JP5817461B2 - フレキシブル太陽電池素子モジュール - Google Patents
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Description
上記内部短絡の問題は、各種太陽電池素子モジュールにおいて、上記のモジュール構造を採用した場合も同様に生じる問題である。
まず、本発明のフレキシブル太陽電池素子モジュールについて説明する。
本発明のフレキシブル太陽電池素子モジュールは、フレキシブル性を有し、1枚の第1基材および上記第1基材上にパターン状に形成された複数の第1電極層を有する第1電極基材、フレキシブル性を有し、少なくとも第2電極層を有する複数の第2電極基材、並びに、上記第1電極層および上記第2電極層の間に形成された機能層を有し、上記第1電極層、上記第2電極層、および上記機能層を有する太陽電池素子が複数連結されて構成されており、一の上記太陽電池素子の上記第1電極層と他の上記太陽電池素子の上記第2電極層とが電気的に接続されているものであって、上記第1電極基材が、上記第1基材上の上記第2電極層の端部に対向する位置に形成され、上記第1電極層と同一の導電材料から構成され、かつ、上記第1電極層と絶縁されている短絡防止層を有することを特徴とするものである。
また、以下の説明において「一の太陽電池素子の第1電極層」については、「一の第1電極層」と略して説明する場合がある。また、一の太陽電池素子の第1電極層以外の層、および他の太陽電池素子の各層についても同様に略して説明する場合がある。
第一態様のフレキシブル太陽電池素子モジュールは、上記太陽電池素子が、上記第1電極層または上記第2電極層のうちいずれか一方の電極層上に形成され、上記機能層が色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層および酸化還元対を含有する固体電解質層である色素増感型太陽電池素子である色素増感型太陽電池素子モジュールである。なお、以下の第一態様の説明においては、「色素増感型太陽電池素子モジュール」を「モジュール」といい、「色素増感型太陽電池素子」を「素子」という。
また、図1(a)、(b)に例示されるモジュール100は、第1電極層12、触媒層5、固体電解質層4、多孔質層3、および第2電極層22を有する素子1が複数連結されて構成されるものであり、一の第1電極層12と他の第2電極層22が電気的に接続されている。また、モジュール100には、第1電極層12と第2電極層22の端部とが対向する位置に接触防止層16が形成されていてもよい。
以下、本態様のモジュールの詳細について説明する。
(1)短絡防止層
本態様における短絡防止層について説明する。
本態様における短絡防止層の形成位置としては、上記第1基材上の上記第2電極層の端部に対向する位置であれば特に限定されない。なお、本態様において「第2電極層の端部と対向する」とは、少なくとも第2電極層の一部の端部に対向することを指す。
そこで以下、第2電極層の形状が短冊状である場合における短絡防止層の形成位置について説明する。
短冊状の第2電極基材をストライプ状に配列させたモジュールにおいては、ストライプの配列方向におけるフレキシブル性が高くなる。よって、この場合、第2電極層の長辺の端部と第1電極層との間の距離が変化しやすくなることから、第2電極層の長辺の端部の近傍において内部短絡が発生しやすいものとなる。よって、短冊状の第2電極層の長辺の端部に対向する位置に短絡防止層を設けることにより、各々の素子の内部短絡を好適に抑制することができる。
一方、例えば、図3(a)に例示されるように、短冊状の第2電極層22が短冊の1つ長辺の端部を含む第2接続領域22bを有する場合は、図4(a)に例示されるように、短絡防止層13は第2電極層22の短冊の2つの長辺の端部のうち第2接続領域側とは反対側の長辺の端部に対向する位置に設けられる。また、この場合、第2電極層の短冊の短辺の端部に対向する位置にも短絡防止層13を設けてもよい。
このような短絡防止層の幅としては、200μm〜10mmの範囲内、なかでも500μm〜5mmの範囲内、特に1mm〜2mmの範囲内であることが好ましい。短絡防止層の幅が上記範囲に満たない場合は、モジュールの製造時における位置合わせに高い精度が要求されることから、本態様のモジュールの製造効率が低下する恐れがあるからである。一方、短絡防止層の幅が上記範囲を超える場合は、モジュールにおいて発電に寄与する面積が小さくなり、発電効率が低下する可能性があるからである。
なお、短絡防止層の幅とは、一の第1電極層と他の第1電極層との間に形成されている短絡防止層の幅を指し、短絡防止層が複数個形成されている場合は、一の第1電極層に隣接する短絡防止層の端部から他の第1電極層に隣接する短絡防止層の端部までの距離を指す。
次に、本態様における第1電極層の形状について説明する。
上記第1電極層の形状としては、素子を構成することができる形状であれば特に限定されない。本態様においては第1基材の第2電極層の端部に対向する位置には上記短絡防止層が形成されることから、上記第1電極層の形状としては、第2電極層の端部の内側に形成され、固体電解質層および多孔質層が積層される発電領域を有する形状であれば特に限定されない。なお、「第2電極層の端部の内側に形成される」とは、少なくとも第2電極層の一部の端部の内側に形成されることを指す。
本態様における第1電極基材としては、透明性を有する基材であってもよく、透明性を有さない基材であってもよく、本態様のモジュールの受光面により適宜選択されるものである。本態様においては、後述するように第2電極基材が金属基材であることが好ましいことから、第1電極基材は透明性を有する基材であることが好ましい。
透明性を有する基材は、第1基材として透明基材と、第1電極層として上記透明基材上に形成された透明電極層とを有する。
透明電極層の全光線透過率は、85%以上であることが好ましく、なかでも90%以上、特に92%以上であることが好ましい。なお、上記全光線透過率は、可視光領域において、スガ試験機株式会社製 SMカラーコンピュータ(型番:SM−C)を用いて測定した値である。
透明電極層のシート抵抗は、500Ω/□以下であることが好ましく、なかでも300Ω/□以下、特に50Ω/□以下であることが好ましい。シート抵抗が上記範囲より大きいと、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できない可能性があるからである。なお、上記シート抵抗は、三菱化学株式会社製 表面抵抗計(ロレスタMCP:四端子プローブ)を用い、JIS R1637(ファインセラミックス薄膜の抵抗率試験方法:4探針法による測定方法)に基づき、測定した値である。
透明電極層は、単一の層からなる構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。透明電極層の膜厚としては、通常、5nm〜2000nmの範囲内が好ましく、特に10nm〜1000nmの範囲内であることが好ましい。
上記第1電極層および短絡防止層の形成方法としては、例えば、透明電極層材料膜を透明基材上に全面形成した後にレーザースクライブ法を用いて所定のパターン状に切り込みを入れることにより形成する方法、上記透明電極層材料膜を透明基材上に全面形成した後に所定のパターン状にエッチングして形成する方法、金属マスクを用いてスパッタ法等の蒸着法を用いて形成する方法や、金属ペーストとした透明電極層材料を用いて透明基材上に透明電極層を印刷する方法等を挙げることができる。本態様においては、なかでも、レーザースクライブ法を用いた方法が好ましい。第1電極層および短絡防止層を所望のパターン形状に容易に形成することができるからである。なお、レーザースクライブ法やエッチング法等により第1電極層を形成する場合は、必要に応じて形成される補助電極、もしくは後述の触媒層等を第1基材全面に形成したのち、パターン形状に加工する処理を行うことが好ましい。
上記第1電極基材が透明性を有さない基材としては、通常、第1基材と第1電極層として金属層とを有する。また、上記金属層と同一の金属から構成される短絡防止層を有する。
一方、透明性を有さない第1基材としては、一般的な樹脂から構成される基材を用いることができる。
第1電極基材としては、第1基材および第1電極層を有するものであれば特に限定されず、必要に応じて他の構成を有していてもよい。
また、図示はしないが、本発明においては、短絡防止層と導電材料層とが連続的に形成されていてもよい。
(1)第2電極層の形状
本態様における第2電極層の形状としては、隣接する第2電極層同士が接触しない形状であれば特に限定されない。また、第2電極層の形状としては、一の太陽電池素子の第1電極層の発電領域上に配置される第2発電領域を有するものであれば特に限定されないが、上記第2発電領域と、他の第1電極層の接続領域と電気的に接続される第2接続領域とを有することが好ましい。
第2電極基材としては、透明性を有する基材であってもよく、透明性を有さない基材であってもよく、モジュールの受光面により適宜選択される。
本態様における固体電解質層について説明する。ここで、本態様における上記固体電解質層は、酸化還元対を含有するものであり、流動性を示さないものである。なお、本態様では、固体電解質層は疑固体電解質(ゲル電解質層)を含む概念である。
上記固体電解質層としては、第1電極層の発電領域上に形成することが可能であれば特に限定されない。本態様においては上記固体電解質層がパターン状に形成されていることが好ましい。
なお、図6(a)は本態様のモジュールの他の例を示す概略平面図、図6(b)は図6(a)のA’−A’線断面図である。また、説明していない符号については図1(a)、(b)と同様とすることができる。
上記固体電解質層は酸化還元対を有する。上記酸化還元対としては、色素増感型太陽電池で用いられるものであれば特に限定はされない。例えば、ヨウ素およびヨウ化物の組合せが挙げられる。酸化還元対の含有量としては、固体電解質層に占める酸化還元対の割合が、1質量%〜50質量%の範囲内、中でも、5質量%〜35質量%の範囲内であることが好ましい。
本態様における上記多孔質層は、第1電極基材の複数の第1電極層上、または第2電極基材の第2電極層上のいずれか一方に形成される。また、色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する。
本態様のモジュールは、上述した各構成を有するものであれば特に限定されず、他にも必要な構成を適宜選択して追加することができる。このような構成としては、例えば図1(a)に例示されるように、一の素子1において、第1電極層12の端部または第2電極層12の端部の少なくとも一方に対向する位置に配置された接触防止層16を有していてもよい。
上記接触防止層は、第1電極基材上に形成されてもよく、第2電極基材上に形成されていてもよい。接触防止層の材料としては、一般的な樹脂等の絶縁性材料と同様とすることができる。また、接触防止層の厚みについては、素子を構成する各層の厚み等に応じて適宜選択することができる。
本態様のモジュールは素子から構成されるものであり、一の素子の上記第1電極層と他の素子の上記第2電極層とが電気的に接続されているものである。
第二態様のフレキシブル太陽電池素子モジュールは、上記太陽電池素子が、上記機能層が光電変換層である有機薄膜太陽電池素子である有機薄膜太陽電池素子モジュールである。なお、以下の第2態様の説明では、「有機薄膜太陽電池素子モジュール」を「モジュール」といい、[有機薄膜太陽電池素子]を「素子」という。
また、モジュール200は、第1電極層12、正孔取出し層7、光電変換層6、電子取出し層8、および第2電極層22を有する素子2が複数連結されて構成されるものである。
なお、図7(a)、(b)に示されるモジュールに用いられる第1電極基材の第1電極層の形状については、図2、および図4に示される形状と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
以下、本態様のモジュールの詳細について説明する。
本態様における第1電極基材は、第1基材と、第1基材上にパターン状に形成された第1電極層と、短絡防止層とを有するものである。
第2電極基材における第2電極層は、光電変換層で発生した正孔を取り出すための電極(正孔取出し電極)であってもよく、光電変換層で発生した電子を取り出すための電極(電子取出し電極)であってもよい。
本態様に用いられる光電変換層は、素子の電荷分離に寄与し、生じた電子および正孔を各々反対方向の電極に向かって輸送する部材である。光電変換層としては、第1電極層の発電領域上に形成することが可能であり、かつ第1電極層の接続領域に形成されないように形成されていれば特に限定されない。本態様においては光電変換層が第1電極層上にパターン状に形成されていることが好ましい。なお、光電変換層のパターン形状については「I.第一態様」の項で説明した固体電解質層のパターン形状と同様とすることができる。
モジュールについて、上記以外の点については、「I.第一態様」の項で説明した色素増感型太陽電池素子モジュールの場合と同様とすることができる。
第三態様のフレキシブル太陽電池素子モジュールは、上記太陽電池素子が、上記機能層が光電変換層である化合物半導体型太陽電池素子である化合物半導体型太陽電池素子モジュールである。化合物半導体型太陽電池素子の光電変換層としては、フレキシブル太陽電池モジュールに用いることができれば、特に限定されないが、例えば、Cu、In、Ga、Al、Se、S等から構成されるカルコパイライト系化合物や、Cd−Te系化合物を用いた光電変換層が挙げられる。本態様については、光電変換層以外の点については、「II.第二態様」の項で説明した有機薄膜太陽電池素子モジュールの場合と同様とすることができる。
第四態様のフレキシブル太陽電池素子モジュールは、上記太陽電池素子が、上記機能層が光電変換層であるシリコン薄膜太陽電池素子であるシリコン薄膜太陽電池素子モジュールである。シリコン薄膜の光電変換層としては、フレキシブル太陽電池モジュールに用いることができれば、特に限定されないが、例えば、微結晶のSiや、アモルファスのSiを用いた光電変換層が挙げられる。本態様については、光電変換層以外の点については、「II.第二態様」の項で説明した有機薄膜太陽電池素子モジュールの場合と同様とすることができる。
本発明における第1電極基材は、種々のフレキシブル太陽電池素子モジュール用電極基材(以下、この項目においては電極基材と称する。)として用いることができる。このような電極基材は、フレキシブル性を有し、1枚の基材、上記基材上にパターン状に形成された複数の電極層、および上記フレキシブル太陽電池素子モジュールに用いられた場合に上記基材の上記第2電極層の端部に対向する位置に形成され、上記電極層と同一の導電材料から構成され、かつ、上記電極層と絶縁されている短絡防止層を有することを特徴とする。上記電極基材は、短絡防止層を有することから、フレキシブル太陽電池素子モジュールに用いた場合、第2電極層の端部に短絡防止層を配置することが可能となるため、各々の太陽電池素子の内部短絡を防止することが可能となる。
本発明のフレキシブル太陽電池素子モジュールの製造方法は、第1基材上に複数の第1電極層と、上記第1電極層と同一の導電材料から構成され、かつ上記第1電極層と絶縁されている短絡防止層とを形成することによりフレキシブル性を有する第1電極基材を形成する第1電極基材形成工程と、フレキシブル性を有し、少なくとも第2電極層を有する複数の第2電極基材を切り出すことが可能な1枚の第2電極基材用基板を準備する第2電極基材用基板準備工程と、上記第1電極基材の上記第1電極層側に機能層を形成する工程、または上記第2電極基材用基板の上記第2電極層側に上記機能層を連続的に形成する工程のいずれか一方を行う機能層形成工程と、上記第2電極基材用基板を切断することにより、上記複数の第2電極基材を形成する切断工程と、上記第1電極基材の上記第1電極層側と上記第2電極基材の上記第2電極層側とを上記第2電極層の端部に対向する位置に上記短絡防止層が位置するように対向させ、上記機能層を介在させて(以下、「介在させて」を「界面として」とする場合がある。)上記第1電極基材および上記第2電極基材を貼合し、上記第1電極層、上記第2電極層および上記機能層を有する複数の太陽電池素子を形成する貼合工程と、一の上記太陽電池素子の上記第1電極層と、他の上記太陽電池素子の上記第2電極層とを電気的に接続する接続工程とを有することを特徴とする製造方法である。
第1態様のフレキシブル太陽電池素子モジュールの製造方法は、上記太陽電池素子が、上記第1電極層または上記第2電極層のいずれか一方の表面上に形成され、上記機能層が色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層および酸化還元対および高分子化合物を含む固体電解質層である色素増感型太陽電池素子である色素増感型太陽電池素子モジュールの製造方法である。なお、以下の第一態様の説明では、「色素増感型太陽電池素子モジュール」を「モジュール」といい、「色素増感型太陽電池素子」を「素子」という。
次に、図8(c)、(d)に示すように、導電材料膜123および触媒層5をレーザースクライブ法等により所定の形状にパターニングすることで、1枚の第1基材11上に、パターン状に形成された複数の第1電極層12と第1電極層12と絶縁されている短絡防止層13を有する第1電極基材10を形成する。図8(c)において示される第1電極層の形状および短絡防止層の形成位置等については、上述した図2で説明したため、ここでの説明は省略する。
なお、図8(c)では、第1電極基材10の一例を上面から示しており、図8(d)では、図8(c)のE’−E’線断面を示している。
なお、図9(a)では、第1電極層12および短絡防止層13がパターン状に形成された第1電極基材10の一例を上面から示しており、図9(b)では図9(a)のF−F線断面を示している。
また、図9(c)、(d)に示すように、第1電極層12上には触媒層5を第1電極層12とは異なるパターンで形成してもよい。
なお、図9(c)では、第1電極基材10の他の例を上面から示しており、図9(d)では、図9(c)のF’−F’線断面を示している。
なお、図10(a)では、多孔質層3が形成された第2電極基材用基板20’の一例を上面から示しており、図10(b)では、図10(a)のG−G線断面を示している。
なお、図11(a)では、多孔質層3が形成された第2電極基材用基板20’の他の例を上面から示しており、図11(b)では、図11(a)のH−H線断面を示している。
図10(c)、(d)および図11(c)、(d)に示すように、機能層形成工程においては、上述した第2電極基材用基板20’の多孔質層3上に、高分子化合物および酸化還元対を含む固体電解質層4を連続的に形成する。
なお、図10(c)、図11(c)では、固体電解質層4が形成された第2電極基材用基板20’の一例を上面から示しており、図10(d)では、図10(c)のG’−G’線断面を、図11(d)では、図11(c)のH’−H’線断面を示している。
図10(e)および図11(e)に示すように、切断工程においては、第2電極基材用基板20’を所望の形状に切断することにより、第2電極基材20を形成する。なお、図10(e)および図11(e)においては、いずれも、モジュールとした際に、隣接する第2電極基材20が接触しない形状となるように第2電極基材20が形成される例について示している。
また本工程においては、例えば図9(d)に示される第1電極基材10の第1電極層12上に形成された触媒層5と、図11(e)に示される複数の第2電極基材の第2電極層上に形成された多孔質層3とを第2電極層22の端部に対向する位置に短絡防止層13が位置するように対向させて、固体電解質層4を界面として密着させることにより第1電極基材10および第2電極基材20を貼合して、複数の素子を形成する。また、この際、第1電極層12の接続領域12bと第2電極層22の第2接続領域22bとを導電性層等を介して電気的に接続させる。これにより、本工程においては図3(a)、(b)に示されるモジュール100の構成を得ることができる。
第1電極基材形成工程において形成される第1電極基材については、「A.フレキシブル太陽電池素子モジュール」の項で説明したものと同様とすることができる。また、第2電極基材準備工程において準備される第2電極基材用基板については、第2電極基材に用いられるものと同様とすることができる。なお、必要に応じて、第1電極基材上または第2電極基材用基板上に接触防止層を形成してもよい。接触防止層については上述した「A.フレキシブル太陽電池素子モジュール」の項で説明したものと同様とすることができる。
第二態様のフレキシブル太陽電池素子モジュールの製造方法は、上記太陽電池素子が、上記第1電極層および上記第2電極層の間に光電変換層を有する有機薄膜太陽電池素子であり、上記機能層が上記第1電極層および上記第2電極層の間に形成される層である有機薄膜太陽電池素子モジュールを製造する製造方法である。なお、下記の第二態様の説明では、「有機薄膜太陽電池素子モジュール」を「モジュール」といい、「有機薄膜太陽電池素子」を「素子」という。
次に、図12(c)、(d)に示すように、導電材料膜123および正孔取出し層7をレーザースクライブ法等により所定のパターンにパターニングすることで、1枚の第1基材11上に、パターン状に形成された複数の第1電極層12および短絡防止層13を有する第1電極基材10を形成する。なお、第1電極層12および短絡防止層13の形状については、図2で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
なお、図12(c)では、第1電極基材形成工程により形成された第1電極基材10の一例を上面から示しており、図12(d)では、図12(c)のI’−I’線断面を示している。
なお、図13(a)は、電子取出し層8が形成された第2電極基材用基板20’の一例を上面から示しており、図13(b)は図13(a)のJ−J線断面を示している。
図13(c)、(d)に示すように、機能層形成工程においては、上述した第2電極基材用基板20’の電子取出し層8上に、光電変換層6を連続的に形成する。なお、本工程においては、図13(c)に示すように、第2電極基材用基板20’の接続領域22b’以外の部分に光電変換層6を連続的に形成することが好ましい。
なお、図13(c)では、光電変換層6が形成された第2電極基材用基板20’の一例を上面から示しており、図13(d)では、図13(c)のJ’−J’線断面を示している。
なお、図示はしないが、機能層形成工程においては、第1電極基材の第1電極層側に光電変換層をパターン状に連続的に形成してもよい。
図13(e)に示すように、切断工程においては、第2電極基材用基板20’を所望の大きさに切断することにより、第2電極基材20を形成する。なお、図11(e)においては、モジュールとした際に、隣接する第2電極基材20が接触しない形状となるように、第2電極基材20が形成される例について示している。
第1電極基材形成工程により形成される第1電極基材、および第2電極基材準備工程により準備される第2電極基材用基板については「A.フレキシブル太陽電池素子モジュール」の項で説明したものと同様とすることができる。また、これらの工程において、正孔取り出し層、または電子取り出し層のいずれかを形成してもよい。また、必要に応じて第1電極基材上または第2電極基材用基板上に接触防止層を形成してもよい。
貼合工程においては、例えば機能層として光電変換層を界面とする場合は、第1電極基材の第1電極層と第2電極基材の第2電極層のうち、いずれか一方の表面に形成された光電変換層と、上記光電変換層が形成されていない側の電極層とを対向させて、第1電極基材および第2電極基材を貼合する。なお、第1電極層または第2電極層には、正孔取出し層または電子取出し層のいずれかが形成されていてもよい。また、例えば機能層として正孔取出し層または電子取出し層を界面とする場合は、第1電極基材の第1電極層と第2電極基材の第2電極層のうち、いずれか一方の表面に形成された光電変換層上に形成された正孔取出し層または電子取出し層と、上正孔取出し層または電子取出し層が形成されていない側の電極層とを対向させて、第1電極基材および第2電極基材を貼合する。また、例えば機能層として光電変換層および正孔取出し層または電子取出し層を界面とする場合は、第1電極基材の第1電極層と第2電極基材の第2電極層のうち、いずれか一方の表面に形成された光電変換層と、上記光電変換層が形成されていない側の電極層上に形成された正孔取出し層電子取出し層とを対向させて、第1電極基材および第2電極基材を貼合する。本工程に用いられる第1電極基材および第2電極基材の貼合方法としては、公知の方法を用いることができる。なお、上記の説明においては、第1電極層または第2電極層のいずれか一方の電極層の表面のみに機能層が形成されている例について説明したが、両方の電極層の表面に機能層が形成されていてもよい。
接続工程については、「I.第一態様」の項で説明した工程と同様とすることができる。
第三態様のフレキシブル太陽電池素子モジュールの製造方法は、上記太陽電池素子が、上記機能層が光電変換層である化合物半導体型太陽電池素子であり、上記機能層が上記第1電極層および上記第2電極層の間に形成される層である化合物半導体型太陽電池素子モジュールの製造方法である。本態様の光電変換層としては、「A.フレキシブル太陽電池素子モジュール」の項で説明したものと同様とすることができ、光電変換層以外の点については、「II.第二態様」の項で説明した有機薄膜太陽電池素子モジュールの製造方法の場合と同様とすることができる。
第四態様のフレキシブル太陽電池素子モジュールの製造方法は、上記太陽電池素子が、上記機能層が光電変換層であるシリコン薄膜太陽電池素子であり、上記機能層が上記第1電極層および上記第2電極層の間に形成される層であるシリコン薄膜太陽電池素子モジュールの製造方法である。シリコン薄膜の光電変換層としては、「A.フレキシブル太陽電池素子モジュール」の項で説明したものと同様とすることができ、光電変換層以外の点については、「II.第二態様」の項で説明した有機薄膜太陽電池素子モジュールの製造方法の場合と同様とすることができる。
本発明のフレキシブル太陽電池素子モジュールの製造方法においては、例えば第1基材、または第2電極基材用基板としてロール状に巻回された長尺状の形態を有するものを用いることにより、上述した第1電極基材形成工程、機能層形成工程等をロール・ツー・ロール(Roll・to・Roll)プロセスで行うことができる。
<第1電極基材の作製>
PENフィルム(第1基材)上にITO膜(第1電極層)が形成された透明導電フィルムを用意し、そのITO膜上に白金を厚み13Å(透過率72%)で積層して触媒層を形成した。上記触媒層が形成された透明導電フィルムに対し、レーザースクライブにて絶縁部を形成し、ITO膜および触媒層の積層体を図8(c)に示すように、パターニングした。以上の手順により第1電極基材(対向電極基材)を得た。
多孔質酸化チタン微粒子(日本エアロジル社製、商品名:P25)5gをエタノール16.7gに投入し、さらにアセチルアセトン0.25g、及びジルコニアビーズ(φ1.0mm)20gを添加した混合液を、ペイントシェーカーにより攪拌し、さらにバインダーとしてポリビニルピロリドン(日本触媒社製、商品名:K−30)を0.25g添加して多孔質層形成用のインキを調製した。
上記作製した多孔質層形成用インキを、第2電極基材用基板であるチタン箔上にドクターブレード法により10cm幅の面積で塗布して、多孔質層形成用層を形成した。多孔質層形成用層の周囲には、図10(a)、(b)に示すように、多孔質形成用インキが塗工されず、チタン箔のみが存在している未塗工部(第2電極基材用基板20’の接続領域22b’)を設けた。
その後、120℃で乾燥させることで、多数の酸化チタン微粒子を含む膜厚9μmの層を形成した。その酸化チタン微粒子の層にプレス機で0.1t/cm2の圧力を加えた。プレス後、500℃で30分間焼成した。
カチオン性ヒドロキシセルロース(ダイセル化学社製、商品名:ジェルナーQH200)0.14gをエタノール2.72gに溶解させた溶液に、ヨウ化カリウムを0.043g加え、攪拌して溶解させた。次いで、その溶液に1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート(EMIm−B(CN)4)0.18g、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド(PMIm−I)0.5g、及びI2を0.025g加えて、撹拌して溶解させた。これにより、コーティング可能な固体電解質層形成用塗工液を調製した。
上述の多孔質層(10cm幅)上に、固体電解質層形成用塗工液をドクターブレード法により塗布し、100℃で乾燥して固体電解質層を形成した。
電解質層付き基板を図10(e)に示すように、短冊状であり、かつ第2電極層の短冊の短辺の端部を含む第2接続領域22bを有するように切断した。なお、短冊の幅は10mmとした。
これにより、第2電極基材(導電基材)を得た。
短冊上に切り出した第2電極基材のうち、第2接続領域に導電性接着剤を形成した。また、第1電極基材上の第2電極層の端部に対向する位置(図1(a)における16の位置)に接触防止層(厚み5μm、幅1.5mmのアクリル系粘着シート)を配置した。第2電極層上の導電性接着剤が隣接する第1電極層の接続領域と接続するように、第1電極基材と、第2電極基材の貼り合わせを行い、図1(a)、(b)に例示される色素増感型太陽電池素子モジュールを作製した。作製した色素増感型太陽電池素子モジュールを充填材で挟み、150℃でラミネートすることにより、封止した。
固体電解質層形成用塗工液として、1−エチル−3−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレート(EMIm−B(CN)4)0.18g、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウムアイオダイド(PMIm−I)0.5g、及びI2を0.025gを混合した液に粒径20nmのシリカ粒子を5質量%加えて、攪拌したものを用いて、多孔質層(10cm幅)上に、ドクターブレード法により塗布して膜厚12μmの固体電解質層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして色素増感型太陽電池素子モジュールを作製した。
第1電極層のパターンを図14に示されるようにパターニングし、短絡防止層を有さない第1電極基材としたこと以外は、実施例1と同様にして色素増感型太陽電池素子モジュールを作成した。
作製したモジュールについて、擬似太陽光(AM1.5、入射光強度100mW/cm2)を光源として、対向電極側から入射させ、ソースメジャーユニット(ケースレー2400型)を用いて電圧印加による電流電圧特性を測定した。その結果、実施例1では、短絡電流20mA、開放電圧6.5V、曲線因子0.24、最大出力37mWの特性を示し、蛍光灯(500lux)を光源とした場合、短絡電流0.27mA、開放電圧4.8V、曲線因子0.71、最大出力0.9mWの特性を得た。また、実施例2では、短絡電流30mA、開放電圧6.1V、曲線因子0.35、最大出力64mWの特性を示し、蛍光灯を光源とした場合、短絡電流0.3mA、開放電圧4.8V、曲線因子0.70、最大出力1mWの特性を得た。
なお、実施例1および実施例2で作製した色素増感型太陽電池素子モジュールを、充填材で封止せずに、150mmφのプラスチック芯に10回程度巻き付ける試験をおこなった結果、実施例1で作製した色素増感型太陽電池素子モジュールでは特段の問題は生じなかったが、実施例2で作製した色素増感型太陽電池素子モジュールでは第1電極基材と第2電極基材の間で剥離が生じた。実施例1で作製した色素増感型太陽電池素子モジュールでは、高分子化合物を有する固体電解質層を界面として密着させることで、第1電極基材と第2電極基材の密着が良好になったものと考えられる。
一方、比較例1では短絡電流27mA、開放電圧3.1V、曲線因子0.25、最大出力21mWの特性を示し、蛍光灯を光源とした場合、短絡電流0.28mA、開放電圧2.5V、曲線因子0.71、最大出力0.5mWの特性を得た。電圧が大幅に低下していることから、一部で短絡が生じたと考えられる。
2 … 有機薄膜太陽電池素子
3 … 多孔質層
4 … 固体電解質層
5 … 触媒層
6 … 光電変換層
7 … 正孔取り出し層
8 … 電子取り出し層
10 … 第1電極基材
11 … 第1基材
12 … 第1電極層
13 … 短絡防止層
20 … 第2電極基材
20’ … 第2電極基材用基板
100 … 色素増感型太陽電池素子モジュール
200 … 有機薄膜太陽電池素子モジュール
Claims (6)
- フレキシブル性を有し、1枚の第1基材および前記第1基材上にパターン状に形成された複数の第1電極層を有する第1電極基材、
フレキシブル性を有し、少なくとも第2電極層を有する複数の第2電極基材、並びに、
前記第1電極層および前記第2電極層の間に形成され、受光した太陽光の光エネルギーを、電気エネルギーに変換する機能を有する機能層を有し、
前記第1電極層、前記第2電極層、および前記機能層を有する太陽電池素子が複数連結されて構成されており、
一の前記太陽電池素子の前記第1電極層と他の前記太陽電池素子の前記第2電極層とが電気的に接続されているフレキシブル太陽電池素子モジュールであって、
前記第1電極基材が、前記第1基材上の前記第2電極層の端部に対向する位置に形成され、前記第1電極層と同一の導電材料から構成され、かつ、前記第1電極層と絶縁されている短絡防止層を有することを特徴とするフレキシブル太陽電池素子モジュール。 - 前記太陽電池素子が、前記機能層が色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層および酸化還元対を含有する固体電解質層である色素増感型太陽電池素子であることを特徴とする請求項1に記載のフレキシブル太陽電池素子モジュール。
- 前記太陽電池素子が、前記機能層が光電変換層である有機薄膜太陽電池素子、化合物半導体型太陽電池素子、またはシリコン薄膜太陽電池素子のいずれかの太陽電池素子であることを特徴とする請求項1に記載のフレキシブル太陽電池素子モジュール。
- 第1基材上に複数の第1電極層と、前記第1電極層と同一の導電材料から構成され、かつ前記第1電極層と絶縁されている短絡防止層とを形成することによりフレキシブル性を有する第1電極基材を形成する第1電極基材形成工程と、
フレキシブル性を有し、少なくとも第2電極層を有する複数の第2電極基材を切り出すことが可能な1枚の第2電極基材用基板を準備する第2電極基材用基板準備工程と、
前記第1電極基材の前記第1電極層側に、受光した太陽光の光エネルギーを、電気エネルギーに変換する機能を有する機能層を形成する工程、または前記第2電極基材用基板の前記第2電極層側に前記機能層を連続的に形成する工程のいずれか一方を行う機能層形成工程と、
前記第2電極基材用基板を切断することにより、前記複数の第2電極基材を形成する切断工程と、
前記第1電極基材の前記第1電極層側と前記第2電極基材の前記第2電極層側とを前記第2電極層の端部に対向する位置に前記短絡防止層が位置するように対向させ、前記機能層を介在させて前記第1電極基材および前記第2電極基材を貼合し、前記第1電極層、前記第2電極層および前記機能層を有する複数の太陽電池素子を形成する貼合工程と、
一の前記太陽電池素子の前記第1電極層と、他の前記太陽電池素子の前記第2電極層とを電気的に接続する接続工程とを有することを特徴とするフレキシブル太陽電池素子モジュールの製造方法。 - 前記太陽電池素子が、前記機能層が色素増感剤が坦持された金属酸化物半導体微粒子を含有する多孔質層および酸化還元対を含有する固体電解質層である色素増感型太陽電池素子であることを特徴とする請求項4に記載のフレキシブル太陽電池素子モジュールの製造方法。
- 前記太陽電池素子が、前記第1電極層および前記第2電極層の間に光電変換層を有する有機薄膜太陽電池素子、化合物半導体型太陽電池素子、またはシリコン薄膜太陽電池素子のいずれかの太陽電池素子であり、前記機能層が前記第1電極層および前記第2電極層の間に形成される層であることを特徴とする請求項4に記載のフレキシブル太陽電池素子モジュールの製造方法。
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