JP5472939B2 - Thin film solar cell module - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は薄膜太陽電池モジュールに関する。 Embodiments described herein relate generally to a thin film solar cell module.
有機薄膜太陽電池は、有機薄膜半導体、たとえば導電性ポリマーとフラーレンとの混合物を用いた太陽電池である。有機薄膜太陽電池には、シリコン、CIGSおよびCdTeなどの無機材料を使用した太陽電池と比較して、簡便な方法で生産でき、低コストであるという利点がある。その反面、有機薄膜太陽電池は、光電変換効率や寿命が、無機系太陽電池と比較して低いという問題を有している。そこで有機薄膜太陽電池の光電変換効率を向上させるために種々の工夫がなされている。 An organic thin film solar cell is a solar cell using an organic thin film semiconductor, for example, a mixture of a conductive polymer and fullerene. The organic thin-film solar cell has an advantage that it can be produced by a simple method and is low in cost as compared with a solar cell using an inorganic material such as silicon, CIGS, and CdTe. On the other hand, the organic thin film solar cell has a problem that the photoelectric conversion efficiency and the lifetime are low as compared with the inorganic solar cell. Therefore, various ideas have been made to improve the photoelectric conversion efficiency of the organic thin film solar cell.
有機薄膜太陽電池モジュールの効率が低くなる要因として、以下の事項が挙げられる。 The following items can be cited as factors that lower the efficiency of the organic thin film solar cell module.
有機薄膜からなる光電変換層中でのキャリアの移動距離は短いため、光電変換層を100nm程度に薄く形成する必要がある。その結果、受光した光が十分に吸収されずに、その一部が反射光として外部へ逃げてしまう。 Since the moving distance of carriers in the photoelectric conversion layer made of an organic thin film is short, it is necessary to form the photoelectric conversion layer as thin as about 100 nm. As a result, the received light is not sufficiently absorbed, and part of it escapes to the outside as reflected light.
また、有機薄膜の材料物性に起因して、太陽電池セルのリーク電流の電圧依存性が高いため、電流方向に沿って陽極−陰極間に生じる電位差を制限する必要がある。このため、デバイスを所望の電圧範囲で動作させるために、幅が狭い複数の太陽電池セルを、間隙を介して縞状に形成し、隣接する太陽電池セルを直列に接続する。しかし、有機薄膜太陽電池モジュールでは製造工程の制約から、セル領域に対する間隙領域の面積比率が高くなるため、他の材料系の太陽電池モジュールほど開口率を高くできない。その結果、有機薄膜太陽電池モジュールの発電効率は小面積の太陽電池セル効率と比較して極端に低くなる。 Further, due to the material properties of the organic thin film, the voltage dependence of the leakage current of the solar battery cell is high, so that it is necessary to limit the potential difference generated between the anode and the cathode along the current direction. For this reason, in order to operate the device in a desired voltage range, a plurality of solar cells having a narrow width are formed in a stripe shape with a gap therebetween, and adjacent solar cells are connected in series. However, in the organic thin-film solar cell module, the area ratio of the gap region to the cell region is high due to restrictions on the manufacturing process, so that the aperture ratio cannot be increased as much as solar cell modules of other materials. As a result, the power generation efficiency of the organic thin-film solar battery module is extremely low compared to the efficiency of a small area solar battery cell.
本発明の目的は、光電変換効率が高い薄膜太陽電池モジュールを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a thin film solar cell module having high photoelectric conversion efficiency.
実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールは、透明基板上に間隙を介して縞状に並行して形成された複数の太陽電池セルを有し、各々の前記太陽電池セルは透明電極と光電変換層と対向電極とを含み、隣り合う前記太陽電池セルは直列に接続され、隣り合う前記太陽電池セル間の間隙に対応して、前記透明基板側から前記太陽電池セルへ向かって入射する光を反射する光反射層が形成された太陽電池サブモジュールを有する。前記太陽電池サブモジュールのペアは、それらの透明基板の主面を一方向に沿ってそれぞれ正の傾きおよび負の傾きをもって非平行に傾斜させ、近接端と開口端とをもつように対向させて配置されている。 The thin film solar cell module according to the embodiment has a plurality of solar cells formed in parallel in a striped manner on a transparent substrate with a gap therebetween, and each of the solar cells has a transparent electrode, a photoelectric conversion layer, and The adjacent solar cells including a counter electrode are connected in series, and reflect light incident from the transparent substrate side toward the solar cell corresponding to a gap between the adjacent solar cells. It has a solar cell submodule on which a light reflecting layer is formed. The pair of solar cell sub-modules are such that the main surfaces of their transparent substrates are inclined non-parallel with a positive inclination and a negative inclination, respectively, along one direction, and facing each other so as to have a close end and an open end. Has been placed.
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
図1は第1の実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールの断面図である。図1において、薄膜太陽電池モジュール100は1対の太陽電池サブモジュール50で形成されている。1つの太陽電池サブモジュール50は、1枚の透明基板10上に間隙を介して縞状に並行して形成された複数の太陽電池セル30を有する。後述するように、個々の太陽電池セル30は透明電極と光電変換層と対向電極とを含み、隣り合う太陽電池セル30は直列に接続されている。また、有機薄膜太陽電池セルの光電変換層は、たとえばp型有機半導体とn型有機半導体とを含むバルクヘテロ接合型のものである。
FIG. 1 is a cross-sectional view of the thin film solar cell module according to the first embodiment. In FIG. 1, the thin film
太陽電池サブモジュール50のペアは、それらの透明基板10の主面を一方向(図1のx方向)に沿ってそれぞれ正の傾きおよび負の傾きをもって非平行に傾斜させ、近接端E1と開口端E0とをもつように対向させて配置されている。太陽電池サブモジュール50のペアは、一方向(図1のx方向)に沿って複数配置されている。
The pair of
図1においては、各々の太陽電池サブモジュール50の透明基板10の太陽電池セル30が形成されている面(以下、裏面という)に、隣り合う太陽電池セル30間の間隙に対応して光反射層20が形成されている。光反射層20の光反射率は90〜100%の範囲であることが好ましい。後述するように、図1の光反射層20は隣り合う太陽電池セル30を接続するための配線として用いられる。
In FIG. 1, the surface of the
光は薄膜太陽電池モジュールへ開口端E0側から入射し、各々の太陽電池サブモジュール50において透明基板10の表面側から裏面の太陽電池セル30へ向かって入射する。ここで、光反射層20がなければ、光が隣り合う太陽電池セル30間の間隙を抜けて利用されない確率が増す。これに対して、第1の実施形態においては、隣り合う太陽電池セル30間の間隙に対応して光反射層20が形成されているので、光反射層20で反射された光を対向する太陽電池サブモジュール50において利用することができる。したがって、薄膜太陽電池モジュールの開口率を実効的に高めて、光電変換効率を高めることができる。
Light enters the thin film solar cell module from the opening end E0 side, and enters each
図2は第2の実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールの断面図である。図2において、図1と異なる点は、隣り合う太陽電池セル30間の間隙に対応して形成されている光反射層20が、透明基板10の裏面側ではなく、透明基板10の表面側に形成されていることである。すなわち、光反射層20は、透明基板10の太陽電池セル30が設けられた主面と対向する主面に形成されている。
FIG. 2 is a cross-sectional view of the thin film solar cell module according to the second embodiment. 2 is different from FIG. 1 in that the
第2の実施形態でも、第1の実施形態と同様に、薄膜太陽電池モジュールの開口率を実効的に高めて、光電変換効率を高めることができる。 Also in the second embodiment, similarly to the first embodiment, the aperture ratio of the thin film solar cell module can be effectively increased, and the photoelectric conversion efficiency can be increased.
実施形態に係る太陽電池サブモジュールにおいて、前記一方向(x方向)、または開口端面(強度が最も高い光の入射方向に対して垂直な面)に対する太陽電池セル30の平均傾斜角度θは40°ないし50°または55°ないし65°であることが好ましい。太陽電池セルを光の入射方向に対して傾斜させることにより、一方のセルで反射した光を対向するセルで受光して再利用することができ、光の利用率を高めることができる。角度θが40〜50°である範囲は反射回数1の周辺条件であり、セル面積に対する発電効率が極大化する角度であるため、コストパフォーマンスに優れている。角度θが55〜65°である範囲は反射回数2の周辺条件であり、光利用率が1に近付く条件である。これ以上の角度では光利用率は高まるものの飽和傾向にあり、一方でセル面積に対する発電効率が急激に低下するため、適切な角度は60°近辺である。反射回数2回で無効な光量は10%以下になる。透明基板10が湾曲している場合には、透明基板10の接線あるいは透明基板10の太陽電池セル30が設けられた部分の接線の傾斜角度θが40°ないし50°または55°ないし65°であることが好ましい。
In the solar cell submodule according to the embodiment, the average inclination angle θ of the
次に、第1の実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの構造を図3および図4を参照して説明する。 Next, the structure of the solar battery cell in the thin film solar battery module according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図3は第1の実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの一例を示す断面図である。図3に示すように、太陽電池セル30は、たとえばガラスからなる透明基板10上に形成されており、透明電極(陽極)11、有機薄膜からなる光電変換層12および対向電極(陰極)13が積層された構造を基本構造とする。図3に示すように、透明電極11と光電変換層12と対向電極13とが、一部重複するように積層されている場合には、透明電極11と光電変換層12と対向電極13とが積層された部分を太陽電池セル30と称する。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a solar battery cell in the thin-film solar battery module according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the
ここで、隣り合う2つの太陽電池セル30のうち、一方の太陽電池セル30の透明電極11と他方の太陽電池セル30の対向電極13との間の領域が間隙(ギャップ)Gと定義される。
Here, of two adjacent
図3では、太陽電池セル30のアレイが形成されている透明基板10の裏面に間隙Gに対応して光反射層20が形成される。すなわち、透明基板10の裏面に間隙Gに対応して光反射層20が形成され、その上にSiO2などの無機材料からなる絶縁層21が形成されている。絶縁層21にコンタクトホールが形成され、絶縁層21上にインジウム錫酸化物(ITO)などのパターンからなる透明電極11と対向電極13の取り出し電極22とが形成され、光反射層20と接続されている。透明電極11上に塗布された有機薄膜からなる光電変換層12が形成されている。光電変換層12上にAlなどの金属からなる対向電極13が形成され、取り出し電極22と接続されている。このように、図3における光反射層20は、太陽電池セル30の配線として用いられている。
In FIG. 3, the
対向電極13が取り出し電極22と接続される部分であり、光電変換層12を覆わない部分については太陽電池セル30に含まない。また、透明電極11の取り出し電極22と接続される部分であり、対向電極13に覆われない部分については太陽電池セル30に含まない。すなわち、透明電極11と光電変換層12と対向電極13とが積層された部分同士の間の領域が間隙(ギャップ)Gである。
The portion where the
図3には図示しないが、透明電極11と光電変換層12との間に正孔輸送層を設け、光電変換層12と対向電極13との間に電子輸送層を設けるのが一般的である。また、太陽電池セルの背面には封止フィルムを設けるのが一般的である。
Although not shown in FIG. 3, a hole transport layer is generally provided between the
図4は第1の実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの他の例を示す断面図である。図4の太陽電池セルは、図3のそれと同じ構造を有する。透明基板10の表面には、間隙Gに対向する位置に光反射層としての光拡散反射層23が形成され、太陽電池セル30に対向する位置に無反射膜24が形成されている。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the solar battery cell in the thin film solar battery module according to the first embodiment. The solar battery cell of FIG. 4 has the same structure as that of FIG. On the surface of the
図5は第2の実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの一例を示す断面図である。透明基板10の裏面に間隙Gに対応して光反射層20を形成した図3と異なり、図5においては透明基板10の裏面に透明電極(陽極)11、有機薄膜からなる光電変換層12および対向電極(陰極)13が順次積層されている。透明基板10の表面には、間隙Gに対向して光反射層としての光拡散反射層23が形成されている。光拡散反射層23の材料としては、高反射率かつ低コストであることから、たとえば発泡PETフィルムが用いられる。図示していないが、さらに透明基板10の表面全面を覆うように無反射膜を形成してもよい。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing an example of a solar battery cell in the thin-film solar battery module according to the second embodiment. Unlike FIG. 3 in which the
図6は第2の実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの他の例を示す断面図である。図6の太陽電池セルでは、透明基板10の表面に間隙Gに対向して光反射層20および光透過拡散層23が光反射層として積層されて形成されている。それ以外は図5と同様な構造を有する。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the solar battery cell in the thin film solar battery module according to the second embodiment. In the solar battery cell of FIG. 6, the
図7は第2の実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの他の例を示す断面図である。図7の太陽電池セルでは、透明基板10の表面全面に無反射膜24が形成され、その上に間隙Gに対向して光反射層20が積層されて形成されている。それ以外は図5と同様な構造を有する。図7の構造は、無反射フィルム上にストライプパターンを形成するように金属を蒸着したストライプフィルムを透明基板20に貼り付けることによって作製することができる。
FIG. 7: is sectional drawing which shows the other example of the photovoltaic cell in the thin film solar cell module which concerns on 2nd Embodiment. In the solar battery cell of FIG. 7, the
なお、光反射層と無反射層とを交互に一体化して作製したフィルムを、透明基板10の光入射面に付加した構造も有効である。たとえば、後述するモスアイフィルムを代表とする無反射フィルム上に、蒸着(またはスパッタリング)により銀またはアルミニウムの薄膜をストライプ状に形成したフィルムを、それぞれセルおよび間隙に対向する位置に配置されるように貼り付けることによって所望の構造を作製することができる。
A structure in which a film produced by alternately integrating light reflecting layers and non-reflecting layers is added to the light incident surface of the
以下、実施形態に係る有機薄膜太陽電池セルの各構成部材について説明する。 Hereinafter, each structural member of the organic thin film photovoltaic cell which concerns on embodiment is demonstrated.
(透明基板)
透明基板10は、他の構成部材を支持するためのものである。この透明基板10は、電極を形成し、熱や有機溶剤によって変質しないものが好ましい。透明基板10の材料としては、たとえば、無アルカリガラス、石英ガラスなどの無機材料、ポリエチレン、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)、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマーなどのプラスチック、高分子フィルムなどが挙げられる。基板の厚さは、その他の構成部材を支持するために十分な強度があれば、特に限定されない。
(Transparent substrate)
The
透明基板10の光入射面には、たとえばモスアイ構造の反射防止膜を設置することで光を効率的に取り込み、セルのエネルギー変換効率を向上させることが可能である。モスアイ構造は表面に100nm程度の規則的な突起配列を有する構造をしており、この突起構造により厚み方向の屈折率が連続的に変化する。無反射フィルムを媒介させることで屈折率の不連続的な変化面がなくなるため光の反射が減少し、セル効率が向上する。
By installing an antireflection film having a moth-eye structure on the light incident surface of the
(透明電極)
透明電極(陽極)11は、透明基板10の裏面に形成される。透明電極(陽極)の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。通常は、透明の導電性を有する材料を、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法などで成膜する。透明の電極材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜などが挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、およびそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、インジウム・亜鉛・オキサイドなどからなる導電性ガラスを用いて作製された膜(NESAなど)や、金、白金、銀、銅などが用いられる。特に、ITOまたはFTOが好ましい。また、電極材料として、有機系の導電性ポリマーであるポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体などを用いてもよい。陽極11の膜厚は、ITOの場合、30〜300nmであることが好ましい。30nmより薄くすると、導電性が低下して抵抗が高くなり、光電変換効率低下の原因となる。300nmよりも厚くすると、ITOに可撓性がなくなり、応力が作用するとひび割れてしまう。陽極11のシート抵抗は可能な限り低いことが好ましく、10Ω/□以下であることが好ましい。陽極11は、単層であってもよく、異なる仕事関数の材料で構成される層を積層したものであってもよい。
(Transparent electrode)
The transparent electrode (anode) 11 is formed on the back surface of the
(正孔輸送層)
正孔輸送層は、任意に、透明電極11と光電変換層12との間に配置される。正孔輸送層の機能は、下部の電極の凹凸をレベリングして太陽電池素子の短絡を防ぐこと、正孔のみを効率的に輸送すること、光電変換層12の界面近傍で発生した励起子の消滅を防ぐことなどである。正孔輸送層の材料としては、PEDOT/PSS(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンスルホネート))などのポリチオフェン系ポリマー、ポリアニリン、ポリピロールなどの有機導電性ポリマーを使用することができる。ポリチオフェン系ポリマーの代表的な製品としては、たとえば、スタルク社のClevios PH500、CleviosPH、CleviosPV P Al 4083、CleviosHIL1.1が挙げられる。無機物では、酸化モリブテンが好適な材料である。
(Hole transport layer)
The hole transport layer is arbitrarily disposed between the
正孔輸送層の材料としてClevios PH500を使用する場合、膜厚は20〜100nmであることが好ましい。薄すぎる場合は、下部電極の短絡を防止する作用がなくなり、ショートが発生する。厚すぎる場合は、膜抵抗が大きくなり、発生した電流を制限するため、光変換効率が低下する。 When Clevios PH500 is used as the material for the hole transport layer, the film thickness is preferably 20 to 100 nm. If it is too thin, the effect of preventing the short-circuit of the lower electrode is lost, and a short circuit occurs. If it is too thick, the film resistance increases and the generated current is limited, so that the light conversion efficiency decreases.
正孔輸送層の成膜方法は、薄膜を形成できる方法であれば特に限定されないが、たとえばスピンコート法などで塗布することが可能である。正孔輸送層の材料を所望の膜厚に塗布した後、ホットプレートなどで加熱乾燥する。140〜200℃で数分〜10分間程度加熱乾燥することが好ましい。塗布する溶液は、予めフィルターでろ過したものを使用することが望ましい。 The method for forming the hole transport layer is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a thin film. For example, the hole transport layer can be applied by spin coating. After applying the material for the hole transport layer to a desired film thickness, it is heated and dried with a hot plate or the like. Heat drying at 140 to 200 ° C. for several minutes to 10 minutes is preferable. As the solution to be applied, it is desirable to use a solution that has been filtered in advance.
(光電変換層)
光電変換層12は、透明電極11と対向電極13との間に配置される。バルクヘテロ接合型の太陽電池セルは、p型半導体とn型半導体が光電変換層中で混合してミクロ層分離構造をとる。バルクへテロ接合型は、混合されたp型半導体とn型半導体が光電変換層内でナノオーダーのサイズのpn接合を形成し、接合面において生じる光電荷分離を利用して電流を得る。p型半導体は、電子供与性の性質を有する材料で構成される。一方、n型半導体は、電子受容性の性質を有する材料で構成される。実施形態においては、p型半導体およびn型半導体の少なくとも一方が有機半導体であってよい。
(Photoelectric conversion layer)
The
p型有機半導体としては、たとえば、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリピロールおよびその誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、オリゴチオフェンおよびその誘導体、ポリビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、側鎖または主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよびその誘導体などを使用することができ、これらを併用してもよい。また、これらの共重合体を使用してもよく、たとえば、チオフェン−フルオレン共重合体、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体などが挙げられる。 Examples of p-type organic semiconductors include polythiophene and derivatives thereof, polypyrrole and derivatives thereof, pyrazoline derivatives, arylamine derivatives, stilbene derivatives, triphenyldiamine derivatives, oligothiophene and derivatives thereof, polyvinylcarbazole and derivatives thereof, polysilane and derivatives thereof. Polysiloxane derivatives having aromatic amines in the side chain or main chain, polyaniline and derivatives thereof, phthalocyanine derivatives, porphyrin and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polythienylene vinylene and derivatives thereof, and the like can be used, These may be used in combination. These copolymers may be used, and examples thereof include a thiophene-fluorene copolymer, a phenylene ethynylene-phenylene vinylene copolymer, and the like.
好ましいp型有機半導体は、π共役を有する導電性高分子であるポリチオフェンおよびその誘導体である。ポリチオフェンおよびその誘導体は、優れた立体規則性を確保することができ、溶媒への溶解性が比較的高い。ポリチオフェンおよびその誘導体は、チオフェン骨格を有する化合物であれば特に限定されない。ポリチオフェンおよびその誘導体の具体例としては、ポリ3−メチルチオフェン、ポリ3−ブチルチオフェン、ポリ3−ヘキシルチオフェン、ポリ3−オクチルチオフェン、ポリ3−デシルチオフェン、ポリ3−ドデシルチオフェンなどのポリアルキルチオフェン;ポリ3−フェニルチオフェン、ポリ3−(p−アルキルフェニルチオフェン)などのポリアリールチオフェン;ポリ3−ブチルイソチオナフテン、ポリ3−ヘキシルイソチオナフテン、ポリ3−オクチルイソチオナフテン、ポリ3−デシルイソチオナフテンなどのポリアルキルイソチオナフテン;ポリエチレンジオキシチオフェンなどが挙げられる。 A preferred p-type organic semiconductor is polythiophene which is a conductive polymer having π conjugation and derivatives thereof. Polythiophene and its derivatives can ensure excellent stereoregularity and have relatively high solubility in a solvent. Polythiophene and derivatives thereof are not particularly limited as long as they are compounds having a thiophene skeleton. Specific examples of polythiophene and derivatives thereof include polyalkylthiophenes such as poly-3-methylthiophene, poly-3-butylthiophene, poly-3-hexylthiophene, poly-3-octylthiophene, poly-3-decylthiophene, poly-3-dodecylthiophene Polyarylthiophenes such as poly-3-phenylthiophene and poly-3- (p-alkylphenylthiophene); poly-3-butylisothionaphthene, poly-3-hexylisothionaphthene, poly-3-octylisothionaphthene, poly-3- Polyalkylisothionaphthene such as decylisothionaphthene; polyethylenedioxythiophene and the like.
また近年では、カルバゾール、ベンゾチアジアゾールおよびチオフェンからなる共重合体であるPCDTBT(ポリ[N−9”−ヘプタ−デカニル−2,7−カルバゾール−アルト−5,5−(4’,7’−ジ−2−チエニル−2’,1’,3’−ベンゾチアジアゾール)])などの誘導体が、優れた光電変換効率を得られる化合物として知られている。 In recent years, PCDTBT (poly [N-9 "-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5- (4 ', 7'-di ()), which is a copolymer of carbazole, benzothiadiazole and thiophene. Derivatives such as -2-thienyl-2 ′, 1 ′, 3′-benzothiadiazole)]) are known as compounds capable of obtaining excellent photoelectric conversion efficiency.
これらの導電性高分子は、溶媒に溶解させた溶液を塗布することにより成膜可能である。従って、大面積の有機薄膜太陽電池を、印刷法などにより、安価な設備にて低コストで製造できるという利点がある。 These conductive polymers can be formed by applying a solution dissolved in a solvent. Therefore, there is an advantage that a large-area organic thin film solar cell can be manufactured at low cost with inexpensive equipment by a printing method or the like.
n型有機半導体としては、フラーレンおよびその誘導体が好適に使用される。ここで使用されるフラーレン誘導体は、フラーレン骨格を有する誘導体であれば特に限定されない。具体的には、C60、C70、C76、C78、C84などを基本骨格として構成される誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体は、フラーレン骨格における炭素原子が任意の官能基で修飾されていてもよく、この官能基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。フラーレン誘導体には、フラーレン結合ポリマーも含まれる。溶剤に親和性の高い官能基を有し、溶媒への可溶性が高いフラーレン誘導体が好ましい。 As the n-type organic semiconductor, fullerene and derivatives thereof are preferably used. The fullerene derivative used here is not particularly limited as long as it is a derivative having a fullerene skeleton. Specific examples include derivatives composed of C60, C70, C76, C78, C84, etc. as the basic skeleton. In the fullerene derivative, carbon atoms in the fullerene skeleton may be modified with an arbitrary functional group, and these functional groups may be bonded to each other to form a ring. Fullerene derivatives also include fullerene bonded polymers. A fullerene derivative having a functional group with high affinity for the solvent and high solubility in the solvent is preferred.
フラーレン誘導体における官能基としては、たとえば、水素原子;水酸基;フッ素原子、塩素原子などのハロゲン原子;メチル基、エチル基などのアルキル基;ビニル基などのアルケニル基;シアノ基;メトキシ基、エトキシ基などのアルコキシ基;フェニル基、ナフチル基などの芳香族炭化水素基、チエニル基、ピリジル基などの芳香族複素環基などが挙げられる。具体的には、C60H36、C70H36などの水素化フラーレン、C60、C70などのオキサイドフラーレン、フラーレン金属錯体などが挙げられる。 Examples of the functional group in the fullerene derivative include hydrogen atom; hydroxyl group; halogen atom such as fluorine atom and chlorine atom; alkyl group such as methyl group and ethyl group; alkenyl group such as vinyl group; cyano group; methoxy group and ethoxy group. An aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group and a naphthyl group, and an aromatic heterocyclic group such as a thienyl group and a pyridyl group. Specific examples thereof include hydrogenated fullerenes such as C60H36 and C70H36, oxide fullerenes such as C60 and C70, and fullerene metal complexes.
上述した中でも、フラーレン誘導体として、60PCBM([6,6]−フェニルC61酪酸メチルエステル)または70PCBM([6,6]−フェニルC71酪酸メチルエステル)を使用することが特に好ましい。 Among the above-described compounds, it is particularly preferable to use 60PCBM ([6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester) or 70PCBM ([6,6] -phenyl C71 butyric acid methyl ester) as the fullerene derivative.
未修飾のフラーレンを使用する場合、C70を使用することが好ましい。フラーレンC70は、光キャリアの発生効率が高く、有機薄膜太陽電池に使用するのに適している。 When using unmodified fullerene, it is preferable to use C70. Fullerene C70 has high photocarrier generation efficiency and is suitable for use in organic thin-film solar cells.
光電変換層におけるn型有機半導体とp型有機半導体の混合比率は、n型有機半導体の含有率をp型半導体がP3HT系の場合、およそn:p=1:1とすることが好ましい。またp型半導体がPCDTBT系の場合、およそn:p=4:1とすることが好ましい。 The mixing ratio of the n-type organic semiconductor and the p-type organic semiconductor in the photoelectric conversion layer is preferably about n: p = 1: 1 when the p-type semiconductor is a P3HT system. When the p-type semiconductor is a PCDTBT system, it is preferable that n: p = 4: 1.
有機半導体を塗布するためには、溶媒に溶解する必要があるが、それに用いる溶媒としては、たとえば、トルエン、キシレン、テトラリン、デカリン、メシチレン、n−ブチルベンゼン、sec−ブチルベンゼン、tert−ブチルベンゼンなどの不飽和炭化水素系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼンなどのハロゲン化芳香族炭化水素系溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサンなどのハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピランなどのエーテル類が挙げられる。特に、ハロゲン系の芳香族溶剤が好ましい。これらの溶剤を単独、もしくは混合して使用することが可能である。 In order to apply an organic semiconductor, it is necessary to dissolve in a solvent. Examples of the solvent used therefor include toluene, xylene, tetralin, decalin, mesitylene, n-butylbenzene, sec-butylbenzene, and tert-butylbenzene. Unsaturated hydrocarbon solvents such as, halogenated aromatic hydrocarbon solvents such as chlorobenzene, dichlorobenzene, and trichlorobenzene, carbon tetrachloride, chloroform, dichloromethane, dichloroethane, chlorobutane, bromobutane, chloropentane, chlorohexane, bromohexane, Halogenated saturated hydrocarbon solvents such as chlorocyclohexane and ethers such as tetrahydrofuran and tetrahydropyran. In particular, a halogen-based aromatic solvent is preferable. These solvents can be used alone or in combination.
溶液を塗布し成膜する方法としては、スピンコート法、ディップコート法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、スプレー法、スクリーン印刷、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、グラビア・オフセット印刷、ディスペンサー塗布、ノズルコート法、キャピラリーコート法、インクジェット法などが挙げられ、これらの塗布法を単独で、もしくは組み合わせて用いることができる。 As a method of applying a solution to form a film, spin coating, dip coating, casting, bar coating, roll coating, wire bar coating, spraying, screen printing, gravure printing, flexographic printing, offset Examples thereof include a printing method, gravure / offset printing, dispenser coating, nozzle coating method, capillary coating method, and inkjet method, and these coating methods can be used alone or in combination.
(電子輸送層)
電子輸送層は、任意に光電変換層12と対向電極13との間に配置される。電子輸送層は、正孔をブロックして電子のみを効率的に輸送する機能、および光電変換層12と電子輸送層との界面で生じたエキシトンの消滅を防ぐ機能を有する。
(Electron transport layer)
The electron transport layer is arbitrarily disposed between the
電子輸送層の材料としては、金属酸化物、たとえばゾルゲル法にてチタンアルコキシドを加水分解して得たアモルファス性の酸化チタンなどが挙げられる。成膜方法は、薄膜を形成できる方法であれば特に限定されないが、たとえば、スピンコート法が挙げられる。電子輸送層の材料として酸化チタンを使用する場合、膜厚は5〜20nmの厚さに成膜する事が望ましい。膜厚が上記範囲より薄い場合は、ホールブロック効果が減少するため、発生したエキシトンが電子とホールに解離する前に失活してしまい、効率的に電流を取り出すことができない。膜厚が厚すぎる場合は、膜抵抗が大きくなり、発生した電流を制限するため光変換効率が低下する。塗布溶液は、あらかじめフィルターで濾過したものを使用することが望ましい。規定の膜厚に塗布した後、ホットプレートなどを用いて加熱乾燥する。50℃〜100℃で数分〜10分間程度、空気中にて加水分解を促進しながら加熱乾燥する。無機物では蒸着法で形成した金属カルシウム膜などが好適である。 Examples of the material for the electron transport layer include metal oxides such as amorphous titanium oxide obtained by hydrolyzing titanium alkoxide by a sol-gel method. The film forming method is not particularly limited as long as it is a method capable of forming a thin film, and examples thereof include a spin coating method. When titanium oxide is used as the material for the electron transport layer, the film thickness is preferably 5 to 20 nm. When the film thickness is thinner than the above range, the hole blocking effect is reduced, so that the generated excitons are deactivated before dissociating into electrons and holes, and current cannot be efficiently extracted. When the film thickness is too thick, the film resistance increases, and the light conversion efficiency decreases because the generated current is limited. It is desirable to use a coating solution that has been filtered with a filter in advance. After applying to a specified film thickness, it is heated and dried using a hot plate or the like. Heat drying at 50 to 100 ° C. for several minutes to 10 minutes while promoting hydrolysis in the air. For inorganic materials, a metal calcium film formed by vapor deposition is suitable.
(対向電極)
対向電極(陰極)13は、光電変換層12(または電子輸送層)の上に積層される。導電性を有する材料を真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法などで成膜する。電極材料としては、導電性の金属薄膜、金属酸化物膜などが挙げられる。透明電極11を仕事関数の高い材料を用いて形成した場合、対向電極13には仕事関数の低い材料を用いることが好ましい。仕事関数の低い材料としては、たとえば、アルカリ金属、アルカリ土類金属などが挙げられる。具体的には、Li、In、Al、Ca、Mg、Sm、Tb、Yb、Zr、Na、K、Rb、Cs、Ba、およびこれらの合金を挙げることができる。
(Counter electrode)
The counter electrode (cathode) 13 is stacked on the photoelectric conversion layer 12 (or the electron transport layer). A conductive material is formed by vacuum deposition, sputtering, ion plating, plating, coating, or the like. Examples of the electrode material include a conductive metal thin film and a metal oxide film. When the
対向電極13は、単層であってもよく、異なる仕事関数の材料で構成される層を積層したものであってもよい。また、前記仕事関数の低い材料のうちの1つ以上と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫などとの合金でもよい。合金の例としては、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、カルシウム−アルミニウム合金などが挙げられる。
The
対向電極13の膜厚は、1nm〜500nm、好ましくは10nm〜300nmである。膜厚が上記範囲より薄い場合は、抵抗が大きくなりすぎ、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できない。膜厚が厚い場合には、対向電極13の成膜に長時間を要するため材料温度が上昇し、有機層にダメージを与えて性能が劣化する。さらに、材料を大量に使用するため、成膜装置の占有時間が長くなり、コストアップに繋がる。
The thickness of the
(光反射層)
太陽電池セルと一体化させて裏面に形成される光反射層20は、銀もしくは銀合金、アルミニウムなど高反射率の金属膜を、透明基板のセル形成面の最下層に、蒸着、スパッタリング、イオンプレーティングなどの方法で形成する。Ag合金薄膜からなる光反射層は高い導電性を有するため、セル間の配線に兼用することができる。セル間の短絡を防ぐためにその一部をアルミナ、シリカ、チッ化珪素を代表とする無機物の透明絶縁体で被覆することが好ましい。
(Light reflecting layer)
The
透明基板10の表面に形成される光反射層は反射率の高い表面を有する材質で、たとえば表面が良く研磨されたアルミニウムや、クロムなどの金属、ガラスや樹脂などの表面に銀メッキなどで反射膜を設けた鏡状の反射板、ガラスや樹脂などの表面にアルミを蒸着した反射板、各種金属箔、屈折率を調整した有機反射シートなどを用いることができる。具体的な有機反射シートには、たとえば3M社製の反射フィルム ビキュイティESRや麗光社のルイルミラーなどを選択することで97%以上の反射率を有する反射膜を作製できる。また、高反射率の散乱体(光拡散反射層)として光反射層よりも光反射率が低く光散乱性を有する材料を用いることができる。例えば、古川電工のMCPETを代表とするマイクロ発泡フィルム(98%以上の拡散反射)を適用することもできる。無反射膜としてはモスアイ構造を有するフィルムやフッ化マグネシウムの単層膜などを用いることができる。例えば一枚のフィルムで光反射層を形成する場合には、モスアイ構造を代表とする無反射膜とマイクロ発泡構造を代表とする光散乱完全反射層をフィルム上に交互に形成したストライプフィルムを、太陽電池セルと間隙の位置に合わせて(セル位置に無反射膜、間隙位置に完全反射膜を配置して)基板裏面に貼り付けてもよい。さらに異なる反射層構成として、反射鏡面の上に光拡散シートを積層してもよい。この積層構造には鏡面表面に直接的に積層する構成と、透明基板を挟んで鏡面と光拡散シートとを対向させて形成する構成がある。
The light reflecting layer formed on the surface of the
透明基板が樹脂ベースのフレキシブル透明基板である場合、光電変換層を構成する有機薄膜の劣化を抑制するために、外界の酸素や水を遮蔽する遮蔽膜(防湿・防酸素膜)として無機絶縁材料からなる表面被覆層または中間層を形成する。透明基板の裏面に形成される反射層および無機絶縁層は、酸素や水に対して遮蔽膜の機能を有するため、フレキシブル透明基板の補助遮蔽膜として有効である。一般的に有機薄膜太陽電池モジュールの保存安定性を上げるためには、10−4オーダーより良好な防湿・防酸素特性が望まれる。 When the transparent substrate is a resin-based flexible transparent substrate, an inorganic insulating material is used as a shielding film (moisture-proof / oxygen-proof film) that shields oxygen and water from the outside in order to suppress deterioration of the organic thin film constituting the photoelectric conversion layer. A surface coating layer or intermediate layer is formed. Since the reflective layer and the inorganic insulating layer formed on the back surface of the transparent substrate have a function of a shielding film against oxygen and water, they are effective as an auxiliary shielding film for the flexible transparent substrate. In general, in order to increase the storage stability of the organic thin film solar cell module, moisture and oxygen resistance characteristics better than the order of 10 −4 are desired.
図8は、バルクへテロ接合型の太陽電池の動作メカニズムを説明する図である。図8において、参照符号1および2は、それぞれ、p型半導体およびn型半導体を表している。また、参照符号CPおよびCEは、それぞれ、正孔および電子を表している。
FIG. 8 is a diagram for explaining the operation mechanism of a bulk heterojunction solar cell. In FIG. 8,
有機薄膜太陽電池の光電変換プロセスは、a)有機分子が光を吸収してエキシトンを発生する過程、b)エキシトンの移動および拡散の過程、c)エキシトンの電荷分離の過程、d)両極への電荷輸送の過程に大きく分けられる。 The photoelectric conversion process of an organic thin film solar cell includes: a) a process in which an organic molecule absorbs light to generate exciton, b) a process of exciton migration and diffusion, c) a process of exciton charge separation, d) It can be roughly divided into charge transport processes.
ステップa)では、p型有機半導体又はn型有機半導体が光を吸収することによりエキシトンが発生する。この発生効率をη1とする。ステップb)では、発生したエキシトンがp/n接合面へ拡散により移動する。この拡散効率をη2とする。エキシトンには寿命があるため、拡散長程度しか移動できない。ステップc)では、p/n接合面に到達したエキシトンがエレクトロンと正孔に分離される。このエキシトンの分離の効率をη3とする。ステップd)では、それぞれの光キャリアはp/n材料中を通じて電極へ輸送されて外部回路に取り出される。この輸送効率をη4とする。 In step a), excitons are generated by absorption of light by the p-type organic semiconductor or the n-type organic semiconductor. Let this generation efficiency be η1. In step b), the generated excitons move to the p / n junction surface by diffusion. This diffusion efficiency is assumed to be η2. Since excitons have a lifetime, they can only move about the diffusion length. In step c), the exciton that has reached the p / n junction is separated into electrons and holes. The efficiency of this exciton separation is η3. In step d), each optical carrier is transported through the p / n material to the electrode and taken out to an external circuit. This transport efficiency is assumed to be η4.
照射された光子に対する発生したキャリアの外部取り出し効率は、次の式で表すことができる。この値が太陽電池の量子効率に相当する。
ηEQE=η1・η2・η3・η4。
The external extraction efficiency of the generated carriers with respect to the irradiated photons can be expressed by the following equation. This value corresponds to the quantum efficiency of the solar cell.
ηEQE = η1, η2, η3, η4.
光電変換効率を向上させるには、前記a)〜d)の特性に鑑みて有機薄膜太陽電池素子を作製すればよい。すなわち、ステップa)においては、光電変換層が入射してくる光子を100%吸収すること;ステップb)およびc)においては、有機半導体材料の移動度か高く、p/n接合が確実に行われていること;ステップd)においては、両極へのキャリアパスが形成され、電極までの距離が短く、トラップになるような欠陥がないことに留意すればよい。 In order to improve the photoelectric conversion efficiency, an organic thin film solar cell element may be produced in view of the characteristics a) to d). That is, in step a), the photoelectric conversion layer absorbs 100% of incident photons; in steps b) and c), the mobility of the organic semiconductor material is high, and the p / n junction is reliably performed. It should be noted that in step d), carrier paths to both poles are formed, the distance to the electrodes is short, and there are no defects that become traps.
このような前提に基づいて有機薄膜太陽電池を作製すれば、高効率な素子を実現できるが、現状の材料や製膜法ではこの理想の形には程遠い。有機薄膜太陽電池は、従来の無機系太陽電池に比べ、エキシトンの解離確率が低く、エキシトンの拡散長が短く、さらにキャリアの移動度が低いという問題がある。有機半導体には、純度や分子量分布、配向性など、制御が困難なパラメータが多いためである。 If an organic thin film solar cell is manufactured based on such a premise, a highly efficient element can be realized, but the present materials and film forming methods are far from the ideal form. Organic thin-film solar cells have a problem that the exciton dissociation probability is low, the exciton diffusion length is short, and the carrier mobility is low as compared with conventional inorganic solar cells. This is because organic semiconductors have many parameters that are difficult to control, such as purity, molecular weight distribution, and orientation.
前記ステップa)を改善するために、光電変換層を厚くして光子の吸収率を向上させる手段が考えられる。光電変換層を厚くすることにより光路長が長くなるため、光子の吸収率は高まるが、光電変換層の厚さの増加に伴い電気抵抗が増大し、キャリアがトラップされやすくなる。そのため、発生したキャリアは電極へ到達することができず、光電変換効率が低下する。 In order to improve the step a), means for increasing the photon absorption rate by increasing the thickness of the photoelectric conversion layer can be considered. Increasing the thickness of the photoelectric conversion layer increases the optical path length, so that the absorption rate of photons increases. However, as the thickness of the photoelectric conversion layer increases, the electrical resistance increases and carriers are easily trapped. Therefore, the generated carrier cannot reach the electrode, and the photoelectric conversion efficiency is lowered.
また、前記ステップd)を改善するために、光電変換層を薄くして電極間の距離を短くする手段が考えられる。電極間の距離を短くすることにより、発生したキャリアは電極に到達しやすくなり、膜の電気抵抗も低下する。そのため、光電変換効率が向上するようにも思われる。しかし、光電変換層の膜厚が薄いと、前記ステップa)において発生するエキシトンの量が低下する。光電変換層に用いられる材料は光吸収性があまり高くないため、膜厚が薄いと光子は光電変換層に全て吸収されず外部へ逃げてしまうからである。このため、キャリア数が少なくなり、電流が減少する。その結果として、光電変換効率が低下する。 In order to improve the step d), a means for reducing the distance between the electrodes by thinning the photoelectric conversion layer can be considered. By shortening the distance between the electrodes, the generated carriers are likely to reach the electrodes, and the electrical resistance of the film is also reduced. Therefore, it seems that the photoelectric conversion efficiency is improved. However, when the film thickness of the photoelectric conversion layer is thin, the amount of exciton generated in step a) is reduced. This is because the material used for the photoelectric conversion layer is not so light-absorbing, and if the film thickness is small, all the photons are not absorbed by the photoelectric conversion layer and escape to the outside. For this reason, the number of carriers decreases and the current decreases. As a result, the photoelectric conversion efficiency decreases.
このように光電変換層の膜厚が厚くなると、発生するエキシトンの数は増加するが、キャリアの電極への輸送能力が劣化する。一方、光電変換層の膜厚が薄くなると、キャリアの電極への輸送性には優れるのであるが、発生するエキシトンが少なくなってしまう。従って、どちらの条件においても最終的には光電変換効率が低下する。 When the film thickness of the photoelectric conversion layer is thus increased, the number of excitons generated increases, but the transport ability of carriers to the electrode deteriorates. On the other hand, when the film thickness of the photoelectric conversion layer is reduced, the transport property of the carrier to the electrode is excellent, but generated exciton is reduced. Accordingly, the photoelectric conversion efficiency ultimately decreases under either condition.
図9は、第3の実施形態に係るフレキシブル透明基板を用いて作製した薄膜太陽電池モジュールの断面図である。基板10として樹脂を含むフレキシブルな基板を用いている。この薄膜太陽電池モジュール100は、収納時には折り畳み、使用時には左右に開いて展開させて受光する。図9に示されるように、このモジュールは、左右に開いて側面を見た形状に基づいてY字モジュールと呼ばれる。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a thin film solar cell module manufactured using a flexible transparent substrate according to the third embodiment. A flexible substrate containing a resin is used as the
隣接する太陽電池サブモジュール50は、一方向(x方向)に沿って交互に谷折と山折の折り加工が施されてつながっている。太陽電池サブモジュール50のペアを、直列接続することが好ましいが、並列接続も可能である。図9では、谷折部において、フレキシブル透明基板10Fの裏面の電極を高導電性の導電テープ54で接続しているので、折り加工による断線などのアセンブリトラブルは発生しにくい。谷折部におけるフレキシブル透明基板10Fの接着面を両面接着テープで接着することにより、谷の底部にまで発電領域が達するモジュールを構成することができる。山折部において、フレキシブル透明基板の表面を3M社製のビキュイティフィルムやアルミフィルムのような反射テープ55で接続している。山折部におけるフレキシブル透明基板10Fの裏面には、電極(タブ線)を接着するための高導電性両面接着テープを配置して、サブモジュール間の導通を確保しながら山折部の反射領域の厚みを低減させる。
Adjacent
図10は第3の実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの一例を示す断面図である。図10の太陽電池セル30のアレイは、樹脂シートからなるフレキシブル透明基板10Fを用いていることを除けば、図3に示した構造と同等である。
FIG. 10: is sectional drawing which shows an example of the photovoltaic cell in the thin film photovoltaic module concerning 3rd Embodiment. The array of
図10には図示していないが、太陽電池セルアレイの背面には、無機絶縁材料からなる防湿・防酸素層を形成した封止シート(フィルム)が被覆されている。フレキシブル透明基板10Fの裏面に形成されている反射層20および無機材料からなる絶縁層21も酸素と水に対する遮蔽性を有するが、これらによる遮蔽性が十分でない場合は、フレキシブル透明基板10Fの表面(または中間層)に透明無機材料からなる遮蔽層を形成してもよい。
Although not shown in FIG. 10, the back surface of the solar cell array is covered with a sealing sheet (film) on which a moisture-proof / oxygen-proof layer made of an inorganic insulating material is formed. The
次に、図11〜図16を参照して、第3の実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールの製造方法(アセンブリプロセス)の一例を説明する。図11〜図15は薄膜太陽電池モジュールを太陽電池セルが形成されている裏面から見た図である。図16は薄膜太陽電池モジュールの斜視図である。 Next, an example of a method (assembly process) for manufacturing a thin-film solar cell module according to the third embodiment will be described with reference to FIGS. FIGS. 11-15 is the figure which looked at the thin film solar cell module from the back surface in which the photovoltaic cell is formed. FIG. 16 is a perspective view of a thin film solar cell module.
図11に示すように、1枚の樹脂シートからなるフレキシブル透明基板の裏面に、太陽電池サブモジュール50に対応する太陽電池セルアレイ51と陰極取り出し電極52および陽極取り出し電極53を形成する。この図には6枚の太陽電池サブモジュール50が含まれる。この樹脂シートを、谷折Vおよび山折Mのそれぞれの予定位置で正確に切断して並列させる。
As shown in FIG. 11, the
図12に示すように、太陽電池サブモジュール50の谷折位置Vの裏面に導電テープ54(高導電性の銅箔テープまたは太陽電池用のタブ線接続テープ)を貼り付け、隣り合う太陽電池サブモジュール50間で陰極取り出し電極52と陽極取り出し電極53とを接着して直列接続する。
As shown in FIG. 12, a conductive tape 54 (a highly conductive copper foil tape or a tab wire connection tape for solar cells) is attached to the back surface of the valley folding position V of the
図13に示すように、太陽電池サブモジュール50の山折位置Mの表面に反射テープ55(たとえばアルミ箔接着テープや3Mのビキュイティ接着シート)を貼り付け、隣り合う太陽電池サブモジュール50を接着する。
As shown in FIG. 13, a reflective tape 55 (for example, an aluminum foil adhesive tape or a 3M vicuity adhesive sheet) is attached to the surface of the mountain fold position M of the
図14に示すように、太陽電池サブモジュール50の山折位置Mの裏面に両面接着導電テープ56(高導電性の銅箔テープまたは太陽電池用のタブ線接続テープ)を貼り付け、隣り合う太陽電池サブモジュール50間で陰極取り出し電極52と陽極取り出し電極53とを接着して直列接続する。
As shown in FIG. 14, a double-sided adhesive conductive tape 56 (a highly conductive copper foil tape or a tab line connecting tape for solar cells) is attached to the back surface of the mountain folding position M of the
図15に示すように、太陽電池サブモジュール50の谷折位置Vの表面に両面接着テープ57を貼り付け、隣り合う太陽電池サブモジュール50を接着する。
As shown in FIG. 15, the double-sided
図16に示すように、谷折と山折を繰り返して、折畳んだ薄膜太陽電池モジュール100を製造する。この薄膜太陽電池モジュール100を左右に広げ、図9に示したY字モジュールの形態で使用して光起電力を得る。
As shown in FIG. 16, the folded thin film
このようにフレキシブル透明基板を用いて作製した薄膜太陽電池モジュールは、たとえば非常用持ち出し袋に入れて災害時の充電電源として用いることができる。折り畳んだフレキシブル太陽電池モジュールは防湿梱包に窒素封止しておく。これにより比較的遮蔽性の低いフィルムを使用したモジュールでも、数年以上にわたって僅かな特性劣化を招くだけで太陽電池を保存できる。開封後は徐々に発電効率が低下するので、2〜3ヶ月の使用でモジュールを廃棄することもあるが、それでも非常時に必要最小限の電源を確保する用途に十分使える。 Thus, the thin film solar cell module produced using the flexible transparent substrate can be used, for example, as a charging power source at the time of disaster by putting it in an emergency carry-out bag. The folded flexible solar cell module is sealed with nitrogen in a moisture-proof package. As a result, even a module using a film having a relatively low shielding property can store a solar cell with only a slight deterioration in characteristics over several years. Since the power generation efficiency gradually decreases after opening the package, the module may be discarded after 2 to 3 months of use, but it can still be used for the purpose of securing the minimum necessary power supply in an emergency.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1…p型半導体、2…n型半導体、10…透明基板、10F…フレキシブル透明基板、11…透明電極、12…光電変換層、13…対向電極、20…光反射層、21…絶縁層、22…取り出し電極、23…光拡散反射層、24…無反射膜、30…太陽電池セル、50…太陽電池サブモジュール、51太陽電池セルアレイ、52陰極取り出し電極、53陽極取り出し電極、54…導電テープ、55…反射テープ、56…導電テープ、57…両面接着テープ、100…薄膜太陽電池モジュール。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記光電変換層は有機薄膜を含み、前記光反射層は隣り合う前記太陽電池セル間の間隙において一方の太陽電池セルの透明電極と他方の太陽電池セルの対向電極とを接続する金属膜で形成され、前記太陽電池サブモジュールのペアは、それらの透明基板の主面を一方向に対してそれぞれ正の傾きおよび負の傾きをもって非平行に傾斜させ、近接端と開口端とをもつように対向させて配置されている薄膜太陽電池モジュール。 It has a plurality of solar cells formed on a transparent substrate via gaps, and each of the solar cells comprises a laminated transparent electrode, a photoelectric conversion layer, and a counter electrode, and the adjacent solar cells are A solar cell submodule connected in series and having a light reflecting layer formed corresponding to the gap between adjacent solar cells,
The photoelectric conversion layer includes an organic thin film, and the light reflecting layer is formed of a metal film that connects a transparent electrode of one solar battery cell and a counter electrode of the other solar battery cell in a gap between the adjacent solar battery cells. is, pairs of the solar cell sub-module, the main surface thereof a transparent substrate is not parallel inclined with a positive slope and negative slope respectively in one direction, opposite to have a proximal end and an open end A thin film solar cell module that is arranged.
Priority Applications (1)
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JP2011206437A JP5472939B2 (en) | 2011-09-21 | 2011-09-21 | Thin film solar cell module |
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