JP6076392B2 - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の別の実施形態によれば、下部電極形成工程と下部中間層形成工程と処理工程と光電変換層形成工程と上部中間層形成工程と上部電極形成工程とを含む太陽電池モジュールの製造方法が提供される。前記下部電極形成工程は、基板の上に、第1下部電極と、前記第1下部電極と離間した第2下部電極と、を形成する。前記下部中間層形成工程は、前記第1下部電極の上に第1下部中間層を形成し、前記第2下部電極の上に第2下部中間層を形成し、前記第1下部電極と前記第2下部電極との間に第3下部中間層を形成する。前記処理工程は、前記第1下部中間層の表面状態および前記第2下部中間層の表面状態を、光の照射によって変化させる。前記光電変換層形成工程は、前記第1下部中間層の上に有機半導体を含む第1光電変換層を形成し、前記第2下部中間層の上に有機半導体を含む第2光電変換層を形成する。前記上部中間層形成工程は、前記第1光電変換層の上に第1上部中間層を形成し、前記第2光電変換層の上に第2上部中間層を形成し、前記第3下部中間層の上に第3上部中間層を形成する。前記上部電極形成工程は、前記第1上部中間層の上に第1上部電極を形成し、前記第2上部中間層の上に第2上部電極を形成する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
なお、本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
図1(a)に表したように、本実施形態に係る太陽電池モジュール110は、基板5と、第1下部電極11と、第1上部電極21と、第1光電変換層31と、第1下部中間層41と、第2下部電極12と、第2上部電極22と、第2光電変換層32と、第2下部中間層42と、第3下部中間層43と、を含む。この例では、太陽電池モジュール110は、第1上部中間層51と、第2上部中間層52と、をさらに含む。
図1(b)は、図1(a)の第1光電変換層31と第2光電変換層32との間の領域を拡大して表している。
第3下部中間層43は、第1部分22aと基板5との間、および、第1部分22aと第1下部電極11との間、に設けられる。
基板5は、他の構成部材を支持する。基板5には、例えば、下部電極などの形成にともなう熱や有機溶剤によって変質しない材料が用いられる。基板5の材料には、例えば、無アルカリガラス、石英ガラス等の無機材料が用いられる。基板5の材料は、例えば、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等のプラスチック、または、高分子フィルムでもよい。基板5には、ステンレス鋼(SUS)、または、シリコンなどの金属基板を用いてもよい。基板5には、光透過性を有する材料が用いられる。第1上部電極21から光を入射させる場合には、光透過性を有しない材料を基板5に用いてもよい。その他の構成部材を支持するために十分な強度を有していれば、基板5の厚さは、特に限定されない。
第1上部中間層51(正孔輸送層)は、第1上部電極21(陽極)と第1光電変換層31(光活性層)との間に配置される。第1上部中間層51は、正孔を効率的に輸送する。第1上部中間層51は、第1光電変換層31の界面近傍で発生した励起子の消滅を抑制する。
第1上部中間層51の材料を所望の厚さに塗布した後、ホットプレート等で加熱および乾燥する。例えば、140〜200℃で、1分間以上10分間以下程度、加熱および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。上記の第1上部中間層51についての説明は、第2上部中間層52についても同様である。
第1下部中間層41(電子輸送層)は、第1下部電極11(陰極)と第1光電変換層31(光活性層)との間に配置される。第1下部中間層41は、例えば、第1下部電極11の凹凸をレベリング(平滑化)して太陽電池セルの短絡を防ぐ。第1下部中間層41は、正孔をブロックして電子を効率的に輸送する。第1下部中間層41は、第1光電変換層31と第1下部中間層41との界面近傍で生じたエキシトンの消滅を抑制する。
以下の第1下部電極11、第1上部電極21、第2下部電極12および第2上部電極22に関する説明において、単に「電極」という場合は、第1下部電極11、第1上部電極21、第2下部電極12および第2上部電極22の少なくともいずれかをいうものとする。
図2は、実施形態に係る太陽電池モジュールの一部を例示する模式的断面図である。
図2は、第1太陽電池セル81の一部を表している。
図2に表したように、第1光電変換層31(光活性層)は、第1上部電極21(陽極)と第1下部電極11(陰極)との間に配置されている。第1光電変換層31は、第1導電形の半導体層31nと、第2導電形の半導体層31pと、を含む。半導体層31nは、例えば、第1下部中間層41と半導体層31pとの間に設けられる。例えば、第1導電形はn形であり、第2導電形はp形である。第1導電形がp形であり、第2導電形がn形でもよい。
例えば、前述の接続領域R1には、光電変換層が設けられない。このため接続領域R1は、発電に寄与しない。このため、接続領域R1が大きいと、有機薄膜太陽電池モジュールの開口率(太陽電池モジュールの面積に対する発電に寄与する領域の面積の割合)が低下する。
図5に表したように、実施形態に係る太陽電池モジュール111は、基板上に設けられた複数の太陽電池セル80を含む。複数の太陽電池セル80は、例えば、第1太陽電池セル81および第2太陽電池セル82を含む。複数の太陽電池セル80のそれぞれには、第1太陽電池セル81または第2太陽電池セル82と同様の説明を適用することができる。太陽電池モジュール111は、例えば、腕時計に用いられる太陽電池モジュールである。
図6に表したように、太陽光発電パネル200は、複数の太陽電池モジュール110を含む。複数の太陽電池モジュール110は、X−Y平面上に並べて設けられている。この例では、1つの太陽電池モジュール110は、X−Y平面に投影したときに一辺が20cm〜30cm程度の矩形状である。このような太陽電池モジュール110がX軸方向に3枚、Y軸方向に4枚並べられている。これにより、1m程度×1.2m程度の太陽光発電パネルが形成されている。
図7(b)は、図7(a)の第1光電変換層31と第2光電変換層32との間の領域を拡大して表している。
また、各具体例のいずれか2つ以上の要素を技術的に可能な範囲で組み合わせたものも、本発明の要旨を包含する限り本発明の範囲に含まれる。
Claims (12)
- 基板と、
第1上部電極と、
前記第1上部電極と前記基板との間に設けられた第1下部電極と、
前記第1上部電極と前記第1下部電極との間に設けられ有機半導体を含む第1光電変換層と、
前記第1光電変換層と前記第1下部電極との間に設けられた第1下部中間層と、
前記第1上部電極と前記第1光電変換層との間に設けられた第1上部中間層と、
前記第1下部電極から前記第1上部電極へ向かう第1方向と交差する方向において前記第1上部電極と離間した第2上部電極と、
前記第2上部電極と前記基板との間に設けられた第2下部電極と、
前記第2上部電極と前記第2下部電極との間に設けられ有機半導体を含む第2光電変換層と、
前記第2光電変換層と前記第2下部電極との間に設けられた第2下部中間層と、
前記第2上部電極と前記第2光電変換層との間に設けられた第2上部中間層と、
第3下部中間層と、
第3上部中間層と、
を備え、
前記第2上部電極は、前記第1光電変換層と前記第2光電変換層との間に設けられた第1部分を含み、
前記第3下部中間層は、前記第1部分と前記基板との間に配置され、
前記第3上部中間層は、前記第1部分と前記第3下部中間層との間に設けられ、
前記第1部分の一部と前記第1下部電極の一部とは、前記第3下部中間層及び前記第3上部中間層を介して重なる太陽電池モジュール。 - 前記第3下部中間層は、前記第1下部中間層および前記第2下部中間層と連続した、請求項1記載の太陽電池モジュール。
- 前記第2光電変換層は、前記第1下部電極と前記第2下部電極との間に位置する、前記交差する方向における端部を有し、
前記端部と前記第2下部電極との間の距離は、前記第3下部中間層の厚さの1000倍以上である、請求項1または2記載の太陽電池モジュール。 - 前記第1部分の前記交差する方向に沿った抵抗値は、前記第3下部中間層の前記交差する方向に沿った抵抗値よりも低い、請求項1〜3のいずれか1つに記載の太陽電池モジュール。
- 前記第3上部中間層は、前記第1上部中間層と前記第2上部中間層と連続した、請求項1〜4のいずれか1つに記載の太陽電池モジュール。
- 前記第3下部中間層は、前記第1下部中間層に含まれる材料と同じ材料を含み、前記第2下部中間層に含まれる材料と同じ材料を含む、請求項1〜5のいずれか1つに記載の太陽電池モジュール。
- 基板の上に、第1下部電極と、前記第1下部電極と離間した第2下部電極と、を形成する下部電極形成工程と、
前記第1下部電極の上に第1下部中間層を形成し、前記第2下部電極の上に第2下部中間層を形成し、前記第1下部電極と前記第2下部電極との間に第3下部中間層を形成する下部中間層形成工程と、
前記第1下部中間層の表面状態および前記第2下部中間層の表面状態を、光の照射によって変化させる処理工程と、
前記第1下部中間層の上に有機半導体を含む第1光電変換層を形成し、前記第2下部中間層の上に有機半導体を含む第2光電変換層を形成する光電変換層形成工程と、
前記第1光電変換層の上に第1上部中間層を形成し、前記第2光電変換層の上に第2上部中間層を形成し、前記第3下部中間層の上に第3上部中間層を形成する上部中間層形成工程と、
前記第1上部中間層の上に第1上部電極を形成し、前記第2上部中間層の上に第2上部電極を形成する上部電極形成工程と、
を備えた太陽電池モジュールの製造方法。 - 前記第3下部中間層は、前記第1下部中間層および前記第2下部中間層と連続した、請求項7記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記第3下部中間層は、前記第1下部中間層に含まれる材料と同じ材料を含み、前記第2下部中間層に含まれる材料と同じ材料を含む、請求項7または8記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 光電変換層形成工程は、第1下部中間層および第2下部中間層の上に有機半導体を含む液体を塗布することを含む、請求項7〜9のいずれか1つに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記処理工程は、前記第1下部中間層の表面の前記液体に対する濡れ性、および、前記第2下部中間層の表面の前記液体に対する濡れ性、を変化させることを含む、請求項10記載の太陽電池モジュールの製造方法。
- 前記第1下部電極と、前記第1上部電極と、前記第1光電変換層と、前記第1下部中間層と、を含む第1太陽電池セルは、第1端部を有し、
前記第2下部電極と、前記第2上部電極と、前記第2光電変換層と、前記第2下部中間層と、を含む第2太陽電池セルは、第2端部を有し、
前記第1端部は、前記第1太陽電池セルと前記第2太陽電池セルとの間に設けられ前記第1下部電極と前記第2上部電極とを電気的に接続する接続領域が延在する方向とは異なる方向に延在し、
前記第2端部は、前記接続領域が延在する前記方向および前記第1端部が延在する前記方向とは異なる方向に延在する請求項7〜11のいずれか1つに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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