JP2010187026A - 太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 太陽電池において、表面反射の低減や集積化加工に伴う開孔、電極パターンの部分間での色調変化を目立たなくして、外観品質の向上を図る方法を提供する。
【解決手段】 太陽電池において、集積化加工に伴う開孔、電極パターンの部分間では光入射側から見ると積層された膜の数或いはその材料がことなるので、それぞれの領域で外観上の色が異なってくる。本発明において、太陽電池の大部分の面積を占める構成部分の領域の発色と類似なものになるように、絶縁樹脂層、裏面電極層、封止樹脂層などを、顔料などを含ませて着色させる。また前記の着色は、表面パッシベーション層の凹凸と相俟って、集積化加工に伴う開孔や電極パターンの部分間での色調変化を目立たなくすることができる。
【選択図】 なし

Description

本発明は、電卓や時計など低消費電力の電子機器の電源として利用するのに好適な太陽電池の構造及びその作製方法に関する。

太陽電池は、屋外に設置して太陽光発電システムとしての利用形態や、電卓、ラジオ、時計等の消費電力の小さい電子機器の電源としての利用形態がある。後者の用途においては、腕時計のように機能性だけでなく外観上のデザインなどが重視される場合もある。従って太陽電池の実装方法にも工夫がなされ、時計の文字盤としてそのまま利用したり、或いは半透光性の文字盤の下に設置して目立たなくしたりする等の処理がなされている。

電子機器等に利用される太陽電池の大部分はガラス、ステンレス、または有機樹脂材料などを基板として、その上に非晶質半導体や微結晶半導体、またはカルコパライド系（或いはＩＩ−ＶＩ族）化合物半導体の薄膜で光電変換層を形成したものである。特に有機樹脂材料を基板とする太陽電池は、薄くて軽量であり、落としても割れない耐衝撃性に優れることから、カード型電卓や腕時計などの携帯型の製品に搭載するのに適している。そして、腕時計やカード型電卓などの小型の電子機器に太陽電池を組み込む場合には、配線の引き回しを簡略化するために外部接続端子が太陽電池の光入射面と反対側にあることが望ましいと考えられている。

光電変換層は、非晶質シリコンや微結晶シリコン等プラズマＣＶＤ法で作製される非単結晶半導体材料で形成する技術が最も良く知られている。太陽電池の生産性を高め製造の低コスト化を図る手段として、ロール状に巻いた可撓性基板を他方のロールへ巻き取りながら、その過程において成膜、印刷、レーザー加工等の各単位操作をインラインで行って、連続的に処理する方法が知られている。この方法をロールツーロール法と呼んでいる。

プラズマＣＶＤ法で作製する非単結晶半導体層は、良好な光電変換特性を得るためと成膜速度との兼ね合いから基板を１００℃以上に基板を加熱している。しかし、ポリエステル等の有機樹脂フィルムを加熱するとオリゴマー（構造単位の繰り返しの数が２〜２０程度の重合体）が発生し易く、一般にそれは平衡反応であるので、温度の上昇と共にその量が増加する傾向を示す。

電子機器等に搭載する太陽電池は、その色調や表面形状なども注意が払われている。基板を透過させて太陽電池に光を入射する構造の物は外観上表面が平坦であるが、表面反射や集積化加工に伴う開孔、電極パターンの部分間での色調が異なり目立ってしまう。また、光入射面に析出したオリゴマーは、付着力が弱く脱落しやすく比較的容易に除去することができる反面太陽電池を組み込んだ機器を汚染する。

本発明の目的は、上記構成の太陽電池において、表面反射の低減や集積化加工に伴う開孔、電極パターンの部分間での色調変化を目立たなくして、外観品質の向上を目的としている。

上記問題点を解決するために本発明は、透光性基板側から光を入射させる太陽電池において、透光性を有する有機樹脂基板の一方の面に、透明電極層と、光電変換層と、裏面電極層とが形成され、他方の面に有機樹脂層から成る表面パッシベーション層が形成され、該表面パッシベーション層にはフィラーを含有していることを特徴としている。

また、他の発明の構成は、透光性を有する有機樹脂基板の一方の面に、透明電極層と、光電変換層と、裏面電極層とが形成され、該透明電極層と光電変換層とには絶縁樹脂が充填された第１の開孔と該裏面電極層と同じ導電性材料が充填された第２の開孔を有し、前記有機樹脂基板の他方の面に有機樹脂層から成る表面パッシベーション層が形成され、該表面パッシベーション層にはフィラーを含有していることを特徴としている。

表面パッシベーション層は、特開平０８−２３１６７５等に示されるようなフェノキシ樹脂及びまたは非芳香族多管能性イソシアナートやメラミン樹脂を添加したものを主成分としてスクリーン印刷法やロールコーター法で形成され、厚さを３〜１０μｍとする。表面パッシベーション層はフィラーを含有し、それにより３〜８μｍ程度の凹凸が形成され表面反射を低減する効果を付与する。

本発明の太陽電池の作製方法は、透光性を有する有機樹脂基板上に透明電極層を形成する第１の工程と、前記透明電極層上に光電変換層を形成する第２の工程と、前記透明電極層と前記光電変換層とに、前記基板に達する第１の開孔と第２の開孔を形成する第３の工程と、前記第１の開孔及び該開孔の上端部を覆って絶縁層を形成する第４の工程と、前記光電変換層上と、前記絶縁層上と、前記第２の開孔及び該開孔の上端部を覆って導電層を形成する第５の工程と、前記光電変換層および前記導電層上に封止樹脂層を形成する第６の工程とを有し、表面パッシベーション層を形成する工程は前記第２の工程以降であればどの工程間で実施しても良い。

或いは、本発明の太陽電池の作製方法は、透光性を有する有機樹脂基板上に透明電極層を形成する第１の工程と、前記透明電極層上に光電変換層を形成する第２の工程と、前記光電変換層上に所定のパターンである第１の導電層を形成する第３の工程と、前記透明電極層と前記光電変換層とに、前記基板に達する第１の開孔と第２の開孔を形成する第４の工程と、前記第１の開孔及び該開孔の上端部を覆って絶縁層を形成する第５の工程と、前記光電変換層上と、前記絶縁層上と、前記第２の開孔及び該開孔の上端部を覆って第２の導電層を形成する第６の工程と、前記光電変換層および前記導電層上に封止樹脂層を形成する第７の工程とを有し、前記第２の工程の以降に表面パッシベーション層を形成する工程を有している。

本発明によって、太陽電池を腕時計における半光透過性文字盤の下側にセットすると、上述の表面パッシベーション層の効果により集積化加工に伴う開孔や電極パターンの部分間において色調の変化が目立たなくなり、腕時計の外観品質を高めることができる。また、受光面に最も近い基材中からオリゴマーが吐出した場合でも、表面パッシベーション層内に固定されるため、組み込んだ腕時計をオリゴマーで汚染してしまうことがない。更に表面パッシベーション層の凹凸形状により表面反射が低減し、フィラーによる光封じ込め効果と相俟って光電変換層への入射光量が増加し、太陽電池の光電変換効率を高めることができる。

太陽電池の作製工程を説明する断面図。 太陽電池の完成した状態を示す断面図。 太陽電池の作製工程を説明する断面図。 太陽電池の完成した状態を示す断面図。 時計用太陽電池の平面図。 時計用太陽電池の部分断面図。 太陽電池の出力端子と電子機器の回路基板との接続を説明する図。 光入射面パッシベーション層の構成を説明する部分拡大図。 集積化構造の部分拡大図。

[実施形態１]
図１〜２を用いて本発明の実施形態を説明する。図１（Ａ）において、基板１０１にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）などの透光性を有する有機樹脂材料を用いる。有機樹脂材料を基板として、同一基板上で複数のユニットセルを直列接する集積型太陽電池を作製するには、例えば、特開平５−１８３１７７号公報に開示されている技術を好適に用いることができる。本実施形態では、同公報の方法を応用して太陽電池を作製した。勿論、その他市販のソーダ石灰ガラスや無アルカリガラスを適用することもできる。

基板は適当な大きさのシート状のものを用いても良いし、前述のようにロールツーロール法で工程を実施することを前提として、ロール状に巻かれた基板を用いても良い。ロールツーロール法を適用する場合には、厚さ５０〜１００μｍの有機樹脂フィルム基板を用いる。

本実施形態で作製する太陽電池は、基板上の光電変換層が形成される面とは反対側の面から光を入射させる構造であり、基板１０１上に透明電極層１０２を形成した。透明電極層１０２は酸化インジウム・スズ合金（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ₂）、ＩＴＯ−ＺｎＯ合金などで４０〜２００ｎｍ（好適には５０〜１００ｎｍ）の厚さで形成する。しかし、前述の有機樹脂材料は連続使用可能な最高温度が２００℃以下であるので、透明電極層１０２の作製はスパッタ法や真空蒸着法等を用い、成膜時の基板温度も室温から１００℃程度にとどめて被膜の形成を行う。詳細な作製条件は実施者が適宣決定すれば良く、上記膜厚において２０〜２００Ω／□のシート抵抗が得られるようにする。

低抵抗のＩＴＯ膜はスパッタ法で容易に形成できるので、有機樹脂基板を用いる場合適しているが、この上に半導体層を形成すると水素を含むプラズマ雰囲気に晒されるので、ＩＴＯ膜が還元され失透してしまう。これを防ぐために、ＩＴＯ膜上にＳｎＯ₂膜やＺｎＯ膜を形成する。またガリウム（Ｇａ）を１〜１０ｗｔ％含むＺｎＯ（ＺｎＯ：Ｇａ）膜は透過率が高くＩＴＯ膜上に積層させるには好適な材料である。その組み合わせの一例として、ＩＴＯ膜を５０〜６０ｎｍの厚さに形成し、その上にＺｎＯ：Ｇａ膜を２５ｎｍ形成すると失透を防止することが可能であり、良好な光透過特性を得ることができる。この積層膜においてシート抵抗は１２０〜１５０Ω／□が得られる。

光電変換層１０３にはプラズマＣＶＤ法を用いて作製される非単結晶半導体膜を適用する。代表的には、ＳｉＨ₄ガスを原料として作製される水素化非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）膜であり、その他に水素化非晶質シリコン・ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）膜や水素化非晶質シリコン・炭素（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）膜、或いは水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）膜などで形成する。光電変換層はｐｉｎ接合により構成されるものとするが、価電子制御されたｐ型およびｎ型の層はａ−Ｓｉ：Ｈまたはμｃ−Ｓｉ：Ｈにボロンやリンなどの不純物元素を添加したものを用いれば良い。特に、光吸収損失の低減や、透明電極或いは裏面電極と良好なオーム接触を形成する目的においてはμｃ−Ｓｉ：Ｈが適している。

このような光電変換層の作製条件は適宣決定すれば良いものであるが、良好な光電変換特性を得るために成膜時の基板温度を１００〜２００℃に設定する。光電変換層を形成する側の面は、基板の表面にすでに透明電極層が形成されているので基板樹脂のオリゴマーの吐出を防ぐことができるが、その反対側の面にはオリゴマーが吐出する。

図１（Ａ）では光電変換層１０３が透明電極層１０２側からｐ型層１０３ａ、ｉ型層１０３ｂ、ｎ型層１０３ｃが積層された状態を示し、それぞれの層の厚さは、ｐ型層で１０〜２０ｎｍ、ｉ型層で２００〜１０００ｎｍ、ｎ型層を２０〜６０ｎｍとする。このような非単結晶シリコン材料でｐｉｎ接合を形成すると０．４〜１Ｖ程度の開放電圧を得ることができ、このｐｉｎ接合を一つの単位として複数個積層させたスタック型の構造とすると開放電圧を高めることができる。

そして図１（Ｂ）で示すように、同一基板上に複数のユニットセルを形成するために、レーザー加工法により光電変換層１０３から透明電極層１０２に達する開孔Ｍ₀〜Ｍ_nとＣ₁〜Ｃ_nを形成する。開孔Ｍ₀〜Ｍ_nは絶縁分離用の開孔であり、開孔Ｃ₁〜Ｃ_nは透明電極と裏面電極との接続を形成するための開孔である。レーザー加工法で用いるレーザーの種類は限定されるものではないが、Ｎｄ−ＹＡＧレーザーやエキシマレーザーなどを用いる。いずれにしても、透明電極層１０２と光電変換層１０３が積層された状態でレーザー加工を行うことにより、加工時における透明電極層の基板からの剥離を防ぐことができる。

このようにして、透明電極層１０２をＴ₁〜Ｔ_nに、光電変換層をＫ₁〜Ｋ_nに分割する。そして、図１（Ｃ）に示すように開孔Ｍ₀〜Ｍ_nを充填し、さらにその上端部を覆う絶縁樹脂層Ｚ₀〜Ｚ_nを形成する。

絶縁樹脂層Ｚ₀〜Ｚ_nをスクリーン印刷法により形成するため、絶縁樹脂原料として下記の物を用意した。

フェノキシ樹脂（ＵＣＣ社製：ＰＫＨＨ Ｍｎ＝１５，４００） ２０重量部
シクロヘキサン ４０重量部
イソホロン ３０重量部
高抵抗カーボンブラック（デグッサ社製：平均粒子径２５ｎｍ） ４重量部
アエロジル（デグッサ社製：平均粒子径１５ｎｍ） １０重量部
分散剤（オレイン酸） ３重量部
消泡剤（東芝シリコーン製：ＴＳＡ―７２０） １重量部
レベリング剤（信越シリコーン製：ＫＳ−６６） １重量部

先ず上記原料中、フェノキシ樹脂をシクロヘキサノン／イソホロンの混合溶剤に完全に溶解し、カーボンブラック、アエロジル、分散剤と共にジルコニア製ボールミルにより４８時間分散した。次いで、消泡剤、レベリング剤を添加し更に２時間混合した。次に下記の熱架橋反応性成分樹脂を添加した。

ｎ―ブチル化メラミン樹脂（三井東圧化学製：ユーバン２１Ｒ：重量平均分子量約７０００） ５重量部
硬化促進剤（三井東圧化学製：キャタリスト６０００） ０．０３重量部

これらを更に２０分間混合分散し、パッシベーション膜用絶縁性樹脂組成物を得た。

得られた絶縁樹脂組成物インキを使用し、絶縁膜を、スクリーン印刷法を用いて形成した。塗布後、１６０℃オーブン中にて２０分間熱硬化させ、絶縁樹脂層Ｚ₀〜Ｚ_nを得た。

次に、図２で示すような裏面電極層Ｅ₀〜Ｅ_nをスクリーン印刷法により形成するため、使用するインキとして下記の物を用意した。

グラファイト粉末ＣＰＢ―５０００（中越黒鉛工業社製） ９重量部
高導電性ブラック＃３９５０（１６ｎｍ）三菱化学社製 ６重量部
オレイン酸（分散剤） ０．５重量部
イソホロン（溶剤） ２０重量部

これらをボールミルに投入し、２４時間粉砕し、より微粒子化した。次にこの中に、下記内容の飽和ポリエステル樹脂のγ―ブチロラクトンラッカー２０ｗｔ％７５重量部を投入した。

バイロン２２０（ＯＨ価約５５ＫＯＨｍｇ／ｇ）東洋紡社製 ７重量部
バイロン２００（ＯＨ価約５ＫＯＨｍｇ／ｇ）東洋紡社製 ５重量部
バイロン６３０（ＯＨ価約４２ＫＯＨｍｇ／ｇ）東洋紡社製 ３重量部
γ―ブチロラクトン（溶剤） ６０重量部

そして下記内容の消泡剤、レベリング剤を添加し、

消泡剤（東芝シリコーン製：ＴＳＡ―７２０） ２重量部
レベリング剤（信越シリコーン製）：ＫＳ―６６） ０．５重量部

更にボールミルにて２４時間分散混合後得られたペーストを、三本ロールミルで更によく分散し導電性カーボンペーストを得た。

このペーストに、脂肪族多管能イソシアナートであるヘキサメチレンジイソシアナート系ポリイソシアナートのイソシアナート基をアセト酢酸エチルによりブロックし、酢酸セロソルブで、キシレン１体１の溶剤で希釈したアセト酢酸エチルブロック体（固形分８０ｗｔ％、ＮＣＯ含率１０wt%）コロネート２５１３（日本ポリウレタン工業社製）を５重量部添加しデイスパーによりよく混合し十分脱泡して導電性カーボンペーストを得た。

そして得られた導電性カーボンペーストをスクリーン印刷法により所定のパターンに印刷し、レベリング、乾燥後１５０℃３０分で強固に硬化し、図２で示すような裏面電極層Ｅ₀〜Ｅ_nを形成した。

こうすると裏面電極層は光電変換層のｎ型層１０３ｃと接触するが、この接触をオーム接触とし、さらに接触抵抗を下げるためにはｎ型層１０３ｃをμｃ−Ｓｉ：Ｈで形成し、かつ、その厚さを３０〜８０ｎｍで形成する必要がある。

それぞれの裏面電極Ｅ₁〜Ｅ_nは開孔Ｃ₁〜Ｃ_nにおいて透明電極層Ｔ₁〜Ｔ_nと接続するように形成する。開孔Ｃ₁〜Ｃ_nには裏面電極と同一材料を充填し、このようにして裏面電極Ｅ_n-1は透明電極Ｔ_nとそれぞれ電気的な接続状態が形成される。

最後に封止樹脂層１０４を印刷法で形成するため、封止樹脂原料として下記の物を用意した。

エポキシ樹脂（油化シェル製：エピコート１００９ 分子量約３７５０） ２０重量部
γ―ブチロラクトン ４０重量部
イソホロン ３０重量部
消泡剤（東芝シリコーン製：ＴＳＡ―７２０） ３重量部
レベリング剤（信越シリコーン製：ＫＳ−６６） １重量部

先ず上記原料中、エポキシ樹脂をγ−ブチロラクトン／イソホロンの混合溶剤に完全に溶解し、ジルコニア製ボールミルにより４８時間分散した。次いで、消泡剤、レベリング剤を添加し更に２時間混合し、下記の熱架橋反応成分を添加した。

ブチル化メラミン樹脂（三井化学製：ユーバン２０ＳＥ−６０：分子量約３５００〜４０００） ５重量部

これらを更に２０分間混合分散し、透明性を有する絶縁性表面保護封止膜用組成物を得た。

得られた絶縁性表面保護封止膜用組成物インキを使用し、封止樹脂層１０４_nを、スクリーン印刷法を用いて形成し、１５０℃３０分熱硬化した。封止樹脂層１０４は裏面電極Ｅ₀とＥ_n上に開孔部１０５、１０６を形成し、この部分で外部の回路基板と接続した。

基板１０１の光電変換層１０３を形成した反対側の面に形成する表面パッシベーション層１０７は、フェノキシ樹脂に超微粉末シリカアエロジルを５〜７％添加して、フィラー、レベリング剤、消泡剤、硬化剤を加えスクリーン印刷法やロールコーター法で塗布して３〜１０μｍの厚さで形成する。

図２の点線Ａで囲んだ部分の詳細図を図８に示す。表面パッシベーション層１０７は、無機物フィラー（アエロジル）８０１を含有している。ＰＥＮフィルム基材の反対面に光電変換層をプラズマＣＶＤプロセスで成膜する際、ＰＥＮフィルム基材表面にＰＥＮのオリゴマー８０２が吐出してくる場合もある。ＰＥＮのオリゴマーは付着力が弱く脱落しやすいものであるが、表面パッシベーション層１０７成膜時、一緒に固定することができる。無機物フィラー８０１と吐出したオリゴマー８０２を有機物フィラーとして、表面パッシベーション層１０７の表面は３〜８μｍ程度の凹凸が形成される。この凹凸形状により表面反射が低減し、光電変換層への入射光量が増加し、かつ光電変換層、透明電極層にて反射してきた入射光の戻り光を含有フィラーで再反射し、光電変換層に戻し光電変換を促す一種の光封じ込め効果を併せて作用し、太陽電池の光電変換効率を高めることができる。

図２の点線Ｂで囲んだ部分の詳細図を図９に示す。図９（Ａ）は点線Ｂで囲んだ部分と同じ断面図を示し、図９（Ｂ）はその断面図に対応した平面図で光入射側の面から見た平面図を示す。図９（Ｂ）において、領域９０１は光入射側から表面パッシベーション層１０７、基板１０１、透明電極層Ｔ２、光電変換層Ｋ２が形成されている領域である。領域９０２ａ及び９０２ｂは光入射側から表面パッシベーション層１０７、基板１０１、透明電極層Ｔ１及びＴ２、光電変換層Ｋ１及びＫ２、裏面電極層Ｅ１及びＥ２が形成されている領域であり、この領域が光電変換に寄与している。領域９０３は、光入射側から表面パッシベーション層１０７、基板１０１、透明電極層Ｔ２、光電変換層Ｋ１、絶縁樹脂層Ｚ１、裏面電極層Ｅ１が形成されている領域である。絶縁樹脂層Ｚ１には茶色に着色されているので外観上裏面電極層Ｅ１の影響は現れない。領域９０４は開孔Ｍ１に相当する部分で、開孔は光電変換層と透明電極層とを除去して形成されているので、絶縁樹脂層Ｚ１が充填されている。領域９０５は開孔Ｃ２に相当する部分で裏面電極Ｅ１が充填されている。このように光入射側から見ると積層された膜の数或いはその材料がことなるので、それぞれの領域で外観上の色が異なってくる。実際には太陽電池の大部分の面積は領域９０２ａの構成で占められるので、その他の領域の発色を領域９０２ａと類似なものになるように、顔料などを含ませて着色させる。

例えば、絶縁樹脂層には赤、茶、紫、黒色系の着色としてα酸化鉄、黒色系の着色として高抵抗カーボン、白色系の着色として酸化チタンなどを使用する。α酸化鉄は、焼結方法の違いによって上記のような色調を選択することができ、非晶質シリコン層との色調合わせに有効である。絶縁樹脂層の色調は、非結晶シリコン層と透明電極層の光干渉色の合わさった色調を色差計によりその反射色の明度（Ｌ）赤味（ａ）青味（ｂ）を測色、前記各種色調の顔料をよく分散した絶縁樹脂インキ膜反射光の明度（Ｌ’）赤味（ａ’）青味（ｂ’）のＬａb色差表示系で色差ΔＥを求め、ΔＥが１．０以内少なくとも２．０以内に調色する事が有効である。色差ΔＥを下式に示す。

また、裏面電極層には銀ペーストなど、封止樹脂１０４には白色から無色系のシリカを成分としたアエロジルなどを使用して着色させる。

このようにして太陽電池の大部分の領域である９０２ａ以外の領域への着色は、表面パッシベーション層１０７の凹凸と相俟って、集積化加工に伴う開孔や電極パターンの部分間での色調変化を目立たなくすることができる。

表面パッシベーション層１０７の形成は、光電変換層１０３を形成した後に行えば良く、本実施形態では封止樹脂層１０４を形成した後に行う例を示した。以上のようにして、基板１０１上に透明電極Ｔ_nと光電変換層Ｋ_nと裏面電極層Ｅ_nから成る単位セルが形成され、隣接する裏面電極Ｅ_n-1は透明電極Ｔ_nとを開孔Ｃ_nで接続することによりｎ個の直列接続する太陽電池を作製することができる。
裏面電極Ｅ₀はユニットセルＵ₁の透明電極Ｔ₁の取り出し電極である。

また、本実施形態で作製した太陽電池は、透明電極層のシート抵抗が１２０〜１５０Ω／□であり、裏面電極層は３０〜８０Ω／□である。太陽電池の裏面電極材料として好適に用いられるアルミニウム膜では１Ω／□以下であるので、これに比較して高い値である。しかし、このように透明電極層と裏面電極層との抵抗値を同レベルなものとしてバランスをとることにより、静電破壊に対する耐性を飛躍的に向上させることができる。

[実施形態２]
本発明の他の実施形態を、図３〜４を用いて説明する。図３（Ａ）において、基板３０１、透明電極３０２、光電変換層３０３は実施形態１と同様にして作製する。そして、光電変換層３０３上にスクリーン印刷法により実施形態１と同様に裏面電極ＸＥ_M0〜ＸＥ_Mnを形成する。

そして、図３（Ｂ）に示すようにレーザー加工法により光電変換層３０３から透明電極層３０２に達する開孔ＸＭ₀〜ＸＭ_nとＸＣ₁〜ＸＣ_nを形成する。開孔Ｍ₀〜Ｍ_nはユニットセルを形成するための絶縁分離用の開孔であり、開孔ＸＣ₁〜ＸＣ_nは透明電極と裏面電極との接続を形成するためのものである。

レーザー加工時においては開孔の周辺に残渣が残る場合がある。この残渣は被加工物の飛沫であり、レーザー光により高温に加熱された飛沫は光電変換層３０３の表面に付着することにより膜にダメージを与えるので本来好ましくない。これを防ぐため、開孔のパターンに合わせて裏面電極を形成し、その後レーザー加工することにより、少なくとも光電変換層３０３へのダメージを防ぐことができる。

透明電極層３０２をＸＴ₁〜ＸＴ_nに、光電変換層３０３をＸＫ₁〜ＸＫ_nに分割した後、図３（Ｃ）に示すように開孔ＸＭ₀〜ＸＭ_nを充填し、さらにその上端部を覆う絶縁樹脂層ＸＺ₀〜ＸＺ_nをスクリーン印刷法により形成する。

次に、図４示すように開孔ＸＣ₁〜ＸＣ_nを充填して、透明電極ＸＴ₁〜ＸＴ_nに接続する配線ＸＢ₀〜ＸＢ_n-1をスクリーン印刷法で形成する。配線ＸＢ₀〜ＸＢ_n-1は裏面電極と同じ材料で形成するものであり熱硬化型のカーボンペーストを用いる。こうして、裏面電極Ｅ_n-1は透明電極Ｔ_nとそれぞれ電気的に接続をされる。

絶縁性封止樹脂層３０４を印刷法で形成する。封止樹脂層３０４は裏面電極Ｅ₀とＥ_n上に開孔部３０５、３０６がそれぞれ形成され、この部分で外部回路と接続をする。また、実施形態１と同様にして表面パッシベーション層３０７を形成する。このようにして、基板３０１上に透明電極ＸＴ_nと光電変換層ＸＫ_nと裏面電極層ＸＥ_nから成る単位セルが形成され、隣接する裏面電極ＸＥ_n-1は透明電極ＸＴ_nとを開孔ＸＣ_nで接続することによりｎ個の直列接続する太陽電池を作製することができる。裏面電極ＸＥ₀は単位セルＸＵ₁の透明電極ＸＴ₁の取り出し電極である。

表面パッシベーション層１０７により、段落００３４で述べたような現象で表面反射が抑えられ、集積化加工に伴う開孔や電極のパターンの部分の色調の変化を目立たなくすることができ、外観品質を向上させた太陽電池を作製することができる。表面反射が抑えられることにより、光電変換層への入射光量が増加し太陽電池の出力を高める効果が得られる。

[実施形態３]
図５に本実施形態の太陽電池を裏面電極側から見た場合の上面図を示す。図５で示すのは腕時計の半光透過性の文字盤の下側（腕時計のムーブメントが組み込まれる部分）に配置される太陽電池の一例を示している。基板５０１は厚さ７０μｍの有機樹脂フィルムであり、実施形態１で述べた有機樹脂材料であればいずれも適用可能であるが、代表的にはＰＥＮ基板用いる。基板５０１の形状は円形に限定されるものではないが、その中心には指針軸の挿通口５０７が設けられている。

太陽電池は基板５０１側から透明電極層、光電変換層、裏面電極層、封止樹脂層を積層するもので、これらは実施形態１または実施形態２と同様にして形成する。基板５０１上には４つのユニットセルが同心円状に配置されているが、太陽電池の直列接続の構造は基本的に実施形態１と同様であり、或いは実施形態２のような構成をとることもできる。

図５では透明電極層と光電変換層に形成される開孔ＹＭ₀により、また開孔ＹＭ₀の内側では開孔ＹＭ₁〜ＹＭ₄によって、ユニットセルＹＵ₁〜ＹＵ₄を形成している。開孔ＹＭ₀〜ＹＭ₄は絶縁樹脂層ＹＺ₀〜ＹＺ₁によって充填され、該絶縁樹脂層は開孔ＹＭ₀〜ＹＭ₄の上端部が覆われるように形成している。

裏面電極ＹＥ₁〜ＹＥ₄は熱硬化型導電性カーボンペーストを用いてスクリーン印刷法で光電変換層上に形成するものであり、開孔ＹＣ₂〜ＹＣ₄で隣接するユニットセルの透明電極ＹＴ₂〜ＹＴ₄とそれぞれ接続している。裏面電極上には封止樹脂層５０４が腕時計の回路基板との接続部５０５、５０６を除いて全面に形成している。回路基板との接続部５０５は透明電極側の出力電極ＹＥ₀が形成され、開孔ＹＣ₁で透明電極と接続している。また、図で示すように裏面電極ＹＥ₁とは分離して形成されている。一方の接続部５０６は裏面電極ＹＥ₄と兼ねて形成している。

図５において、回路基板との接続部５０５周辺のＡ−Ａ'断面を図６（Ａ）に示す。基板５０１上に透明電極層、光電変換層、裏面電極層が形成されている。
透明電極層と光電変換層にはレーザー加工法で開孔ＹＭ₀、ＹＣ₁を形成し、開孔ＹＭ₀上には絶縁層ＹＺ₀が形成され、開孔を充填しさらにその上端部を覆っている。透明電極側の出力電極ＹＥ₀は開孔ＹＣ₁で単位セルＹＵ₁の透明電極ＹＴ₁と接続している。単位セルＹＵ₁の裏面電極ＹＥ₁上には封止樹脂層５０４が形成されている。さらに、基板５０１の光入射側には表面パッシベーション層５０８が形成され、表面反射の低減と、集積化加工に伴う開孔や電極パターンにおける部分間の色調の変化を目立たなくしている。

同様に、外部回路との接続部５０６周辺のＢ−Ｂ'断面を図６（Ｂ）に示し、基板５０１上に透明電極ＹＴ₄、光電変換層ＹＫ₄、裏面電極層ＹＥ₄が形成されている。また、基板５０１の光入射側には表面パッシベーション層５０８が形成されている。透明電極ＹＴ₄は開孔ＹＭ₀によって端部の内側に形成され、絶縁層ＹＺ₀が開孔を充填しさらにその上端部を覆っている。封止樹脂層は裏面電極層ＹＥ₄上に形成されているが、接続部５０６上には形成されていない。

図５において隣接する単位セルの接続部のＣ−Ｃ'断面を図６（Ｃ）に示す。
基板５０１上には透明電極ＹＴ₃、ＹＴ₄が形成され、開孔ＹＭ₀と該開孔とその上端部を覆って形成される絶縁層ＹＺ₀によって絶縁分離されている。同様に光電変換層ＹＫ₃、ＹＫ₄も分離されている。単位セルＹＵ₃とＹＵ₄との接続は開孔ＹＣ₄に導電材料が充填され、裏面電極ＹＥ₃が透明電極ＹＴ₄と接続している。
基板５０１の光入射側には表面パッシベーション層５０８が形成されている。

以上のようにして、ユニットセルＹＵ₁〜ＹＵ₄の４つを直列に接続した太陽電池を形成することができる。電卓や時計をはじめ各種の電子機器に組み込まれる太陽電池は、当該電子機器内の回路との接続において、半田付けや熱硬化型の接着剤で接続する他に、直接コイルバネや板バネで接続する方法がとられている。
図７はそのような接続方法の一例を説明する図であり、太陽電池と回路基板との接続を接続スプリングを介して行う様子を示す。太陽電池の構成は簡略化して示し、基板７０２ａ上に裏面電極７０２ｂ、絶縁樹脂７０２ｃ、封止樹脂７０２ｄが形成されている様子を示している。その他、ステンレス構造体７０３や支持体７０１などから成っている。接続スプリング７０４は封止樹脂７０２ｄの開孔部で裏面電極と接触していて、回路基板７０６と端子部７０５を介して電気的な接続が形成されている。このような機械的な力を利用した加圧接触式の接続構造は、半田付けやヒートシールなどの接続方法と比較して太陽電池へのダメージが少なく、製造工程においても歩留まりを低下させる要因とならない。しかし、裏面電極を金属材料で形成すると経時変化により表面が酸化して接触抵抗の増大を招く。しかし、カーボンペーストを用いた場合にはそのような問題点が発生しない。

このようにして作製した太陽電池を腕時計における半光透過性文字盤の下側にセットすると、上述の表面パッシベーション層の効果により集積化加工に伴う開孔や電極パターンの部分間において色調の変化が目立たなくなり、腕時計の外観品質を高めることができる。また、ＰＥＮフィルム基材からオリゴマーが吐出した場合、表面パッシベーション層内に固定されるため、組み込んだ腕時計をオリゴマーで汚染してしまうことがない。

１０１、３０１、５０１ 基板
１０２、３０２ 透明電極層
１０３、３０３ 光電変換層
１０４、３０４、５０４ 封止樹脂層
１０５、１０６、３０５、３０６ 開孔部
５０５、５０６ 回路基板との接続部、開孔部
１０７、３０７ 表面パッシベーション層
５０８ 表面パッシベーション層
７０１ 支持体
７０２ 太陽電池
７０３ ステンレス構造体
７０４ 接続スプリング
７０５ 端子部
７０６ 回路基板
８０１ フィラー
８０２ オリゴマー

Claims (6)

1. 基板上に、第１の電極、光電変換層及び第２の電極を順に積層した複数のユニットセルと、
   前記第１の電極及び前記光電変換層を、前記ユニットセル毎に絶縁分離する絶縁樹脂層とを有し、
   複数の前記ユニットセルは直列接続され、
   前記絶縁樹脂層は着色されることを特徴とする太陽電池。
2. 基板上に、第１の電極、光電変換層及び第２の電極を順に積層した複数のユニットセルと、
   前記第１の電極及び前記光電変換層を、前記ユニットセル毎に絶縁分離する絶縁樹脂層と、
   前記絶縁樹脂層及び前記第２の電極上の封止樹脂層とを有し、
   複数の前記ユニットセルは直列接続され、
   前記絶縁樹脂層及び前記封止樹脂層は着色されることを特徴とする太陽電池。
3. 請求項２において、前記封止樹脂層はシリカを含むことを特徴とする太陽電池。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一において、前記絶縁樹脂層は、α酸化鉄、高抵抗カーボンまたは酸化チタンを含むことを特徴とする太陽電池。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか一において、前記第２の電極は着色されることを特徴とする太陽電池。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一において、前記基板の前記ユニットセルが設けられていない側に、無機物フィラーが含有された有機樹脂層からなるパッシベーション層が形成されていることを特徴とする太陽電池。

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