JP2024051878A - 太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モジュール内への水蒸気および酸素の流入を十分に抑制でき、封止性能に優れた太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】実施形態の一例である太陽電池モジュール１は、基材２と、基材２上に設けられた第１電極層１１と、第１電極層１１上に設けられた光電変換層１０と、光電変換層１０上に設けられた第２電極層１２と、取り出し電極層２０と、封止層３０とを備える。封止層３０は、取り出し電極層２０に対応した領域に開口３０Ａを有する。そして、基材２を光電変換層１０が設けられた面側から平面視したときに、開口３０Ａから取り出し電極層２０が露出し、取り出し電極層２０の周縁部を封止層３０が覆っている。【選択図】図１

Description

本開示は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関し、より詳しくはガラス基材等の絶縁基材上に光電変換層が成膜された太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。

従来、ガラス基材等の絶縁基材上に光電変換層が形成されてなる太陽電池モジュールが知られている。特許文献１には、基板と、基板上に形成された複数の太陽電池セルと、基板上に形成され、複数の太陽電池セルから電荷を取り出す取り出し電極と、取り出し電極から電荷を収集する取出し配線材と、取り出し配線材を覆う被覆材と、封止材とを備えた太陽電池モジュールが開示されている。

また、特許文献２には、陰極と、陽極と、陰極と陽極との間に配置された光電変換層と、陰極上又は陽極上のいずれか一方に配置された樹脂層とを有する太陽電池セルが開示されている。特許文献２には、光電変換層が、一般式Ｒ－Ｍ－Ｘ_３（但し、Ｒは有機分子、Ｍは金属原子、Ｘはハロゲン原子又はカルコゲン原子である。）で表される有機無機ペロブスカイト化合物を含むことが記載されている。

特開２００９－１８８２１１号公報 特開２０１６－１７４１５１号公報

太陽電池セルの光電変換層は、水蒸気、酸素、および光の存在により、出力性能が大きく低下するため、特許文献１，２に記載されるように、光電変換層に水蒸気および酸素が作用しないように光電変換層が封止されている。特に、光電変換層がペロブスカイト素子である場合は、水蒸気および酸素の影響による出力低下が顕著である。また、特許文献１に記載されるように、太陽電池モジュールには、太陽電池セルで発電された電力を外部に取り出すための電極が設けられるが、電極の周囲は他の部分と比べて封止性能が低下し易いため、水蒸気および酸素が電極の周囲から流入することが想定される。

本開示の目的は、モジュール内への水蒸気および酸素の流入を十分に抑制でき、封止性能に優れた太陽電池モジュールを提供することである。

本開示に係る太陽電池モジュールは、基材と、基材上に設けられた第１電極層と、第１電極層上に設けられた光電変換層と、光電変換層上に設けられた第２電極層と、基材上において、当該基材を平面視したときに光電変換層と重ならない領域に設けられた取り出し電極層と、第１電極層、光電変換層、第２電極層、および取り出し電極層を覆うように設けられ、取り出し電極層に対応した領域に開口を有する封止層とを備え、基材を光電変換層が設けられた面側から平面視したときに、開口から取り出し電極層が露出し、取り出し電極層の周縁部を封止層が覆っている。

本開示に係る太陽電池モジュールによれば、モジュール内への水蒸気および酸素の流入を十分に抑制できる。本開示に係る太陽電池モジュールは、封止性能に優れるため、例えば、良好な出力性能を長期にわたって維持できる。

第１の実施形態である太陽電池モジュールの断面図である。 第２の実施形態である太陽電池モジュールの断面図である。 第３の実施形態である太陽電池モジュールの断面図である。 第１の実施形態である太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための図である。 第２の実施形態である太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための図である。 第３の実施形態である太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための図である。 第４の実施形態である太陽電池モジュールの断面図である。 第５の実施形態である太陽電池モジュールの断面図である。 第６の実施形態である太陽電池モジュールの断面図である。 第７の実施形態である太陽電池モジュールの断面図である。

以下、図面を参照しながら、本開示に係る太陽電池モジュールの実施形態の一例について詳細に説明する。なお、以下で説明する複数の実施形態および変形例の各構成要素を選択的に組み合わせてなる形態は本開示の範囲に含まれている。

図１は、第１の実施形態である太陽電池モジュール１をＸ方向に切断した断面構造を模式的に示す。なお、基材２の表面に沿った第１の方向を「Ｘ方向（図１に図示）」、基材２の表面に沿った、Ｘ方向と直交する第２の方向を「Ｙ方向（図１の紙面に直交する方向）」とする。図１に示すように、太陽電池モジュール１は、基材２と、基材２上に設けられたセル３とを備える。セル３は、直列に接続された複数のユニットセル４から構成されている。各ユニットセル４は、光電変換層１０と、第１電極層１１と、第２電極層１２とを含む。

太陽電池モジュール１は、さらに、取り出し電極層２０と、封止層３０とを備える。取り出し電極層２０は、セル３から電気エネルギーをモジュールの外部に取り出すための電極であって、基材２を平面視したときに光電変換層１０と重ならない領域に設けられている。封止層３０は、基材２と共にセル３を挟み、モジュール内に水蒸気および酸素が流入することを抑制するための層である。封止層３０は、セル３（光電変換層１０、第１電極層１１、第２電極層１２）および取り出し電極層２０を覆うように設けられ、取り出し電極層２０に対応する領域に開口３０Ａを有する。

太陽電池モジュール１は、基材２上に設けられた無機膜４０を備えていてもよい。無機膜４０は、基材２と第１電極層１１の間に介在している。無機膜４０には、例えば、後述する第２の層３２のバリア層と同種の無機膜を適用できる。

詳しくは後述するが、太陽電池モジュール１では、基材２を光電変換層１０が設けられた面側から平面視したときに、封止層３０の開口３０Ａから取り出し電極層２０が露出し、取り出し電極層２０の周縁部を封止層３０が覆った状態となっている。即ち、基材２と反対側を向いた取り出し電極層２０の表面２１は、その一部が封止層３０の開口３０Ａから露出し、当該露出部の周囲が封止層３０により覆われている。この場合、取り出し電極層２０の周囲から水蒸気および酸素がモジュール内に流入することが効果的に抑制される。

基材２には、表面に絶縁層が形成された導電性の基材を用いてもよいが、好ましくは絶縁性の基材を用いる。基材２は、例えば、波長４００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の太陽光に対する透過性を有し、水蒸気透過率が低い材料で構成される。基材２は、樹脂製の基材であってもよく、ガラス製の基材であってもよい。基材２の厚みは、例えば、０．０２ｍｍ以上３ｍｍ以下である。なお、太陽電池モジュール１は支持体５を備えるため、基材２として、後述するバリアフィルムと同様の樹脂フィルムを用いることも可能である。

太陽電池モジュール１は、上記のように、直列に接続された複数のユニットセル４を含む。ユニットセル４は、Ｘ方向に複数配置され、Ｘ方向に直交するＹ方向に連続している。本実施形態のユニットセル４は、ペロブスカイト型のセルであって、基材２上に設けられた第１電極層１１と、第１電極層１１上に設けられた光電変換層１０と、光電変換層１０上に設けられた第２電極層１２とを含む。なお、セル３（各ユニットセル４）の表面を覆う基材２および封止層３０の少なくとも一方が光透過性を有する。この場合、基材２側、又は封止層３０側、或いは両側からモジュール内に光が入射し、各ユニットセル４の光電変換層１０に吸収されるが、本実施形態では、封止層３０が不透明であり、基材２の表面がモジュールの受光面となる。

光電変換層１０は、光吸収層１３と、電子輸送層１４と、正孔輸送層１５とを含み、電子輸送層１４および正孔輸送層１５が光吸収層１３を両側から挟むように配置された積層構造を有する。本実施形態の光電変換層１０では、後述の溝が形成された部分を除き、基材２側から順に、電子輸送層１４、光吸収層１３、および正孔輸送層１５が配置されている。光吸収層２２は、例えば、組成式ＡＢＸ_３（式中、Ａは１価のカチオン、Ｂは２価のカチオン、Ｘはハロゲンアニオン）で示されるペロブスカイト化合物を含む。

電子輸送層１４は、ｎ型半導体により構成され、ｎ層とも呼ばれる。電子輸送層１４を構成する電子輸送材料としては、アナターゼ型酸化チタン、酸化錫などが例示される。正孔輸送層１５は、ｐ型半導体により構成され、ｐ層とも呼ばれる。正孔輸送層１５は、酸化還元部位を有する正孔輸送材料を含む。正孔輸送層１５を構成する正孔輸送材料としては、２，２’，７，７’－テトラキス（Ｎ，Ｎ’－ジ－p－メトキシフェニルアミノ）－９，９’－スピロビフルオレン（Ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ）などが例示される。

上記ペロブスカイト化合物（ＡＢＸ_３）のＡの一例は、Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３－Ｎ－Ｈで表される１価のカチオンである。Ｒ_１およびＲ_２がＨ、Ｒ_３がＣＨ_３である場合、Ａはメチルアンモニウム（ＣＨ_３ＮＨ_３）となる。官能基Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は、例えば、炭素、水素、窒素、および酸素から選択される少なくとも１種の元素を含む。官能基Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３が炭素原子を含む場合、官能基Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３の炭素数の合計は４以下であることが好ましい。官能基Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３は、Ｒｂ、Ｃｓ等の第１族元素を含んでいてもよい。

ＡＢＸ_３のＢは、上記の通り、２価のカチオンである。Ｂは、例えば、遷移金属又は第１３族元素、第１４族元素、又は第１５族元素の２価のカチオンである。Ｂの具体例としては、Ｐｂ^２＋、Ｇｅ^２＋、Ｓｎ^２＋が挙げられる。Ｂは、Ｐｂ^２＋およびＳｎ^２＋から選択される少なくとも１種を含んでいてもよく、Ｐｂ^２＋、Ｓｎ^２＋の一部が他の元素に置換されていてもよい。置換元素としては、Ｂｉ、Ｓｂ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｎｉ等が例示できる。ＡＢＸ_３のＸは、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉから選択される少なくとも１種である。

上記Ａ、Ｍ、Ｘのそれぞれのサイトは、複数種のイオンによって占有されていてもよい。ペロブスカイト化合物（ＡＢＸ_３）の具体例としては、ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＩ_３、ＣＨ_３ＣＨ_２ＮＨ_３ＰｂＩ_３、ＮＨ_２ＣＨＮＨ_２ＰｂＩ_３、ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＢｒ_３、ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＣｌ_３、ＣｓＰｂＩ_３、ＣｓＰｂＢｒ_３等が挙げられる。ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＩ_３から構成される光吸収層１３は、ＰＶＳＫ素子とも呼ばれる。

第１電極層１１および第２電極層１２は、光透過性を有し、光電変換層１０への光の進入を遮らないことが好ましい。各電極層の光線透過率は、例えば、波長４５０ｎｍ以上９００ｎｍ以下の範囲において８５％以上である。また、各電極層のシート抵抗は、２００Ω／□以下が好ましく、５０Ω／□以下であってもよい。好適な電極層の一例は、酸化インジウム、酸化亜鉛等の金属酸化物に、タングステン、スズ、アンチモン等がドーピングされた、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物で構成される透明導電層である。透明導電層の厚みは、例えば、３０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。各電極層は、スパッタリング等の従来公知の方法により成膜できる。

図１では、Ｘ方向に隣り合う２つのユニットセル４を図示し、左側のユニットセル４を「ユニットセル４Ａ」、右側のユニットセル４を「ユニットセル４Ｂ」としている。太陽電池モジュール１に含まれるユニットセル４の数は特に限定されず、３個以上であってもよい。図１に示す例では、ユニットセル４Ａの第２電極層１２が、ユニットセル４Ｂの第１電極層１１と電気的に接続されている。３個以上のユニットセル４が含まれる場合、例えば、ユニットセル４Ｂの第２電極層１２が、Ｘ方向に隣り合う第３のユニットセル４の第１電極層１１と電気的に接続される。このようにして、複数のユニットセル４がＸ方向に沿って直列に接続される。

セル３には、溝１６，１７，１８が形成されている。溝１６，１７，１８は、セル３を構成する層の一部を除去して形成され、Ｙ方向に延びて互いに略平行に形成されている。各溝は、従来公知のスクライブ法などにより形成できる。各溝幅は、例えば、３０μｍ以上３００μｍ以下である。溝１７には、溝内に空隙が形成されないように、封止層３０を構成する樹脂が充填されている。

溝１６は、各ユニットセル４の第１電極層１１を分割する溝である。溝１７は、各ユニットセル４の光吸収層１３、正孔輸送層１５、および第２電極層１２を分割している。なお、溝１７は各ユニットセル４の第２電極層１２を分割していればよく、光吸収層１３と正孔輸送層１５は溝１７により分割されていなくてもよい。本実施形態では、溝１６，１７によって各ユニットセル４が区画されているものとする。

溝１８は、正孔輸送層１５、光吸収層１３、および電子輸送層１４を貫通して、ユニットセル４Ｂの第１電極層１１を露出させるように形成されている。そして、溝１８内にはユニットセル４Ａの第２電極層１２が形成されている。これにより、ユニットセル４Ｂの第１電極層１１が、ユニットセル４Ａの第２電極層１２と電気的に接続される。即ち、溝１８が複数のユニットセル４を直列に接続する導電パスとして機能する。

セル３は、例えば、以下の方法により製造される。
（１）基材２上に、第１電極層１１および電子輸送層１４をこの順で形成する。
（２）第１電極層１１の一部をレーザースクライブ処理して溝１６を形成する。
（３）電子輸送層１４上に、光吸収層１３および正孔輸送層１５をこの順で形成する。
（４）正孔輸送層１５、光吸収層１３、および電子輸送層１４の一部をメカニカルスクライブ処理して溝１８を形成する。
（５）正孔輸送層１５上に、第２電極層１２を形成する。このとき、溝１８内に第２電極層１２が形成され、上記導電パスが形成される。
（６）第２電極層１２、正孔輸送層１５、および光吸収層１３の一部をメカニカルスクライブ処理して溝１７を形成する。

光吸収層１３、電子輸送層１４、および正孔輸送層１５は、例えば、各層の構成材料を溶解させた溶液を基材２の表面に塗布することにより成膜できる。これらの層は、メニスカス塗布法、スピンコート法、又はディスペンサーにより成膜されてもよい。各層の厚みは、特に限定されないが、一例としては、１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下である。

以下、取り出し電極層２０および封止層３０の構成について詳説する。

取り出し電極層２０は、金属層が積層された構造を有し、基材２上において、基材２を平面視したときに光電変換層１０と重ならない領域に設けられている。言い換えると、取り出し電極層２０は、太陽電池モジュール１の厚み方向に光電変換層１０と重ならない領域に設けられている。取り出し電極層２０には、ユニットセル４Ａの第１電極層１１と電気的に接続された取り出し電極層２０Ａと、ユニットセル４Ｂの第２電極層１２と電気的に接続された取り出し電極層２０Ｂとが含まれている。取り出し電極層２０Ａは基材２のＸ方向の第１の端部に配置され、取り出し電極層２０Ｂは当該第１の端部と反対側のＸ方向の第２の端部に配置されている。

取り出し電極層２０を構成する金属層は、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅、銀等の金属又はこれらの合金により構成されている。中でも、銀を用いることが好ましい。金属層は、単層構造であってもよく、異種金属層を含む複層構造であってもよい。取り出し電極層２０の厚みの一例は、１０μｍ以上１００μｍ以下である。取り出し電極層２０は、印刷、スパッタリング、蒸着等により成膜されてもよく、めっき法により成膜されてもよい。

封止層３０は、セル３の全体を覆う層であって、水蒸気および酸素がモジュール内に流入することを抑制する。また、封止層３０は、水蒸気等を捕捉する機能を有していてもよい。封止層３０は、取り出し電極層２０の厚み方向に沿った側面を覆っている。一方、取り出し電極層２０はセル３で発電された電力をモジュール外に取り出すための電極であるから、基材２と反対側を向いた取り出し電極層２０の表面２１の一部は、封止層３０に覆われず露出している。封止層３０には、取り出し電極層２０の表面２１の一部を露出させる開口３０Ａが形成されている。

封止層３０は、基材２を光電変換層１０が設けられた面側から平面視したときに、取り出し電極層２０の表面２１の周縁部を覆っている。封止層３０の開口３０Ａの形状は特に限定されないが、一例としては、平面視円形状である。封止層３０の開口３０Ａは、モジュールの厚み方向に取り出し電極層２０の表面２１と重なるように配置され、開口面積が最も小さくなった部分は表面２１よりも小さくなっている。本実施形態では、表面２１と接する部分で開口３０Ａの面積が最小となっている。

封止層３０は、単層構造、或いは３つ以上の層を有する多層構造とすることも可能であるが、本実施形態では、第１の層３１と第２の層３２を含む二層構造を有する。第１の層３１は、取り出し電極層２０に対応した領域に第１の開口３１Ａを有する。第２の層３２は、第１の層３１を覆うように設けられ、取り出し電極層２０に対応した領域に第２の開口３２Ａを有する。詳しくは後述するが、第１の開口３１Ａと第２の開口３２Ａは、モジュールの厚み方向に重なって配置され、封止層３０の開口３０Ａを形成している。

第１の層３１は、セル３に形成された溝１７、セル３と取り出し電極層２０の間等に充填され、セル３および取り出し電極層２０に密着する。第１の層３１は、セル３との間に空隙ができないように、セル３と隙間なく密着することが好ましい。この場合、モジュール内への水蒸気および酸素の流入が抑制される。第１の層３１は、水蒸気および酸素の透過率が低い樹脂で構成されることが好ましい。第１の層３１は、吸湿フィラーを含んでいてもよい。水分を捕捉する機能を有する第１の層３１は、ゲッター層とも呼ばれる。

第１の層３１を構成する樹脂は、水蒸気および酸素の透過率が低く、セル３に対する密着性が良好な樹脂であればよいが、好適な樹脂の一例としては、オレフィン系ポリマーが挙げられる。オレフィン系ポリマーは、オレフィンに由来する単位を主たる構成単位とするポリマーである。第１の層３１は、例えば、オレフィン系ポリマー中に吸湿フィラーが分散した層である。なお、第１の層３１は、オレフィン系ポリマーおよび吸湿フィラー以下の他の成分を含んでいてもよい。他の成分としては、粘着付与剤、硬化促進剤、酸化防止剤、可塑剤、ゴム成分等が挙げられる。

オレフィン系ポリマーは、２種以上のオレフィンの共重合体、オレフィンと非共役ジエン、スチレン等のオレフィン以外のモノマーとの共重合体であることが好ましい。共重合体の一例としては、エチレン－非共役ジエン共重合体、エチレン－プロピレン共重合体、エチレン－プロピレン－非共役ジエン共重合体、エチレン－ブテン共重合体、プロピレン－ブテン共重合体、プロピレン－ブテン‐非共役ジエン共重合体、スチレン－イソブテン共重合体、スチレン－イソブテン－スチレン共重合体、イソブテン－イソプレン共重合体等が挙げられる。

オレフィン系ポリマーは、架橋構造を有することが好ましく、第１の反応性官能基を含む共重合体と、第２の反応性官能基を含む共重合体とが反応して得られる。反応性官能基は、エポキシ基、カルボキシ基、酸無水物基、アミノ基、ヒドロキシル基、およびイソシアネート基からなる群より選択でき、互いに反応する組み合わせで用いられる。反応性官能基の組み合わせの具体例としては、エポキシ基とカルボキシ基、エポキシ基と酸無水物基、カルボキシ基と酸無水物基等が挙げられる。

吸湿フィラーの一例としては、未焼成ハイドロタルサイト、半焼成ハイドロタルサイト、焼成ハイドロタルサイト、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、焼成ドロマイト、水素化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化アルミニウム、酸化バリウム、モレキュラーシーブ、シリカ等が挙げられる。

第１の層３１の厚みは、例えば、１０μｍ以上１００μｍ以下であり、好ましくは３０μｍ以上７０μｍ以下である。第１の層３１の厚みが当該範囲内であれば、良好な封止性能、水蒸気等の補足性能を確保できる。第１の層３１を構成する材料は、太陽電池モジュール１の製造工程においてフィルム状で供給され、加熱、加圧、又は加熱しながら加圧することにより流動してセル３に隙間なく密着し、セル３の溝内にも充填される。

第２の層３２は、水蒸気および酸素の透過率が低い層であって、第１の層３１の全体を覆うように設けられ、モジュール内への水蒸気および酸素の流入を抑制する。第２の層３２は、バリア層を有する樹脂フィルムにより構成されることが好ましい。樹脂フィルムは、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル等のオレフィン系ポリマー、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミドなどの樹脂を主成分として構成される。バリア層は、樹脂フィルムの内面、即ち第１の層３１側に向いた面に形成されることが好ましい。バリア層の一例としては、シリカ蒸着膜、窒化ケイ素膜、酸化ケイ素膜等の無機膜が挙げられる。

第２の層３２の厚みは、例えば、２０μｍ以上１５０μｍ以下であり、好ましくは５０μｍ以上１００μｍ以下である。なお、バリア層の厚みは樹脂フィルムと比べて薄いことから、第２の層３２の厚みは、第２の層３２を構成する樹脂フィルムの厚みと実質的に同じである。第１の層３１と第２の層３２の厚みの関係は特に限定されない。

第１の層３１と第２の層３２は、上記のように、基材２側からこの順で積層され、第１の開口３１Ａと第２の開口３２Ａが重なるように配置される。取り出し電極層２０は、その表面２１の一部が封止層３０の開口３０Ａ（第１の開口３１Ａおよび第２の開口３２Ａ）から露出しているが、表面２１は封止層３０の表面よりも基材２側に位置し、封止層３０に埋設された状態である。本実施形態では、取り出し電極層２０の表面２１が、第１の層３１と第２の層３２の界面よりも基材２側に位置する。

第１の層３１は、取り出し電極層２０の表面２１の周縁部を覆い、取り出し電極層２０の厚み方向に沿った側面に密着していることが好ましい。この場合、モジュール内への水蒸気および酸素の流入がより効果的に抑制される。本実施形態では、第１の層３１の第１の開口３１Ａが、第２の層３２の第２の開口３２Ａより小さく形成されている。第１の開口３１Ａと第２の開口３２Ａにより形成される封止層３０の開口３０Ａは、取り出し電極層２０の表面２１に近づくほど次第に小さくなっていてもよい。図１に示す例では、第１の開口３１Ａが表面２１に向かって次第に縮径している。

第１の層３１は、表面２１の周縁部の全域を覆っていることが好ましい。即ち、第１の層３１は、表面２１の第１の開口３１Ａから露出した部分を囲むように、表面２１の周縁部の全周にわたって表面２１に密着している。この場合、水蒸気および酸素の流入抑制効果がより顕著になる。第１の層３１は、表面２１の周縁から略一定の幅で全周にわたって配置されていてもよい。第１の層３１は、例えば、表面２１の面積の１０％以上５０％以下の面積を覆っている。本実施形態において、第２の層３２の第２の開口３２Ａは、表面２１以上の大きさで形成されている。

図２は第２の実施形態である太陽電池モジュール１Ｘの断面図、図３は第３の実施形態である太陽電池モジュール１Ｙの断面図である。

図２および図３に示すように、太陽電池モジュール１Ｘ，１Ｙは、封止層３０が第１の層３１と第２の層３２を含む二層構造を有し、取り出し電極層２０の表面２１が第１の層３１と第２の層３２の界面より基材２側に位置する点で、太陽電池モジュール１と共通する。即ち、取り出し電極層２０は、第１の層３１に埋設された状態である。この場合も、基材２を光電変換層１０が設けられた面側から平面視したときに、第１の開口３１Ａおよび第２の開口３２Ａから取り出し電極層２０の表面２１の一部が露出している。

一方、太陽電池モジュール１Ｘ，１Ｙは、第２の層３２の第２の開口３２Ａが、第１の層３１の第１の開口３１Ａよりも小さく形成されている点で、太陽電池モジュール１と異なる。言い換えると、第１の開口３１Ａが第２の開口３２Ａよりも広がっている。この場合、太陽電池モジュール１の最外面における開口面積が小さくなるため、開口内に流入する水蒸気および酸素の量を低減できる。

図２に示す太陽電池モジュール１Ｘでは、第２の層３２の第２の開口３２Ａが、取り出し電極層２０の表面２１の面積よりも小さく形成されている。そして、第２の層３２は、表面２１の周縁部を全周にわたって覆うように周縁部上に配置されている。なお、取り出し電極層２０と第２の層３２の間には第１の層３１が介在しているため、第２の層３２は表面２１に接触していない。第２の開口３２Ａの開口面積は、取り出し電極層２０からの電力の取り出しに支障がない範囲で小さいことが好ましく、一例としては表面２１の面積の９０％以下である。太陽電池モジュール１Ｘでは、第１の層３１の第１の開口３１Ａが表面２１以上の大きさで形成され、表面２１の周縁部は第１の層３１により覆われていない。

図３に示す太陽電池モジュール１Ｙについても、太陽電池モジュール１Ｘと同様に、第２の層３２の第２の開口３２Ａが取り出し電極層２０の表面２１の面積よりも小さく形成され、第２の層３２が表面２１の周縁部上に配置されている。一方、太陽電池モジュール１Ｙは、第１の層３１の第１の開口３１Ａが表面２１の面積よりも小さく形成され、表面２１の周縁部が第１の層３１により覆われている点で、太陽電池モジュール１Ｘと異なる。即ち、表面２１＞第１の開口３１Ａ＞第２の開口３２Ａとなり、表面２１の周縁部は第１の層３１および第２の層３２により覆われている。この場合、水蒸気および酸素の流入抑制効果がより顕著になる。

以下、図４～図６を参照しながら、上記構成を備えた太陽電池モジュール１，１Ｘ，１Ｙの製造方法の一例について詳説する。図４～図６は、製造過程の太陽電池モジュールをＸ方向に切断した断面構造を示す。

太陽電池モジュール１，１Ｘ，１Ｙの製造工程には、例えば、下記の工程が含まれる。
（１）基材２上に、第１電極層１１、光電変換層１０、および第２電極層１２をこの順に設ける工程
（２）基材２上において、基材２を平面視したときに光電変換層１０と重ならない領域に取り出し電極層２０を設ける工程
（３）第２電極層１２および取り出し電極層２０上に、封止層３０を設ける工程
光電変換層１０、第１電極層１１、第２電極層１２、および取り出し電極層２０は、上記のように、従来公知の方法により基材２上に設けることができる。

図４～図６は、封止層３０を設ける工程を示す図であって、それぞれ異なる形成方法を図示している。図４～図６に示す例では、基材２を支持する支持体５が使用されている。支持体５には、基材２よりも厚みが大きく剛性の高い部材が用いられる。太陽電池モジュールは、例えば、支持体５に載せられた状態で、搬送され、基材２上に各層が形成される。支持体５を用いることより、太陽電池モジュールの安定量産が可能となる。支持体５と基材２の間には、接着用の粘着層が設けられていてもよい。

図４は、太陽電池モジュール１の製造工程を示す。図４に示す例では、第２電極層１２および取り出し電極層２０上に封止層３０を配置した後、封止層３０の一部を除去して開口３０Ａを形成している。開口３０Ａは、従来公知のスクライブ法などにより、封止層３０の取り出し電極層２０に対応する領域、即ちモジュールの厚み方向に取り出し電極層２０と重なる位置に形成される。基材２を光電変換層１０が設けられた面側から平面視したときに、取り出し電極層２０が開口３０Ａを介して露出し、封止層３０により取り出し電極層２０の周縁部が覆われるように開口３０Ａを形成する。

図４に示す例では、第２電極層１２および取り出し電極層２０を覆うように、第１の層３１を構成するフィルム３１Ｆを配置し、さらにその上に第２の層３２を構成するフィルム３２Ｆを配置する。各フィルム３１Ｆ，３２Ｆは予め一体化された後、基材２上に供給されてもよい。基材２上に配置されたフィルム３１Ｆを加熱、加圧、又は加熱しながら加圧することにより、フィルム３１Ｆをセル３等に密着させる。このとき、溝１７内にも第１の層３１を構成する材料が充填される。

図４に示す例では、取り出し電極層２０の表面２１に近づくほど開口面積が次第に小さくなるように、封止層３０の開口３０Ａ（第１の層３１の第１の開口３１Ａ）が形成される。第１の層３１は、表面２１の周縁部を全周にわたって覆っているが、第１の層３１と第２の層３２の両方が表面２１の周縁部を覆う状態となるように、各フィルム３１Ｆ，３２Ｆに開口を形成してもよい。即ち、第１の開口３１Ａと第２の開口３２Ａの両方が、表面２１の面積よりも小さくなるように各開口を形成してもよい。

図５は、太陽電池モジュール１Ｘの製造工程を示す。図５に示す例では、第２電極層１２および取り出し電極層２０上に、開口３０Ａを有する封止層３０を配置している。この場合、基材２を光電変換層１０が設けられた面側から平面視したときに、取り出し電極層２０が開口３０Ａを介して露出し、取り出し電極層２０の周縁部が覆われるように封止層３０が配置される。即ち、この製造工程では、予め開口が形成されたフィルム３１Ｆ，３２Ｆを基材２上に配置する。より詳しくは、モジュールの厚み方向に取り出し電極層２０、第１の開口３１Ａ、および第２の開口３２Ａが重なるようにフィルム３１Ｆ，３２Ｆを配置する。

図５は、太陽電池モジュール１Ｘの製造工程を示すが、同様の方法で太陽電池モジュール１，１Ｙを製造可能である。図５に示す例では、第２の層３２の第２の開口３２Ａが、第１の層３１の第１の開口３１Ａよりも小さく形成され、取り出し電極層２０の表面２１≧第１の開口３１Ａ＞第２の開口３２Ａとなっているが、各開口の大きさを変更することで、太陽電池モジュール１，１Ｙを製造できる。

図６は、太陽電池モジュール１Ｙの製造工程を示すが、同様の方法で太陽電池モジュール１Ｘを製造可能である。図６に示す例では、第２電極層１２および取り出し電極層２０上に、予め第１の開口３１Ａが形成された第１の層３１を設け、第１の層３１上に第２の層３２を設けた後、第２の開口３２Ａを形成している。即ち、この製造工程には、取り出し電極層２０に対応した領域に第１の開口３１Ａを有する第１の層３１を設ける工程と、第１の層３１上に第２の層３２を設ける工程と、第２の層３２の一部を除去して第２の開口３２Ａを形成する工程とが含まれる。

図６に示す例では、基材２を光電変換層１０が設けられた面側から平面視したときに、取り出し電極層２０が第１の開口３１Ａおよび第２の開口３２Ａを介して露出し、第１の層３１および第２の層３２の少なくとも一方により取り出し電極層２０の周縁部が覆われるように、第１の層３１および第２の層３２を設け、第２の開口３２Ａを形成する。この製造工程では、モジュールの厚み方向に取り出し電極層２０と第１の開口３１Ａが重なるようにフィルム３１Ｆを配置し、フィルム３１Ｆ上にフィルム３２Ｆを積層した後、第１の開口３１Ａと重なる位置に第２の開口３２Ａを形成する。

以下、図７～図１０を参照しながら、太陽電池モジュールの他の実施形態について説明する。以下では、上記実施形態との相違点について説明する。

図７～図９に例示する第４～第６の実施形態では、上記実施形態と同様に、取り出し電極層２０の表面２１が封止層３０の表面よりも基材２側に位置し、封止層３０に埋設されている。また、取り出し電極層２０の表面２１は封止層３０の開口３０Ａから露出している。一方、取り出し電極層２０の表面２１は第１の層３１および第２の層３２により覆われていない。但し、第４～第６の実施形態に上記第１～第３の実施形態の構成を選択的に適用可能である。この場合、水蒸気および酸素の流入抑制効果がより顕著になる。

図７に示すように、第４の実施形態である太陽電池モジュール５０では、封止層３０の第１の層３１が充填される溝１７が、基材２から離れるほど次第に拡幅するように形成されている。溝１７は、例えば、光電変換層１０、正孔輸送層１５、および第２電極層１２の一部（モジュールの厚み方向に重なる部分）を除去することにより形成されるが、光電変換層１０に形成された開口よりも、正孔輸送層１５に形成された開口が大きくなっている。さらに、正孔輸送層１５の開口よりも、第２電極層１２の開口が大きくなっている。

太陽電池モジュール５０には、上記のように、基材２から離れるほど次第に拡幅した溝１７が形成され、溝１７内には、第１の層３１が形成されている。溝１７は、図７に示すように各層の界面で段階的に幅が変化していてもよく、光電変換層１０から第２電極層１２に向かって連続的に拡幅していてもよい。このような溝１７を有することにより、溝内に第１の層３１の構成材料が充填され易くなり、溝内に空隙が形成され難くなる。その結果、モジュール内への水蒸気および酸素の流入が効果的に抑制される。

図８に示すように、第５の実施形態である太陽電池モジュール５１では、封止層３０の第１の層３１と接する第２電極層１２の表面に微細な凹凸が形成されている。この場合、第１の層３１と第２電極層１２の接触面積が大きくなり、第１の層３１と第２電極層１２の密着性が向上する。その結果、第１の層３１と第２電極層１２の間に空隙が発生し難くなり、モジュール内への水蒸気および酸素の流入が効果的に抑制される。凹凸は第２電極層１２の表面のみに形成されてもよいが、図８に示す例では、光電変換層１０の表面に凹凸が形成され、光電変換層１０の凹凸に沿って正孔輸送層１５および第２電極層１２が成膜されることで、第２電極層１２の表面に凹凸が形成されている。

第２電極層１２の表面の算術平均粗さＲａは、例えば、１ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。算術平均粗さＲａが当該範囲内であれば、第１の層３１と第２電極層１２の密着性の改善効果がより顕著になる。第２電極層１２の表面の算術平均粗さＲａは、断面ＴＥＭにより測定できる。光電変換層１０の表面に凹凸を形成する方法は特に限定されないが、一例としては、スピンコート法が挙げられる。

図９に示すように、第６の実施形態である太陽電池モジュール５２は、取り出し電極層２０と電気的に接続された配線材として、スプリング電極６０を備える。スプリング電極６０は、封止層３０の開口３０Ａ内に配置され、軸方向一端部が取り出し電極層２０の表面２１に接触している。スプリング電極６０の軸方向他端部は、開口３０Ａから突出し、図示しない外部装置に接続される。開口３０Ａには、封止層３０とスプリング電極６０との隙間を塞ぐ封止材６１が充填されていてもよい。封止材６１には、例えば、第１の層３１の構成材料と同様の材料を用いることができる。

図１０に示すように、第７の実施形態である太陽電池モジュール５３では、取り出し電極層２０の周囲において、封止層３０を構成する第１の層３１の厚みが小さくなっている。取り出し電極層２０を封止層３０よりも厚く形成し、かつ第１の層３１を構成するフィルムの開口を取り出し電極層２０との間に隙間が生じる程度に大きくすることにより、フィルムが当該隙間に充填されて基材２側に沈み込む。そして、取り出し電極層２０の周囲において、第２の層３２が第１の層３１に追従し、第２の層３２の表面が凹んだ状態となる。このため、取り出し電極層２０の表面２１およびその近傍は、封止層３０から突出している。

太陽電池モジュール５３によれば、封止層３０が取り出し電極層２０の側面に強く密着し、取り出し電極層２０と封止層３０の間に空隙が形成され難くなる。その結果、モジュール内への水蒸気および酸素の流入が効果的に抑制される。

以上のように、上記各実施形態の太陽電池モジュールによれば、モジュール内への水蒸気および酸素の流入を十分に抑制できる。上記各実施形態の太陽電池モジュールは、封止性能に優れるため、良好な出力性能を長期にわたって維持できる。特に、第１～第３実施形態の太陽電池モジュール１，１Ｘ，１Ｙのように、基材２を光電変換層１０が設けられた面側から平面視したときに、取り出し電極層２０の周縁部が封止層３０により覆われている場合、取り出し電極層２０の周囲から水蒸気および酸素がモジュール内に流入することが効果的に抑制される。

なお、上記実施形態は本開示の目的を損なわない範囲で適宜設計変更が可能である。上記のように、第４～第６の実施形態に第１～第３の実施形態の構成を選択的に適用でき、この場合、水蒸気および酸素の流入抑制効果がより顕著になる。換言すると、太陽電池モジュール１，１Ｘ，１Ｙに、第４の実施形態の溝１７の拡幅形状、第５の実施形態の第２電極層１２の表面凹凸、および第６の実施形態のスプリング電極６０からなる群より選択される少なくとも１つの構成を適用してもよい。

また、封止層は、上記バリア層を中間層として含む１枚のフィルムの状態で太陽電池モジュールの製造工程に供給されてもよい。バリア層は、例えば、２枚の樹脂フィルムで挟まれている。基材２に配置される樹脂フィルムには、上記第１の層３１を構成するフィルムと同様の機能を有するフィルムを適用でき、バリア層の外側に配置される樹脂フィルムには、上記第２の層３２を構成するフィルムと同様の機能を有するフィルムを適用できる。

１，１Ｘ，１Ｙ，５０，５１，５２，５３ 太陽電池モジュール、２ 基材、３ セル、４，４Ａ，４Ｂ ユニットセル、５ 支持体、１０ 光電変換層、１１ 第１電極層、１２ 第２電極層、１３ 光吸収層、１４ 電子輸送層、１５ 正孔輸送層、１６，１７，１８ 溝、２０，２１，２０Ｂ 取り出し電極層、２１ 表面、３０ 封止層、３０Ａ 開口、３１ 第１の層、３１Ａ 第１の開口、３２ 第２の層、３２Ａ 第２の開口、４０ 無機膜、６０ スプリング電極、６１ 封止材

Claims (7)

1. 基材と、
   前記基材上に設けられた第１電極層と、
   前記第１電極層上に設けられた光電変換層と、
   前記光電変換層上に設けられた第２電極層と、
   前記基材上において、当該基材を平面視したときに前記光電変換層と重ならない領域に設けられた取り出し電極層と、
   前記第１電極層、前記光電変換層、前記第２電極層、および前記取り出し電極層を覆うように設けられ、前記取り出し電極層に対応した領域に開口を有する封止層と、
   を備え、
   前記基材を前記光電変換層が設けられた面側から平面視したときに、前記開口から前記取り出し電極層が露出し、前記取り出し電極層の周縁部を前記封止層が覆っている、太陽電池モジュール。
2. 前記封止層は、前記取り出し電極層に対応した領域に第１の開口を有する第１の層と、前記第１の層を覆うように設けられ、前記取り出し電極層に対応した領域に第２の開口を有する第２の層とを含み、
   前記基材を前記光電変換層が設けられた面側から平面視したときに、前記第１および前記第２の開口から前記取り出し電極層が露出し、
   前記第２の開口は、前記第１の開口より小さく形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記基材を前記光電変換層が設けられた面側から平面視したときに、前記取り出し電極層の周縁部を前記第１および前記第２の層が覆っている、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記光電変換層は、光吸収層と、電子輸送層と、正孔輸送層とを有し、
   前記光吸収層は、ペロブスカイト化合物を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
5. 基材上に第１電極層、光電変換層、および第２電極層をこの順に設ける工程と、
   前記基材上において、当該基材を平面視したときに前記光電変換層と重ならない領域に取り出し電極層を設ける工程と、
   前記第２電極層および前記取り出し電極層上に、開口を有する封止層を設ける工程と、
   を含み、
   前記基材を前記光電変換層が設けられた面側から平面視したときに、前記取り出し電極が前記開口を介して露出し、前記取り出し電極層の周縁部が覆われるように前記封止層を設ける、太陽電池モジュールの製造方法
6. 基材上に第１電極層、光電変換層、および第２電極層をこの順に設ける工程と、
   前記基材上において、当該基材を平面視したときに前記光電変換層と重ならない領域に取り出し電極層を設ける工程と、
   前記第２電極層および前記取り出し電極層上に、封止層を設ける工程と、
   前記封止層の一部を除去して開口を形成する工程と、
   を含み、
   前記基材を前記光電変換層が設けられた面側から平面視したときに、前記取り出し電極が前記開口を介して露出し、前記封止層により前記取り出し電極層の周縁部が覆われるように、前記封止層に前記開口を形成する、太陽電池モジュールの製造方法。
7. 基材上に第１電極層、光電変換層、および第２電極層をこの順に設ける工程と、
   前記基材上において、当該基材を平面視したときに前記光電変換層と重ならない領域に取り出し電極層を設ける工程と、
   前記第２電極層および前記取り出し電極層上に第１の封止層を設ける工程であって、前記取り出し電極層に対応した領域に第１の開口を有する第１の封止層を設ける工程と、
   前記第１の封止層上に第２の封止層を設ける工程と、
   前記第２の封止層の一部を除去して第２の開口を形成する工程と、
   を含み、
   前記基材を前記光電変換層が設けられた面側から平面視したときに、前記取り出し電極が前記第１および前記第２の開口を介して露出し、前記第１および前記第２の封止層の少なくとも一方により前記取り出し電極層の周縁部が覆われるように、前記第１および前記第２の封止層を設け、前記第２の開口を形成する、太陽電池モジュールの製造方法。
   

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