JP2016051805A - 有機薄膜太陽電池およびその製造方法、電子機器 - Google Patents

有機薄膜太陽電池およびその製造方法、電子機器 Download PDF

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Abstract

【課題】製造プロセスが簡略化され、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池およびその製造方法、および有機薄膜太陽電池を搭載した電子機器を提供する。
【解決手段】基板１０と、基板１０上に配置された透明電極層１１と、透明電極層１１上に配置された有機層１４と、有機層１４に配置された金属電極層１６と、金属電極層１６上に配置されたパッシベーション層２６と、パッシベーション層２６上に配置された光硬化樹脂層３４と、光硬化樹脂層３４上に配置されたバリアフィルム３６とを備える有機薄膜太陽電池１００およびその製造方法、およびこの有機薄膜太陽電池１００を搭載した電子機器。
【選択図】図５

Description

本実施の形態は、有機薄膜太陽電池およびその製造方法、電子機器に関する。
極薄、軽量、フレキシブルを特徴とする有機薄膜太陽電池は、常温、大気圧下でインクジェット法などの印刷法により製造されるため、形状の自由度が高く、意匠性に優れた太陽電池が実現可能である。
特表２００７−５３４１１９号公報
本実施の形態は、単層保護膜に機械強度とバリア性に優れたバリアフィルムをＵＶ硬化樹脂で貼り合せることで、製造プロセスが簡略化され、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池およびその製造方法、および有機薄膜太陽電池を搭載した電子機器を提供することにある。
本実施の形態の一態様によれば、基板と、前記基板上に配置された透明電極層と、前記透明電極層上に配置された有機層と、前記有機層上に配置された金属電極層と、前記金属電極層上に配置されたパッシベーション層と、前記パッシベーション層上に配置された光硬化樹脂層と、前記光硬化樹脂層上に配置されたバリアフィルムとを備える有機薄膜太陽電池が提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、基板と、前記基板上に配置された透明電極層と、前記透明電極層上に配置された有機層と、前記有機層上に配置された金属電極層と、前記金属電極層上に配置されたパッシベーション層と、前記パッシベーション層上に配置された光硬化樹脂層と、前記光硬化樹脂層上に配置されたバリアフィルムとを備える有機薄膜太陽電池セルを複数個直列に接続した有機薄膜太陽電池が提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、上記の有機薄膜太陽電池を備える電子機器が提供される。
本実施の形態の他の態様によれば、基板上に透明電極層を形成する工程と、前記透明電極層上に有機層を形成する工程と、前記有機層上に金属電極層を形成する工程と、前記金属電極層上にパッシベーション層を形成する工程と、前記パッシベーション層上に光硬化樹脂層を介してバリアフィルムを形成する工程とを有する有機薄膜太陽電池の製造方法が提供される。
本実施の形態は、単層保護膜に機械強度とバリア性に優れたバリアフィルムをＵＶ硬化樹脂で貼り合せることで、製造プロセスが簡略化され、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池およびその製造方法、および有機薄膜太陽電池を搭載した提供することにある。
（ａ）多層積層保護膜によるセル封止を用いた比較例に係る有機薄膜太陽電池および有機薄膜太陽電池セルの模式的断面構造図、（ｂ）図１（ａ）において、多層積層保護膜に異物が混入した状態の模式的断面構造図。 比較例に係る有機薄膜太陽電池において、耐熱性および耐湿性試験における発電量の時間変化特性。 比較例に係る有機薄膜太陽電池の製造方法の一工程であって、（ａ）受光面側の模式的平面パターン構成図、（ｂ）図３（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う部分の模式的断面構造に対応し、基板上に透明電極層をパターン形成する工程図、（ｃ）透明電極層上に有機層をパターン形成する工程図。 比較例に係る有機薄膜太陽電池の製造方法の一工程であって、（ａ）図３（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う部分の模式的断面構造に対応し、有機層上に第２電極層をパターン形成する工程図、（ｂ）デバイス全面に多層積層保護膜によるパッシベーション層を形成する工程図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池および有機薄膜太陽電池セルの模式的断面構造図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の原理的な構成および動作を説明する模式図。 図６に示された有機薄膜太陽電池の各種材料のエネルギーバンド構造図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において適用する、（ａ）ＰＥＤＯＴの化学構造式、（ｂ）ＰＳＳの化学構造式。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において適用する、（ａ）ｐ型材料となるＰ３ＨＴの化学構造式、（ｂ）ｎ型材料となるＰＣＢＭの化学構造式。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、耐熱性および耐湿性試験における発電量の時間変化特性。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、光連続照射試験における発電量の時間変化特性（ＡＳ：アモルファスシリコン太陽電池、ＯＴＦ：有機薄膜太陽電池）。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法の一工程であって、（ａ）端子取出し面側の模式的平面パターン構成図、（ｂ）図１２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分の模式的断面構造に対応し、基板上に透明電極層をパターン形成する工程図、（ｃ）透明電極層上に有機層をパターン形成する工程図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法の一工程であって、（ａ）図１２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分の模式的断面構造に対応し、有機層上に第２電極層をパターン形成する工程図、（ｂ）デバイス全面にパッシベーション層を形成する工程図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法の一工程であって、図１２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分の模式的断面構造に対応し、パッシベーション層上に光硬化樹脂層を介してバリアフィルムを貼り付ける工程図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法の一工程であって、（ａ）基板上にマトリックス状に配置された４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールの模式的鳥瞰図、（ｂ）モジュールダイシング工程図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、耐熱性（高温保存）試験における発電量の時間変化特性（ＡＳ：アモルファスシリコン太陽電池、ＯＴＦ：有機薄膜太陽電池）。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、（ａ）熱衝撃サイクル試験に適用した温度プロファイル例、（ｂ）温度サイクル試験に適用した温度プロファイル例。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、（ａ）４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールの端子取出し面側の模式的平面パターン構成図、（ｂ）４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールの等価回路表現。 図１８（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造図。 実施の形態の変形例に係る有機薄膜太陽電池において、４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールの端子取出し面側の模式的平面パターン構成図。 図２０のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造図。 実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（相対値）であって、規格化開放電圧の時間変化特性。 実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（相対値）であって、規格化飽和電流の時間変化特性。 実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（相対値）であって、規格化曲線因子の時間変化特性。 実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（相対値）であって、規格化最大発電量の時間変化特性。 実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（絶対値）であって、開放電圧の時間変化特性。 実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（絶対値）であって、飽和電流の時間変化特性。 実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（絶対値）であって、曲線因子の時間変化特性。 実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（絶対値）であって、最大発電量の時間変化特性。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、（ａ）４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールの端子取出し面側の電極接続関係を説明する平面構成図、（ｂ）図３０（ａ）に対応する等価回路表現。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、（ａ）４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールの端子取出し面側のカソード電極・アノード電極の模式的平面構成図、（ｂ）図３１（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造図、（ｃ）図３１（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う模式的断面構造図。 図３１（ａ）に示す４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールにおいて、（ａ）光電流の導通経路を示す模式図、（ｂ）等価回路表現における光電流の導通方向を示す図、（ｃ）電流電圧特性の模式図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の作成手順を示すフローチャート。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の量産化製造工程の一工程であって、基板上に透明電極層のストライプパターンを形成した状態を示す模式的鳥瞰構造図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の量産化製造工程の一工程であって、ストライプ状の透明電極層上に正孔輸送層をスピンコートにより製膜した状態を示す模式的鳥瞰構造図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の量産化製造工程の一工程であって、正孔輸送層上にバルクへテロ接合有機活性層をスピンコートにより製膜した状態を示す模式的鳥瞰構造図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の量産化製造工程の一工程であって、バルクへテロ接合有機活性層上にストライプ状の透明電極層と直交させて第２電極層のストライプパターンを形成した状態を示す模式的鳥瞰構成図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、複数のセルＣijをマトリックス状に配置した例を示す模式的平面パターン構成図。 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法において、（ａ）正孔輸送層およびバルクへテロ接合有機活性層を形成する際のスピンコート法を示す概略図、（ｂ）形成された正孔輸送層およびバルクへテロ接合有機活性層の例を示す模式的鳥瞰構成図。
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
又、以下に示す実施の形態は、技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
以下の実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、「透明」とは、透過率が約５０％以上であるものと定義する。また「透明」とは、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、可視光線に対して、無色透明という意味でも使用する。可視光線は波長約３６０ｎｍ〜８３０ｎｍ程度、エネルギー約３．４５ｅＶ〜１．４９ｅＶ程度に相当し、この領域で透過率が５０％以上あれば透明である。
[比較例]
多重積層保護膜によるセル封止を用いた比較例に係る有機薄膜太陽電池１００Ａおよび有機薄膜太陽電池セル１Ａの模式的断面構造は、図１（ａ）に示すように表され、図１（ａ）において、多重積層保護膜に異ＡＢ物が混入した状態の模式的断面構造は、図１（ｂ）に示すように表される。
比較例に係る有機薄膜太陽電池１００Ａは、図１（ａ）に示すように、基板１０と、基板１０上に配置された透明電極層１１と、透明電極層１１上に配置された有機層１４と、有機層１４上に配置された金属電極層１６と、金属電極層１６上に配置されたパッシベーション層２６・２８・３０・３２とを備える。
ここで、パッシベーション層２６・２８・３０・３２は多重積層保護膜を構成する。パッシベーション層２６・３０は、ＳｉＮ膜若しくはＳｉＯＮ膜などで構成された無機保護膜を備え、パッシベーション層２８・３２は、樹脂層などで構成された有機保護膜を備える。図１（ａ）に示された多重積層保護膜の厚さＴＭは、例えば、約１０μｍである。
多重積層保護膜によるセル封止を用いた比較例に係る有機薄膜太陽電池セル１Ａは、モジュールが薄くて軽いが、多重積層保護膜の形成プロセスが全４工程・約２時間と長い。また、多重積層保護膜の厚さＴＭが薄いため、引っ掻きなどの機械的衝撃に弱い。さらに、多重積層保護膜の形成プロセスが長いため、プロセス中に異物ＡＢが発生し易く、図１（ｂ）に示すように、またプロセス中の異物のために耐湿性に乏しい。
比較例に係る有機薄膜太陽電池１００Ａにおいて、耐熱性および耐湿性試験[ＪＩＳ Ｃ ８９３８]における発電量の時間変化特性例は、図２に示すように表される。評価光源は、蛍光灯の明るさ１０００(lux)を適用している。耐熱性試験は、７０℃で５００時間実施した。耐湿性試験は、６０℃かつ湿度９０％で５００時間実施した。
図２において、黒丸（●）プロットは、周囲温度７０℃の条件に対応し、白丸（○）プロットは、周囲温度６０℃かつ湿度９０％の条件に対応している。破線ラインＬＬは、規格化最大発電量Ｐmax(a.u.)が初期状態から１０％低下するレベルに相当する。
耐熱性試験結果では、規格化最大発電量Ｐmax(a.u.)は、図２に示すように、時間ｔ（ｈ）が０〜１１００時間まで１０％低下する破線ラインＬＬを上回っている。
一方、耐湿性試験結果では、規格化最大発電量Ｐmax(a.u.)は、図２に示すように、時間ｔ（ｈ）が約１００時間を超過すると、１０％低下する破線ラインＬＬを下回っている。
（製造方法）
比較例に係る有機薄膜太陽電池１００Ａの製造方法の一工程であって、受光面側の模式的平面パターン構成は図３（ａ）に示すように表され、図３（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う部分の模式的断面構造に対応し、基板１０上に透明電極層１１をパターン形成する工程は図３（ｂ）に示すように表され、透明電極層１１上に有機層１４をパターン形成する工程は図３（ｃ）に示すように表される。
さらに、比較例に係る有機薄膜太陽電池１００Ａの製造方法の一工程であって、図３（ａ）のＩ−Ｉ線に沿う部分の模式的断面構造に対応し、有機層１４上に金属電極層１６をパターン形成する工程は図４（ａ）に示すように表され、デバイス全面に多層積層保護膜によるパッシベーション層２６・２８・３０・３２を形成する工程は図４（ｂ）に示すように表される。
（ａ）まず、図５（ｂ）に示すように、ウェツトエッチングにより、透明電極層（ＴＣＯ）１１をパターニングする。透明電極層１１のパターニング工程では、時間と手間のかかるポジレジストを用いた王水エッチングを実施するため、５工程、例えば、約１２０分を要する。
（ｂ）次に、図５（ｃ）に示すように、スピンコート法による製膜と高密度プラズマエッチングによるパターニングにより、有機層１４を形成する。有機層１４は、正孔輸送層とバルクヘテロ接合有機活性層との積層構造で形成されるため、有機層１４の塗布形成は、２工程、約６０分を要する。ここで、スピンコート法は、材料使用効率が悪く、また、直接塗り分けできないため、高密度プラズマエッチングによるパターニング工程が必要になる。
（ｃ）次に、図４（ａ）に示すように、真空蒸着法によりアルミニウムを蒸着し、金属電極層１６を形成する。金属電極層１６の形成には、１工程、約２分を要する。さらに、酸素プラズマにより余分な有機層を除去すると共に、アルミニウムの最表面に酸化被膜処理を実施しても良い。
（ｄ）次に、図４（ｂ）に示すように、大気中の水分と酸素による劣化を抑えるため、ＣＶＤ技術を用いてＳｉＮ膜による封止を実施する。さらに、ＳｉＮ膜のスポットなどの不良を無くし、モジュールの背面を平滑化するため、樹脂素材をスピンコート法などで塗布し、ＵＶ照射により硬化させる。以下、要求するモジュール耐久性に応じて、上記の作業工程を繰り返し、パッシベーション層２６・２８・３０・３２からなる多重積層保護膜を形成する。ここで、多重積層保護膜によるセル封止には、４工程、約１２０分を要する。
多重積層保護膜によるセル封止を用いた比較例に係る有機薄膜太陽電池ではセル劣化の原因となる酸素・水分からセルを保護するため、無機物と有機物からなる多重積層保護膜によりセル封止を行っていた。しかし、多重積層保護膜は厚さが約１０μｍ程度と非常に薄いため、モジュールを軽量化できるという利点があったが、多重積層保護膜の形成が煩雑で時間を要するほか、引っ掻きなどの機械耐性が弱く、プロセス中の異物などにより特に耐湿性に十分でない。
[実施の形態]
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００および有機薄膜太陽電池セル１の模式的断面構造は、図５に示すように表される。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００は、図５に示すように、基板１０と、基板１０上に配置された透明電極層１１と、透明電極層１１上に配置された有機層１４と、有機層１４上に配置された金属電極層１６と、金属電極層１６上に配置されたパッシベーション層２６と、パッシベーション層２６上に配置された光硬化樹脂層３４と、光硬化樹脂層３４上に配置されたバリアフィルム３６とを備える。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００においては、煩雑で時間のかかる多重積層保護膜に代わり、セルを単層保護膜で封止し、耐久性に優れたバリアフィルムを光硬化樹脂を用いて貼り合せた構成を備える。
ここで、バリアフィルム３６は、例えば、シートガラスを備えていても良い。シートガラスの厚さＬＳは、約５０μｍである。
また、バリアフィルム３６は、例えば、プラスチックフィルムを備えていても良い。
パッシベーション層２６は、例えば、ＳｉＮ膜若しくはＳｉＯＮ膜を備えていても良い。
また、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００は、基板１０に対して面直方向に配置され、バリアフィルム３６、光硬化樹脂層３４およびパッシベーション層２６を貫通して、透明電極層１１と接続された取り出し端子電極２（＋）を備えていても良い（図１９参照）。
また、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００は、基板１０の端面に配置され、端面で透明電極層１１と接続された取り出し端子電極２（＋）を備えていても良い（図２１参照）。
また、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００は、基板１０と、基板１０上に配置された透明電極層１１と、透明電極層１１上に配置された有機層１４と、有機層１４上に配置された金属電極層１６と、金属電極層１６上に配置されたパッシベーション層２６と、パッシベーション層２６上に配置された光硬化樹脂層３４と、光硬化樹脂層３４上に配置されたバリアフィルム３６とを備える有機薄膜太陽電池セル１を複数個直列に接続したモジュール構成を備えていても良い。
また、有機層１４は、正孔輸送層と、正孔輸送層上に配置されたバルクへテロ接合有機活性層とを備えていても良い（図１５、図１８、図２０参照）。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００は、図５に示すように、ＩＴＯ付きガラス基板１０上に発電層となる約数１００ｎｍ程度の厚さを有する有機層１４を積層し、金属電極層１６として、アルミニウムなどの金属層を蒸着して作られる。
金属電極層１６として形成された純アルミニウムは、酸化され易いため、耐久性を持たせるために、表面に形成された不動態膜を形成しても良い。
基板１０上には、正孔輸送層・バルクヘテロ接合有機活性層などの有機層１４が配置されるため、不動態膜の形成によって、パッシベーション層２６を形成する際に、これらの有機層１４に損傷を与えることを防止可能である。
パッシベーション層２６上に配置されたパッシベーション層２８は、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池セル１の保護層としての役割を有する。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００においては、パッシベーション層２６は、化学的気相堆積（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法によるＳｉＮやＳｉＯＮなどの無機パッシベーション膜で形成可能である。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００は、パッシベーション層２６の単層保護膜に機械強度とバリア性に優れたバリアフィルム３６を光（ＵＶ）硬化樹脂層３４で貼り合せることで、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池を提供することができる。
（動作原理）
有機薄膜太陽電池セル１の動作原理を説明する模式図は、図６に示すように表される。また、図６に示された有機薄膜太陽電池セル１の各種材料のエネルギーバンド構造は、図７に示すように表される。図６および図７を参照して、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池セル１の原理的な構成と、その動作について説明する。
図６の左図に示すように、有機薄膜太陽電池セル１は、基板１０と、基板１０上に配置された透明電極層１１と、透明電極層１１上に配置された有機層１４（正孔輸送層１２および正孔輸送層１２上に配置されたバルクへテロ接合有機活性層１４Ａ）と、有機層１４上に配置された金属電極層１６とを備える。金属電極層１６は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）で形成され、カソード電極層となる。
ここで、バルクへテロ接合有機活性層１４Ａは、図６の右図に示すように、ｐ型有機活性層領域とｎ型有機活性層領域が混在し、複雑なバルクへテロｐｎ接合を形成している。ここで、ｐ型有機活性層領域は、例えば、Ｐ３ＨＴ（poly(3-hexylthiophene-2,5diyl)）で形成され、ｎ型有機活性層領域は、例えば、ＰＣＢＭ（6,6-phenyl-C61-butyric acid methyl ester）で形成されている。
（ａ）まず、光を吸収すると、バルクへテロ接合有機活性層１４Ａ内で、励起子が生成される。
（ｂ）次に、励起子は、バルクへテロ接合有機活性層１４Ａ内のｐｎ接合界面において、自発分極によって、電子（ｅ−）と正孔（ｈ＋）の自由キャリアに解離する。
（ｃ）次に、解離した正孔（ｈ＋）は、アノード電極となる透明電極層１１に向けて走行し、解離した電子（ｅ−）は、カソード電極層１６に向けて走行する。
（ｄ）結果として、カソード電極層１６・透明電極層１１間には、逆方向電流が導通して、開放電圧ＶOCが発生し、有機薄膜太陽電池セル１が得られる。
有機薄膜太陽電池セル１において、正孔輸送層１２に適用するＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの内、ＰＥＤＯＴの化学構造式は、図８（ａ）に示すように表され、ＰＳＳの化学構造式は、図８（ｂ）に示すように表される。
有機薄膜太陽電池セル１において、バルクヘテロ接合有機活性層１４Ａに適用されるＰ３ＨＴの化学構造式は、図９（ａ）に示すように表され、バルクヘテロ接合有機活性層１４Ａに適用されるＰＣＢＭの化学構造式は、図９（ｂ）に示すように表される。
不動態膜は、金属電極層１６の酸化膜で構成される。また、金属電極層１６の酸化膜は、金属電極層１６の表面を酸素プラズマ処理することによって、形成可能である。不動態膜の厚さは、例えば、約１０オングストローム〜約１００オングストロームである。
金属電極層１６は、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｍｇの何れかの金属で構成されていても良い。金属電極層１６をＡｌで形成する場合には、不動態膜は、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）膜となる。
金属電極層１６の表面に不動態膜を備える有機薄膜太陽電池セル１は、有機層１４内に水分や酸素が侵入した場合であっても、金属電極層１６がその水分・酸素によって酸化する事態を防止することができる。これにより、有機太陽電池の劣化を抑制することができ、耐久性を高めることができる。
（ガスバリア性）
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において適用した５０μｍ厚のシートガラスの例は太陽電池で必要なガスバリア性のグレードを満足している。
（ピンセットによる引っ掻き試験）
比較例に係る多重積層保護膜によるセル封止では、ピンセットによる引っ掻き試験の結果、キズが生じていたが、シートガラスによるセル封止では、ピンセットによる引っ掻き試験の結果、キズは生じていない。
（耐熱性および耐湿性試験）
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、耐熱性および耐湿性試験における発電量の時間変化特性は、図１０に示すように表される。評価光源は、蛍光灯の明るさ１０００(lux)を適用している。
耐熱性試験は、７０℃で５００時間実施した。
耐湿性試験は、６０℃かつ湿度９０％で５００時間実施した。
図１０において、黒丸（●）プロットは、周囲温度７０℃の条件に対応し、白丸（○）プロットは、周囲温度６０℃かつ湿度９０％の条件に対応している。破線ラインＬＬは、規格化最大発電量Ｐmax(a.u.)が初期状態から１０％低下するレベルに相当する。規格化最大発電量Ｐmax(a.u.)は、図１０に示すように、時間ｔ（ｈ）が０〜５００時間まで１０％低下する破線ラインＬＬを上回っている。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池は、周囲温度７０℃の耐熱性試験および周囲温度７０℃かつ湿度９０％の耐湿性試験のいずれも充足している。
（光連続照射試験）
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、光連続照射試験における発電量の時間変化特性は、図１１に示すように表される。試験光源は３５ｍＷ／ｃｍ2(波長λ＝３６５ｎｍ)を使用し、評価光源は、蛍光灯の明るさ１０００(lux)を適用している。
光連続照射試験は、連続光照射を１８０分実施した。
図１１において、黒丸（●）プロットＯＴＦは、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池に対応し、白丸（○）プロットＡＳは、アモルファスシリコン太陽電池に対応している。
アモルファスシリコン太陽電池においては、規格化最大発電量Ｐmax(a.u.)は、図１１に示すように、時間ｔ（ｈ）が０〜５０時間までは、１０％低下ラインを上回っているが、５０時間を経過すると、１０％以上低下している。
一方、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池においては、規格化最大発電量Ｐmax(a.u.)は、図１１に示すように、時間ｔ（ｈ）が０〜１８０時間までほぼフラットな特性を示している。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池は、図１１に示すように、光連続照射試験を充足し、光耐性を十分に有する。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池は、封止にバリア性の高いバリアフィルムを採用することで、優れた耐熱性・耐湿性、引っ掻き耐性、および光耐性を備える。
（製造方法）
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００は、ＩＴＯ付きガラス基板１０上に発電層となる数１００ｎｍ程度の有機層１４を積層し、アルミニウムなどの金属を蒸着して形成される。金属電極層として形成された純アルミニウムは酸化され易いため、耐久性を持たせるために、ＣＶＤ法によるＳｉＮやＳｉＯＮなどの無機パッシベーション層２６の単層保護膜に機械強度とバリア性に優れたバリアフィルム３６を光（ＵＶ）硬化樹脂層３４で貼り合せることで、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池を提供することができる。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００の製造方法の一工程であって、端子取出し面側の模式的平面パターン構成は図１２（ａ）に示すように表され、図１２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分の模式的断面構造に対応し、基板１０上に透明電極層１１をパターン形成する工程は図１２（ｂ）に示すように表され、透明電極層１１上に有機層１４をパターン形成する工程は図１２（ｂ）に示すように表される。
また、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００の製造方法の一工程であって、（ａ）図１２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分の模式的断面構造に対応し、有機層１４上に金属電極層１６をパターン形成する工程は、図１３（ａ）に示すように表され、デバイス全面にパッシベーション層２６を形成する工程は、図１３（ｂ）に示すように表される。
さらに、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００の製造方法の一工程であって、図１２（ａ）のＩＩ−ＩＩ線に沿う部分の模式的断面構造に対応し、パッシベーション層２６上に光硬化樹脂層３４を介してバリアフィルム３６を貼り付ける工程は、図１４に示すように表される。
さらに、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法の一工程であって、基板１０上にマトリックス状に配置された４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールの模式的鳥瞰構成は、図１５（ａ）に示すように表され、モジュールダイシング工程は、図１５（ｂ）に示すように表される。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００の製造方法は、図１２〜図１４に示すように、基板１０上に透明電極層１１を形成する工程と、透明電極層１１上に有機層１４を形成する工程と、有機層１４上に金属電極層１６を形成する工程と、金属電極層１６上にパッシベーション層２６を形成する工程と、パッシベーション層２６上に光硬化樹脂層３４を介してバリアフィルム３６を形成する工程とを有する。
バリアフィルム３６は、シートガラスを備えていても良い。
また、バリアフィルム３６は、プラスチックフィルムを備えていても良い。
また、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００の製造方法は、基板１０に対して面直方向に配置され、バリアフィルム３６、光硬化樹脂層３４およびパッシベーション層２６を貫通して、透明電極層１１と接続される取り出し端子電極２（＋）を形成する工程を有していても良い。
また、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００の製造方法は、基板の端面に配置され、端面で透明電極層１１と接続される取り出し端子電極２（＋）を形成する工程を有していても良い。
また、有機層１４を形成する工程は、スピンコート法若しくはインクジェット法による形成工程を有していても良い。
また、有機層１４を形成する工程は、正孔輸送層を形成する工程と、正孔輸送層上にバルクへテロ接合有機活性層を形成する工程とを有していても良い。
また、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００の製造方法は、金属電極層表面に不動態膜を形成する工程を有していても良い。
図１２〜図１５を参照して、有機薄膜太陽電池を複数個（図の例では４個）直列に配置された実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法について説明する。
（ａ）まず、純水、アセトン、エタノールで洗浄したガラス基板１０（例えば、長さ約５０ｍｍ×幅約５０ｍｍ×厚さ約０．７ｍｍ）をＩＣＰエッチャ−に入れ、Ｏ２プラズマにより、表面の付着物を取り除く（ガラス基板表面処理）。なお、基板１０をガラス基板で形成し、有機層へ光を効率的に誘導するために、ガラス表面に反射防止処理を実施しても良い。なお、ガラス基板として、例えば、ＩＴＯ付き無アルカリガラス基板を用いても良い。
（ｂ）次に、図１２（ｂ）に示すように、ガラス基板１０上に、例えば、ＩＴＯからなる透明電極層１１をパターン形成する。具体的には、例えば、ポジレジストを用いた王水エッチングによるウェツトエッチングにより、ＴＣＯをパターニングする。透明電極層１１のパターニングは、５工程、約１２０分要する。結果として、透明電極層１１は溝部を挟んだストライプパターンで複数形成される。溝部の形成には、レーザパターニング技術などを適用することもできる。
（ｃ）次に、図１２（ｃ）に示すように、各透明電極層１１上に、有機層１４（正孔輸送層１２およびバルクヘテロ接合有機活性層１４Ａ）を形成する。有機層１４の塗布形成は、２工程で約６０分要する。例えば、スピンコート法、スプレー技術、スクリーン印刷技術などによる製膜と高密度プラズマエッチングによるパターニング工程からなる。
（ｃ−１）正孔輸送層１２の形成には、スピンコート技術、スプレー技術、スクリーン印刷技術などを適用することができる。ここで、正孔輸送層１２の形成工程では、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコートによって製膜を行い、水分除去のために、アニ−ルを１２０℃で約１０分間行う。溝部の形成には、酸素プラズマエッチング技術、レーザパターニング技術、ナノインプリント技術などを適用することができる。
（ｃ−２）次に、各正孔輸送層１２上に、バルクヘテロ接合有機活性層１４Ａを形成する。バルクヘテロ接合有機活性層１４Ａの形成工程においては、例えば、Ｐ３ＨＴをスピンコートによって製膜を行う。
（ｄ）次に、図１３（ａ）に示すように、有機層１４上に金属電極層（カソード電極層）１６をパターン形成する。金属電極層１６の形成には、例えばＡｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｍｇなどの金属層を真空加熱蒸着法により堆積することによって行われる。真空加熱蒸着法の代わりに、スクリーン印刷技術を適用しても良い。金属電極層１６の形成工程は、１工程で約２分要する。
（ｅ）次に、図示は省略するが、余分な有機層１４をエッチング処理した後、金属電極層１６の表面に酸化膜（不動態膜）を形成しても良い。不動態膜は、金属電極層１６を酸素プラズマ処理することによって形成することができる。不動態膜の形成は、例えば、高密度プラズマエッチング装置を用いて行うことができる。なお、金属電極層１６を酸素プラズマ処理することによって不動態膜を形成すると同時に、有機層１４をエッチング処理することも可能である。
（ｆ）次に、図１３（ｂ）に示すように、デバイス全面にパッシベーション層２６を形成する。ここで、パッシベーション層２６は、シリコン窒化膜などをＣＶＤ法で形成しても良い。シリコン窒化膜の厚さは、例えば、約０．５μｍ〜１．５μｍ程度である。大気中の水分と酸素による劣化を抑えるため、ＣＶＤにより形成したＳｉＮ膜による封止を行うことで、さらに耐久性を向上可能である。
（ｇ）次に、図１４に示すように、パッシベーション層２６上に光硬化樹脂層３４を介してバリアフィルム３６を貼り付ける。ここでは、ＳｉＮ膜で形成されたパッシベーション層２６のスポットなどの不良を無くし、モジュールの背面を平滑化するために、光（ＵＶ）硬化樹脂層３４をスピンコート法などで塗布し、バリアフィルム３６を貼り付けてＵＶ照射により硬化させる。実施の形態に係る有機薄膜太陽電池においては、バリアフィルムの採用で耐久性を確保し、プロセスを、多重積層保護膜の４工程・１２０分から、２工程・６０分へと大幅に簡略化可能である。
（ｈ）次に、図１５（ａ）および図１５（ｂ）に示すように、基板１０上にマトリックス状に配置された４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールを縦方向のスクライブラインＣＶＬ１・ＣＶＬ２・ＣＶＬ３・ＣＶＬ４・…および横方向のスクライブラインＣＨＬ１・ＣＨＬ２・ＣＨＬ３・ＣＶＬ４・…・ＣＨＬｎ−１・ＣＨＬｎに沿ってスクライブする。
（ｉ）次に、図１９若しくは図２０に示すように、端子電極２（＋）を取り出す。
（ｉ−１）すなわち、図１９に示すように、基板１０に対して面直方向に配置され、バリアフィルム３６、光硬化樹脂層３４およびパッシベーション層２６を貫通してコンタクトホールを形成し、透明電極層１１と接続された取り出し端子電極２（＋）を形成しても良い。
（ｉ−２）また、図２０に示すように、基板１０の端面で透明電極層１１と接続された取り出し端子電極２（＋）を形成しても良い。
（ｊ）次に、図示は省略するが、直列接続された有機薄膜太陽電池のアノード端子Ａ・カソード端子Ｋ用の端子電極とのボンディング接合を形成する。ボンディング接合には、例えば、カーボンペースト、Ａｇペーストなどを用いる。端子電極には、例えば、金ワイヤなどで形成可能である。
（ｋ）最後に、図示は省略するが、水分・酸素などが浸入しないように、ＵＶ硬化樹脂などでデバイス全体を保護しても良い。
以上の工程により、複数個（図の例では４個）直列に配置された実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００を完成することができる。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００は、パッシベーション層２６の単層保護膜に機械強度とバリア性に優れたバリアフィルム３６を光（ＵＶ）硬化樹脂層３４で貼り合せることで、製造プロセスが簡略化され、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池およびその製造方法を提供することができる。
（耐熱性（高温保存）試験）
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、耐熱性（高温保存）試験における発電量の時間変化特性は、図１６に示すように表される。試験規格は、ＪＩＳ Ｃ ８９３８Ｂ−１を適用し、保存温度は８５℃とした。図１６において、白丸（○）プロットＯＴＦは、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池に対応し、正方形（□）プロットＡＳは、アモルファスシリコン太陽電池に対応している。評価光源は、蛍光灯の明るさ１０００(lux)を適用している。また、評価素子の形状は、４セル直列構成を備える。
アモルファスシリコン太陽電池においては、規格化最大発電量Ｐmax(a.u.)は、図１６に示すように、時間ｔ（ｈ）が０〜１０００時間までほぼフラットな特性を示している。
一方、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池においても、規格化最大発電量Ｐmax(a.u.)は、図１６に示すように、時間ｔ（ｈ）が０〜１０００時間までほぼフラットな特性を示している。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池は、図１６に示すように、耐熱性（高温保存）試験を充足し、耐熱性を十分に有する。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、熱衝撃サイクル試験に適用した温度プロファイル例は、図１７（ａ）に示すように表され、温度サイクル試験に適用した温度プロファイル例は、図１７（ｂ）に示すように表される。
熱衝撃サイクル試験においては、図１７（ａ）に示すように、−２０℃・３０分〜＋６０℃・３０分の急冷・急加熱の１サイクルを１０サイクル実施した。
温度サイクル試験においては、図１７（ｂ）に示すように、−２０℃〜＋９０℃の温度変化の１サイクル(４時間)を１０サイクル実施した。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池においては、熱衝撃試験、温度サイクル試験、光照射試験、耐熱性試験、耐湿性試験のいずれの試験項目においても、試験終了後、初期特性から１０％以内の変動幅を備え、いずれの試験項目も充足している。
（端子取出し構造）
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池においては、セル劣化の原因となる酸素・水分からセルを保護するため、単層無機保護膜からなるパッシベーション層２６に機械強度とバリア性に優れたバリアフィルム３６をＵＶ硬化樹脂層３４で貼り合せることで、プロセスを簡略化し、耐久性を確保している。
―コンタクトホール型―
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールの端子取出し面側の模式的平面パターン構成は、図１８（ａ）に示すように表され、４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールの等価回路表現は、図１８
（ｂ）に示すように表される。また、図１８（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う模式的断面構造は、図１９に示すように表される。
上記の実施の形態では、出力端子を取り出す際に、マイクロニードルでバリアフィルム３６を掘削してコンタクトホールを形成し、さらに導電性ペーストなどによりこのコンタクトホールを充填して、出力端子電極２（＋）を形成している。
―端面コンタクト型―
一方、実施の形態の変形例に係る有機薄膜太陽電池において、４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールの端子取出し面側の模式的平面パターン構成は、図２０に示すように表され、図２０のＩＶ−ＩＶ線に沿う模式的断面構造は、図２１に示すように表される。
図２０および図２１に示す例では、モジュール切り出し端面で出力端子電極２（＋）を取り出すことができる。すなわち、出力端子電極２（＋）と透明電極層１１とのコンタクトを出力端子電極２（＋）をモジュール切り出し端面に配置し、端面部分ＣＴでとることができる。
掘削時にバリアフィルム３６を破損し、バリアフィルム３６の割れにより、耐久性を確保することが難しい場合には、端面取出し構造により、歩留りを向上することができる。
実施の形態の変形例においては、コンタクトホール形成時に、バリアフィルム３６に割れが発生し易い形状に代わり、透明電極層１１をモジュール切り出し端面に配置し、導電性ペーストにより端面部分ＣＴでコンタクトを形成し、バリアフィルム面若しくはガラス基板面での出力端子電極２（＋）の取出しを可能とした。ここで、導電性ペーストとしては、例えば、常温乾燥タイプのＡｇペーストなどを適用可能である。
実施の形態の変形例に係る有機薄膜太陽電池においては、コンタクトホールを形成しないため、バリアフィルム３６が割れる可能性が低い。また、封止ののりしろを増やすことができるため、耐久性、特に耐湿性を向上することができる。
（耐湿性試験結果）
耐湿性試験は、６０℃かつ湿度９０％で５００時間実施した。評価光源は、蛍光灯の明るさ１０００(lux)―０．１０６ｍＷ／ｃｍ2を適用している。また、評価素子の形状は、４セル直列構成を備える。活性層には、Ｐ３ＨＴ：６０ＰＣＢＭをスピンコートにより形成している。
実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（相対値）であって、規格化開放電圧ＶOC(a.u.)の時間変化特性は、図２２に示すように表される。ここで、サンプルＳＡ１〜ＳＡ７は、コンタクトホール電極取出し構造を備え、サンプルＳＡ８は、端面電極取出し構造を備える。破線ラインＬＬは、規格化開放電圧ＶOC(a.u.)が初期状態から１０％低下するレベルに相当する。規格化開放電圧ＶOC(a.u.)は、図２２に示すように、時間ｔ（ｈ）が０〜５００時間まで１０％低下する破線ラインＬＬを上回っている。
実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（相対値）であって、規格化飽和電流Ｊsc（a.u.）の時間変化特性は、図２３に示すように表される。ここで、サンプルＳＡ１〜ＳＡ７は、コンタクトホール電極取出し構造を備え、サンプルＳＡ８は、端面電極取出し構造を備える。破線ラインＬＬは、規格化飽和電流Ｊsc（a.u.）が初期状態から１０％低下するレベルに相当する。規格化飽和電流Ｊsc（a.u.）は、図２３に示すように、時間ｔ（ｈ）が０〜５００時間まで１０％低下する破線ラインＬＬを上回っているのは、サンプルＳＡ８である。
実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（相対値）であって、規格化曲線因子ＦＦ（a.u.）の時間変化特性は、図２４に示すように表される。ここで、サンプルＳＡ１〜ＳＡ７は、コンタクトホール電極取出し構造を備え、サンプルＳＡ８は、端面電極取出し構造を備える。破線ラインＬＬは、規格化曲線因子ＦＦ（a.u.）が初期状態から１０％低下するレベルに相当する。
規格化曲線因子ＦＦ（a.u.）は、図２４に示すように、時間ｔ（ｈ）が０〜５００時間まで１０％低下する破線ラインＬＬを上回っているのは、サンプルＳＡ１・ＳＡ４・ＳＡ５・ＳＡ６・ＳＡ８である。
実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（相対値）であって、規格化最大発電量Ｐmax（a.u.）の時間変化特性は、図２５に示すように表される。ここで、サンプルＳＡ１〜ＳＡ７は、コンタクトホール電極取出し構造を備え、サンプルＳＡ８は、端面電極取出し構造を備える。破線ラインＬＬは、規格化最大発電量Ｐmax（a.u.）が初期状態から１０％低下するレベルに相当する。規格化最大発電量Ｐmax（a.u.）は、図２５に示すように、時間ｔ（ｈ）が０〜５００時間まで１０％低下する破線ラインＬＬを上回っているのは、サンプルＳＡ８である。
実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（絶対値）であって、開放電圧ＶOC(Ｖ)の時間変化特性は、図２６に示すように表される。ここで、サンプルＳＡ１〜ＳＡ７は、コンタクトホール電極取出し構造を備え、サンプルＳＡ８は、端面電極取出し構造を備える。サンプルＳＡ１〜ＳＡ８は、開放電圧ＶOC(a.u.)は、図２６に示すように、時間ｔ（ｈ）が０〜５００時間まで１０％低下する破線ラインＬＬを上回っている。
実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（絶対値）であって、飽和電流Ｊsc（a.u.）の時間変化特性は、図２７に示すように表される。ここで、サンプルＳＡ１〜ＳＡ７は、コンタクトホール電極取出し構造を備え、サンプルＳＡ８は、端面電極取出し構造を備える。時間ｔ（ｈ）が０〜５００時間範囲で飽和電流Ｊsc（μＡ／ｃｍ2）が良好な特性を示すのは、図２７に示すように、サンプルＳＡ８である。
実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（絶対値）であって、曲線因子ＦＦの時間変化特性は、図２８示すように表される。ここで、サンプルＳＡ１〜ＳＡ７は、コンタクトホール電極取出し構造を備え、サンプルＳＡ８は、端面電極取出し構造を備える。時間ｔ（ｈ）が０〜５００時間範囲で規格化曲線因子ＦＦが良好な特性を示すのは、図２８に示すように、サンプルＳＡ１・ＳＡ４・ＳＡ５・ＳＡ６・ＳＡ８である。
実施の形態およびその変形例に係る有機薄膜太陽電池モジュールの耐湿性試験（環境試験）結果（絶対値）であって、最大発電量Ｐmax（μＷ／ｃｍ2）の時間変化特性は、図２９に示すように表される。ここで、サンプルＳＡ１〜ＳＡ７は、コンタクトホール電極取出し構造を備え、サンプルＳＡ８は、端面電極取出し構造を備える。時間ｔ（ｈ）が０〜５００時間範囲で最大発電量Ｐmax（μＷ／ｃｍ2）が良好な特性を示すのは、図２９に示すように、サンプルＳＡ８である。
実施の形態の変形例に係る有機薄膜太陽電池は、周囲温度７０℃の耐熱性試験および周囲温度６０℃かつ湿度９０％の耐湿性試験のいずれも充足している。
（４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュール）
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００において、４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールの端子取出し面側の電極接続関係を説明する平面構成は、図３０（ａ）に示すように表され、図３０（ａ）に対応する等価回路表現は、図３０（ｂ）に示すように表される。
また、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールの端子取出し面側のカソード電極Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ｋ４およびアノード電極Ａ１・Ａ２・Ａ３・Ａ４の模式的平面構成は、図３１（ａ）に示すように表わされ、図３１（ａ）のＶ−Ｖ線に沿う模式的断面構造は、図３１（ｂ）に示すように表され、図３１（ａ）のＶＩ−ＶＩ線に沿う模式的断面構造は、図３１（ｃ）に示すように表される。
各有機薄膜太陽電池セルにおいて、有機層１４1・１４2・１４3・１４4を挟んでアノード電極層１１1・１１2・１１3・１１4およびカソード電極層１６1・１６2・１６3・１６4が配置されており、アノード電極層１１1・１１2・１１3・１１4は、アノード電極Ａ１・Ａ２・Ａ３・Ａ４とそれぞれ接続され、カソード電極層１６1・１６2・１６3・１６4は、カソード電極Ｋ１・Ｋ２・Ｋ３・Ｋ４とそれぞれ接続される。さらに、アノード端子Ａはアノード電極Ａ１に接続され、カソード電極Ｋ１はアノード電極Ａ２に接続され、カソード電極Ｋ２はアノード電極Ａ３に接続され、カソード電極Ｋ３はアノード電極Ａ４に接続され、カソード電極Ｋ４はカソード端子Ｋに接続される。
また、図３１（ａ）に示す４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールにおいて、光電流ＩAKの導通経路は、模式的に図３２（ａ）に示すように表され、等価回路表現における光電流ＩAKの導通方向は、図３２（ｂ）に示すように表され、電流電圧特性の模式図は、図３２（ｃ）に示すように表される。
光電流ＩAKの導通経路は、模式的に図３２（ａ）に示すように、カソード端子Ｋ→カソード電極Ｋ４・アノード電極Ａ４→カソード電極Ｋ３・アノード電極Ａ３→カソード電極Ｋ２・アノード電極Ａ２→カソード電極Ｋ１・アノード電極Ａ１→アノード端子Ａで表される。また、４セル直列構成の有機薄膜太陽電池モジュールにおいて、ＶOCは開放電圧、ＩSCは短絡電流、Ｖm、およびＩmは最大出力電力を与える時の電圧、および電流を表す。
（有機薄膜太陽電池の作成手順）
図３３に示すフローチャートに基づいて、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００の作成手順について説明する。
（ａ）ステップＳ１では、ＩＴＯ基板１０上に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを塗布する。例えば、０．４５μｍＰＴＦＥメンブレンフィルターでＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ水溶液を濾過し、溶け残りや不純物を取り除き、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ水溶液をＩＴＯ基板１０上に塗布し、スピンコート（例えば、４０００ｒｐｍ，３０ｓｅｃ）する。
（ｂ）ステップＳ２では、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを焼結する。即ち、製膜後、水分除去のために１２０℃、１０分間加熱処理をする。なお、基板１０全体に熱が伝わるように予めホットプレートで温めておいたシャーレを被せると良い。ここまでの工程でＩＴＯ基板１０上の透明電極層１１上に正孔輸送層１２が形成される。
（ｃ）ステップＳ３では、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭを塗布する。具体的には、例えば、ジクロロベンゼン（o-dichlorobenzen）にＰ３ＨＴ１６ｍｇとＰＣＢＭ１６ｍｇを溶解させる。溶液は、窒素雰囲気中の５０℃で一晩攪拌を行った後に、５０℃で１分間超音波処理を行う。溶液は窒素置換されたグローブボックス（＜１ｐｐｍＯ２、Ｈ２Ｏ）内で洗浄処理したＩＴＯ基板１０上にスピンコートを行う。回転数は例えば５５０ｒｐｍ・６０ｓｅｃの後に２０００ｒｐｍ・１ｓｅｃである。
（ｄ）ステップＳ４では、プレアニールを行う。即ち、ステップＳ３の塗布の後、１２０℃で１０分間加熱を行う。なお、基板１０全体に熱が伝わるように予めホットプレートで温めておいたシャーレを被せると良い。ここまでの工程で正孔輸送層１２上にバルクへテロ接合有機活性層１４Ａが形成され、有機層１４（１２＋１４Ａ）が形成される。
（ｅ）ステップＳ５では、ＬｉＦ真空蒸着を行う。具体的には、ＬｉＦ（純度：９９．９８％）は、真空度：１．１×１０−６ｔｏｒｒ・蒸着レートが０．１Å／ｓｅｃで真空加熱蒸着を行う。ＬｉＦはバルクへテロ接合有機活性層１４Ａへの電子注入層となる。
（ｆ）ステップＳ６では、Ａｌ真空蒸着を行って有機層１４上に第２電極層１６を形成する。具体的には、Ａｌ（純度：９９．９９９％）は、真空度：１．１×１０−６ｔｏｒｒで蒸着レートが〜２Å／ｓｅｃで真空加熱蒸着を行う。
（ｇ）ステップＳ７では、第２電極層１６について、電極酸化被膜処理を行う。具体的には、高密度プラズマエッチング装置を用いて酸素プラズマにより第２電極層１６表面を酸化し、酸化膜（不動態膜）を形成する。
（ｈ）ステップＳ８では、パッシベーション封止を行う。具体的には、デバイス全体に、パッシベーション層２６を形成して、パッシベーション処理する。
（ｉ）ステップＳ９では、パッシベーション層２６上に光硬化樹脂層３４を介してバリアフィルム３６を貼り付ける。光（ＵＶ）硬化樹脂層３４をスピンコート法などで塗布し、バリアフィルム３６を貼り付けてＵＶ照射により硬化させる。
（ｊ）ステップＳ１０では、取り出し端子電極２（＋）を形成する。取り出し端子電極２（＋）のボンディング接合部には、カーボンペースト、Ａｇペーストなどを用いる。
（ｋ）ステップＳ１１では、封止を行う。具体的には、水分・酸素などが浸入しないように、ＵＶ硬化樹脂等の樹脂層などで周辺部を保護する。
（量産化工程）
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池は、図３４〜図３８に示すように、複数のセルをマトリックス状に配置し、量産化工程によって製造することもできる。
以下、図３４〜図３８を参照して説明する。
（ａ）まず、純水、アセトン、エタノールで洗浄したガラス基板１０をＩＣＰエッチャ−に入れ、Ｏ２プラズマにより、表面の付着物を取り除く（ガラス基板表面処理）。なお、有機活性層へ光を効率的に誘導するために、ガラス基板１０の表面に反射防止処理を実施しても良い。
（ｂ）次に、図３４に示すように、基板１０上に、例えば、ＩＴＯからなる透明電極層１１を形成する。図３４に示す例では、透明電極層１１は隙間を挟んだ２本のストライプパターンで形成される。隙間の形成には、レーザパターニング技術などを適用することができる。
（ｃ）次に、図３５に示すように、基板１０および透明電極層１１上に、正孔輸送層１２を形成する。正孔輸送層１２の形成には、スピンコート技術、スプレー技術、スクリーン印刷技術などを適用することができる。ここで、正孔輸送層１２の形成工程では、例えば、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコートによって製膜を行い、水分除去のために、アニ−ルを１２０℃で約１０分間行う。
（ｄ）次に、図３６に示すように、正孔輸送層１２上に、バルクヘテロ接合有機活性層１４Ａを形成する。バルクヘテロ接合有機活性層１４Ａの形成工程においては、例えば、Ｐ３ＨＴ：ＰＣＢＭをスピンコートによって製膜を行う。バルクヘテロ接合有機活性層１４Ａの厚さは、例えば、約１００ｎｍ〜約２００ｎｍである。
（ｅ）次に、図３７に示すように、バルクへテロ接合有機活性層１４Ａ上に、２本のストライプパターンのカソード電極層１６を透明電極層１１と直交させて形成する。
カソード電極層１６の形成には、例えばＡｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｍｎ、Ｍｇなどを真空加熱蒸着法により堆積することによって行われる。真空加熱蒸着法の代わりに、スクリーン印刷技術を適用しても良い。
（ｆ）次に、図示は省略するが、カソード電極層１６の表面に酸化膜（不動態膜）を形成する。不動態膜は、カソード電極層１６を酸素プラズマに暴露させて形成することができる。酸素プラズマによる酸化膜の形成は、例えば、プラズマエッチング装置を用いて行うことができる。
（ｇ）次に、図示は省略するが、デバイス全体に、パッシベーション層２６およびパッシベーション層２６上に光硬化樹脂層３４を介してバリアフィルム３６を形成する。
以上の工程により、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００を量産化することができる。
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００において、複数のセルＣijをマトリックス状に配置した模式的平面パターン構成例は、図３８に示すように表される。アノード電極層１１で形成されるアノード電極…,Ａj, Ａj+1,…と、アノード電極…, Ａj, Ａj+1,…と直交し、カソード電極層１６で形成されるカソード電極…,Ｋi-1, Ｋi, Ｋi+1,…の交差部にセル…Ｃij…が配置されている。アノード電極…, Ａj, Ａj+1,…と、カソード電極…, Ｋi-1, Ｋi, Ｋi+1,…を選択することによって、交差部に配置されたセル…Ｃij…の特性をそれぞれ別個に測定することもできる。
（スピンコート法）
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００の製造方法において、正孔輸送層１２および有機層１４（１２、１４Ａ）を形成する際のスピンコート法を示す概略は図３９（ａ）に示すように表され、形成された正孔輸送層１２および有機層１４（１２、１４Ａ）の例を示す模式的鳥瞰構成は、図３９（ｂ）に示すように表される。
例えば、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池１００において、比較的小面積の素子を作成する場合には、図３９（ａ）に示すようなスピンコート法を適用することができる。
即ち、図３９（ａ）に示すように、モータ等の駆動源に接続される高速回転可能なスピンドル６２と、スピンドル６２に固設され基板１０を載置するテーブル６３とを備えるスピンコーターが用いられる。
そして、テーブル６３上に基板１０を載置し、モータ等の駆動源を稼働させてテーブル６３を例えば２０００〜４０００ｒｐｍで矢印Ａ、Ｂ方向に高速回転させる。次いで、スポイト６５を用いて、正孔輸送層１２やバルクへテロ接合有機活性層１４Ａを形成する溶液の液滴６４を落下させる。これにより、液滴６４は遠心力により基板１０上に均一な厚さの正孔輸送層１２およびバルクへテロ接合有機活性層１４Ａ（図３９（ｂ）参照）を形成することができる。
（電子機器）
実施の形態においては、単層保護膜に機械強度とバリア性に優れたバリアフィルムをＵＶ硬化樹脂で貼り合せることで、製造プロセスが簡略化され、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池が提供されることから、モバイル端末機器等の電子機器への搭載が容易になる。特にスマートホンやタブレット端末に代表される電子機器は、外観が重要であるため表示パネルのべゼル（ディスプレイの周辺部）や背面に有機薄膜太陽電池のセルを搭載することができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、単層保護膜に機械強度とバリア性に優れたバリアフィルムをＵＶ硬化樹脂で貼り合せることで、製造プロセスが簡略化され、耐久性に優れた有機薄膜太陽電池およびその製造方法、および有機薄膜太陽電池を搭載した電子機器を提供するができる。
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
このように、本実施の形態はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。
本実施の形態の有機薄膜太陽電池は、太陽光発電パネル、モバイル端末向け充電器など幅広い分野に適用可能である。
１、１Ａ…有機薄膜太陽電池セル
１０…基板（ＩＴＯ基板）
１１、１１1・１１2・１１3・１１4…第１電極層（アノード電極層、透明電極層）
１２…正孔輸送層
１４、１４1・１４2・１４3・１４4…有機層（正孔輸送層１２＋バルクヘテロ接合有機活性層１４Ａ）
１４Ａ…バルクへテロ接合有機活性層
１６、１６1・１６2・１６3・１６4…第２電極層（金属電極層、カソード電極層）
２６、２８、３０、３２…パッシベーション層
３４…光硬化樹脂層（ＵＶ硬化樹脂層）
３６…バリアフィルム
６２…スピンドル
６３…テーブル
６４…液滴
６５…スポイト
１００、１００Ａ…有機薄膜太陽電池

Claims (18)

  1. 基板と、
    前記基板上に配置された透明電極層と、
    前記透明電極層上に配置された有機層と、
    前記有機層上に配置された金属電極層と、
    前記金属電極層上に配置されたパッシベーション層と、
    前記パッシベーション層上に配置された光硬化樹脂層と、
    前記光硬化樹脂層上に配置されたバリアフィルムと
    を備えることを特徴とする有機薄膜太陽電池。
  2. 前記バリアフィルムは、シートガラスを備えることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜太陽電池。
  3. 前記バリアフィルムは、プラスチックフィルムを備えることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜太陽電池。
  4. 前記基板に対して面直方向に配置され、前記バリアフィルム、前記光硬化樹脂層および前記パッシベーション層を貫通して、前記透明電極層と接続された取り出し端子電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜太陽電池。
  5. 前記基板の端面に配置され、前記端面で前記透明電極層と接続された取り出し端子電極を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜太陽電池。
  6. 前記パッシベーション層は、ＳｉＮ膜若しくはＳｉＯＮ膜を備えることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜太陽電池。
  7. 基板と、
    前記基板上に配置された透明電極層と、
    前記第１電極層上に配置された有機層と、
    前記有機層上に配置された金属電極層と、
    前記金属電極層上に配置されたパッシベーション層と、
    前記パッシベーション層上に配置された光硬化樹脂層と、
    前記光硬化樹脂層上に配置されたバリアフィルムと
    を備える有機薄膜太陽電池セルを複数個直列に接続したことを特徴とする有機薄膜太陽電池。
  8. 前記有機層は、
    正孔輸送層と、
    前記正孔輸送層上に配置されたバルクへテロ接合有機活性層と
    を備えることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の有機薄膜太陽電池。
  9. 前記金属電極層は、表面に形成された不動態膜を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の有機薄膜太陽電池。
  10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の有機薄膜太陽電池を備えることを特徴とする電子機器。
  11. 基板上に透明電極層を形成する工程と、
    前記透明電極層上に有機層を形成する工程と、
    前記有機層上に金属電極層を形成する工程と、
    前記金属電極層上にパッシベーション層を形成する工程と、
    前記パッシベーション層上に光硬化樹脂層を介してバリアフィルムを形成する工程と
    を有することを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法。
  12. 前記バリアフィルムは、シートガラスを備えることを特徴とする請求項１１に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
  13. 前記バリアフィルムは、プラスチックフィルムを備えることを特徴とする請求項１１に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
  14. 前記基板に対して面直方向に配置され、前記バリアフィルム、前記光硬化樹脂層および前記パッシベーション層を貫通して、前記透明電極層と接続される取り出し端子電極を形成する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
  15. 前記基板の端面に配置され、前記端面で前記透明電極層と接続される取り出し端子電極を形成する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
  16. 前記有機層を形成する工程は、スピンコート法若しくはインクジェット法による形成工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
  17. 前記有機層を形成する工程は、
    正孔輸送層を形成する工程と、
    前記正孔輸送層上にバルクへテロ接合有機活性層を形成する工程と
    を有することを特徴とする請求項１１に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
  18. 前記金属電極層表面に不動態膜を形成する工程を有することを特徴とする請求項１１に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。
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