JP5715795B2 - 有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents
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Description
〔1〕 第1電極及び第2電極からなる一対の電極、及び前記一対の電極間に挟持される、1層の有機薄膜又は1層以上の有機薄膜を含む積層構造を備える有機光電変換素子が、基板上に複数配置された有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法において、1層の有機薄膜又は1層以上の有機薄膜を含む積層構造を、刃構造体を非加熱で用いて切断して、該1層の有機薄膜又は該1層以上の有機薄膜を含む積層構造を貫通して直下に設けられている層の表面を露出させる溝部を形成する切断工程を含む、有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
〔2〕 基板の主面に複数の第1電極を形成する工程と、基板上に形成された第1電極上に、第1電荷輸送層を形成する工程と、複数の第1電極同士の間の領域に、第1電荷輸送層を貫通して基板の主面を露出させる第1溝部を形成する第1の切断工程と、前記第1電荷輸送層上を覆う活性層、及び該活性層上を覆う第2電荷輸送層を形成する工程と、第1電荷輸送層、活性層及び第2電荷輸送層を貫通して、第1電極の一部分が露出する第2溝部を形成する第2の切断工程と、第2電荷輸送層上を覆い、かつ第2溝部を埋め込む第2電極を形成する工程と、第2電極、第2電荷輸送層、活性層及び第1電荷輸送層を貫通して、第1電極の一部分を露出させる第3溝部を形成して、複数の有機光電変換素子に素子分離する第3の切断工程とを含み、前記第1の切断工程、前記第2の切断工程及び前記第3の切断工程のうちの少なくともひとつの切断工程が、刃構造体を非加熱で用いて行われる工程である、有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
〔3〕 切断工程が、円盤状の刃構造体を用いる押し切り加工により行われる工程である、〔1〕又は〔2〕に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
〔4〕 切断工程が、針状の刃構造体を用いる引き切り加工により行われる工程である、〔1〕又は〔2〕に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
〔5〕 切断工程が、平刃状の刃構造体を用いる引き切り加工により行われる工程である、〔1〕又は〔2〕に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
〔6〕 切断工程が、刃構造体と切断対象となる有機薄膜とのなす角を30°〜60°として行われる工程である、〔4〕又は〔5〕に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
〔7〕 刃構造体の材料が、金属、合金、セラミックス、及び樹脂からなる群から選ばれる材料である、〔1〕〜〔6〕のいずれか一項に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
〔8〕 刃構造体の先端部の曲率半径が5μm〜1000μmである、〔1〕〜〔7〕のいずれか一項に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
〔9〕 〔1〕〜〔8〕のいずれか一項に記載の製造方法により製造することができる有機薄膜太陽電池モジュール。
〔10〕 有機薄膜が設けられた基板を支持し、かつ搬送する搬送ロールと、搬送ロールに支持された基板の有機薄膜に、非加熱の状態で接触して切断する刃構造体とを備える有機薄膜太陽電池モジュール製造用の製造装置。
〔11〕 刃構造体が押し切り加工できる円盤状である、〔10〕に記載の有機薄膜太陽電池モジュール製造用の製造装置。
〔12〕 刃構造体が針状である、〔10〕に記載の有機薄膜太陽電池モジュール製造用の製造装置。
〔13〕 刃構造体が平刃状である、〔10〕に記載の有機薄膜太陽電池モジュール製造用の製造装置。
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールは、従来の太陽電池モジュールと基本的には同様のモジュール構造をとり得る。有機薄膜太陽電池モジュールは、一般的には金属、セラミック等の基板(支持基板)の上に複数の有機光電変換素子(セル)が構成され、その上を充填樹脂や保護ガラス等で覆い、基板の反対側から光を取り込む構造をとるが、基板に強化ガラス等の透明材料を用い、その上に有機光電変換素子を構成してその透明の基板側から光を取り込む構造としてもよい。
図1は、本発明の製造方法により製造される有機薄膜太陽電池モジュールの構成を示す概略的な断面図である。
なお、電子供与性化合物と電子受容性化合物とは、これらの化合物のエネルギー準位のエネルギーレベルから相対的に決定され、1つの化合物が電子供与性化合物、電子受容性化合物のいずれともなり得る。
電子受容性化合物及び電子供与性化合物を含有するバルクヘテロ型の活性層における電子受容性化合物の割合は、電子供与性化合物100重量部に対して、10重量部〜1000重量部とすることが好ましく、50重量部〜500重量部とすることがより好ましい。
第1電極22上には、第1電荷輸送層32が設けられている。第1電荷輸送層32は、第1電極22が陽極である場合には正孔輸送層であり、第1電極22が陰極である場合には電子輸送層である。
a)陽極/活性層/陰極
b)陽極/正孔輸送層/活性層/陰極
c)陽極/活性層/電子輸送層/陰極
d)陽極/正孔輸送層/活性層/電子輸送層/陰極
e)陽極/電子供給性層/電子受容性層/陰極
f)陽極/正孔輸送層/電子供給性層/電子受容性層/陰極
g)陽極/電子供給性層/電子受容性層/電子輸送層/陰極
h)陽極/正孔輸送層/電子供給性層/電子受容性層/電子輸送層/陰極
(ここで、記号「/」は、記号「/」を挟む層同士が隣接して積層されていることを示す。)
上記各層は、単層で構成されるのみならず、2層以上の積層体として構成されていてもよい。
次に上述の構成を備える有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、第1電極及び第2電極からなる一対の電極、及び前記一対の電極間に挟持される1層の有機薄膜又は1層以上の有機薄膜を含む積層構造を備える有機光電変換素子が、基板上に複数配列された有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法において、前記1層の有機薄膜又は前記1層以上の有機薄膜を含む積層構造を、刃構造体を非加熱で用いて切断して、該1層の有機薄膜又は該1層以上の有機薄膜を含む積層構造を貫通して直下に設けられている層の表面を露出させる溝部を形成する切断工程を含む。
次いで、素子間部100B内であって、複数の第1電極(パターン)22同士の間の領域に、第1電荷輸送層32の表面から、第1電荷輸送層32を貫通して、基板10の表面を露出させる第1溝部Xを、本発明の刃構造体を用いて加工して形成する(刃構造体の詳細については後述する。)。この第1溝部Xの形成により第1素子100A1の第1電極22と第2素子100A2の第1電極22とが第1溝部Xで離間することにより電気的に分離される(第1の切断工程)。
図2を参照して、第1の実施形態の製造装置及び切断工程につき説明する。
図2−1は、第1の実施形態の製造装置を示す概略的な側面図である。図2−2は、第1の実施形態の製造装置を示す概略的な正面図である。
例えば、ガラス基板上に形成された塗布膜である活性層(有機薄膜)は、曲率半径2μmの刃構造体を用いれば、10mg程度でしかない荷重を加える押し切り加工により溝部を形成することができる。
図3を参照して、第2の実施形態の製造装置及び切断工程につき説明する。なお製造装置における刃構造体の形状以外の構成要素については既に説明した第1の実施の形態の構成と変わるところがないため、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
このとき、図3−1に示すように、刃構造体70(芯)と第1積層体50A(第2積層体50B)の表面とがなす角θ1は、好ましくは30°〜60°とするのがよい。θ1をこのような範囲とすることにより、対象層に加わる荷重をより安定させることができ、また刃構造体70の摩耗を抑制することができる。
図4を参照して、第3の実施形態の製造装置及び切断工程につき説明する。なお製造装置における刃構造体の形状以外の構成要素については既に説明した第1及び第2の実施の形態の構成と変わるところがないため、同一の符号を付してその説明を省略する場合がある。
平刃状である刃構造体70の厚みは、好ましくは100μmから3000μmである。
このとき、図4−1に示すように、刃構造体70(芯)と第1積層体50A(第2積層体50B)の表面とがなす角θ2は、好ましくは30°〜60°とするのがよい。θ2をこのような範囲とすることにより、対象層に加わる荷重をより安定させることができ、また刃構造体70の摩耗を抑制することができる。
ITOの薄膜が一方の主面に設けられたポリエチレンナフトレート(PENという場合がある。)フィルム基板(基板)(トービ社製、商品名:OTEC)を、アセトンにて洗浄した後、低圧水銀ランプを備えた紫外線オゾン照射装置(テクノビジョン社製、型式:UV−312)を用いて、UVオゾン洗浄処理を15分間施し、清浄な表面をもつITO電極(第1電極)をPENフィルム基板上に作製した。次いで、ITO電極が設けられたPENフィルム基板上にPEDOTの懸濁液(スタルク社製、商品名Baytron P AI4083、lot.HCD07O109)をスピンコート法により塗布してPEDOT層(第1電荷輸送層)を形成した。その後、大気中、150℃で30分間乾燥を行なった。
PENフィルム基板をガラス板上に固定し、PEDOT層上に約50μmの曲率半径のステンレス鋼製の回転刃(刃構造体)を非加熱で押し当てて走行させることで、有機薄膜であるPEDOT層を2つの領域に切断した。
切断されたPEDOT層の2つの領域それぞれの直下に位置するITO電極の2つの領域同士の間で電気的な導通が得られるか試験したところ、導通が確認された。結果として、ITO電極を切断せず、PEDOT層のみを切断して、ITO電極を露出させる溝部を形成できたことが確認された。
前記と同様に、切断された積層構造の2つの領域それぞれの直下に位置するITO電極の2つの領域同士の間で電気的な導通が得られるか試験したところ、導通が確認された。結果として、ITO電極を切断せず、活性層及びPEDOT層からなる積層構造のみを切断して、ITO電極を露出させる溝部を形成できたことが確認された。
刃構造体として、約100μmの曲率半径のステンレス鋼製の針状構造体を用いた以外は、前記実施例1と同様にして単層又は積層構造の切断工程を実施した。
結果として、ITO電極を切断せず、ITO電極上のPEDOT層のみ、及び活性層とPEDOT層との積層構造のみを切断して、ITO電極を露出させる溝部を形成できたことが確認された。図5−2に本実施例の切断領域の光学顕微鏡像を示す。
刃構造体として、約1000μmの曲率半径のPTFE製の平刃状構造体を用いた以外は、前記実施例1と同様にして単層又は積層構造の切断工程を実施した。
結果として、ITO電極を切断せず、ITO電極上のPEDOT層のみ、及び活性層とPEDOT層との積層構造のみを切断して、ITO電極を露出させる溝部を形成できたことが確認された。図5−3に本実施例の切断領域の光学顕微鏡像を示す。
10A:電極形成領域
10B:非電極形成領域
22:第1電極
24:第2電極
24a:コンタクト
32:第1電荷輸送層
34:第2電荷輸送層
40:活性層
50:積層構造体
50A:第1積層体
50B:第2積層体
60:搬送ロール
70:刃構造体
70a:先端部
70b:針軸部
80:スクライビング領域(切断領域)
100:有機薄膜太陽電池モジュール
100A1:第1素子(形成領域)
100A2:第2素子
100B:素子間部(領域)
C:中心回転軸
C1:第1中心回転軸
C2:第2中心回転軸
X:第1溝部
Y:第2溝部
Z:第3溝部
Claims (5)
- 第1電極及び第2電極からなる一対の電極、及び前記一対の電極間に挟持される1層の有機薄膜又は1層以上の有機薄膜を含む積層構造を備える有機光電変換素子が、基板上に複数配置された有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法において、
前記1層の有機薄膜又は1層以上の有機薄膜を含む積層構造を、先端部の曲率半径が5μm〜1000μmである円盤状の刃構造体を非加熱で用いる押し切り加工により切断して、該1層の有機薄膜又は該1層以上の有機薄膜を含む積層構造を貫通して直下に設けられている層の表面を露出させる溝部を形成する切断工程を含む、有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 第1電極及び第2電極からなる一対の電極、及び前記一対の電極間に挟持される1層の有機薄膜又は1層以上の有機薄膜を含む積層構造を備える有機光電変換素子が、基板上に複数配置された有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法において、
前記1層の有機薄膜又は1層以上の有機薄膜を含む積層構造を、針状の刃構造体又は平刃状の刃構造体であって先端部の曲率半径が5μm〜1000μmである刃構造体を非加熱で用いる引き切り加工により刃構造体と切断対象となる有機薄膜とのなす角を30°〜60°として切断して、該1層の有機薄膜又は該1層以上の有機薄膜を含む積層構造を貫通して直下に設けられている層の表面を露出させる溝部を形成する切断工程を含む、有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 基板の主面に複数の第1電極を形成する工程と、
基板上に形成された第1電極上に、第1電荷輸送層を形成する工程と、
複数の第1電極同士の間の領域に、第1電荷輸送層を貫通して基板の主面を露出させる第1溝部を形成する第1の切断工程と、
第1電荷輸送層上を覆う活性層、該活性層上を覆う第2電荷輸送層を形成する工程と、
第1電荷輸送層、活性層及び第2電荷輸送層を貫通して、第1電極の一部分が露出する第2溝部を形成する第2の切断工程と、
第2電荷輸送層上を覆い、かつ第2溝部を埋め込む第2電極を形成する工程と、
第2電極、第2電荷輸送層、活性層及び第1電荷輸送層を貫通して、第1電極の一部分を露出させる第3溝部を形成して、複数の有機光電変換素子に素子分離する第3の切断工程とを含み、
前記第1の切断工程、前記第2の切断工程及び前記第3の切断工程のうちの少なくともひとつの切断工程が、先端部の曲率半径が5μm〜1000μmである円盤状の刃構造体を非加熱で用いる押し切り加工により行われる工程である、有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 基板の主面に複数の第1電極を形成する工程と、
基板上に形成された第1電極上に、第1電荷輸送層を形成する工程と、
複数の第1電極同士の間の領域に、第1電荷輸送層を貫通して基板の主面を露出させる第1溝部を形成する第1の切断工程と、
第1電荷輸送層上を覆う活性層、該活性層上を覆う第2電荷輸送層を形成する工程と、
第1電荷輸送層、活性層及び第2電荷輸送層を貫通して、第1電極の一部分が露出する第2溝部を形成する第2の切断工程と、
第2電荷輸送層上を覆い、かつ第2溝部を埋め込む第2電極を形成する工程と、
第2電極、第2電荷輸送層、活性層及び第1電荷輸送層を貫通して、第1電極の一部分を露出させる第3溝部を形成して、複数の有機光電変換素子に素子分離する第3の切断工程とを含み、
前記第1の切断工程、前記第2の切断工程及び前記第3の切断工程のうちの少なくともひとつの切断工程が、針状の刃構造体又は平刃状の刃構造体であって先端部の曲率半径が5μm〜1000μmである刃構造体を非加熱で用いる引き切り加工により刃構造体と切断対象となる有機薄膜とのなす角を30°〜60°として行われる工程である、有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。 - 刃構造体の材料が、金属、合金、セラミックス、及び樹脂からなる群から選ばれる材料である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
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