JP7457603B2 - 太陽電池セル、太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池アレイ - Google Patents

太陽電池セル、太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池アレイ Download PDF

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Description

本発明は、太陽電池セル、太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池アレイに関する。
光電変換素子は、各種光センサ、太陽電池等に用いられている。特に、高い光電変換効率と製造コストの面で、電荷発生層（光吸収層）と電荷移動層を積層した光電変換素子の開発が盛んになっている。近年、有機無機ペロブスカイト結晶構造を有する化合物を含む電荷発生層を用いたペロブスカイト太陽電池が、無機系材料を用いた太陽電池に匹敵する光電変換効率を達成し注目されている（例えば、特許文献１参照）。また、このペロブスカイト太陽電池では、電荷発生層をメソポーラスＴｉＯ2の表面上に形成することにより光電変換効率を向上させている。メソポーラスＴｉＯ2は、電荷発生層の足場となると共に電子輸送層としても機能する。
これらの電荷発生層は、真空プロセスを使用せず塗布プロセスによって製造することができるため、太陽電池の製造コストを大幅に削減できる。
変換効率、コスト面で有望なこのペロブスカイト太陽電池さらに複数のペロブスカイト太陽電池を集積化したペロブスカイト太陽電池モジュールについては、ＩｏＴや電気自動車も含めた移動体デバイスへの独立系電力供給システムの基幹デバイスとして期待されている。
また、直列接続した太陽電池セルの一部が影となると、ホットスポット現象と呼ばれる発熱が生じる場合がある。このホットスポット現象を防止するためにバイパスダイオードを有する太陽電池モジュールが知られている（例えば、特許文献２参照）。
また、静電気放電等の過電圧からＩＣやＬＳＩの半導体デバイス等の電子部品の保護を目的として、バリスタが用いられている（例えば、特許文献３参照）。
ＷＯ２０１７／１０４７９２Ａ１ 特開２０２０－０４８３８２号公報 特開２０１１－２１６８７７号公報
従来のペロブスカイト太陽電池では、高温多湿の環境下において水分が電荷発生層に浸入し、ペロブスカイト太陽電池を劣化させる。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、水分による劣化を抑制することができる太陽電池セルを提供する。
本発明は、基板と、前記基板上に設けられた第１電極と、第１電極上に設けられた光電変換層と、前記光電変換層上に設けられた第２電極と、前記光電変換層の側部を覆うように設けられたバリア層とを備え、前記光電変換層は、電子輸送層と、前記電子輸送層上に設けられた光吸収層と、光吸収層上に設けられたホール輸送層とを有し、前記光吸収層は、ペロブスカイト結晶構造を有する化合物を含み、前記バリア層は、緻密質無機材料層であることを特徴とする太陽電池セルを提供する。
本発明の太陽電池セルは、光電変換層の側部を覆うように設けられたバリア層を含み、このバリア層は、緻密質無機材料層である。このため、光電変換層の側部から光吸収層に水分が侵入することを抑制することができ、太陽電池セルが劣化することを抑制することができる。
また、バリア層が緻密質無機材料層であるため、バリア層のバリア機能が紫外線、温度変化などにより低下することを抑制することができる。
本発明の一実施形態の直列接続太陽電池の概略断面図である。 本発明の一実施形態の直列接続太陽電池の部分断面図である。 本発明の一実施形態の直列接続太陽電池の等価回路である。 （ａ）～（ｃ）は直列接続太陽電池の製造方法の説明図である。 本発明の一実施形態の太陽電池モジュールの概略平面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池モジュールの概略平面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態の太陽電池アレイの概略平面図であり、（ｂ）は太陽電池アレイの概略断面図である。 本発明の一実施形態の太陽電池アレイの概略平面図である。 （ａ）は太陽電池モジュールの概略平面図であり、（ｂ）は直列接続太陽電池の概略断面図であり、（ｃ）は直列接続太陽電池の等価回路である。 （ａ）は太陽電池モジュールの部分平面図であり、（ｂ）は一点破線Ｂ－Ｂにおける太陽電池モジュールの概略断面図である。 （ａ）は太陽電池モジュールの部分平面図であり、（ｂ）は一点破線Ｃ－Ｃにおける太陽電池モジュールの概略断面図である。
本発明の太陽電池セルは、基板と、前記基板上に設けられた第１電極と、第１電極上に設けられた光電変換層と、前記光電変換層上に設けられた第２電極と、前記光電変換層の側部を覆うように設けられたバリア層とを備え、前記光電変換層は、電子輸送層と、前記電子輸送層上に設けられた光吸収層と、光吸収層上に設けられたホール輸送層とを有し、前記光吸収層は、ペロブスカイト結晶構造を有する化合物を含み、前記バリア層は、緻密質無機材料層であることを特徴とする。
好ましくは、前記バリア層はバリスタ特性を示す材料から構成され、かつ、バリア層と光電変換層とが並列接続となるように第１及び第２電極と接続する。このことのより、太陽電池セルが影に入った際に光電変換層を高電圧から保護するバイパスとしてバリア層を機能させることができる。また、このバリア層により影による発電低下を抑制することができる。また、太陽電池セルにバイパスダイオードを後付することを省略することができ、製造コストを低減することができる。さらに、接合部の数を減らすことができるため、太陽電池セルの信頼性が向上する。
本発明は、本発明の複数の太陽電池セルと、第１端子と、第２端子とを備えた直列接続太陽電池も提供する。複数の太陽電池セルは、直列接続され、直列接続された複数の太陽電池セルのうち一方の端の太陽電池セルは第１端子に接続し、他方の端の太陽電池セルは第２端子に接続する。本発明の直列接続太陽電池により端子電圧を高くすることができる。
本発明は、本発明の直列接続太陽電池を複数備えた太陽電池モジュールも提供する。第１端子は、受光面に配置され、第２端子は、前記受光面の反対側の裏面に配置される。このことにより、受光面と裏面とで端子極性を分けることができる。このため、２つの太陽電池モジュールを重ね合わせるだけで、一方の太陽電池モジュールに含まれる直列接続太陽電池と、他方の太陽電池モジュールに含まれる直列接続太陽電池とを直列接続することが可能になる。
好ましくは、前記太陽電池モジュールは矩形であり、各直列接続太陽電池は、細長い形状を有し、第１端子は前記細長い形状の一方の端に配置され、第２端子は前記細長い形状の他方の端に配置され、複数の直列接続太陽電池は、前記矩形の一辺に対し斜めとなるような平行な列に並べられている。このことにより、隣接する２つの直列接続太陽電池のうち一方の直列接続太陽電池の第１端子と他方の直列接続太陽電池の第２端子とを、矩形の太陽電池モジュールの一辺に平行に配置されるバスバーで接続することができる。このことにより、隣接する２つの直列接続太陽電池を直列に接続することができる。
本発明の太陽電池モジュールは、バスバーを備えることが好ましく、前記バスバーは、複数の直列接続太陽電池に含まれる隣接する２つの直列接続太陽電池を電気的に接続することが好ましい。
好ましくは、太陽電池モジュールに含まれる第１端子は一列に並び、太陽電池モジュールに含まれる第２端子は一列に並ぶ。このことにより、２つのモジュールの接続、第１端子と第２端子との接続、又は第１端子或いは第２端子とバスバーとの接続が容易になる。また、並列接続させる直列接続太陽電池の数を容易に調節することができ、モジュール接続した際に高電圧を抑制し、電流値を増大させることができる。
本発明は、本発明の太陽電池モジュールを複数備える太陽電池アレイも提供する。複数の太陽電池モジュールは、第１及び第２太陽電池モジュールを含み、第１太陽電池モジュールに含まれる第１及び第２端子は、第２太陽電池モジュールに含まれる第１及び第２端子の位置と鏡像対称となる位置に配置される。第１太陽電池モジュールと第２太陽電池モジュールを重ねることにより、第１太陽電池モジュールの第１端子と、第２太陽電池モジュールの第２端子とを容易に接触させることができ、第１太陽電池モジュールに含まれる直列接続太陽電池と、第２太陽電池モジュールに含まれる直列接続太陽電池とを容易に直列接続することができる。
以下、複数の実施形態を参照して本発明をより詳細に説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。
第１実施形態
第１実施形態は、太陽電池セル及び直列接続太陽電池に関する。図１～図４は、本実施形態の太陽電池セル及び直列接続太陽電池に関する図面である。
本実施形態の太陽電池セル２０（２０ａ～２０ｅ）は、第１基板２と、第１基板２上に設けられた第１電極３（３ａ～３ｅ）と、第１電極３上に設けられた光電変換層４（４ａ～４ｅ）と、光電変換層４上に設けられた第２電極８（８ａ～８ｅ）と、光電変換層４の側部を覆うように設けられた第１バリア層９とを備え、光電変換層４は、電子輸送層５（５ａ～５ｅ）と、電子輸送層５上に設けられた光吸収層６（６ａ～６ｅ）と、光吸収層６上に設けられたホール輸送層７（７ａ～７ｅ）とを有し、光吸収層６は、ペロブスカイト結晶構造を有する化合物を含み、第１バリア層９は、緻密質無機材料層であることを特徴とする。
本実施形態の直列接続太陽電池２５は、複数の太陽電池セル２０（２０ａ～２０ｅ）と、第１端子１５と、第２端子１６とを備え、複数の太陽電池セル２０は直列接続され、直列接続された複数の太陽電池セル２０のうち一方の端の太陽電池セル２０ａは第１端子１５に接続し、他方の端の太陽電池セル２０ｅは第２端子１６に接続する。直列接続太陽電池２５は、太陽電池モジュール３０であってもよい。直列接続される太陽電池セル２０の数は、複数であれば特に限定されない。
第１基板２は、光電変換層４を形成するための基板である。第１基板２は、直列接続太陽電池２５の基板であってもよく、太陽電池モジュール３０の基板であってもよい。太陽電池モジュール３０が複数の直列接続太陽電池２５を有する場合、複数の直列接続太陽電池２５は、１つの第１基板２上に設けられてもよい。
第１基板２が光入射側となる場合、第１基板２は透光性材料から構成される。第１基板２は、ガラス基板であってもよく、透明な有機フィルムであってもよい。このことにより、太陽電池セル２０の内部に光が入射することができる。第１基板２がフレキシブルな有機フィルムである場合、太陽電池モジュール３０は、フレキシブル太陽電池モジュールとなる。
第１基板２となる有機フィルムの材料としては、具体的にはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）などが挙げられるが、要件を満たす限りこれ以外の樹脂も使用できる。第１基板２となる有機フィルムの膜厚としては、５０～１００μｍが望ましい。
第１基板２が透明な有機フィルムである場合、第１基板２の一方の主要面上に第２バリア層１０を設けてもよい。第２バリア層１０は、ガスバリア性の高い材料の層である。このことにより、空気中の水分や酸素などによる太陽電池セル２０（２０ａ～２０ｅ）の内部の劣化を防止することができる。また、第２バリア層１０は、絶縁体材料の層である。このことにより、リーク電流が流れることを抑制することができる。第２バリア層１０の膜厚は数１０～１００ｎｍとすることができる。このことにより第２バリア層１０が透光性を有することができる。また、太陽電池セル２０の柔軟性を有することができる。第２バリア層１０の材料としては、具体的には酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどが挙げられる。第２バリア層１０がガスバリア性と絶縁性と透光性を有すれば、これ以外の酸化物質や絶縁体も第２バリア層１０の材料に使用できる。第２バリア層１０の主な成膜方法としては、スパッタ成膜法、真空蒸着法などが挙げられる。
第１電極３（３ａ～３ｅ）は、第１基板２上（又は第２バリア層１０上）に設けられ、太陽電池セル２０（２０ａ～２０ｅ）の光電変換層４の光起電力により生じる電流を取り出すための電極である。第１基板２が光入射側となる場合、第１電極３は透明導電膜とすることができる。透明導電膜は、例えば、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛（ＧＺＯ）、フッ素ドーピングされた酸化錫（ＦＴＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の導電性透明材料から構成される。また、第１電極３は、前記導電性透明材料等の酸化物に銀等の導電性金属の細線がパターンニングされた構成であってもよい。
第１電極３のシート抵抗が１０Ω／ｓｑ以下であるのことが好ましく、第１電極３の光の透過率が８０％以上であることが好ましい。第１電極３の形成方法としては、スパッタ成膜方法、真空蒸着方法、導電性ペーストの塗工/印刷技術と低温焼成技術などが挙げられる。
第１基板２上に複数の太陽電池セル２０が設けられている場合、第１基板２上に形成された透明導電膜は、太陽電池セル２０ごとに分割されている。例えば、図１に示した直列接続太陽電池２５は５つの太陽電池セル２０ａ～２０ｅを含むため、透明導電膜は分割され、５つの第１電極３ａ～３ｅが形成されている。隣接する２つの第１電極３を分割する溝は、光吸収層６などで満たされていてもよい。
第１基板２である有機フィルムには、直列接続太陽電池２５の第１端子１５が形成されており、第１端子１５の一部が有機フィルム（第１基板２）と第２バリア層１０を貫通し、直列接続した太陽電池セル２０ａ～２０ｅの端の太陽電池セル２０ａの第１電極３ａに接触又は電気的に接続している。この第１端子１５を用いて、直列接続太陽電池２５の光起電力により生じる電流を取り出すことができる。第１端子１５の材料としては、ＳｎＺｎ系の半田ペーストが挙げられる。要件を満たす限りこれ以外の導電ペースト、電極材料も使用できる。
光電変換層４（４ａ～４ｅ）は、光エネルギーが電気エネルギーに変換される層である。具体的には、光電変換層４が受光することにより光起電力が生じる。光電変換層４は、第１電極３（３ａ～３ｅ）上に設けられる。また、光電変換層４は、電子輸送層５（５ａ～５ｅ）と、電子輸送層５上に設けられた光吸収層６（６ａ～６ｅ）と、光吸収層６上に設けられたホール輸送層７（７ａ～７ｅ）とを有する。
電子輸送層５は、光吸収層６における光励起により生成した電子を第１電極３に輸送する層である。従って、電子輸送層５は、光吸収層６で生成した電子が電子輸送層５に容易に移動することができ、電子輸送層５の電子が容易に第１電極３に移動できるような材料からなる。また、電子輸送層５は、光吸収層６を配向成長させるためのシード層であってもよい。このことにより、光吸収層６を構成するペロブスカイト結晶構造を有する化合物の結晶品質を向上させることができる。電子輸送層５は、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2）層である。また、この酸化チタン層に含まれる酸化チタンの表面には、ＴｉＮ層又はＴｉＯ2-xＮx層が形成されていてもよい。電子輸送層５の膜厚は、例えば、１００ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である。
例えば、第１電極３となる透明導電膜上に、電子輸送層５となるシード層として酸化チタン（ＴｉＯ2）層を膜厚１００～２５０ｎｍで形成することができる。前記シード層の形成方法としては、スパッタ成膜方法、真空蒸着方法、導電性ペーストの塗工/印刷技術と低温焼成技術などが挙げられる。例えば、低温焼成用の酸化チタン（ＴｉＯ2）ペーストを透明導電膜上に塗工し１５０℃以下の焼成によりシード層を形成してもよい。前記ＴｉＯ2層に含まれるＴｉＯ2の結晶構造はルチル構造が望ましい。また、ＴｉＯ2の表面を窒素プラズマによる表面改質処理することで、ＴｉＯ2の表面に５～３０ｎｍの膜厚のＴｉＮ（ＮａＣｌ構造）層が形成されていてもよい。
ＴｉＯ2（ルチル構造）とＴｉＮ（ＮａＣｌ構造）の格子定数の整合性が比較的よく、ＴｉＯ2で構成されるＴｉＯ2層とＴｉＮで構成されるＴｉＮ層との間には欠陥の少ない良好な界面が形成される。前記界面付近で、混晶物質ＴｉＯ2-xＮxが形成されることで、格子定数が連続的に変化し、界面欠陥の発生を抑止することができる。ＴｉＮ層は窒素プラズマによる表面改質処理後に大気に曝されると表面に再酸化層が厚さ数ｎｍ形成されるが、形成したＴｉＯ2層が薄いため格子定数の構造緩和が起こらず、下地のＴｉＮ層の格子定数が維持される。
第２バリア層１０で被覆された有機フィルム（第１基板２）上に透明導電膜（第１電極３）及びシード層（電子輸送層５）が形成された後、有機フィルム（第１基板２）上に光太陽電池セル２０ａ～２０ｅを分離形成するために、レーザースクライブにより、透明導電膜及びシード層に切り込み（Ｌ１）を入れる。用いるレーザーの波長としては、赤外領域のものが望ましい。例えば、図４（ａ）に示したように、透明導電膜に切り込み（Ｌ１）を入れ、第１電極３ａ～３ｅが形成される。第２バリア層１０には切り込みは入らない。
光吸収層６（６ａ～６ｅ）は、光電変換層４（４ａ～４ｅ）に入射した光を吸収し、電子と正孔を発生させる層である。つまり、光吸収層６では、光吸収層６を構成する物質のより低いエネルギーの電子が入射光により光励起され、より高いエネルギーの電子と、正孔とが発生する。この電子は電子輸送層５に移動し、正孔はホール輸送層７に移動することにより、電荷分離が行われる。
光吸収層６は、ペロブスカイト結晶構造を有する化合物（有機無機ハイブリッド化合物）を含む。この化合物が光励起されることにより、光吸収層６に電子と正孔を発生させることができる。
光吸収層６の膜厚は５００～１０００ｎｍの範囲内が望ましい。
例えば、レーザースクライブにより切り込み（Ｌ１）を入れたシード層（電子輸送層５）上に有機無機ハイブリッドペロブスカイト結晶構造を有する化合物（以下、単に「ペロブスカイト構造化合物」とも言う）を形成し光吸収層６を形成することができる。
ペロブスカイト構造化合物は、正方晶系の基本単位格子を有している。この単位格子は、各頂点に配置された有機基（有機分子）Ａと、体心に配置された金属原子Ｂと、各面心に配置されたハロゲン原子Ｘとを備えており、一般式Ａ－Ｂ－Ｘ3によって表される。
一般式Ａ－Ｂ－Ｘ3において、有機基Ａ（有機分子アルキルアミン）の具体例としては、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、エチルメチルアミン、メチルプロピルアミン、ブチルメチルアミン、メチルペンチルアミン、ヘキシルメチルアミン、エチルプロピルアミン、エチルブチルアミン、イミダゾール、アゾール、ピロール、アジリジン、アジリン、アゼチジン、アゼト、アゾール、イミダゾリン、カルバゾールおよびこれらのイオン（例えば、メチルアンモニウム（ＣＨ3ＮＨ3）等）やフェネチルアンモニウム等が挙げられる。これらの有機基は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
これらのうち、有機基Ａとして、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミンおよびこれらのイオンやフェネチルアンモニウムが好ましく、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミンおよびこれらのイオン（例えば、メチルアンモニウム（ＣＨ3ＮＨ3）等）が特に好ましい。
また、一般式Ａ－Ｂ－Ｘ3において、金属原子Ｂの具体例としては、鉛、スズ、亜鉛、チタン、アンチモン、ビスマス、ニッケル、鉄、コバルト、銀、銅、ガリウム、ゲルマニウム、マグネシウム、カルシウム、インジウム、アルミニウム、マンガン、クロム、モリブデン、ユーロピウム等が挙げられる。これらの元素は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。これらの中でも、金属原子Ｂは鉛であることにより、光電変換層４の特性がより良好になる。
また、一般式Ａ－Ｂ－Ｘ3において、ハロゲン原子Ｘの具体例としては、例えば、塩素、臭素、ヨウ素が挙げられる。これらの元素は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。これらの中でも、エネルギーバンドギャップが狭くなることから、ハロゲン原子Ｘの少なくとも１つがヨウ素であることが好ましい。
光吸収層６に含まれるペロブスカイト構造化合物は、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＸ3（ただし、Ｘはハロゲン原子である）で表される化合物であることが好ましく、該式ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＸ3において、Ｘはヨウ素原子である化合物（すなわち、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3で示される化合物）であることがより好ましい。
光吸収層６の形成に使用されるペロブスカイト構造を有する化合物は、ＡＸで示される化合物とＢＸ2で示される化合物を原料として用いることによって合成できる。具体的には、ペロブスカイト構造を有する化合物は、ＡＸ溶液とＢＸ2溶液を混合して加熱撹拌することによって合成することができる（１段階法）。また、ペロブスカイト構造を有する化合物は、ＢＸ2溶液を例えばシード層（電子輸送層５）上に塗布して塗布膜を形成し、該塗布膜上にＡＸ溶液を塗布し、ＢＸ2とＡＸを反応させることで合成することができる（２段階法）。１段階法及び２段階法のいずれの方法も光吸収層６（ペロブスカイト構造を有する化合物の層）の形成に利用できる。塗布方法としては、特に限定されないが、スクリーン印刷法、浸漬塗布法、インクジェット印刷法等が挙げられる。
光吸収層６を形成するための塗布法に用いる有機溶剤（塗布液に含まれる）としては、例えばトルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、ジフェニルメタン、ジメトキシベンゼン、ジクロルベンゼンなどの芳香族炭化水素類；ジクロロメタン、ジクロロエタン、テトラクロロプロパンなどのハロゲン化炭化水素；テトラヒドロフラン（ＴＨＦ）、ジオキサン、ジベンジルエーテル、ジメトキシメチルエーテル、１，２－ジメトキシエタン等のエーテル類;メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、アセトフェノン、イソホロンなどのケトン類；安息香酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチルなどのエステル類；ジフェニルスルフィドなどの含イオウ溶剤；ヘキサフロオロイソプロパノールなどのフッ素系溶剤；Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ－ジメチルアセトアミド、ジメチルスルホキシドなどの非プロトン性極性溶剤；メタノール、エタノール、イソプロパノールなどのアルコール類；エチレングルコール、ジエチレングリコールモノメチルエーテルなどのグライム系溶剤;などが挙げられ、これらは単独または混合溶剤として使用できる。これらの溶剤に、水が混入していてもよい。これらの溶剤の中でも、地球環境に対する配慮から、非ハロゲン系有機溶剤が好適に用いられる。
また、これとは別に、塗布液は、酸化防止剤、粘弾性調整剤、防腐剤、硬化触媒などの添加剤を含んでもよい。
光吸収層６となるペロブスカイト構造化合物の膜を成膜する際に、成膜時の第１基板２の温度が低い場合に、ペロブスカイト構造化合物が針状結晶となる場合がある。針状結晶は長さが１０～２０μｍであり、幅が１～５μｍであることが望ましく、特に笹の葉状の形状が望ましい。針状結晶の間の空間には、充填剤として有機バインダ樹脂が塗布されていてもよい。有機バインダ樹脂は、透明性が必要であり非晶質で絶縁性の高い材料が好ましい。有機バインダ樹脂としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニルなどのビニル系樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエステルカーボネート、ポリスルホン、ポリアリレート、ポリアミド、メタクリル樹脂、アクリル樹脂、ポリエーテル、ポリアクリルアミド、ポリフェニレンオキサイドなどの熱可塑性樹脂；エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン、フェノール樹脂、アルキッド樹脂、メラミン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリビニルブチラール、ポリビニルホルマールなどの熱硬化樹脂、これらの樹脂の部分架橋物、これらの樹脂に含まれる構成単位のうちの２つ以上を含む共重合樹脂（塩化ビニル―酢酸ビニル共重合体樹脂、塩化ビニル―酢酸ビニル―無水マレイン酸共重合体樹脂、アクリロニトリル―スチレン共重合体樹脂などの絶縁性樹脂）などが挙げられる。これらの成膜性のある樹脂は、１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用出来るが、要件を満たす限りこれ以外の樹脂も使用できる。
また、有機バインダ樹脂にホール輸送材料を含有させてもよい。ホール輸送材料としては、例えば、ピラゾリン化合物、アリールアミン化合物、スチルベン化合物、エナミン化合物、ポリピロール化合物、ポリビニルカルバゾール化合物、ポリシラン化合物、ブタジエン化合物、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化合物、ポリアニリン化合物、ポリフェニレンビニレン化合物、ポリチエニネンビニレン化合物、ポリチオフェン化合物などを用いることができるが 特にブタジエン化合物、ビスブタジエン化合物が好ましく、また、カーボンナノファイバーなど導電性微粒子、ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳなどの導電性ポリマー等が挙げられる。ホール輸送材料は、結晶化を起こし難い化合物であることが好ましいが、ホール輸送材料の結晶化を確実に防止するために有機バインダ樹脂又は可塑剤等を含ませた構成とされてもよい。なお、前記針状結晶上に塗布する場合の有機溶媒は、針状結晶を乱さない溶剤であることが好ましい。具体的には、クロロベンゼンやトルエン等が好適である。また、塗布方法は特に限定されないが、例えば、浸漬塗布法、スプレー塗布法、スライドホッパー塗布法等が好ましい。
ペロブスカイト構造化合物の針状結晶の表面と、剥き出しになっているシード層（電子輸送層５）の表面を前述の充填剤でコーティングすることで、第１電極３と第２電極８との間での電流リークを防止することができる。また、針状結晶間が充填剤で固められるため、ペロブスカイト結晶の剛性が改善する。また、充填剤で針状結晶がコーティングされているため、光電変換層４に入射した光が多重散乱することで光の吸収効率が上がる。これにより、太陽電池セル２０のキャリア取り出し量（短絡電流）が増える。さらに、光電変換層４の膜厚を薄くすることで、高い開放電圧も得ることができる。
光吸収層６が形成された後、隣接する２つの太陽電池セル２０（２０ａ～２０ｅ）のうち一方の太陽電池セル２０の第１電極３を、他方の太陽電池セル２０のホール輸送層７及び第２電極８に接続するために、レーザースクライブにより、光吸収層６の一部に切り込み（Ｌ２）を入れる。用いるレーザーの波長としては、可視光領域のものが望ましい。例えば、図４（ｂ）に示したように、光吸収層６に切り込み（Ｌ２）を入れ、光吸収層６ａ～６ｅが形成される。このレーザースクライブでは、光吸収層６の一部及び電子輸送層５の一部は除去されるが、第１電極３及び第２バリア層１０は除去されない。
ホール輸送層７（７ａ～７ｅ）は、光吸収層６で生じた正孔を第２電極８に移動させる層である。ホール輸送層７は、レーザースクライブで分割された光吸収層６ａ～６ｅ上に形成される。ホール輸送層７は、例えば、バンドギャップが２ｅＶ以上で、イオン化ポテンシャルが－５．３ｅＶよりも大きい（浅い）無機材料で構成される。ホール輸送層７の厚さは、例えば、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である。ホール輸送層７を構成する具体的な材料としては、酸化銅（Ｃｕ2Ｏ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等の酸化物、硫化物などが挙げられる。
第２電極８（８ａ～８ｅ）は、ホール輸送層７上に設けられ、太陽電池セル２０（２０ａ～２０ｅ）の光電変換層４の光起電力により生じる電流を取り出すための電極である。第２電極８は、例えば、仕事関数が５ｅＶ以上の金属膜である。第２電極８が仕事関数の深い（５ｅＶ以上）金属で構成されることで、ホール輸送層７と第２電極８の界面では、ホールの流れがスムーズになるバンド構造の曲がりが発生する。第２電極８の材料としては、例えば、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ等の金属が挙げられる。第２電極８の膜厚としては、５０ｎｍ～１５０ｎｍが望ましい。ホール輸送層７又は第２電極８は、スパッタ成膜法や真空蒸着法などにより形成することができる。
ホール輸送層７と光吸収層６の間の界面では、光吸収層６で生成されたホールは、ホール輸送層７を介して第２電極８に流れ、ホールの取り出しが行われる。電子については、ホール輸送層７が第２電極８への電子の流れをブロックするため、ホール輸送層７と光吸収層６の間の界面でのキャリアの再結合を抑止する効果がある。
ホール輸送層７と第２電極８が形成された後、第１基板２上の隣接する太陽電池セル２０ａ～２０ｅの直列接続回路に形成するために、レーザースクライブにより、ホール輸送層７と第２電極８の一部に切り込み（Ｌ３）を入れる。また、後述する第１バリア層９をバリスタ１７として機能させるために、電子輸送層５、光吸収層６、ホール輸送層７及び第２電極８に切り込み（Ｌ４）を入れる。用いるレーザーの波長としては、紫外領域のものが望ましい。例えば、図４（ｃ）に示したように、ホール輸送層７及び第２電極８に切り込み（Ｌ３）を入れ、ホール輸送層７ａ～７ｅ及び第２電極８ａ～８ｅが形成される。また、図４（ｃ）に示したように、バリスタ１７を形成するための切り込み（Ｌ４）を形成することができる。なお、切り込み（Ｌ３）を入れた部分がバリスタ１７として機能する場合、切り込み（Ｌ４）は省略可能である。
第１バリア層９は、緻密な無機材料層（無機材料の密度が高い）であり、光電変換層４（４ａ～４ｅ）の側部を覆うように設けられる。また、第１バリア層９は光電変換層４の周縁全体を覆うように設けることができる。また、第１バリア層９は第２電極８の上面を覆うように設けることができる。この第１バリア層９により、光吸収層６に水分（水蒸気など）が侵入することを抑制することができ、太陽電池セル２０が劣化することを抑制することができる。また、第１バリア層９が緻密な無機材料層であるため、第１バリア層９のバリア機能が紫外線、温度変化などにより低下することを抑制することができる。また、光電変換層４を第１バリア層９、第１電極３、第１基板２、第２バリア層などで完全にコーティングすることで、水蒸気に対するバリア特性を改善することができる。
また、第１バリア層９は、バリスタ特性を示す材料から構成されてもよい。また、第１バリア層９は、第１バリア層９と光電変換層４とが並列接続となるように第１電極３及び第２電極８と接続するように設けることができる。バリスタ特性とは、ある一定電圧で急に電流が流れ出す電圧－電流特性（電流非直線性）である。バリスタ特性を示す材料は、バリスタ素子に使用できる材料であれば特に限定されない。
第１バリア層９の厚さは、例えば、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることができる。
第１バリア層９は、レーザースクライブ後の第２電極８上に形成される。また、第１バリア層９は、切り込み（Ｌ３）を満たすように形成することができる。このことにより、光電変換層４の周縁及び上面を第１バリア層９で覆うことができる。また、第１バリア層９は、切り込み（Ｌ４）を満たすように形成することができる。このことにより、第１バリア層９が、第１バリア層９と光電変換層４とが並列接続となるように第１電極３及び第２電極８と接続することができる。
第１バリア層９の一部が、バリスタ素子構造として光電変換層４に対して並列接続されることで、バイパスダイオード（第１バリア層９のバリスタ）を一体的に備えた太陽電池セル２０を実現できる。これにより、低コストでモジュール上での影による発電効率の低下を抑止することができる。
第１バリア層９は、例えば、ベース材料として酸化亜鉛（ＺｎＯ）を含み（例えば、第１バリア層９中の酸化亜鉛の含有量は９５ｗｔ％以上）、添加材料として酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタンなどを含むことができる。第１電極３と第２電極８との間の第１バリア層９のバリスタ特性（Ｉ＝ＫＶα、Ｋ：素子固有定数、α：電圧非直線係数）は、α＝２０～６０で、屈曲点電圧が２Ｖ以上であることが望ましい。
第２基板１２は、第１バリア層９の上部に配置される基板であり、光電変換層４は第１基板２と第２基板１２との間に位置する。第２基板１２は、直列接続太陽電池２５の基板であってもよく、太陽電池モジュール３０の基板であってもよい。第２基板１２は、ガラス基板であってもよく、透明な有機フィルムであってもよく、不透明な有機フィルムであってもよい。
第２基板１２が有機フィルムである場合、第２基板１２の一方の主要面上に第３バリア層１１を設けてもよい。第３バリア層１１は、ガスバリア性の高い材料の層である。このことにより、空気中の水分や酸素などによる太陽電池セル２０（２０ａ～２０ｅ）の内部の劣化を防止することができる。また、第３バリア層１１は、絶縁体材料の層である。このことにより、リーク電流が流れることを抑制することができる。第３バリア層１１の膜厚は数１０～１００ｎｍとすることができる。第３バリア層１１の材料としては、具体的には酸化ケイ素、酸化アルミニウムなどが挙げられる。
第２基板１２である有機フィルムには、直列接続太陽電池２５の第２端子１６が形成されており、第２端子１６の一部が有機フィルム（第２基板１２）と第３バリア層１１を貫通し、直列接続した太陽電池セル２０ａ～２０ｅの端の太陽電池セル２０ｅの第２電極８ｅに接触又は第１バリア層９を介して接続している。第１端子１５及び第２端子１６を用いて、直列接続太陽電池２５の光起電力により生じる電流を取り出すことができる。第２端子１６の材料としては、ＳｎＺｎ系の半田ペーストが挙げられる。要件を満たす限りこれ以外の導電ペースト、電極材料も使用できる。
第２電極８上などに第１バリア層９を形成した後、第１バリア層９にラミネートシート１３を介して、第２端子１６が形成された有機フィルム（第２基板１２）を張り合わせて、加熱ラミネートすることで、複数の太陽電池セル２０ａ～２０ｅが直列接続した直列接続太陽電池２５又は太陽電池モジュール３０が完成する。なお、第１バリア層９と第２基板１２とでサンドウィッチされるラミネートシート１３の第２端子１６が位置する箇所については、穴開け加工される。このため、ラミネート時に第２端子１６と第１バリア層９が良好に接続する。このことにより、第２電極８ｅと第２端子１６の間でバリスタが形成される。発電時は高電圧が第２電極８ｅと第２端子１６の間に印可されるため、そのバリスタ特性から電流の取り出しの障害には成らない。また、第２電極８ｅと第２端子１６とが接触してもよい。
ラミネートシート１３としては、一般的なラミネート材でもよく、ラミネート温度が１８０℃以下で防水性の高い樹脂フィルムが望ましい。
図２は、直列接続太陽電池２５に含まれる１つの太陽電池セル２０の概略断面図と、太陽電池セル２０の等価回路とを重ね合わせた図であり、図３は、図１に示した直列接続太陽電池２５の等価回路である。
図２に示すように、光電変換層４は電流源１８とダイオード１９で表すことができる。また、Ｌ４の切れ込み中の第１バリア層９がバリスタ１７で表され、このバリスタ１７は、光電変換層４と並列接続となるように第１電極３及び第２電極８に接続している。
また、図３に示すように、直列接続太陽電池２５では、複数の太陽電池セル２０が直列接続している。また、直列接続した複数の太陽電池セル２０ａ～２０ｅのうち、一方の端に位置する太陽電池セル２０ａが第１端子１５に接続しており、他方の端に位置する太陽電池セル２０ｅが第２端子１６に接続している。
太陽電池セル２０ａ～２０ｅのすべてが受光し光電変換を行っている場合、すべての光電変換層４ａ～４ｅでは、電流源１８の矢印の方向に流れる電流が発生している。そして、第１端子１５及び第２端子１６から太陽電池セル２０ａ～２０ｅの合計電圧を出力することができる。
例えば、太陽電池セル２０ｃが影に入り、太陽電池セル２０ｃだけが光電変換を行っていない場合、太陽電池セル２０ｃでは電流が発生しない。また、太陽電池セル２０ｃでは、ダイオード１９の逆方向には電流が流れにくい（抵抗が非常に高くなる）。また、太陽電池セル２０ａ、２０ｂ、２０ｄ、２０ｅは光電変換しているため、太陽電池セル２０ｃに大きな電圧がかかる。この電圧が所定の電圧を超えると、第１電極３ｃ→バリスタ１７→第２電極８ｃ→第１電極３ｄと電流が流れ、太陽電池セル２０ｃに過度の電圧がかかることを抑制することができる。つまり、バリスタ１７は、光電変換層４ｃを高電圧から保護するバイパスとして機能する。また、このバリスタ１７により影による発電低下を抑制することができる。
第２実施形態
第２実施形態は、太陽電池モジュール３０及び太陽電池アレイ４０に関する。図５は本実施形態のα型太陽電池モジュール３０ａの概略平面図であり、図６は本実施形態のω型太陽電池モジュール３０ｂの概略平面図である。
太陽電池モジュール３０（３０ａ、３０ｂ）は、複数の直列接続太陽電池２５（２５ａ～２５ｔ）を有している。例えば、図５に示したα型太陽電池モジュール３０ａおよび図６に示したω型太陽電池モジュール３０ｂは、それぞれ２０個の直列接続太陽電池２５ａ～２５ｔを有している。各直列接続太陽電池２５ａ～２５ｔは、図１に示したような断面を有している。例えば、図５の点線Ａにおける直列接続太陽電池２５の断面は、第２端子１６（１６ａ）を除いては、図１に示したような断面となる。なお、１つの第１基板２と１つの第２基板１２との間に複数の直列接続太陽電池２５を設けることができる。
太陽電池モジュール３０は、フィルム型ペロブスカイト太陽電池モジュールであってもよい。
太陽電池セル２０の長軸長さは３００ｍｍ、短軸長さは１０ｍｍとすることができ、太陽電池セル２０が５直列に集積化された直列接続太陽電池２５の長軸長さは３００ｍｍ、短軸長さは５０ｍｍとすることができる。また、直列接続太陽電池２５が２０つ並んで太陽電池モジュール３０（３０ａ、３０ｂ）が構成されている。ここでは、短軸長さが１０ｍｍを例として挙げているが、短軸長さは、５ｍｍから１５ｍｍの範囲であってもよい。
太陽電池モジュール３０のサイズについては、一例でしかなく、ＩｏＴ向けの小さなペロブスカイト太陽電池モジュールの場合、モジュールのサイズを相似形で縮小すれば、面積を縮小しても電圧を維持することができる。
図５、図６の平面図は、太陽電池モジュール３０ａ、３０ｂの受光面側（第１基板２側）から見た平面図であり、受光面側に位置する第１端子１５ａ～１５ｔは実線で示し、裏面側に位置する第２端子１６ａ～１６ｔは点線で示している。このように、第１端子１５ａ～１５ｔを受光面に配置し、第２端子１６ａ～１６ｔを裏面に配置することにより、受光面と裏面とで端子極性を分けることができる。このため、２つの太陽電池モジュール３０を重ね合わせるだけで、一方の太陽電池モジュール３０に含まれる直列接続太陽電池２５と、他方の太陽電池モジュール３０に含まれる直列接続太陽電池２５とを直列接続することが可能になる。
第１端子１５ａ～１５ｔは、受光面の下端（太陽電池モジュール３０の長手方向に伸びる第１辺）に沿って一列に並ぶ。また、第２端子１６ａ～１６ｔは、裏面の上端（太陽電池モジュール３０の長手方向に伸びる第２辺）に沿って一列に並ぶ。このことにより、２つのモジュールの接続、第１端子１５と第２端子１６との接続、又は第１端子１５或いは第２端子１６とバスバーとの接続が容易になる。
図５に示したα型太陽電池モジュール３０ａでは、第１端子１５ａ～１５ｔは直列接続太陽電池２５ａ～２５ｔの受光面の左下端部に配置されており、第２端子１６ａ～１６ｔは直列接続太陽電池２５ａ～２５ｔの裏面の右上端部に配置されている。
また、図６に示したω型太陽電池モジュール３０ｂでは、第１端子１５ａ～１５ｔは直列接続太陽電池２５ａ～２５ｔの受光面の右下端部に配置されており、第２端子１６ａ～１６ｔは直列接続太陽電池２５ａ～２５ｔの裏面の左上端部に配置されている。
従って、α型太陽電池モジュール３０ａにおける第１端子１５ａ～１５ｔ及び第２端子１６ａ～１６ｔの配置は、ω型太陽電池モジュール３０ｂにおける第１端子１５ａ～１５ｔ及び第２端子１６ａ～１６ｔの配置と鏡像対称となる。このα型太陽電池モジュール３０ａとω型太陽電池モジュール３０ｂを重ねることにより、α型太陽電池モジュール３０ａの第１端子１５と、ω型太陽電池モジュール３０ｂの第２端子１６とを容易に接触させることができ、α型太陽電池モジュール３０ａに含まれる直列接続太陽電池２５と、ω型太陽電池モジュール３０ｂに含まれる直列接続太陽電池２５とを直列接続することができる。したがって、α型とω型の異なるタイプのモジュールの表裏端子を重ね合わせることで容易に直列接続を実現し、効率の良い接続を可能とする。
図７（ａ）及び図８は、それぞれ太陽電池アレイ４０の概略平面図であり、図７（ｂ）は太陽電池アレイ４０の概略断面図である。
太陽電池アレイ４０は、α型太陽電池モジュール３０ａとω型太陽電池モジュール３０ｂとが交互に接続され４つのモジュール３０が接続している。これらのモジュール３０では、図７（ｂ）に示すように、α型太陽電池モジュール３０ａの下端上にω型太陽電池モジュール３０ｂの上端が重なりα型太陽電池モジュール３０ａに含まれる第１端子１５のそれぞれにω型太陽電池モジュール３０ｂに含まれる第２端子１６が接続している。また、ω型太陽電池モジュール３０ｂの下端上にα型太陽電池モジュール３０ａの上端が重なりω型太陽電池モジュール３０ｂに含まれる第１端子１５のそれぞれにα型太陽電池モジュール３０ａに含まれる第２端子１６が接続している。各直列接続太陽電池２５が５つの太陽電池セル２０ａ～２０ｅを含むため、太陽電池アレイ４０では、直列接続した２０つの太陽電池セル２０が２０つ並んでいる。
図７（ａ）に示した太陽電池アレイ４０では、一番上のα型太陽電池モジュール３０ａのすべての第２端子１６は第１バスバー３１ａにより電気的に接続され、一番下のω型太陽電池モジュール３０ｂのすべての第１端子１５は第１バスバー３１ｂにより電気的に接続されている。この第１バスバー３１ａ、３１ｂにより２０つの直列接続が、並列接続している。
図８に示した太陽電池アレイ４０では、一番上のα型太陽電池モジュール３０ａの左側の１０つの第２端子１６は第１バスバー３１ａにより電気的に接続され、一番上のα型太陽電池モジュール３０ａの右側の１０つの第２端子１６は第１バスバー３１ｂにより電気的に接続されている。また、一番下のω型太陽電池モジュール３０ｂの左側の１０つの第１端子１５は第１バスバー３１ｃにより電気的に接続され、一番下のω型太陽電池モジュール３０ｂの右側の１０つの第１端子１５は第１バスバー３１ｄにより電気的に接続されている。従って、第１バスバー３１ａ、３１ｃにより左側の１０つの直列接続が並列接続し、第１バスバー３１ｂ、３１ｄにより右側の１０つの直列接続が並列接続している。このように、並列接続を構成する直列接続の数を変えることで、システムの要求応じて容易に電流調整を行うことができる。太陽電池モジュール３０ａ、３０ｂにおいて、モジュールの受光面に配置されている複数の第１端子１５ａ～１５ｔがモジュールの長手方向に一列に並び、モジュールの裏面に配置されている複数の第２端子１６ａ～１６ｔがモジュールの長手方向に一列に並ぶ構成により、直列接続太陽電池２５が並列接続する数を調整ことができ、モジュール接続した際に、高電圧を抑制し、電流値を増大させることができる。また、ＩｏＴや移動体の要求電圧、電流に太陽電池システムを調整することが容易であり、独立電源デバイスとして適している。
図９（ａ）～（ｃ）に、太陽電池モジュール３０に影が生じた場合の電流がバイパスする動作を説明した模式図を示す。
太陽電池モジュール３０については、長細い短冊状の太陽電池セル２０ａ～２０ｅが集積されることで、局所的に影が生じた場合でも、太陽電池セル２０の全面が隠れることがほとんど無いので、途中で光励起電流が途切れることが無く発電することが可能である。また、太陽電池セル２０の全面に影が掛かり、光励起電流が途切れた場合でも、バリスタとして機能する第１バリア層９により、影が掛からない領域からの光励起電流を隣の太陽電池セル２０までバイパスすることで、影による発電低下を抑制することができる。
その他の構成は第１実施形態と同様である。また、第１実施形態についての記載は矛盾がない限り第２実施形態についても当てはまる。
第３実施形態
図１０（ａ）はα型太陽電池モジュール３０ａの部分平面図であり、図１０（ｂ）は一点鎖線Ｂ－Ｂにおける太陽電池モジュール３０ａの概略断面図である。また、図１１（ａ）はω型太陽電池モジュール３０ｂの部分平面図であり、図１１（ｂ）は一点鎖線Ｃ－Ｃにおける太陽電池モジュール３０ｂの概略断面図である。
本実施形態では、太陽電池モジュール３０（３０ａ、３０ｂ）は矩形である。また、太陽電池モジュール３０に含まれる各直列接続太陽電池２５ａ～２５ｃは、細長い形状を有する。直列接続太陽電池２５の形状は、長方形であってもよく、平行四辺形であってもよい。第１端子１５ａ～１５ｃは受光面に配置され、かつ、前記細長い形状の一方の端に配置される。第２端子１６ａ～１６ｃは裏面に配置され、かつ、前記細長い形状の他方の端に配置される。また、複数の直列接続太陽電池２５ａ～２５ｃは、前記矩形の一辺に対し斜めとなるような平行な列に並べられている。
また、本実施形態の太陽電池モジュール３０は、第２バスバー２６（２６ａ、２６ｂ）を備える。第２バスバー２６は、複数の直列接続太陽電池２５ａ～２５ｃに含まれる隣接する２つの直列接続太陽電池２５を電気的に接続する。
図１０、図１１に示した太陽電池モジュール３０ａ、３０ｂでは、直列接続太陽電池２５ａ～２５ｃがモジュール３０ａ、３０ｂの端に対して斜め（一例として、θ≒９．５°）に形成されている。このことにより、隣接する２つの直列接続太陽電池２５のうち一方の直列接続太陽電池２５の第１端子１５と他方の直列接続太陽電池２５の第２端子１６とを、矩形の太陽電池モジュール３０の一辺に平行に配置される第２バスバー２６（２６ａ、２６ｂ）で接続することができる。このことにより、隣接する２つの直列接続太陽電池２５を直列に接続することができる。
例えば、図１０（ｂ）、図１１（ｂ）に示したように、第２バスバー２６ｂは、太陽電池モジュール３０の一辺に平行な方向に伸びる細長い形状を有することができ、主に太陽電池モジュール３０の裏面側に配置され、第２端子１６と接触する。また、第２バスバー２６ｂは、端部がフックのように曲がって受光面に回り込み第１端子１５と接触する。このような第２バスバー２６ｂにより、直列接続太陽電池２５ｂと直列接続太陽電池２５ｃとを直列接続することができる。また、このような第２バスバー２６を隣接する２つの直列接続太陽電池２５のペア毎に設けることができる。
このような複数の第２バスバー２６を有機フィルム上に等間隔で設けた高電圧化シートを形成してもよい。このような高電圧化シートを太陽電池モジュール３０の裏面側で張り合わせ、各第２バスバー２６を用いて隣接する２つの直列接続太陽電池２５のうち一方の直列接続太陽電池２５の第１端子１５と他方の直列接続太陽電池２５の第２端子１６とを接続することができる。このことにより、第２バスバー２６が干渉せずに直列接続太陽電池２５を直列接続することができ、高電圧モジュールを容易に得ることができる。
また、α型太陽電池モジュール３０ａとω型太陽電池モジュール３０ｂは鏡像対称であるため、同一の高電圧化シートを用いることで高電圧モジュールを得ることができる。
ＩｏＴや電気自動車も含めた移動体デバイスへの独立系電力供給システムの基幹デバイスとしてフィルム型ペロブスカイト太陽電池モジュールを提供できる。
２：第１基板 ３、３ａ～３ｅ：第１電極 ４、４ａ～４ｅ：光電変換層 ５、５ａ～５ｅ：電子輸送層 ６、６ａ～６ｅ：光吸収層 ７、７ａ～７ｅ：ホール輸送層 ８、８ａ～８ｅ：第２電極 ９：第１バリア層 １０：第２バリア層 １１：第３バリア層 １２：第２基板 １３：ラミネートシート １５、１５ａ～１５ｔ：第１端子 １６、１６ａ～１６ｔ：第２端子 １７：バリスタ １８：電流源 １９：ダイオード ２０、２０ａ～２０ｅ：太陽電池セル ２５、２５ａ～２５ｔ：直列接続太陽電池 ２６ａ、２６ｂ：第２バスバー ３０、３０ａ、３０ｂ：太陽電池モジュール ３１ａ～３１ｄ：第１バスバー ３５：遮光体 ４０：太陽電池アレイ

Claims (6)

  1. 複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールであって、
    前記太陽電池は、複数の太陽電池セルと、第１端子と、第２端子とを備え、
    前記太陽電池セルは、基板と、前記基板上に設けられた第１電極と、第１電極上に設けられた光電変換層と、前記光電変換層上に設けられた第２電極と、前記光電変換層の側部を覆うように設けられたバリア層とを備え、
    前記光電変換層は、電子輸送層と、前記電子輸送層上に設けられた光吸収層と、前記光吸収層上に設けられたホール輸送層とを有し、
    前記光吸収層は、ペロブスカイト構造を有する化合物を含み、
    前記バリア層は、無機材料層であり、
    複数の太陽電池セルは、直列接続され、
    直列接続された複数の太陽電池セルのうち一方の端の太陽電池セルは第１端子に接続し、他方の端の太陽電池セルは第２端子に接続し、
    第１端子は、受光面に配置され、
    第２端子は、前記受光面の反対側の裏面に配置され、
    前記太陽電池モジュールは矩形であり、
    各太陽電池は、細長い形状を有し、
    第１端子は前記細長い形状の一方の端に配置され、第２端子は前記細長い形状の他方の端に配置され、
    複数の太陽電池は、前記矩形の一辺に対し斜めとなるような平行な列に並べられている太陽電池モジュール。
  2. 前記バリア層は、バリスタ特性を示す材料から構成され、かつ、前記バリア層と前記光電変換層とが並列接続となるように第１及び第２電極と接続する請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. バスバーをさらに備え、
    前記バスバーは、複数の太陽電池に含まれる隣接する２つの太陽電池を電気的に接続する請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
  4. 複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールであって、
    前記太陽電池は、複数の太陽電池セルと、第１端子と、第２端子とを備え、
    前記太陽電池セルは、基板と、前記基板上に設けられた第１電極と、第１電極上に設けられた光電変換層と、前記光電変換層上に設けられた第２電極と、前記光電変換層の側部を覆うように設けられたバリア層とを備え、
    前記光電変換層は、電子輸送層と、前記電子輸送層上に設けられた光吸収層と、前記光吸収層上に設けられたホール輸送層とを有し、
    前記光吸収層は、ペロブスカイト構造を有する化合物を含み、
    前記バリア層は、無機材料層であり、
    複数の太陽電池セルは、直列接続され、
    直列接続された複数の太陽電池セルのうち一方の端の太陽電池セルは第１端子に接続し、他方の端の太陽電池セルは第２端子に接続し、
    第１端子は、受光面に配置され、
    第２端子は、前記受光面の反対側の裏面に配置され、
    前記太陽電池モジュールに含まれる第１端子は一列に並び、
    前記太陽電池モジュールに含まれる第２端子は一列に並ぶ太陽電池モジュール。
  5. 複数の太陽電池モジュールを備える太陽電池アレイであって、
    複数の太陽電池モジュールは、第１太陽電池モジュールと、第１太陽電池モジュールに接続された第２太陽電池モジュールとを含み、
    第１及び第２太陽電池モジュールのそれぞれは、複数の太陽電池を備え、
    前記太陽電池は、複数の太陽電池セルと、第１端子と、第２端子とを備え、
    前記太陽電池セルは、基板と、前記基板上に設けられた第１電極と、第１電極上に設けられた光電変換層と、前記光電変換層上に設けられた第２電極と、前記光電変換層の側部を覆うように設けられたバリア層とを備え、
    前記光電変換層は、電子輸送層と、前記電子輸送層上に設けられた光吸収層と、前記光吸収層上に設けられたホール輸送層とを有し、
    前記光吸収層は、ペロブスカイト構造を有する化合物を含み、
    前記バリア層は、無機材料層であり、
    複数の太陽電池セルは、直列接続され、
    直列接続された複数の太陽電池セルのうち一方の端の太陽電池セルは第１端子に接続し、他方の端の太陽電池セルは第２端子に接続し、
    第１端子は、受光面に配置され、
    第２端子は、前記受光面の反対側の裏面に配置され、
    第１太陽電池モジュールに含まれる第１及び第２端子は、第２太陽電池モジュールに含まれる第１及び第２端子の位置と鏡像対称となる位置に配置された太陽電池アレイ。
  6. 複数の太陽電池セルを備える太陽電池であって、
    前記太陽電池セルは、基板と、前記基板上に設けられた第１電極と、第１電極上に設けられた光電変換層と、前記光電変換層上に設けられた第２電極と、前記光電変換層の側部を覆うように設けられたバリア層とを備え、
    前記光電変換層は、電子輸送層と、前記電子輸送層上に設けられた光吸収層と、前記光吸収層上に設けられたホール輸送層とを有し、
    前記光吸収層は、ペロブスカイト構造を有する化合物を含み、
    前記バリア層は、無機材料層であり、
    複数の太陽電池セルのうち、ある１つの太陽電池セルの第１電極と、ある１つの太陽電池セルに隣接するもう１つの太陽電池セルの第１電極は、離間して設けられ、
    前記ある１つの太陽電池セルの第２電極と、前記もう１つの太陽電池セルの第２電極は、離間して設けられ、
    前記ある１つの太陽電池セルの第１電極と、前記もう１つの太陽電池セルの第２電極は、電気的に接続され、
    前記ある１つの太陽電池セルと前記もう１つの太陽電池セルとは、直列接続され、
    前記太陽電池セルにおいて、前記バリア層は、バリスタ特性を示す材料から構成され、かつ、前記バリア層と前記光電変換層とが並列接続となるように第１及び第２電極と接続する太陽電池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016157777A (ja) 2015-02-24 2016-09-01 株式会社東芝 太陽電池とその製造方法
JP2018163939A (ja) 2017-03-24 2018-10-18 積水化学工業株式会社 太陽電池
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Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5830715B2 (ja) 2010-03-17 2015-12-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 積層バリスタ及びその製造方法
US9780253B2 (en) * 2014-05-27 2017-10-03 Sunpower Corporation Shingled solar cell module
US10937972B2 (en) 2015-12-16 2021-03-02 Kyoto University Complex and perovskite material, and perovskite-type solar cell using complex or perovskite material
JP2020048382A (ja) 2018-09-21 2020-03-26 パナソニック株式会社 太陽電池モジュール

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016157777A (ja) 2015-02-24 2016-09-01 株式会社東芝 太陽電池とその製造方法
JP2018163939A (ja) 2017-03-24 2018-10-18 積水化学工業株式会社 太陽電池
WO2019181940A1 (ja) 2018-03-23 2019-09-26 積水化学工業株式会社 太陽電池の製造方法、及び、太陽電池

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
BOYD, Caleb C. et al.，Barrier Design to Prevent Metal-Induced Degradation and Improve Thermal Stability in Perovskite Solar Cells，ACS Energy Letters，2018年07月02日，Volume 3, Issue 7，pp.1772-1778

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