JP2014049518A - 有機薄膜太陽電池素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】素子基板、下部電極、および保護層が積層された積層体を準備する工程、 該積層体をレーザー加工する工程、および、レーザー加工後の積層体から保護層を除去する工程、を有する製造方法により、バリの発生を抑制する。
【選択図】なし
Description
レーザースクライブを用いた加工技術では、レーザー加工により積層面にゴミが体積したり、切れ端に数ミクロン程度のバリが立つことがあり、太陽電池の性能が低下する要因となっている。このような課題に対し、特許文献1では、アモルファスシリコンを光電変換層に使用した太陽電池において、レーザースクライブ後に生じるバリの発生を抑制するために、裏面金属電極の厚みを薄くすることが提案されている。
特許文献3では、パターニングの際、対向電極層の加工後の金属膜のバリ発生を抑制する加工条件を選択することが好ましいとの提案がある。
本発明は、有機薄膜太陽電池素子の製造において、バリの発生による短絡の防止を抑制することができる製造方法を提供するものである。
すなわち本発明は、
素子基板、下部電極、および保護層が積層された積層体を準備する工程、
該積層体をレーザー加工する工程、および、
レーザー加工後の積層体から保護層を除去する工程、を有する有機薄膜太陽電池の製造方法である。
素子基板、下部電極、および保護層が積層された積層体を準備する工程、
該積層体をレーザー加工する工程、および、
レーザー加工後の積層体から保護層を除去する工程、を有する方法である。
本発明の有機薄膜太陽電池素子の製造方法は、素子基板を枚葉として個々に取り扱ってもよいし、いわゆるロール・ツー・ロールと呼ばれる連続搬送作業にて取り扱ってもよい。ロール・ツー・ロール形式によることが生産性の面から好ましい。
本発明の第一の実施態様は、有機薄膜太陽電池の製造方法である。本実施態様に係る準備工程は、素子基板、下部電極、および保護層が積層された積層体を準備する工程である。積層体は、素子基板、下部電極および保護層が少なくともこの順に積層されていればよく、その他の層を有していてもよい。また、各層を積層する手段は特段限定されず、各層を別々に準備して、その間に接着層を用いて積層する方法、ラミネートを用いる方法、または素子基板上に各層を蒸着、スパッタ、塗布など公知の方法により積層させてもよい。また、市販の積層体を用いてもよい。
素子基板の材料は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に限定されない。基板の材料の好適な例としては、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン;セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料;紙又は合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。
スからの溶出イオンが少ない点で、これらの中でも無アルカリガラスが好ましい。
有機薄膜太陽電池素子は、一対の電極を有する。本実施態様では、素子基板上に下部電極が積層され、積層体を構成する。一対の電極とは、通常、以下に説明するアノードとカソードをいうが、下部電極はアノードであってもカソードであってもよい。
アノードの材料を挙げると、例えば、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)、インジウム−ジルコニウム酸化物(IZO)、酸化チタン、酸化インジウム又は酸化亜鉛等の導電性金属酸化物;金、白金、銀、クロム又はコバルト等の金属あるいはその合金が挙げられる。これらの物質は高い仕事関数を有するため、好ましく、さらに、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたPEDOT:PSSで代表されるような導電性高分子材料を積層することができるため、好ましい。このような導電性高分子を積層する場合には、この導電性高分子材料の仕事関数が高いことから、上記のような高い仕事関数の材料でなくとも、AlやMg等のカソードに適した金属も広く用いることが可能である。ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたPEDOT:PSSや、ポリピロール又はポリアニリン等にヨウ素等をドーピングした導電性高分子材料を、アノードの材料として使用することもできる。アノードが透明電極である場合には、ITO、酸化亜鉛若しくは酸化スズ等の透光性がある導電性金属酸化物、又はその積層体を用いることが好ましく、特に電極をレーザー加工する際には、加工エネルギーの観点から導電性金属酸化物の積層体を用いることが好ましい。
アノードのシート抵抗は、特段の制限はないが、通常1Ω/□以上、一方、1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。
カソードの材料を挙げると、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム又はマグネシウム等の金属及びその合金;フッ化リチウムやフッ化セシウム等の無機塩;酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化リチウム又は酸化セシウムのような金属酸化物等が挙げられる。これらの材料は低い仕事関数を有する材料であるため、好ましい。カソードについてもアノードと同様に、電子取り出し層としてチタニアのようなn型半導体で導電性を有するものを用いることにより、高い仕事関数を有する材料を用いることもできる。電極保護の観点から、カソードの材料として好ましくは、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、アルミニウム、カルシウム若しくはインジウム等の金属、又は酸化インジウムスズ等のこれらの金属を用いた合金である。
カソードのシート抵抗は、特に制限は無いが、通常1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。下限に制限は無いが、通常は1Ω/□以上である。
る開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、アニーリング処理工程は、常圧下、かつ不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。
加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に有機薄膜太陽電池素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に有機薄膜太陽電池素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよい。
本実施態様における保護層は、当該層を積層することで、レーザー加工によるバリの発生が抑制できる層である。本実施態様では、バリの発生を抑制できる層であれば、その層の材料や厚さ、形状など特段限定されない。
また保護層は、後述するように、保護層除去工程により保護層は除去されるが、除去の際に、下部電極上に存在するバリを一緒に剥がして除去することができるものが好ましい。
保護層を構成する粘着剤としては、ゴム系粘着剤、アクリル系粘着剤、ビニルアルキルエーテル系粘着剤、シリコーン系粘着剤、ポリエステル系粘着剤、ポリアミド系粘着剤、ウレタン系粘着剤、スチレン−ジエンブロック共重合体系粘着剤、およびこれらの粘着剤に融点が約200℃以下の熱溶融性樹脂を配合したクリープ特性改良型粘着剤、などの公知の粘着剤を1種または2種以上組み合わせて用いることができる。
また粘着剤は、溶剤型、エマルジョン型、ホットメルト型、エネルギー線硬化型粘着剤、加熱剥離型等の公知のいずれの粘着剤であってもよい。
また、ロール・ツー・ロール方式での製造においては、保護層を成膜した後にロールを巻回するが、ロール巻回時に剥がれが生じない程度の可撓性を有することが好ましい。
具体的には、垂直剥離強度が通常10N/m2以上、100N/m2以上であることが好ましい。また、通常500N/m2以下、100N/m2以下であることが好ましい。
上記範囲とすることで、適切な粘着力とすることができる。
一例をあげると、素子基板及び下部電極の積層体表面(下部電極側)に、粘着剤組成物を塗布し、乾燥させることにより保護層を形成することができる。塗布の際には、適宜、塗布性を考慮して粘着剤組成物を溶剤で希釈して流動性を高めてもよい。溶剤としては、従来公知のものを用いることができ、例えば、トルエン等の炭化水素系溶剤や、アセトン等のケトン系溶剤等を用いることができる。また、塗工装置としては、ロールコート、グラビアロールコート、バーコート、カーテンフローコート、ダイコート、コンマコート、
スプレーコート等の従来既知の塗工装置を採用することができる。
また、バリ抑制層は連続したフィルム状態として供給され、透明電極が積層された基材に貼りあわせられることによっても形成することができる。
本発明の実施態様に係る製造方法は、上記積層体をレーザー加工する工程、を含む。
また、下部電極表面をレーザー加工する工程は、例えば、モノリシック構造を有する有機薄膜太陽電池素子を製造する際に行うレーザースクライブや、下部電極にパターンを付すためのパターニングなどが例示される。本発明では、このようなレーザー加工の際に生じるバリの発生を、前述の保護層により抑制することを特徴とするものである。
本実施態様におけるレーザー加工工程の一例として、モノリシック構造形成の際に行われるレーザースクライブのうち、特に下部電極上に行うレーザースクライブについて説明する。モノリシック構造とは、素子基板上に、下部電極、活性層、上部電極を備えた有機薄膜太陽電池セル(以下、単に太陽電池セルともいう)が直列に接続された構造をいう。
図1は、モノリシック構造を有する有機薄膜太陽電池素子の製造方法を表し、(a)の工程において、素子基板と下部電極が積層された積層体の下部電極表面をレーザー加工することで、開溝を形成する。
図1(a)の工程により、素子基板1の上に開溝41を持つ下部電極32を形成することができる。第1の開溝41の幅は通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは30μm以上であり、通常1000μm以下、好ましくは500μm以下、より好ましくは300μm以下、更に好ましくは100μm以下である。
このような問題に対して前述の保護層を用いることで、本発明者らは問題を解決した。
なお、本実施態様におけるレーザー加工は、レーザースクライブに限られず、レーザーを用いて下部電極をパターニングすることや、直列構造のパターニングなども含まれる。また、レーザーの入射方向は、素子基板側からでも、積層面側からでもよいが素子基板側から入射させることが好ましい。素子基板側からレーザーを入射させることで、前述の保護層に色が付いていたとしても、レーザー加工を行うことができるため、保護層の選択の余地が広がる。
レーザー加工において、レーザービームを形成するために光学系部品を用いてもよい。レーザー発振器から出射されたレーザーはレンズ等の光学系部品を通して、加工点で集光される。この時のビーム径は10μm以上500μm以下であることが好ましく、25μm以上200μm以下であることがより好ましい。この範囲において、適切な加工速度で実施することが可能となる。レーザーの走査方法は、機械式及び光学式を用いることができるが、これらに限られない。
モノリシック構造の形成は、図1(a)の工程後、(b)乃至(f)の工程を経て、有機層、上部電極に対しても開溝を形成する。そうして、有機薄膜太陽電池セルが直列に接続された有機薄膜太陽電池素子を得ることができる。
本実施態様は、レーザー加工後の積層体から保護層を除去する工程を含む。保護層は有機薄膜太陽電池素子の構成要素ではなく、後述する有機層を積層する前に積層体から除去する。
除去の方法は特段限定されるものではなく、保護層を適切に除去することが可能であればよい。例えば、粘着ローラーを用いた連続的な巻き取りが挙げられ、特にロール・ツー・ロール方式で製造する場合には、別の巻き取り部に巻き取られることで積層体から保護層を除去することができる。その他、液体や気体などの流体を用いた洗浄によることもできる。この際に用いる流体は、有機薄膜太陽電池素子の有機層と反応しないものを用いることが好ましい。
本実施態様では、保護層を除去した後、通常は有機層を積層する。有機層は、バッファー層、及び活性層を含む。本実施態様では、有機層の膜厚は通常50nm以上、好ましくは200nm以上、より好ましくは400nm以上である。一方、通常1000nm以下、好ましくは900nm以下、より好ましくは700nm以下である。
<4−1.バッファ層>
本実施態様に係る有機薄膜太陽電池素子は、少なくとも一対の電極と、該電極間に存在する活性層と、該活性層と該電極の一方との間に存在する電子取り出し層とを有する。通常、カソードと活性層との間に電子取り出し層を有する。また有機薄膜太陽電池素子は、活性層とアノードとの間に正孔取り出し層を有する。電子取り出し層および正孔取り出し層は必須ではない。
電子取り出し層の材料は、活性層からカソードへ電子の取り出し効率を向上させる材料であれば特段の制限はないが、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。
。
電子取り出し層の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。
具体的には、例えばアルカリ金属塩を電子取り出し層の材料として用いる場合、真空蒸着、スパッタ等の真空成膜方法を用いて電子取り出し層を成膜することが可能である。なかでも、抵抗加熱による真空蒸着によって、電子取り出し層を形成するのが望ましい。真空蒸着を用いることにより、活性層等の他の層へのダメージを小さくすることができる。
正孔取り出し層の材料に特に限定は無く、活性層からアノードへの正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スル
ホン酸及び/又はヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、酸化銅、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等の金属酸化物、ナフィオン、後述のp型半導体等が挙げられる。その中でも好ましくは、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーであり、より好ましくは、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングした(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS)である。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができる。金属等の薄膜は、単独で形成してもよいし、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。
活性層は光電変換が行われる層を指し、通常、p型半導体化合物とn型半導体化合物をと含む。p型半導体化合物とは、p型半導体材料として働く化合物であり、n型半導体化合物とは、n型半導体材料として働く化合物である。有機薄膜太陽電池素子が光を受けると、光が活性層に吸収され、p型半導体化合物とn型半導体化合物との界面で電気が発生し、発生した電気が電極から取り出される。
層)と、n型半導体化合物層とが積層されたもの、等が挙げられる。なかでも、p型半導体化合物とn型半導体化合物が混合した層を有するバルクヘテロ接合型が好ましい。
活性層が含むp型半導体化合物としては、特に限定はないが、低分子有機半導体化合物と高分子有機半導体化合物とが挙げられる。
低分子有機半導体化合物の分子量は、上限、下限ともに特に制限されないが、通常5000以下、好ましくは2000以下であり、一方、通常100以上、好ましくは200以上である。
ある。
基又は炭素数3以上12以下の飽和若しくは不飽和の環式炭化水素である。
ロベンゼン又はオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等のケトン類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン又はトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン又はジオキサン等のエーテル類である。より好ましくは、トルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類;シクロペンタノン又はシクロヘキサノン等の非ハロゲン系ケトン類;テトラヒドロフラン又は1,4−ジオキサン等の非ハロゲン系脂肪族エーテル類である。特に好ましくは、トルエン、キシレン又はシクロヘキシルベンゼン等の非ハロゲン芳香族炭化水素類である。なお、1種の溶媒を単独で用いてもよく、2種以上の溶媒を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
高分子有機半導体化合物として、特に限定はなく、ポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン又はポリアニリン等の共役ポリマー半導体;アルキル基やその他の置換基が置換されたオリゴチオフェン等のポリマー半導体;等が挙げられる。また、二種以上のモノマー単位を共重合させた半導体ポリマーも挙げられる。共役ポリマーとしては、例えば、Handbook of Conducting Polymers,3rd Ed.(全2巻),2007、Materials Science and Engineering,2001,32,1−40、Pure Appl.Chem.2002,74,2031−3044、Handbook of THIOPHENE−BASED MATERIALS(全2巻),2009等の公知文献に記載されたポリマーやその誘導体、及び記載されているモノマーの組み合わせによって合成し得るポリマーを用いることができる。p型半導体化合物として用いられる高分子有機半導体化合物は、一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。
に吸収することができ、短絡電流密度が向上する。p型半導体化合物のLUMOエネルギー準位が−3.7eV以上であることにより、n型半導体化合物への電子移動が起こりやすくなり短絡電流密度が向上する。
n型半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的にはフラーレン化合物、8−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体;ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体、アントラセン、ピレン、ナフタセン又はペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全フッ化物;単層カーボンナノチューブ等が挙げられる。
化合物のHOMOエネルギー準位が−5.0eV以下であることは、正孔の逆移動を阻止できる点で好ましい。
<4−2−2−1.フラーレン化合物>
フラーレン化合物としては、一般式(n1)、(n2)、(n3)及び(n4)で表される部分構造を有するものが好ましい例として挙げられる。
は、例えば、C60、C70、C76、C78、C82、C84、C90、C94、C96及びこれらよりも多くの炭素を有する高次の炭素クラスター等が挙げられる。その中でも、C60又はC70が好ましい。フラーレンとしては、一部のフラーレン環上の炭素−炭素結合が切れていてもよい。また、フラーレンを構成する炭素原子の一部が、他の原子に置き換えられていてもよい。さらにフラーレンは、金属原子、非金属原子あるいはこれらから構成される原子団をフラーレンケージ内に内包していてもよい。
8/018931号及び国際公開第2009/086210号のような公知文献の記載に従って実施可能である。
N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体としては、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2009/115553号、国際公開第2009/098250号、国際公開第2009/000756号及び国際公開第2009/091670号に記載されている化合物が挙げられる。これらの化合物は電子移動度が高く、可視域の光を吸収しうるために、電荷輸送と発電との両方に寄与しうる点から好ましい。
ナフタレンテトラカルボン酸ジイミドとしては、特段の制限はないが、具体的には国際公開第2008/063609号、国際公開第2007/146250号及び国際公開第
2009/000756号に記載されている化合物が挙げられる。これらの化合物は電子移動度が高く、溶解性が高く塗布性に優れている点から好ましい。
n型高分子半導体化合物としては、特段の制限はないが、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類、ペリレンジイミド誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ビピリジン誘導体及びボラン誘導体のうち少なくとも一つを構成ユニットとするn型高分子半導体化合物等が挙げられる。
有機薄膜太陽電池素子の光電変換特性は次のようにして求めることができる。有機薄膜太陽電池素子にソーラシュミレーターでAM1.5G条件の光を照射強度100mW/cm2で照射して、電流−電圧特性を測定する。得られた電流−電圧曲線から、光電変換効率(PCE)、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)、直列抵抗、シャント抵抗といった光電変換特性を求めることができる。
(維持率)=(大気暴露N時間後の光電変換効率)/(大気暴露直前の光電変換効率)
本発明の第二の実施態様は、上記有機薄膜太陽電池の製造方法により製造された有機薄膜太陽電池であって、該有機薄膜太陽電池は、下部電極の有機層側の積層面に存在するバリの高さが0.5μm以下であることを特徴とする。
本実施態様に係る製造方法により製造された有機薄膜太陽電池は、保護層により下部電極上に発生するバリを抑制していることから、製造された有機薄膜太陽電池において、下部電極の表面、特に角部分に存在するバリの高さは0.5μm以下である。このようにバリの発生を抑制することから、短絡しない信頼性の高い有機薄膜太陽電池素子となる。
バリの高さは、0.3μm以下であることが好ましく、0.2μm以下であることがより好ましい。
バリの高さは、有機薄膜太陽電池素子から上部電極、有機層を剥がし、下部電極の表面を観察することで測定してもよく、また、断面を電子顕微鏡で観察して測定してもよい。
また、本発明の第三の実施態様は、素子基板、下部電極、有機層、および上部電極を少なくとも有する有機薄膜太陽電池のバリを除去する方法であって、
素子基板、下部電極、および保護層が積層された積層体を準備する工程、
該積層体をレーザー加工する工程、および、
レーザー加工後の積層体から保護層を除去する工程、を有する方法である。
上記各工程については、本発明の第1の実施態様において説明したとおりである。
次に、本実施態様に係る有機薄膜太陽電池素子を含む有機薄膜太陽電池について、図を参照して説明する。図2は、有機薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図2に示すように、本実施太陽の有機薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、有機薄膜太陽電池素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10とをこの順に備える。そして、耐候性保護フィルム1が形成された側(図中下方)から光が照射されて、有機薄膜太陽電池素子6が発電するようになっている。なお、後述するバックシート10としてアルミ箔の両面にフッ素系樹脂フィルムを接着したシート等の防水性の高いシートを用いる場合は、用途によりゲッター材フィルム8及び/又はガスバリアフィルム9を用いなくてもよい。
耐候性保護フィルム1は天候変化から有機薄膜太陽電池素子6を保護するフィルムである。耐候性保護フィルム1で有機薄膜太陽電池素子6を覆うことにより、有機薄膜太陽電池素子6等を天候変化等から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。耐候性保護フィルム1は、有機薄膜太陽電池14の最表層に位置するため、耐候性、耐熱性、透明性、撥水性、耐汚染性及び/又は機械強度等の、有機薄膜太陽電池の表面被覆材として好適な性能を備え、しかもそれを屋外暴露において長期間維持する性質を有することが好ましい。
耐候性保護フィルム1の厚みは特に規定されないが、通常10μm以上200μm以下である。
また耐候性保護フィルム1には、他のフィルムとの接着性の改良のために、コロナ処理及び/又はプラズマ処理等の表面処理を行ってもよい。
紫外線カットフィルム2は紫外線の透過を防止するフィルムである。紫外線カットフィルム2を有機薄膜太陽電池14の受光部分に設け、紫外線カットフィルム2で有機薄膜太陽電池素子6の受光面6aを覆うことにより、有機薄膜太陽電池素子6及び必要に応じてガスバリアフィルム3、9等を紫外線から保護し、発電能力を高く維持することができるようになっている。
また、紫外線カットフィルム2は、柔軟性が高く、隣接するフィルムとの接着性が良好であり、水蒸気や酸素をカットしうることが好ましい。
いることもできる。このようなフィルムは、例えば、紫外線吸収剤を含む塗布液を基材フィルム上に塗布し、乾燥させることで作製できる。
基材フィルムの材質は特に限定されないが、耐熱性、柔軟性のバランスが良好なフィルムが得られる点で、例えばポリエステルが挙げられる。
ガスバリアフィルム3は水及び酸素の透過を防止するフィルムである。ガスバリアフィルム3で有機薄膜太陽電池素子6を被覆することにより、有機薄膜太陽電池素子6を水及び酸素から保護し、発電能力を高く維持することができる。
てもよいが、2層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。
ガスバリアフィルム3の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上200μm以下である。
ゲッター材フィルム4は水分及び/又は酸素を吸収するフィルムである。ゲッター材フィルム4で有機薄膜太陽電池素子6を覆うことにより、有機薄膜太陽電池素子6等を水分及び/又は酸素から保護し、発電能力を高く維持するようにしている。ここで、ゲッター材フィルム4は上記のようなガスバリアフィルム3とは異なり、水分の透過を妨げるものではなく、水分を吸収するものである。水分を吸収するフィルムを用いることにより、ガスバリアフィルム3等で有機薄膜太陽電池素子6を被覆した場合に、ガスバリアフィルム3及び9で形成される空間に僅かに浸入する水分をゲッター材フィルム4が捕捉して水分による有機薄膜太陽電池素子6への影響を排除できる。
ゲッター材フィルム4の厚みは特に規定されないが、通常5μm以上200μm以下である。
封止材5は、有機薄膜太陽電池素子6を補強するフィルムである。有機薄膜太陽電池素子6は薄いため通常は強度が弱く、ひいては有機薄膜太陽電池の強度が弱くなる傾向があるが、封止材5により強度を高く維持することが可能である。
封止材5の厚みは特に規定されないが、通常2μm以上700μm以下である。
有機薄膜太陽電池素子6は、前述の有機薄膜太陽電池素子107と同様である。すなわち、有機薄膜太陽電池素子107を用いて有機薄膜太陽電池14を製造することができる。
封止材7は、上述した封止材5と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は封止材7と同様のものを同様に用いることができる。また、太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
ゲッター材フィルム8は、上述したゲッター材フィルム4と同様のフィルムであり、配
設位置が異なる他はゲッター材フィルム4と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。また、有機薄膜太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
ガスバリアフィルム9は、上述したガスバリアフィルム3と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他はガスバリアフィルム9と同様のものを同様に必要に応じて用いることができる。また、有機薄膜太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
バックシート10は、上述した耐候性保護フィルム1と同様のフィルムであり、配設位置が異なる他は耐候性保護フィルム1と同様のものを同様に用いることができる。また、このバックシート10が水及び酸素を透過させ難いものであれば、バックシート10をガスバリア層として機能させることも可能である。また、有機薄膜太陽電池素子6よりも背面側の構成部材は必ずしも可視光を透過させる必要が無いため、可視光を透過させないものを用いることもできる。
本実施態様に係る有機薄膜太陽電池素子を用いた有機薄膜太陽電池14は、通常、膜状の薄い部材である。このように膜状の部材として有機薄膜太陽電池14を形成することにより、有機薄膜太陽電池14を建材、自動車又はインテリア等に容易に設置できるようになっている。有機薄膜太陽電池14は、軽く、割れにくく、従って安全性の高い太陽電池が得られ、また曲面にも適用可能であるため更に多くの用途に使用しうる。薄くて軽いため輸送や保管等流通面でも好ましい。更に、膜状であるためロールトゥロール式の製造が可能であり大幅なコストカットが可能である。
有機薄膜太陽電池14の具体的な寸法に制限は無いが、その厚みは、通常300μm以上3000μm以下である。
本実施態様に係る有機薄膜太陽電池素子を用いた有機薄膜太陽電池14の製造方法に制限は無いが、例えば、図2の形態の太陽電池製造方法としては、図2に示される積層体を作成した後に、ラミネート封止工程を行う方法が挙げられる。本実施形態に係る有機薄膜太陽電池素子は、耐熱性に優れるため、ラミネート封止工程による劣化が低減される点で好ましい。
の範囲とすることで封止を確実に行い、かつ、端部からの封止材5,7のはみ出しや過加圧による膜厚低減を抑え、寸法安定性を確保しうる。なお、2個以上の太陽電池素子6を直列又は並列接続したものも上記と同様にして、製造することができる。
本実施態様に係る有機薄膜太陽電池素子を用いた有機薄膜太陽電池14の用途に制限はなく、任意の用途に用いることができる。有機薄膜太陽電池を適用する分野の例を挙げると、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池等である。
<使用装置>
レーザー加工:キーエンス社レーザーマーカー(MDV9920A)(波長1064nm、周波数20kHz)
バリの高さ評価:キーエンス社製形状測定レーザーマイクロスコープ(VK−X200)
厚さ125μmのPEN基板に下部電極を積層させたPEN−下部電極積層体を用いた(透過率80%以上でシート抵抗15Ω/□以下)。この積層体表面に対し、保護層((株)アサヒ化学研究所製#503(EX))を塗布・乾燥により積層した。塗布はアプリ
ケータ150μmにより行った。塗布後に130℃20分間加熱した。
保護層を積層した積層体へのレーザー加工はキーエンス製レーザーマーカーMVD9920(波長1064nm)を用いて行った。加工は周波数20kHz、加工速度2m/s、 レーザーパワー20%で、基材面側からレーザーを入射した。加工部周辺に存在する
バリを、レーザー顕微鏡(キーエンス製VK−X200)を用いて観察した結果、バリの高さは0.13μmであった。
保護層を成膜せずに、レーザーの入射方向を積層膜面側からとし、実施例と同等の加工を行った結果、実施例と同様の測定によるバリ高さは2.06μmであった。
32 下部電極
33 p層
34 活性層
35 n層
36 上部電極
41、42、43 開溝
1 耐候性保護フィルム
2 紫外線カットフィルム
3,9 ガスバリアフィルム
4,8 ゲッター材フィルム
5,7 封止材
6 有機薄膜太陽電池素子
10 バックシート
12 基材
13 有機薄膜太陽電池モジュール
14 有機薄膜太陽電池
Claims (5)
- 素子基板、下部電極、および保護層が積層された積層体を準備する工程、
該積層体をレーザー加工する工程、および、
レーザー加工後の積層体から保護層を除去する工程、を有する有機薄膜太陽電池素子の製造方法。 - 前記保護層を除去する工程の後、更に有機層を積層する工程、を有する請求項1に記載の有機薄膜太陽電池素子の製造方法。
- 前記有機層の膜厚が50nm以上、500nm以下である、請求項2に記載の有機薄膜太陽電池素子の製造方法。
- 請求項1から3のいずれかの方法により製造された有機薄膜太陽電池素子であって、前記下部電極は、その有機層側の積層面に存在するバリの高さが0.5μm以下である、有機薄膜太陽電池素子。
- 素子基板、下部電極、有機層、および上部電極を少なくとも有する有機薄膜太陽電池素子のバリを除去する方法であって、
素子基板、下部電極、および保護層が積層された積層体を準備する工程、
該積層体をレーザー加工する工程、および、
レーザー加工後の積層体から保護層を除去する工程、を有する方法。
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