CN105322037A - 太阳能电池以及太阳能电池的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及太阳能电池及其制造方法。在薄片状的太阳能电池(200)中，按以下所述顺序重叠第一固化树脂层(40)、含有树脂的基板(10)、光电转换层(100)以及第二固化树脂层(9)。第一固化树脂层(40)的线膨胀系数为第二固化树脂层(9)的线膨胀系数以上，第二固化树脂层(9)的线膨胀系数大于基板(10)的线膨胀系数，与基板(10)相对的第一固化树脂层(40)的第一表面(40a)侧的固化度为C1％并且处于第一表面(40a)相反侧的第一固化树脂层(40)的第二表面(40b)侧的固化度为C2％时，C2大于C1，(C2-C1)为2～15％。太阳能电池(200)的第一固化树脂层(40)侧的表面(S1)翘曲成凸状，太阳能电池(200)的第二固化树脂层(9)侧的表面(S2)翘曲成凹状。

Description

太阳能电池以及太阳能电池的制造方法
技术领域
本发明涉及太阳能电池以及太阳能电池的制造方法。
背景技术
日本专利申请公开2001-127327号公报所记载的那样的薄片状太阳能电池例如作为电源(发电装置)被搭载于手表或者便携式计算机等电子设备。
发明内容
发明所要解决的技术问题
如图5a所示现有的薄片状太阳能电池300例如具备：包含树脂的基板10、重叠于基板10的光电转换层100、重叠于光电转换层100的保护层(第二固化树脂层9)。第二固化树脂层9封闭光电转换层100。第二固化树脂层9的表面为受光面。为了抑制伴随于温度变化的太阳能电池300的尺寸以及形状的变化，基板10由线膨胀系数(热膨胀系数)比较小的树脂进行构成。但是，本发明人发现如果太阳能电池300被加热，则由于包含于第二固化树脂层9的树脂的线膨胀系数大于包含于基板10的树脂的线膨胀系数而，太阳能电池300的受光面(第二固化树脂层9侧的表面S2)翘曲成凸状，并且处于表面S2相反侧的太阳能电池300的表面S1’翘曲成凹状(参照图5a)。以下将像这样的太阳能电池的形状记作为“凸形状”。
如果太阳能电池300伴随于温度上升而变形成凸形状，则在电子设备中太阳能电池300的受光面(第二固化树脂层9侧的表面S2)与本来不可接触的部分相接触。例如，在太阳能电池被搭载于手表的情况下，如图5b所示以受光面(第二固化树脂层9侧的表面S2)与文字盘14相对的状态，太阳能电池300通过垫圈12被设置于文字盘14之下。如果该太阳能电池300伴随于温度上升而变形成凸形状，则如图5b所示太阳能电池300的受光面接触于文字盘。其结果为太阳能电池或者手表的性能或者手表的外观被损坏。伴随于近年来的手表小型化以及薄型化，太阳能电池300与文字盘14之间的间隔变得越来越窄，并且太阳能电池300的表面S2变得容易接触到文字盘14。
与手表的情况相同，对于电子设备全体来说太阳能电池伴随于温度上升而变形成凸形状是一个实际存在的问题。总之，因为伴随于近年来的电子设备的小型化以及薄型化，而在电子设备中对于太阳能电池的设置来说被允许的空间变得越来越狭窄，所以抑制伴随于温度上升的太阳能电池的变形是一个重要的技术问题。
本发明人尝试了通过用具有与第二固化树脂层9相同的组成以及厚度的固化树脂层覆盖位于保护层(第二固化树脂层9)相反侧的基板10的表面S1’而对称性地配设太阳能电池的结构，从而抑制太阳能电池300变形成凸形状。然而，在依次形成这2个固化树脂层的时候，因为树脂的固化·收缩所以一方的固化树脂层先发生变形，因而太阳能电池300即使是在室温条件下也变成凸形状。
为了对称性地配设太阳能电池的结构而在用一对基板10来夹持光电转换层100的情况下太阳能电池的制造成本会上升并且制造方法会变得复杂。
本发明就是借鉴了以上所述技术问题而悉心研究出的结果，其目的在于提供一种难以呈现凸形状并且能够抑制太阳能电池伴随于温度上升而变形成凸形状的太阳能电池以及太阳能电池的制造方法。
解决技术问题的手段
本发明的一个侧面所涉及的太阳能电池是一种薄片状的太阳能电池，具备第一固化树脂层、重叠于第一固化树脂层并且含有树脂的基板、重叠于基板的光电转换层、重叠于光电转换层的第二固化树脂层，包含于第一固化树脂层中的固化树脂的线膨胀系数为包含于第二固化树脂层中的固化树脂的线膨胀系数以上，包含于第二固化树脂层中的固化树脂的线膨胀系数大于包含于基板中的树脂的线膨胀系数，与基板相对的第一固化树脂层的第一表面侧的固化度为C1％并且处于第一表面相反侧的第一固化树脂层的第二表面侧的固化度为C2％时，C2大于C1，(C2-C1)为2～15％，太阳能电池的第一固化树脂层侧的表面翘曲成凸状，太阳能电池的第二固化树脂层侧的表面翘曲成凹状。
关于本发明的一个侧面，第一固化树脂层的厚度可以是5～50μm，第二固化树脂层的厚度可以是3～30μm。
关于本发明的一个侧面，第一固化树脂层可以由紫外线固化型环氧树脂来形成。
关于本发明的一个侧面，第一固化树脂层的内部应力可以大于第二固化树脂层的内部应力。
关于本发明的一个侧面，第一固化树脂层可以厚于第二固化树脂层。
本发明的一个侧面所涉及的太阳能电池的制造方法是一种上述太阳能电池的制造方法，具备将光电转换层形成于基板上的工序、将第二固化树脂层形成于光电转换层上的工序、通过在使紫外线固化型树脂附着于位于光电转换层相反侧的基板表面并使热沉(散热器)接触于第二固化树脂层的状态下将紫外线照射于紫外线固化型树脂从而形成第一固化树脂层的工序。
发明效果
根据本发明，能够提供一种难以具有凸形状并且能够抑制太阳能电池伴随于温度上升而变形成凸形状的太阳能电池以及太阳能电池的制造方法。
附图说明
图1a是本发明的一个实施方式所涉及的太阳能电池的模式图，并且是表示在第一固化树脂层、基板、光电转换层以及第二固化树脂层进行重叠的方向上的太阳能电池截面的示意图，图1b是表示本发明的一个实施方式所涉及的太阳能电池被搭载于手表的状态的模式图。
图2是本发明的一个实施方式所涉及的太阳能电池的模式图，并且是表示在第一固化树脂层、基板、光电转换层以及第二固化树脂层进行重叠的方向上的太阳能电池的截面的示意图。
图3a～3c是表示本发明的一个实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的模式图。
图4是用于本发明的一个实施方式所涉及的太阳能电池的制造方法的热沉的三视图。
图5a是现有的太阳能电池的模式图，并且是表示在基板、光电转换层以及第二固化树脂层进行重叠的方向上的太阳能电池截面的示意图，图5b是表示现有的太阳能电池被搭载于手表的状态的模式图。
具体实施方式
以下是根据不同的情况参照附图来就本发明的优选的实施方式进行说明。但是，本发明不限定于以下所述的实施方式。在附图中将相同符号标注于相同或者同等的结构要素。
(太阳能电池)
如图1a以及图2所示，本实施方式所涉及的太阳能电池200为薄片状太阳能电池。太阳能电池200具备第一固化树脂层40、重叠于第一固化树脂层40的一部分或者整体的基板10、重叠于基板10的一部分或者整体的光电转换层100、重叠于光电转换层100的一部分或者整体的第二固化树脂层9(保护层)。基板10为薄膜状并且含有树脂。
包含于第一固化树脂层40中的固化树脂的线膨胀系数为包含于第二固化树脂层9中的固化树脂的线膨胀系数以上。包含于第二固化树脂层9中的固化树脂的线膨胀系数大于包含于基板10中的树脂的线膨胀系数。
在与基板10相对的第一固化树脂层40的第一表面40a侧的固化度为C1％并且处于第一表面40a相反侧的第一固化树脂层40的第二表面40b侧的固化度为C2％的时候，C2大于C1，(C2-C1)为2～15％。(C2-C1)优选为2.6～13.5％，更加优选为3～10％。所谓固化树脂层的表面侧的固化度，例如可以是离该表面的距离(深度)为5μm以下的区域中的固化树脂的固化度。
树脂的固化度C(％)例如由以下所述式1进行表示。
C＝[1-(i×is/iso)/io]×100(1)
上述式(1)中i0是表示固化树脂前躯体即未反应的单体(完全没有固化的树脂)的在红外光谱的波数w上的强度。所谓iso是未反应的单体的在红外光谱的波数ws上的强度，并且是在树脂固化(固化反应)前后大致一定的强度。总之，所谓波数ws是由来于单体分子结构当中不会由固化反应而发生变化的部分。所谓i是固化度为未知的树脂(固化度要被确定的试样)的红外光谱的波数上的强度。所谓is是固化度为未知的树脂的红外光谱的波数ws上的强度。因为波数ws是由来于单体分子结构当中不会由固化反应而发生变化的部分，所以理论性地来说固化树脂的is成为与单体的iso大致相等。但是，在实际测定过程中因为不仅固化度还有其他种种因素也会影响到红外光谱，所以每次测定红外光谱的强度是不同的。因此，is的测定值并不一定与iso的测定值相一致，测定值i与io之比(i/io)不仅会受到固化度还会受到其他因素的影响。因此，为了根据测定值i以及i0计算出正确的固化度C而有必要将i标准化并且补正由于固化度以外的因素引起的固化度误差。根据像这样的理由将is/iso作为补正系数并乘以i来对强度i实行标准化，通过对被标准化了的i(总之，i×is/iso)和io作比较从而求得固化度C。io可以是从未反应的单体的红外光谱的波数w上的强度减去光谱全体的基准线强度的补正值。iso可以是从未反应的单体的红外光谱的波数ws上的强度减去光谱全体的基准线强度的补正值。i可以是从固化度为未知的树脂的红外光谱的波数w上的强度减去光谱全体的基准线强度的补正值。is可以是从固化度为未知的树脂的红外光谱的波数ws上的强度减去光谱全体的基准线强度的补正值。
波数w是在未反应的单体的红外光谱与完全固化的固化树脂的红外光谱之间有着显著差异的强度的波数。波数w依存于固化树脂或者单体的种类(分子结构)。例如，波数w可以是由来于单体的分子结构当中由固化反应而发生变化的部分(对于完全固化的固化树脂来说没有的结构)的波数。总之，波数w可以是由来于单体的分子结构当中直接参与单体之间结合的部分的波数。在此情况下，在完全固化的固化树脂的红外光谱中难以显现波数为w上的波峰。在此情况下，io大于i并且所谓io≥i≥0的不等式成立。上述各个红外光谱例如是由傅立叶变换型的红外光谱法(FT-IR)进行测定的。
如以上所述，式(1)意味着根据固化度为未知的树脂的红外光谱计算出树脂的固化度。正如从式(1)就可明了那样固化度C是对应于固化反应的反应率的数值。
在求得第一固化树脂层40的第一表面40a侧的固化硬度C1的情况下，例如测定由与第一固化树脂层40相同的原料(包含单体)进行形成并且完全固化的树脂的红外光谱。另外，测定第一固化树脂层40的原料(未固化的原料)的红外光谱。根据这些红外光谱选定w以及ws，并求得在波数w上的io以及在波数ws上的iso。或者，只根据第一固化树脂层40的原料(未固化的原料)的红外光谱选定w以及ws，并求得在波数w上的io以及在波数ws上的iso。于是，根据这些值导出上述式(1)。接着，从太阳能电池200剥除第一固化树脂层40，并测定第一固化树脂层40的第一表面40a的红外光谱。根据该测定结果求得第一表面40a的i以及is。于是，根据上述式(1)计算出第一表面40a的固化度C1。另外，测定处于第一表面40a相反侧的第一固化树脂层40的第二表面40b的红外光谱。根据该测定结果求得第二表面40b的i以及is。于是，根据上述式(1)计算出第二表面40b的固化度C2。
太阳能电池200的第一固化树脂层40侧的表面S1翘曲成凸状，太阳能电池200的第二固化树脂层9侧的表面S2翘曲成凹状。太阳能电池200的第一固化树脂层40侧的表面S1与第一固化树脂层40的第二表面40b相同。太阳能电池200的第二固化树脂层9侧的表面S2为第二固化树脂层9的外表面，并且是受光面。
以下将太阳能电池200的第一固化树脂层40侧的表面S1翘曲成凸状并且太阳能电池200的第二固化树脂层9侧的表面S2(受光面)翘曲成凹状的结构记作为太阳能电池的“凹形状”。还有，为了图示方便起见图2所表示的太阳能电池200是以不翘曲的形式被显示，但是实际的太阳能电池200如图1a所示具有凹形状。
在温度为25℃并且相对湿度(RH)为50％的环境条件下，太阳能电池200具有凹形状。包含于第一固化树脂层40中的固化树脂的线膨胀系数为包含于第二固化树脂层9中的固化树脂的线膨胀系数以上，因为C2大于C1并且(C2-C1)为2～15％，所以太阳能电池200例如即使被加热到80℃也能够抑制太阳能电池200变形成凸形状。总之，即使太阳能电池200的温度上升也能够维持太阳能电池200的凹形状。假设在包含于第一固化树脂层40中的固化树脂的线膨胀系数为包含于第二固化树脂层9中的固化树脂的线膨胀系数以下的情况下或者在没有第一固化树脂层40的情况下，因为包含于第二固化树脂层9中的固化树脂的线膨胀系数大于包含于基板10中的树脂的线膨胀系数，所以在室温条件下太阳能电池200具有凸形状，并且在室温条件下凹形状的太阳能电池200由于加热而变形成凸形状。假设在(C2-C1)为小于2％的情况下，在室温条件下太阳能电池200具有凸形状。假设(C2-C1)为大于15％的情况下，在室温条件下太阳能电池200能够具有凹形状，但是如果被加热的话则变形成凸形状。
如以上所述本实施方式所涉及的太阳能电池200具有凹形状，并且即使被加热也能够维持凹形状。因此，如图1b所示在受光面(第二固化树脂层9侧的表面S2)与文字盘14相对的状态下，在太阳能电池200通过垫圈12被设置于文字盘14之下的情况下太阳能电池200的受光面难以接触到文字盘14。即使是在太阳能电池200被设置于手表以外的电子设备的被限制的狭窄空间的情况下，太阳能电池200的受光面也难以与本来不可以接触的部分相接触。
根据具体例子说明本实施方式所涉及的作用效果。例如，基板10是由线膨胀系数为20ppm/℃的树脂[例如聚萘二甲酸乙二醇酯(polyethylenenaphthalate)]所构成，第二固化树脂层9是由线膨胀系数为55ppm/℃的固化树脂所构成，如果在没有第一固化树脂层40的情况下太阳能电池被放置的环境温度上升的话则由于线膨胀系数的差异而太阳能电池容易成为凸形状。例如，在环境温度从25℃变化到80℃的情况下因为线膨胀系数的差分(35ppm/℃)与温度变化量(55℃)之积为1925ppm，所以第二固化树脂层9比基板10更会膨胀，因而太阳能电池容易变成凸形状。但是，在本实施方式中第一固化树脂层40以及第二固化树脂层9相对于基板10被对称配置，并且包含于第一固化树脂层40中的固化树脂的线膨胀系数因为是包含于第二固化树脂层9中的固化树脂的线膨胀系数以上，所以能够抑制太阳能电池200由于温度变化而变形成凸形状。但是，本实施方式所涉及的作用效果并不限定于上述具体例子。
包含于第一固化树脂层40中的固化树脂的线膨胀系数(线膨胀系数的平均值)例如可以是60～120ppm/℃或者80～120ppm/℃。包含于第一固化树脂层40中的固化树脂可以是光固化树脂或者热固化树脂。包含于第一固化树脂层40中的固化树脂例如可以是环氧树脂以及氧杂环丁烷树脂当中一种或者双方。环氧树脂以及氧杂环丁烷树脂可以被光(例如紫外线)或者热固化。环氧树脂例如可以选自双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、酚醛型环氧树脂、二环戊二烯型环氧树脂、脂环族环氧树脂、萘型环氧树脂、二苯型环氧树脂、多官能团型环氧树脂当中至少一种。上述固化树脂的线膨胀系数都在上述范围内。通过混合上述固化树脂当中的多个种类从而就可以将固化树脂整体的线膨胀系数调整到所希望的值。例如，通过将2个官能团的双酚A型环氧树脂或者2个官能团的脂环族环氧树脂调配于主成分氧杂环丁烷树脂中从而就能够调制出具有比较大的线膨胀系数的固化树脂。例如，多官能团型环氧树脂、萘型环氧树脂以及二环戊二烯型环氧树脂当中的一种或者这三种树脂的混合物具有比较小的线膨胀系数。从树脂的反应速度(固化速度)、低收缩率以及大的线膨胀系数的观点出发优选将脂环族环氧树脂或者氧杂环丁烷树脂用于第一固化树脂层40。
光固化树脂比热固化树脂更容易控制固化度。因此，第一固化树脂层40例如可以由紫外线固化型环氧树脂来进行形成。在此情况下，在第一固化树脂层40的形成过程中容易将上述固化度C1、C2以及(C2-C1)控制在所希望的值。
第一固化树脂层40可以只由上述固化型树脂来进行构成。第一固化树脂层40除了主要成分固化树脂之外也可以含有作为副成分的后面所述的多个填料。
包含于第二固化树脂层9中的固化树脂的线膨胀系数(线膨胀系数的平均值)例如可以是50～70ppm/℃。包含于第二固化树脂层9中的固化树脂例如可以是如热固化型树脂。包含于第二固化树脂层9中的热固化型树脂例如可以是选自酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、三聚氰胺树脂(MF)、脲醛树脂(UF)、不饱和聚酯树脂(UP)、聚酰亚胺树脂(PI)、聚氨酯树脂(PUR)、苯氧基树脂以及醇酸树脂当中至少一种。第二固化树脂层9可以只由上述固化型树脂来进行构成。包含于第二固化树脂层9中的固化树脂也可以是光固化型树脂。第二固化树脂层9除了主要成分固化树脂之外也可以含有作为副成分的多个填料。通过含有填料从而由对第二固化树脂层9的印刷来完成的成形就变得容易了，因而太阳能电池的美观性提高，太阳能电池的转换效率提高并且树脂层的机械强度也会有所提高。填料并没有特别的限定。填料可以是有机填料。有机填料例如可以是交联丙烯酸树脂、交联苯乙烯树脂、交联聚氨酯树脂、或者硅酮树脂。填料也可以是无机填料。无机填料例如可以是二氧化硅那样的氧化物、氢氧化钙那样的氢氧化物、碳酸钙那样的碳酸盐、硫酸钡那样的硫酸盐、或者滑石、云母或者钙硅石那样的硅酸盐。填料的粒径例如可以是5nm～10μm或者10nm～1μm。填料的添加量如果是对应于固化前的树脂的粘度以及树脂的涂布方法调整到能够获得恰当的树脂粘度以及触变性的程度的话即可。
包含于基板10中的树脂的线膨胀系数(线膨胀系数的平均值)例如可以是10～40ppm/℃。包含于基板10的树脂例如可以选自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰亚胺(PI)、聚醚酰亚胺(PEI)、聚苯硫醚(PPS)、液晶聚合物(LCP)、聚醚醚酮(PEEK)、非晶聚芳酯(PAR)以及芳纶树脂(aramidresin)当中的至少一种。通过压延这些耐热性优异的树脂从而形成基板10。基板10可以只由上述树脂进行构成。在由上述树脂构成的基板10当中，由PEN构成的基板10在线膨胀系数小并且尺寸稳定性方面相对表现比较优异。
就第一固化树脂层40而言伴随于温度上升而不断向树脂的固化·收缩的方向发展，并且伴随于树脂的固化·收缩而产生内部应力。对于第二固化树脂层9来说也是如此。第一固化树脂层40的内部应力可以大于第二固化树脂层9的内部应力。在此情况下，太阳能电池200容易具有凹形状，并且即使太阳能电池200的温度上升也容易维持凹形状。总之，相对于太阳能电池200的温度变化，太阳能电池200的凹形状容易稳定。伴随于温度变化而在各个固化树脂层上产生的内部应力例如能够根据下述式(2)简单地进行计算。
α＝Δt×CTE×Y×T(2)
式(2)中的α为内部应力。Δt为固化树脂层的温度变化量(t2-t1)。CTE为包含于固化树脂层中的树脂的线膨胀系数。Y为固化树脂层的杨氏模量(弹性率)。T为固化树脂层的厚度。
例如，第二固化树脂层9的温度从25℃变化到80℃(Δt为55℃)，包含于第二固化树脂层9中的树脂的线膨胀系数为55ppm/℃，在80℃(t2)条件下的第二固化树脂层9的杨氏模量为2.5GPa，第二固化树脂层9的厚度为10μm，此时第二固化树脂层9的内部应力大约为76Pa。因此，如果第一固化树脂40的内部应力大于76Pa，则太阳能电池200容易具有凹形状，因而即使太阳能电池200的温度上升也容易维持凹形状。总之，如果以第一固化树脂层40的内部应力变得大于第二固化树脂层9的内部应力的形式，将比包含于第二固化树脂层9中的固化树脂的线膨胀系数来得大的固化树脂用于第一固化树脂层40的话即可。可以对应于各个固化树脂的杨氏模量来调整各个固化树脂的厚度，从而平衡杨氏模量以及厚度。但是，本实施方式并不限定于上述具体例子。
第一固化树脂层40可以厚于第二固化树脂层9。在此情况下，正如根据上述式(2)就可明了那样第一固化树脂层40的内部应力容易变得大于第二固化树脂层9的内部应力。
第一固化树脂层40的厚度T1(例如平均厚度)例如可以是5～50μm，第二固化树脂层9的厚度T2(例如平均厚度)例如可以是3～30μm。在T1以及T2为上述范围的情况下，第一固化树脂层40的内部应力变得容易大于第二固化树脂层9的内部应力。根据同样理由，基板10的厚度(例如平均厚度)例如可以是25～150μm。
光电转换层100具有下部电极20、光电转换部30、绝缘树脂层6、透明电极层7以及配线层8。
下部电极20被设置于基板10上。下部电极20是由导电材料所构成。下部电极20可以由反射光的金属来进行构成。例如，下部电极20可以含有选自铝、钛、银以及不锈钢当中至少一种金属。下部电极20也可以是由多个金属层进行构成的层叠体。下部电极20例如是由溅射法来进行形成的。
光电转换部30被设置于下部电极20上。在非晶硅类的太阳能电池中，例如n型非晶硅薄膜30n、i型非晶硅薄膜30i以及p型非晶硅薄膜30p就按此顺序重叠于下部电极20上。构成光电转换部30的各个薄膜例如是由等离子CVD或者溅射法来进行形成的。光电转换部30也可以是除了上述之外的其他类型的光电转换部。
透明电极层7被形成光电转换部30上。透明电极层7例如可以由ITO(氧化铟-锡化合物)来进行构成。透明电极层7例如可以由溅射法来进行形成。
在下部电极20、光电转换部30以及透明电极层7上形成有贯通它们的开口h1以及h2。开口h1以及h2例如是由激光加工法来进行形成的。开口h1是为了形成单电池(unitcell)而在水平方向上分离下部电极20、光电转换部30以及透明电极层7的层叠结构，并且让这些构件互相绝缘。
绝缘树脂层6被埋入到开口h1。绝缘树脂层6例如是由使用了绝缘油墨的丝网印刷法来进行形成的。在由丝网印刷法来使绝缘油墨附着于所希望的位置之后，通过用烘箱加热绝缘油墨并使之干燥从而形成绝缘树脂层6。绝缘油墨例如可以是日本专利第3594711号所记载的那样的苯氧基树脂或者环氧树脂、多官能团异氰酸酯化合物、有机溶剂的混合物。或者，绝缘油墨例如可以是日本专利申请公开平11-140147号所记载的那样的选自饱和聚酯树脂、环氧树脂、丙烯酸树脂以及聚酰胺树脂中的至少一种、三聚氰胺树脂、有机溶剂的混合物。有机溶剂如果是能够溶解上述树脂的有机溶剂的话即可，例如可以是环己酮、异佛乐酮(isophorone)、γ-丁内酯、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇单丁醚乙酸酯(butylcellosolveacetate)、或者丁基卡必醇醋酸酯(butylcarbitolacetate)。既可以单独使用上述有机溶剂也可以进行混合使用。
开口h2接近于开口h1。配线层8随着充填开口h2而延伸到跨过充填开口h1的绝缘树脂层6的顶部进行邻接的单电池u的透明电极层7之上的一部分。由此，各个单电池u被电串联连接。
配线层8是由导电材料所构成。例如，在由丝网印刷法将由树脂和分散于树脂中的导电性粒子构成的导电油墨附着于所希望位置之后，通过用烘箱来加热导电油墨并使之干燥从而形成配线层8。导电性粒子例如可以由碳黑、石墨或者银来进行构成。
(太阳能电池的制造方法)
如图3a所示，在本实施方式所涉及的太阳能电池200的制造方法中，首先是将光电转换层100形成于基板10上。对于光电转换层100的形成来说因为要使用等离子CVD或者溅射法，所以在光电转换层100与基板10之间会产生温度差并且会产生压缩基板10的应力。其结果在由图3a所表示的光电转换层100以及基板10构成层叠体上，光电转换层100的表面会翘曲成凸状。
如图3b所示，在形成第一固化树脂层40之前将第二固化树脂层9形成于光电转换层100上。例如先调制包含未固化的树脂和聚合引发剂以及溶剂的涂料。未固化的树脂可以是热固化型树脂或者光固化型树脂。聚合引发剂可以是热聚合引发剂或者光聚合引发剂。由丝网印刷等方法将该涂料涂布于光电转换层100的表面从而形成涂膜。在使用热固化型树脂的情况下，通过加热涂膜从而使热固化反应持续进行并形成第二固化树脂层9。第二固化树脂层9的表面由于涂膜的固化·收缩而会翘曲成凸状。但是，通过调整涂膜的厚度就会使第二固化树脂层9的表面平坦并且能够使其翘曲成凹状。总之，通过调整涂膜的厚度从而就能够调整第二固化树脂层9表面的翘曲方向以及程度。但是，即使使第二固化树脂层9的表面翘曲成凹状，如果没有第一固化树脂层40的话则第二固化树脂层9也会伴随于温度上升而发生膨胀并且第二固化树脂层9的表面翘曲成凸状。假设在形成第二固化树脂层9之前就形成第一固化树脂层40，在此情况下容易形成翘曲的半成品并且难以运送翘曲的半成品。
如图3c所示，在第二固化树脂层9形成之后按以下所述顺序形成第一固化树脂层40。首先，调制包含线膨胀系数比用于形成第二固化树脂层9的树脂来得大的紫外线固化型树脂(未固化的树脂)的涂料。将该涂料涂布于位于光电转换层100相反侧的基板10的表面从而形成前驱体层40c(涂膜)。在使热沉16接触于第二固化树脂层9的表面(表面S2)的状态下，将紫外线L照射于前驱体层40c的外表面(40b)。其结果是前驱体层40c中的紫外线固化型树脂的固化(光聚合反应)持续进行，从而形成第一固化树脂层40，并完成太阳能电池200。
在假设不使热沉16接触于第二固化树脂层9的表面就使前驱体层40c中的紫外线固化型树脂固化的情况下，由于由紫外线光源产生的热和光聚合反应的反应热，而在前驱体层40c整体中紫外线固化型树脂的固化反应急剧进行。其结果为将上述固化度C2增大到大于固化度C1是困难的，并且将(C2-C1)控制在2～15％也会变得困难。总之，在不使用热沉16的情况下，在前驱体40c整体中紫外线固化型树脂的固化·收缩容易均匀地进行，并且太阳能电池200容易成为凸形状。另外，在本实施方式中由碰到第二固化树脂层9的表面(表面S2)的热沉16而实行放热。通过放热从而在紫外线被照射的前驱体40c的外表面(40b)与前驱体层40c的深部(与基板10相接触的前驱体层40c的内表面(40a))之间产生温度差。由于该温度差而在前驱体层40c的外表面与前驱体层40c的深部之间会产生光聚合反应的反应速度差。总之，在前驱体层40c深部的紫外线固化型树脂的固化会慢一些。由于该反应速度差(反应速度的控制)而在与基板10相对的第一固化树脂层40的第一表面40a与处于第一表面40a相反侧的第一固化树脂层40的第二表面40b之间会产生固化度的差(或者应力的差)。总之，固化度C2变得大于固化度C1。其结果为第一固化树脂层40的第二表面40b(太阳能电池200的表面S1)翘曲成凸状，第二固化树脂层9的表面(太阳能电池200的表面S2)翘曲成凹状。由前驱体层40c的厚度、热沉16的热导率以及比热、紫外线L的照射量、紫外线L照射时的前驱体层40c表面温度就能够控制固化度的差(C2-C1)以及第一固化树脂层40的第二表面40b的翘曲程度。
照射于前驱体层40c的外表面(40b)的紫外线L的累计光量例如可以是300～1200mJ/cm2。累计光量越小则固化度的差(C2-C1)越容易变大。累计光量越大则固化度的差(C2-C1)越容易变小。
热沉16可以由热导率和比热大的材料来进行构成。例如，热沉可以由选自锌、铝、硬铝(duralumin)、金、银、钨、铜以及镁当中至少一种金属来进行构成。在这些金属中，铝比较便宜并且加工也容易。热沉16的热导率例如可以是150～420W/mK。
如图3c以及图4所示，碰到第二固化树脂层9的表面(表面S2)上的热沉16的表面16a可以具有R形状。总之，热沉16的表面16a可以是曲面。在此情况下，热沉16的表面16a因为容易紧密附着于第二固化树脂层9的表面，所以难以产生两者之间的间隙并且两者的位置难以偏离。其结果为热容易从第二固化树脂层9的表面传导到热沉16的表面16a，并且由热沉16进行的散热变得容易。热沉16的表面16a也可以是平坦的。
在由紫外线固化型树脂来形成第一固化树脂层40的情况下，与使用热固化型树脂的情况相比较相对容易控制反应速度(固化速度)，并且容易控制第一固化树脂层40中的固化度的差(C2-C1)。紫外线固化型树脂例如可以是如环氧树脂那样固化反应难以受氧的影响的树脂。在此情况下，因为紫外线所碰到的前驱体层40c的外表面(40b)先于前驱体层40c的内部进行固化，所以第一固化树脂层40的第二表面40b(太阳能电池200的表面S1)容易翘曲成凸状。总之，在使用固化反应难以受氧的影响的树脂的情况下，容易控制第一固化树脂层40中的固化度的差。
假设在使用如丙烯酸树脂那样固化反应容易受氧的影响的树脂的情况下，前驱体层40c的外表面(40b)上的固化反应被氧阻碍并且前驱体层40c的内部先于外表面进行固化。其结果为第一固化树脂层40的第二表面40b(太阳能电池200的表面S1)容易翘曲成凹状。但是，在隔断氧的气氛中固化前驱体层40c的情况下，也可以由固化反应容易受氧的影响的树脂来形成第一固化树脂层40。
第一固化树脂层40的原料即涂料例如可以含有作为反应引发剂的阳离子型光聚合引发剂。阳离子型光聚合引发剂例如可以是锍盐、碘鎓盐(iodoniumsalt)、重氮盐、或者芳茂铁盐(ferroceniumsalt)等。从容易控制反应速度的观点出发优选使用锍盐。另外，涂料除了阳离子型光聚合引发剂之外还可以含有增感剂或者热聚合引发剂。
前驱体层40c例如可以由丝网印刷法来进行形成。印刷网版(网目(screenmesh))的目数例如可以是50～400目/英寸。网目的材质例如是对应于包含于涂料中的紫外线固化型树脂(未固化树脂)的组成来进行选定。网目例如可以由不锈钢、聚酯或者尼龙来进行构成。
[实施例]
以下是由实施例以及比较例来进一步详细说明本发明，但是本发明不会被这些实施例以及比较例限定。
(实施例1)
[光电转换层的形成]
按以下所述程序将图2所表示的光电转换层100形成于薄片状的基板10的表面整体。
将不锈钢层形成于基板10的表面整体并将铝层形成于不锈钢层的表面整体。总之，将具备不锈钢层和铝层的层叠体(下部电极20)形成于基板10上。不锈钢层以及铝层是由溅射法来形成的。基板10是由聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)所构成。基板10的尺寸为纵320mm×横200mm×厚100μm。
将具有PIN结的非晶硅层(光电转换部30)形成于下部电极20上。非晶硅层是由等离子CVD来形成的。
接着，将由ITO构成的透明电极层7形成于光电转换部30上。透明电极层7是由溅射法来形成的。
由激光加工将开口h1形成于下部电极20、光电转换部30以及透明电极层7并将这些构件分割成5个单元。作为激光是使用YAG激光。另外，开口h2也是由激光来形成的。
在由丝网印刷来印刷绝缘树脂层用油墨之后，在烘箱中以160℃加热油墨并使之干燥，从而形成将单电池彼此分割的绝缘树脂层6。
在由丝网印刷法来印刷碳黑分散了的导电油墨之后，在烘箱中以160℃的温度条件加热油墨并使之干燥，从而形成配线层8。
经过以上所述工序从而完成光电转换层100的制作。
[第二固化树脂层的形成]
混合γ-丁内酯100质量分以及乙二醇丁醚乙酸酯(butylcellosolveacetate)50质量分来调制溶剂。一边搅拌该溶剂一边相对于溶剂150质量分添加饱和聚酯树脂(热固化型树脂)100质量分。作为饱和聚酯树脂是使用东洋纺株式会社制的バイロン200(商品名)。在饱和聚酯树脂被完全溶解于溶剂之后，一边搅拌溶剂一边将消泡剂2.5质量分和交联丙烯酸树脂珠粒50质量分加入到溶剂中。作为交联丙烯酸树脂珠粒是使用根上工业株式会社制的J-4PY。交联丙烯酸树脂珠粒的平均粒径为2.2μm。
在将消泡剂以及交联丙烯酸树脂珠粒添加到溶剂中之后，将固化剂n-丁基化三聚氰胺树脂40质量分添加到溶剂中并混合溶剂。作为n-丁基化三聚氰胺树脂是使用三井化学株式会社制的ユーバン21R(商品名)。经过以上所述工序从而调制出第二固化树脂层用涂料。
在由丝网印刷法来将第二固化树脂层用涂料涂布于光电转换层100的整个表面之后，通过在烘箱中以150℃加热油墨并使之干燥从而使涂料内的热固化反应进行并形成第二固化树脂层9。第二固化树脂层9的厚度被调整成10μm。
[第一固化树脂层的形成]
调制含有以下所述成分的树脂的混合物。
3’,4’-环氧环己基甲基(紫外线固化型树脂)50质量分(日本DaicelCorporation制的CELLOXIDECEL2021P)；氧杂环丁烷(紫外线固化型树脂)50质量分(东亚合成株式会社制的OXT-221)；光聚合引发剂2质量分(BASF公司制的IRGACURE290)。
一边搅拌上述树脂的混合物一边将疏水性气相二氧化硅(fumedsilica)10质量分添加于混合物中，从而调制出第一固化树脂层用涂料。作为疏水性气相二氧化硅(fumedsilica)是使用NIPPONAEROSILCO.,LTD.制的AEROSILR972。
由丝网印刷法来将第一固化树脂层用涂料涂布于位于光电转换层100相反侧的基板10的表面从而形成前驱体层40c。前驱体层40c的厚度被调整成30μm。在将第二固化树脂层9的表面(表面S2)载置于由铝构成的热沉16上的状态下，将紫外线L照射于前驱体层40c的外表面(40b)。紫外线的累计光量(UV累计光量)被调整到下述表1所表示的值。将热敏标签贴附于前驱体层40c的外表面，测定在紫外线L被照射时的前驱体层40c的外表面的温度(表面温度)。表面温度为下述表1所表示的值。由紫外线的照射而使前驱体层40c中的紫外线固化型树脂的固化(光聚合反应)进行，从而形成第一固化树脂层40。
经过以上所述工序从而制作出实施例1的薄片状的太阳能电池200。太阳能电池200具备第一固化树脂层40、重叠于第一固化树脂层40的基板10、重叠于基板10的光电转换层100、重叠于光电转换层100的第二固化树脂层9。构成第一固化树脂层40的固化树脂的平均线膨胀系数为100ppm/℃。构成第二固化树脂层9的固化树脂的平均线膨胀系数为60ppm/℃。构成基板10的聚萘二甲酸乙二醇酯的线膨胀系数为20ppm/℃。太阳能电池200具备被串联连接的5个单电池u。各个单电池的有效面积(受光面的面积)为40mm2。
(实施例2、3以及比较例5)
在实施例2、3以及比较例5中，将UV累计光量调整到下述表1所表示的值。在实施例2、3以及比较例5中，在照射紫外线的时候的前驱体层的表面温度为下述表1所表示的值。除了这些事项之外其余均以与实施例1相同方法制作实施例2、3以及比较例5的各个太阳能电池。实施例2、3以及比较例5的各个太阳能电池也与实施例1相同具备第一固化树脂层、重叠于第一固化树脂层的基板、重叠于基板的光电转换层、重叠于光电转换层的第二固化树脂层。
(比较例1～4)
在比较例1～4中，不使用热沉就形成第一固化树脂层。在比较例1～4中，将UV累计光量调整到下述表1所表示的值。在比较例1～4中，在照射紫外线光的时候的前驱体层的表面温度为下述表1所表示的值。除了这些事项之外其余均以与实施例1相同方法制作比较例1～4的各个太阳能电池。比较例1～4的各个太阳能电池也与实施例1相同具备第一固化树脂层、重叠于第一固化树脂层的基板、重叠于基板的光电转换层、重叠于光电转换层的第二固化树脂层。
〈固化度的评价〉
根据以下所述方法求得与实施例1的基板10相对的第一固化树脂层40的第一表面40a侧的固化度(C1)、处于第一表面40a相反侧的第一固化树脂层40的第二表面40b侧的固化度(C2)、以及固化度的差(C2-C1)。
从实施例1的太阳能电池200剥去第一固化树脂层40。测定实施例1的第一固化树脂层40的第一表面40a侧的红外光谱。测定实施例1的第一固化树脂层40的第二表面40b侧的红外光谱。作为参考例1以与实施例1相同的方法形成前驱体层40c。不将紫外线照射于参照例1的前驱体层40c而测定参考例1的前驱体层40c的红外光谱。上述各个红外光谱是根据使用了金刚石晶体的全反射法(ATR法)进行测定的。对于上述各个红外光谱的测定来说是使用ThermoNicolet公司制的红外分光计“FT-IRNEXUS670”。
根据参考例1的红外光谱的比较选定w以及ws。作为波数w选择980cm-1，作为波数ws选择1730cm-1。在980cm-1(波数w)上的光谱强度是由来于第一固化树脂层40的原料(单体)3’,4’-环氧环己基甲基的环氧基。1730cm-1(波数ws)上的光谱的强度是由来于3’,4’-环氧环己基甲基的酯结构。接着，求得参考例1的在红外光谱的在980cm-1(波数w)上的强度io。参考例1的io为0.129。另外，求得参考例1的红外光谱的在1730cm-1(波数ws)上的iso。参考例1的iso为0.129。
求得实施例1的第一固化树脂层40的第一表面40a侧的红外光谱的在1730cm-1(波数ws)上的强度is。根据该is以及上述参考例1的iso计算出实施例1的第一表面40a侧的is/iso。将实施例1的第一表面40a侧的is/iso表示于下述表1中。求得实施例1的第一固化树脂层40的第一表面40a侧的红外光谱的在980cm-1(波数w)上的强度i。将实施例1的第一表面40a侧的is/iso乘以实施例1的第一表面40a侧的强度i从而计算出实施例1的第一表面40a侧的(i×is/iso)。将计算结果表示于下述表1中。根据上述式(1)从上述参考例1的i0和实施例1的第一表面40a侧的(i×is/iso)计算出实施例1的第一表面40a侧的固化度C1。将实施例1的固化度C1表示于下述表1中。
求得实施例1的第一固化树脂层40的第二表面40b侧的红外光谱的在1730cm-1(波数ws)上的强度is。从该is以及上述参考例1的iso计算出实施例1的第二表面40b侧的is/iso。将实施例1的第二表面40b侧的is/iso表示于下述表1中。求得实施例1的第一固化树脂层40的第二表面40b侧的红外光谱的在980cm-1(波数w)上的强度i。将实施例1的第二表面40b侧的is/iso乘以实施例1的第二表面40b侧的强度i从而计算出实施例1的第二表面40b侧的(i×is/iso)。将计算结果表示于下述表1中。根据上述式(1)从上述参考例1的i0和实施例1的第二表面40b侧的(i×is/iso)计算出实施例1的第二表面40b侧的固化度C2。将实施例1的固化度C2表示于下述表1中。
求得实施例1的固化度C2与实施例1的固化度C1的差。将实施例1的固化度的差(C2-C1)表示于下述表1中。
以与实施例1相同的方法测定其他实施例以及比较例的各个第一固化树脂层的在第一表面侧的红外光谱。以与实施例1相同的方法计算出其他实施例以及比较例的第一固化树脂层的第一表面侧的is/iso以及(i×is/iso)。将这些计算结果表示于下述表1中。以与实施例1相同的方法测定其他实施例以及比较例的各个第一固化树脂层的在第二表面侧的红外光谱。以与实施例1相同的方法计算出其他实施例以及比较例的第一固化树脂层的第二表面侧的is/iso以及(i×is/iso)。将这些计算结果表示于下述表1中。以与实施例1相同的方法求得其他实施例以及比较例的各个固化度C1和C2以及固化度的差(C2-C1)。将各个实施例以及各个比较例的固化度C1和C2以及固化度的差(C2-C1)表示于下述表1中。
如下述表1所示，在所有实施例以及比较例中C2大于C1。在所有实施例中，(C2-C1)为2～15％的范围内。另外，在所有比较例中，(C2-C1)为2～15％的范围外。
〈第一固化树脂层的外观的评价〉
用目视来评价各个实施例以及各个比较例的第一固化树脂层的外观。将评价结果表示于下述表1中。在所有实施例和比较例2以及3各个第一固化树脂层的外观上没有缺陷。比较例1的第一固化树脂层发生了歪斜。在比较例4以及5各个第一固化树脂层上有褶皱。
〈太阳能电池的形状的评价〉
在使第二固化树脂层(太阳能电池的受光面)朝上的状态下将实施例1的太阳能电池设置于热机械分析装置内。将热机械分析装置内的相对湿度(RH)调整到50％，将热机械分析装置内的温度调整到25℃，将太阳能电池放置于热机械分析装置内并保持1小时。用目视观察刚放置后的太阳能电池的形状。
在使第二固化树脂层朝上的状态下将实施例1的太阳能电池设置于热机械分析装置内。将热机械分析装置内的相对湿度(RH)调整到50％，将热机械分析装置内的温度调整到80℃，将太阳能电池在热机械分析装置内放置30分钟。用目视观察刚放置后的太阳能电池的形状。
作为上述热机械分析装置是使用日本的SIINanoTechnologyInc.制的TMA/SS6100。
以与实施例1相同的方法评价其他实施例以及所有比较例各个太阳能电池的形状。将在25℃下刚放置1小时之后的各个太阳能电池的形状以及在80℃温度条件下刚放置30分钟之后的太阳能电池的形状表示于下述表1中。所谓下述表1所记载的“凸”形状是指太阳能电池的第一固化树脂层侧的表面翘曲成凹状而太阳能电池的第二固化树脂层侧的表面(受光面)翘曲成凸状。所谓下述表1所记载的“凹”形状是指太阳能电池的第一固化树脂层侧的表面翘曲成凸状而太阳能电池的第二固化树脂层侧的表面翘曲成凹状。
如下述表1所示，所有实施例的太阳能电池在25℃以及80℃任一个温度条件下均是凹形状。总之，在实施例中即使太阳能电池的温度上升也能够维持太阳能电池的凹形状。
在比较例5中，尽管与实施例相同使用热沉来形成第一固化树脂层，但是凹形状的太阳能电池伴随于温度上升还是会变形成凸形状。比较例5的太阳能电池的变形是起因于UV累计光量小且(C2-C1)过大(第一固化树脂层的第一表面侧的固化度C1过小)。
在比较例1～3中，太阳能电池在25℃温度条件下为凸形状。在25℃条件下的太阳能电池的凸形状是起因于不使用热沉就形成第一固化树脂层的缘故并且是起因于固化度的差(C2-C1)小的缘故。
在比较例1中，因为在形成第一固化树脂层的时候的UV累计光量大并且前驱体层的表面温度高，所以即使是在80℃温度条件下太阳能电池仍为凸形状。
在比较例4中。凹形状的太阳能电池伴随于温度上升而变形成凸形状。比较例4的太阳能电池的变形是起因于UV累计光量小且固化度的差(C2-C1)过大的缘故(第一固化树脂层的第一表面侧的固化度C1过小)。
[表1]
产业上的可利用性
本发明所涉及的太阳能电池例如可以被搭载于手表或者便携式计算机等电子设备。
符号说明
9.第二固化树脂层
10.基板
16.热沉
40.第一固化树脂层
40a.第一固化树脂层的第一表面
40b.第一固化树脂层的第二表面
100.光电转换层
200.太阳能电池
S1.太阳能电池的第一固化树脂层侧的表面
S2.太阳能电池的第二固化树脂层侧的表面
T1.第一固化树脂层的厚度
T2.第二固化树脂层的厚度

Claims (6)

1.一种太阳能电池，其特征在于：
是薄片状的太阳能电池，
具备：
第一固化树脂层；
重叠于所述第一固化树脂层并且含有树脂的基板；
重叠于所述基板的光电转换层；以及
重叠于所述光电转换层的第二固化树脂层，
包含于所述第一固化树脂层中的固化树脂的线膨胀系数为包含于所述第二固化树脂层中的固化树脂的线膨胀系数以上，
包含于所述第二固化树脂层中的所述固化树脂的所述线膨胀系数大于包含于所述基板中的所述树脂的线膨胀系数，
与所述基板相对的所述第一固化树脂层的第一表面侧的固化度为C1％并且处于所述第一表面的相反侧的所述第一固化树脂层的第二表面侧的固化度为C2％时，C2大于C1，(C2-C1)为2～15％，
所述太阳能电池的所述第一固化树脂层侧的表面翘曲成凸状，
所述太阳能电池的所述第二固化树脂层侧的表面翘曲成凹状。
2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：
所述第一固化树脂层的厚度为5～50μm，
所述第二固化树脂层的厚度为3～30μm。
3.如权利要求1或者2所述的太阳能电池，其特征在于：
所述第一固化树脂层由紫外线固化型环氧树脂形成。
4.如权利要求1或者2所述的太阳能电池，其特征在于：
所述第一固化树脂层的内部应力大于所述第二固化树脂层的内部应力。
5.如权利要求1或者2所述的太阳能电池，其特征在于：
所述第一固化树脂层厚于第二固化树脂层。
6.一种太阳能电池的制造方法，其特征在于：
是权利要求1～5中任意一项所述的太阳能电池的制造方法，
具备：
将所述光电转换层形成于所述基板上的工序；
将所述第二固化树脂层形成于所述光电转换层上的工序；以及
通过在使紫外线固化型树脂附着于位于所述光电转换层的相反侧的所述基板的表面并使热沉接触于所述第二固化树脂层的状态下，将紫外线照射于所述紫外线固化型树脂，从而形成所述第一固化树脂层的工序。
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