JP5650907B2 - ポリマー太陽電池の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、異なる表面張力を有する層媒体を備えるポリマー太陽電池の製造方法に関する。

多層体における層媒体の異なる表面張力及び表面エネルギーにより、ラッカー、溶液等を含む層媒体を設けることは種々の問題を生じさせている。それらの問題には、多層体の層媒体が互いに実質的に異なった表面張力と表面エネルギーを有することによる湿潤（濡らす）問題を含む。これまで、所望の特性、例えば、電気又は電子特性の如き物理的特性を有する均一な層の多層体は、大きな困難な作業を経てしか製造することができなかった。

DE10306357A1は、多層コーティングを製造するプロセス、例えば多層に塗料を塗布することを開示している。このプロセスにおいて、第一のコーティングが設けられ、第二のコーティングが第一のコーティング上にコーティングされ、次いで、その第二のコーティングが硬化される。この場合、第二のコーティングの表面エネルギーと第一のコーティングの表面エネルギーとの商が１以下又は１となるように、第一のコーティングが選択及び／又は変更されるか、または第二のコーティングが選択される。

この周知のプロセスは、特に大量生産の自動車の塗装を対象とし、実質的に製造条件、環境温度及び湿度に依存せず、また極端な条件でも塗布することができる。この第一のコーティングは、例えば、プライマーを用いて変更することができる。

DE10392830T5は、ベース電極および透過電極のような二つの電極の間に活性層を有する多層構造の太陽電池を開示している。この活性層は第一および第二電荷移動材料を有する。この第一電荷移動材料は導電性ポリマーから形成することができる。第二電荷移動材料は有機材料、例えば、共役ポリマーにすることができる。

本発明の目的は、所望のポリマー太陽電池を実現するため異なる表面張力及び表面エネルギーを持つ層媒体を、支障なく互いに均一に重ねて塗布することができるポリマー太陽電池の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るポリマー太陽電池の製造方法は、可撓性フィルムにより形成されたキャリア（１２）上に電極層（１４）を形成し、
該電極層（１４）上に第一の表面張力を有する第一の流体媒体を塗布し、該第一の流体媒体を乾燥させて前記電極層（１４）上に半導体層（１６）を形成し、
該半導体層（１６）の乾燥後に、該半導体層上に拡散層（２０）を形成し、
前記半導体層（１６）の第一の表面張力よりも大きな表面張力を有する第二の流体媒体を前記拡散層（２０）上に塗布し、該第二の流体媒体を湿潤させ、拡散させ、乾燥させて前記拡散層（２０）上にPEDOT/PSS層（１８）を形成し、
該PEDOT/PSS層（１８）上に前記電極層（１４）と対となる電極層（２２）を形成することを特徴とする。

ポリマー太陽電池の層は、第一の層と第二の層との二層に限らずそれ以上の数の層を含んでいてもよい。

以下、本発明の実施の形態を、これを実施する一実施例について、図面を参照して詳細に説明する。
下記の表１には、一例として、SC(＝半導体)及びPEDOT／PSSの溶液の表面張力が示されている。ここで、表面張力の測定はDATA PHYSICSの「Dynamic Contact Angle （ダイナミック・コンタクト・アングル）a.Tension-Meter（テンションメータ）DCAT21」という方法により測定された。

下記の表２は、SCと PEDOT／PSSで被覆されたPETの表面エネルギーを明示する。ここでは、表面エネルギーは、DATA PHYSICSの「Optical Contact Angle Measurement Unit （オプチカル・コンタクト・アングル測定ユニット）OCA 20」という方法で測定されている。

表２に示すように、SCで被覆されたPETの表面エネルギーは約26ｍN／ｍの値であり、PEDOT／PSSで被覆されたPETの表面エネルギーは約48ｍN／ｍの値である。これに対応する流体の表面張力は、SCで約32ｍN／ｍであり、PEDOT／PSSで約46ｍN／ｍである。例えば、PEDOT／PSSで被覆されたPETフィルムがSCで被覆された場合、流体SC媒体の拡散が容易に生じる。即ち、PEDOT／PSS上におけるSCの湿潤は好適である。一方、例えば、SCで被覆されたPETフィルムが流体PEDOT／PSSで被覆された場合、流体PEDOT／PSSの表面張力は乾燥されたSCの表面エネルギーより大きい。その事はSC上でPEDOT／PSSの拡散が生じないことを意味する。換言すると、乾燥されたSC上でPEDOT／PSSの湿潤のみが不十分である。ここで、PEDOT／PSSの好適な湿潤を得るためにも、本発明によれば、拡散層が乾燥されたSC層に設けられる。ここで、図１に示された後述するポリマー太陽電池の構造を容易に理解するために述べておくと、本発明に係るポリマー太陽電池の製造方法では、先ず、SCの流体媒体（第一の流体媒体）がキャリアに塗布され、この第一の流体媒体がキャリア上で乾燥されて第一の層が形成され、その上に拡散層が設けられ、次いで、この拡散層の上にPEDOT／PSSの流体媒体（第二の流体媒体）が塗布されこの第二の流体媒体が拡散層上に湿潤され、この湿潤が拡散され且つこの第二の流体媒体が乾燥されて第二の層が形成される。SCとPEDOT／PSSとの間に配置された拡散層によって、PEDOT／PSSを形成するための第二の流体媒体の湿潤が拡散される。この拡散層は、第二の流体媒体の湿潤を拡散する機能を有し、薄膜金属層であってもよく、また、乾燥された第一の層に設けられた金属シーディングであってもよい。この拡散層は、第二の流体媒体の表面張力より小さい表面エネルギーを有する第一の流体媒体が乾燥して形成された前記第一の層に設けられる。

更に、この拡散層は毛細管現象を有することができる。

この薄膜金属層は蒸着、陰極スパッタリング等により製造することができる。シーディングによる拡散層の形成は本質的に周知のガルバニックプロセスにより実施することができる。

少なくとも一つの予め設けられる層は、第一の層を設ける前に、可撓性フィルムにより形成されたキャリアに設けることができる。その少なくとも一つの予め設けられた層は、例えば、太陽電池における電気成分の電極を形成する導電層を有することができる。

第一及び第二の層は上記の実施例に述べられたSCとPEDOT/PSSのような有機半導体媒体を有することができる。これらの層が有機半導体媒体を有する場合、本発明に係るポリマー太陽電池を製造することは可能である。

本発明のさらなる詳細な構成、特徴及び効果は、この発明により製造されたポリマー太陽電池を一例として後述の実施形態から明らかになる。

図１は、可撓性フィルムにより形成されたキャリア12を有する多層体10から形成されたポリマー太陽電池を示す。多層体10は、断面図で示されているが実際の大きさではない。この多層体10は、キャリア12の上に設けられた少なくとも一つの予め設けられた層14を有する。第一の表面張力を有する第一の流体媒体の第一の層（半導体（ＳＣ）層）16は少なくとも一つの予め設けられた層14に塗布される。第一の層16が乾燥された後、この第一の層に、第二の表面張力を有する第二の流体媒体を備えた第二の層（PEDOT/PSS 層）18が設けられる。

第二の層18が設けられる前に、拡散層20が乾燥された第一の層16上に設けられる。乾燥された第一の層16の表面エネルギーは、第二の層18の第二の流体媒体の第二の表面張力より小さい。その拡散層20は蒸着・陰極スパッタリングされた薄膜状金属層又はガルバニーシーディングあるいは同様のものにすることができる。拡散層20は、第二の層18を形成するため、流体媒体を拡大して確実に湿潤領域を拡張する（濡らす）ようにされている。拡散層は例えば所定の毛細管現象を有することができる。第二の層が形成された後、薄い金
属層22が、乾燥された第二の層18に設けられ、この層22は予め設けられた層14のように、ポリマー太陽電池の電極を形成することができる。

可撓性フィルムにより形成されたキャリア12を有する多層体10から形成されたポリマー太陽電池を示す図。

Claims (3)

1. 可撓性フィルムにより形成されたキャリア（１２）上に電極層（１４）を形成し、
   該電極層（１４）上に第一の表面張力を有する第一の流体媒体を塗布し、該第一の流体媒体を乾燥させて前記電極層（１４）上に半導体層（１６）を形成し、
   該半導体層（１６）の乾燥後に、該半導体層上に拡散層（２０）を形成し、
   前記半導体層（１６）の第一の表面張力よりも大きな表面張力を有する第二の流体媒体を前記拡散層（２０）上に塗布し、該第二の流体媒体を湿潤させ、拡散させ、乾燥させて前記拡散層（２０）上にPEDOT/PSS層（１８）を形成し、
   該PEDOT/PSS層（１８）上に前記電極層（１４）と対となる電極層（２２）を形成することを特徴とするポリマー太陽電池の製造方法。
2. 請求項１記載のポリマー太陽電池の製造方法において、
   前記拡散層（２０）は、毛細管現象を有することを特徴とするポリマー太陽電池の製造方法。
3. 請求項１記載のポリマー太陽電池の製造方法において、
   前記拡散層（２０）は、薄膜金属層または金属シーディングであることを特徴とするポリマー太陽電池の製造方法。