料吸附装置，其中， 所述染料溶液滴下涂覆部具有能够形成独立于大气的气氛的第二腔，在所述第二腔中进行先于所述染料溶液针对所述基板上的所述半导体层的滴下涂覆的规定的前处理。
9.根据权利要求8所述的染料吸附装置，其中，所述染料吸附装置具有: 第二真空排气部，其用于使所述第二腔的室内成为减压状态。
10.根据权利要求8所述的染料吸附装置，其中， 所述染料吸附装置在所述第二腔内具有:第一加热部，其用于对所述基板上的所述半导体层的表面进行加热。
11.根据权利要求8所述的染料吸附装置，其中，所述染料吸附装置具有: 第二除湿干燥机，其用于对所述第二腔的室内进行除湿。
12.根据权利要求8所述的染料吸附装置，其中，所述染料吸附装置具有: 第二搬运机构，其用于使所述基板以平流进出所述第二腔内。
13.根据权利要求4所述的染料吸附装置，其中， 所述染料溶液滴下涂覆部具有能够形成独立于大气的气氛的第三腔，在所述第三腔中进行接着所述染料溶液针对所述基板上的所述半导体层的滴下涂覆的规定的后处理。
14.根据权利要求13所述的染料吸附装置，其中，所述染料吸附装置具有:净化机构，其向所述第三腔内供给净化气体来使室内成为大气压状态或者正压状态。
15.根据权利要求13所述的染料吸附装置，其中， 所述染料吸附装置在所述第三腔内具有:第二加热部，其对所述基板上的所述半导体层的表面进行加热。
16.根据权利要求13所述的染料吸附装置，其中，所述染料吸附装置具有: 第三除湿干燥机，其用于对所述第三腔的室内进行除湿。
17.根据权利要求13所述的染料吸附装置，其中，所述染料吸附装置具有: 第三搬运机构，其用于使所述基板以平流进出所述第三腔内。
18.—种染料吸附方法，其中，其是使形成于基板的被处理面的多孔质的半导体层吸附染料的染料吸附方法，所述染料吸附方法具有: 第一工序，通过排出将染料溶解于规定的溶剂的染料溶液的喷嘴，向所述基板上的所述半导体层滴下并涂覆所述染料溶液； 第二工序，将溶剂从涂覆到所述基板上的所述半导体层的所述染料溶液中蒸发而除去该溶剂；以及 第三工序，将附于所述基板上的所述半导体层的表面的不必要的染料洗去而除去该染料。
19.根据权利要求18所述的染料吸附方法，其中，` 使用具有多个与所述半导体层的图案对应的口径以及间距的排出口的所述喷嘴，将从所述喷嘴的排出口滴下排出的染料溶液限定在半导体层的图案区域地涂覆。
20.根据权利要求18所述的染料吸附方法，其中， 在所述第一工序中，在所述喷嘴与所述基板之间进行相对的移动，以便在所述基板上由所述染料溶液的涂覆膜覆盖所述半导体层全部。
【文档编号】H01M14/00GK103650233SQ201280031621
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2012年4月24日 优先权日:2011年6月29日
【发明者】古谷悟郎 申请人:东京毅力科创株式会社