WO2015146284A1 - 太陽電池 - Google Patents

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WO2015146284A1
WO2015146284A1 PCT/JP2015/052832 JP2015052832W WO2015146284A1 WO 2015146284 A1 WO2015146284 A1 WO 2015146284A1 JP 2015052832 W JP2015052832 W JP 2015052832W WO 2015146284 A1 WO2015146284 A1 WO 2015146284A1
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solar cell
layer
negative electrode
electron transport
group
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PCT/JP2015/052832
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佳紀 前原
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富士フイルム株式会社
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell.
  • a solar cell generally includes a pair of electrodes provided on a support, and a charge blocking layer (a hole transport layer or an electron transport layer) and a photoelectric conversion layer between the pair of electrodes.
  • a charge blocking layer a hole transport layer or an electron transport layer
  • a photoelectric conversion layer between the pair of electrodes.
  • Patent Document 1 describes a photoelectric cell (organic thin film solar cell) having a mesh pattern metal electrode (mesh electrode) as an auxiliary wiring for a negative electrode, and the mesh electrode has sufficient flexibility. Is also described (paragraph ⁇ 0019>).
  • Patent Document 2 proposes a method of forming an electron transport layer by applying a dispersion in which titanium dioxide particles are dispersed.
  • a material for forming the charge blocking layer hole transport layer and electron transport layer
  • an inorganic oxide, an inorganic fluoride or an inorganic nitride Patent Documents 1 and 3
  • a binder resin Patent Documents 4 to 6
  • a flexible solar cell is required to have a photoelectric conversion efficiency that does not change depending on the usage pattern, particularly before and after bending.
  • the photoelectric conversion efficiency is lowered by bending.
  • Such a decrease in durability against bending can be prevented even when the electron transport layer is formed by the method described in Patent Document 2, or as the material of the electron transport layer as described in Patent Documents 3 to 6. Even if the material and the conductive material are simply used in combination, they are still not sufficient and there is room for improvement.
  • An object of the present invention is to provide a solar cell with excellent durability against bending.
  • the inventors have found that when a flexible solar cell is bent, bending stress tends to concentrate on the negative electrode or the electron transport layer in the vicinity of the corner of the auxiliary metal wiring, and cracking or delamination occurs.
  • an electron transport layer and a specific cross-linked polymer are used in combination to form an electron transport layer, the flexibility increases, and the electron transport layer may be in contact with the auxiliary metal wiring or the negative electrode. It was found that cracks and delamination are less likely to occur.
  • the present invention has been completed based on these findings.
  • a solar cell having a transparent negative electrode, an auxiliary metal wiring in contact with the negative electrode, a positive electrode facing the negative electrode, and a photoelectric conversion layer between the negative electrode and the positive electrode on a support, Crosslink formed by cross-linking a crosslinkable polymer with a compound having a plurality of crosslinkable functional groups, the electron transport layer including an electron transport material and an insulating material between the negative electrode and the photoelectric conversion layer A solar cell that is a polymer.
  • the crosslinkable functional group also serves as a reactive group chemically bonded to a material forming the negative electrode or auxiliary metal wiring in contact with the electron transport layer.
  • ⁇ 3> The solar cell according to ⁇ 1> or ⁇ 2>, wherein the negative electrode contains a conductive polymer.
  • the negative electrode contains a polymer of a compound having a plurality of crosslinkable functional groups.
  • the electron transport material is a metal oxide.
  • the photoelectric conversion layer contains an electron-donating organic compound.
  • ⁇ 8> The solar cell according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 6>, wherein the photoelectric conversion layer contains a compound having a perovskite structure.
  • the support is flexible.
  • ⁇ 10> The solar cell according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 9>, wherein a second support is bonded to the opposite side of the support.
  • the term “compound” is used to mean not only the compound itself but also its salt and its ion. In addition, it means that a part of the structure is changed as long as the desired effect is achieved. Furthermore, a compound that does not specify substitution / non-substitution means that it may have an arbitrary substituent as long as a desired effect is obtained.
  • a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
  • a solar cell having excellent durability against bending can be provided.
  • the solar cell of the present invention includes a transparent negative electrode, an auxiliary metal wiring in contact with the negative electrode, a positive electrode facing the negative electrode, a photoelectric conversion layer provided between the negative electrode and the positive electrode, a negative electrode and photoelectric conversion on the support. And an electron transport layer provided between the layers.
  • the solar cell of the present invention is not particularly limited as long as it has at least such a structure.
  • the solar cell includes a photoelectric conversion unit (photoelectric conversion element) constituting the solar cell.
  • 1 to 3 are longitudinal sectional views each schematically showing a preferred structure of a solar cell.
  • 11 is a support
  • 12 is a negative electrode
  • 13 is an auxiliary metal wiring
  • 14 is an electron transport layer
  • 15 is a photoelectric conversion layer
  • 16 is a positive electrode
  • 17 is a porous layer.
  • Reference numeral 21 denotes a gas barrier layer
  • 22 denotes a hole transport layer
  • 23 denotes a protective layer
  • 24 denotes an adhesive layer
  • 25 denotes a sealing film (second support).
  • a solar cell 1 ⁇ / b> A shown in FIG. 1 includes a gas barrier layer 21, a negative electrode 12, an auxiliary metal wire 13, an electron transport layer 14 covering the auxiliary metal wire 13 and the negative electrode 12, a photoelectric conversion layer 15, A hole transport layer 22, a positive electrode 16, a protective layer 23, an adhesive layer 24, and a sealing film 25 are provided.
  • the auxiliary metal wiring 13 is provided inside the negative electrode 12 on the support 11, and the sealing film 25 is provided on the other surface of the support 11 via the adhesive layer 24. It is the same as that of the solar cell 1A except that it exists.
  • FIG. 3 is the same as the solar cell 1B except that the porous layer 17 is provided between the electron transport layer 14 and the photoelectric conversion layer 15.
  • the solar cells 1A to 1C can be used for battery applications in which the negative electrode 12 and the positive electrode 16 are made to work on an operating means (an electric motor or various (opto) electronics devices) with an external circuit, respectively.
  • an operating means an electric motor or various (opto) electronics devices
  • the solar cell of the present invention has flexibility.
  • the flexibility can be appropriately selected according to the purpose, the material of the support, the manufacturing method, and the like. For example, it is preferable that a curvature with a radius of curvature of 2 cm or less is possible and a curve with a radius of curvature of 1 cm or less is possible as a guideline that does not deteriorate the photoelectric conversion characteristics even during deformation during handling or after manufacture, heating, cooling, etc. More preferably.
  • the solar cell of the present invention has the flexibility as described above and may be used by being bent. Even in such a usage pattern, even if the auxiliary metal wiring 13 is provided, the electron transport layer 14 is flexible, and the electron transport layer 14 is not easily cracked by bending, so Peeling hardly occurs.
  • the support 11 is not particularly limited as long as it can hold a solar cell composed of each layer formed thereon, and may be appropriately selected depending on the purpose, for example, glass or plastic film.
  • the support 11 is preferably a flexible material such as a plastic film in that it is a flexible solar cell.
  • the flexibility of the plastic film (support 11) is preferably synonymous with the flexibility of the solar cell of the present invention described above.
  • a plastic film will be described as a representative example of the support.
  • plastic film material examples include polyester resin, methacrylic resin, methacrylic acid-maleic acid copolymer resin, polystyrene resin, fluororesin, polyimide resin, fluorinated polyimide resin, polyamide resin, polyamide Resin consisting of imide resin, polyether imide resin, cellulose acylate resin, polyurethane resin, polyether ether ketone resin, polycarbonate resin, alicyclic polyolefin resin, polyarylate resin, polyether sulfone resin, polysulfone resin, cycloolefin copolymer And thermoplastic resins such as a fluorene ring-modified polycarbonate resin, an alicyclic ring-modified polycarbonate resin, a fluorene ring-modified polyester resin, and an acryloyl compound.
  • polyester resin methacrylic resin, methacrylic acid-maleic acid copolymer resin, polystyrene resin, fluororesin, polyimide resin, fluorin
  • the plastic film preferably has heat resistance. Specifically, it is preferable that the glass transition temperature (Tg) satisfies at least one physical property of 100 ° C. or higher and a linear expansion coefficient of 40 ppm / K or lower.
  • Tg and linear expansion coefficient of the plastic film were measured by the plastic transition temperature measurement method described in JIS-K7121, and the linear expansion coefficient test method by thermomechanical analysis of plastic described in JIS-K7197. In, the value measured by this method is used.
  • thermoplastic resin having excellent heat resistance examples include, for example, polyethylene naphthalate (PEN: 120 ° C. (Tg, hereinafter the same)), polycarbonate (PC: 140 ° C.), alicyclic polyolefin (for example, ZEONOR manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.).
  • the support 11 is required to be transparent to light. More specifically, the light transmittance for light in the wavelength range of 400 to 800 nm is usually preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and further preferably 90% or more.
  • the light transmittance is calculated by measuring the total light transmittance and the amount of scattered light using the method described in JIS-K7105, that is, an integrating sphere light transmittance measuring device, and subtracting the diffuse transmittance from the total light transmittance. be able to.
  • the thickness of the support 11 is not particularly limited, but is typically 1 to 800 ⁇ m, preferably 10 to 300 ⁇ m.
  • a known functional layer may be provided on the back surface (the surface on which the negative electrode or the like is not provided) of the support 11.
  • the functional layer include a gas barrier layer, a matting agent layer, an antireflection layer, a hard coat layer, an antifogging layer, an antifouling layer and the like.
  • the support 11 particularly the surface of the plastic film (surface on the side where the negative electrode or the like is provided), may be provided with an easily adhesive layer or an undercoat layer.
  • the easy adhesion layer or the undercoat layer may be a single layer or a multilayer.
  • Various hydrophilic undercoat polymers are used to form the easy-adhesion layer or the undercoat layer.
  • Hydrophilic undercoat polymers include water-soluble polymers such as gelatin, gelatin derivatives, casein, agar, sodium alginate, starch, polyvinyl alcohol, cellulose esters such as carboxymethyl cellulose and hydroxyethyl cellulose, vinyl chloride-containing copolymers, vinylidene chloride-containing copolymers. Polymers, acrylate ester-containing copolymers, vinyl acetate-containing copolymers, latex polymers made of butadiene-containing copolymers, polymers made of polyacrylic acid copolymers, polymers made of maleic anhydride copolymers, etc. Illustrated.
  • the coating thickness after drying the easy-adhesion layer or undercoat layer is preferably in the range of 50 nm to 2 ⁇ m.
  • a support body as a temporary support body, it is also possible to give an easily peelable process to the support surface.
  • a negative electrode 12 is provided on the support 11.
  • a transparent negative electrode that transmits visible light to near infrared light (380 to 800 nm) is preferable.
  • transparent means that the average light transmittance from visible light to near infrared light is 75% or more.
  • the layer structure of the negative electrode is not particularly limited, and may be a single layer structure or a laminated structure.
  • a metal, a metal oxide, a conductive polymer, and a mixture thereof are mentioned.
  • a conductive polymer is preferable from the viewpoint of flexibility.
  • the metal include magnesium, aluminum, calcium, titanium, chromium, manganese, iron, copper, zinc, strontium, silver, indium, tin, barium, bismuth, and the like, and alloys thereof.
  • the metal oxide include tin oxide, fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide, antimony-doped zinc oxide (AZO), indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), and indium tungsten oxide.
  • TCO transparent conductive oxides
  • the conductive polymer is not particularly limited as long as it is a polymer compound having conductivity, and the charge carrier to be transported (carrier) may be either a hole or an electron.
  • specific conductive polymers include, for example, polythiophene, polypyrrole, polyaniline, polyphenylene vinylene, polyphenylene, polyacetylene, polyquinoxaline, polyoxadiazole, polybenzothiadiazole, and the like, and polymer compounds having a plurality of these conductive skeletons Etc.
  • polythiophene is preferable, and polyethylenedioxythiophene and polythienothiophene are particularly preferable. These polythiophenes are usually partially oxidized in order to obtain conductivity.
  • the electrical conductivity of the conductive polymer can be adjusted by the degree of partial oxidation (doping amount). The larger the doping amount, the higher the electrical conductivity. Since polythiophene becomes cationic by partial oxidation, a counter anion for neutralizing the charge is required.
  • An example of such a polythiophene is polyethylene dioxythiophene (PEDOT-PSS) having polystyrene sulfonic acid as a counter ion.
  • the volume resistivity is preferably not more than 1 ⁇ 10 -1 ⁇ ⁇ cm alone, 1 ⁇ less and more preferably 10 -2 ⁇ ⁇ cm.
  • Such conductive polymer by including, preferably made of a 5 ⁇ 10 -1 ⁇ ⁇ cm or less as the volume resistivity of the negative electrode, and more preferably less than or equal to 5 ⁇ 10 -2 ⁇ ⁇ cm.
  • the conductive polymer constituting the negative electrode needs to be transparent in the range of the action spectrum of the solar cell to be applied, and usually has excellent light transmittance from visible light to near infrared light. Specifically, the average light transmittance in the wavelength region of 380 to 800 nm when the conductive polymer is formed in a layer having a thickness of 0.2 ⁇ m is preferably within the above range.
  • the conductive polymer may be used in combination with other polymers as long as the desired conductivity is not impaired.
  • Other polymers are used for the purpose of improving applicability and increasing the film strength.
  • other polymers include polyester resin, methacrylic resin, methacrylic acid-maleic acid copolymer resin, polystyrene resin, transparent fluororesin, polyimide resin, fluorinated polyimide resin, polyamide resin, polyamideimide resin, polyether Imide resin, cellulose acylate resin, polyurethane resin, polyether ether ketone resin, polycarbonate resin, cycloaliphatic polyolefin resin, polyarylate resin, polyether sulfone resin, polysulfone resin, resin made of cycloolefin copolymer, fluorene ring-modified polycarbonate Resin, alicyclic modified polycarbonate resin, fluorene ring modified polyester resin, thermoplastic resin such as acryloyl compound, gelatin, polyvinyl alcohol, polyacryl
  • the negative electrode preferably contains a polymer of a compound having a plurality of crosslinkable functional groups (a polymer formed by polymerizing crosslinkable functional groups of a compound having a plurality of crosslinkable functional groups).
  • a polymer formed by polymerizing crosslinkable functional groups of a compound having a plurality of crosslinkable functional groups when a conductive polymer is used as a material for forming the negative electrode, it is preferable to contain this polymer.
  • This polymer may be a polymer (crosslinked product) formed by reacting with a conductive polymer, or may be a homopolymer of a compound having a plurality of crosslinkable functional groups.
  • the polymer is preferably a homopolymer.
  • the compound that forms this polymer may be a compound having a plurality of crosslinkable functional groups, which will be described later, and preferably also serves as a polymerizable group capable of polymerizing the crosslinkable functional groups.
  • Specific examples include various metal alkoxides, silane coupling agents, polyfunctional epoxy monomers, polyfunctional isocyanate monomers, polyfunctional (meth) acrylic monomers, and methylol melamine derivatives.
  • Examples of the polymer of a compound having a plurality of such crosslinkable functional groups include metal oxide gel, polysiloxane, epoxy resin, urethane resin, (meth) acrylic resin, melamine resin and the like.
  • the content of the polymer of the compound having a plurality of crosslinkable functional groups in the negative electrode is not particularly limited.
  • the negative electrode contains a polymer of a compound having a plurality of the crosslinkable functional groups as an insulating material, the flexibility of the negative electrode is increased, and the generation of cracks due to bending can be prevented.
  • the negative electrode 12 contains a conductive polymer and a polymer of a compound having a plurality of the crosslinkable functional groups, flexibility is obtained. The improvement effect becomes higher.
  • the adhesion with the electron transport layer can be improved.
  • the reason why the effect of improving the flexibility is not yet known, but it is considered to be the same as the electron transport layer described later.
  • the thickness of the negative electrode is not particularly limited as long as transparency can be secured, but is preferably 0.05 to 1 ⁇ m, and more preferably 0.1 to 0.3 ⁇ m.
  • auxiliary metal wiring 13 in contact with the negative electrode 12 is disposed on the support 11 or the negative electrode 12. If the auxiliary metal wiring 13 having high conductivity is provided so as to be in contact with the negative electrode 12, the conductivity of the solar cell can be improved.
  • the auxiliary metal wiring 13 is not necessarily provided on the support 11 side (lower side in FIGS. 1 to 3) of the negative electrode 12, and may be formed so as to be in contact with at least the negative electrode 12.
  • the auxiliary metal wiring 13 may be formed on the negative electrode 12 after the negative electrode 12 is first formed on the support 11 as shown in FIG. 1, and the support is provided as shown in FIGS.
  • the negative electrode 12 may be provided so as to cover the auxiliary metal wiring 13 provided on the body 11.
  • the auxiliary metal wiring is formed including various metal materials.
  • the metal material include gold, platinum, iron, copper, silver, aluminum, chromium, cobalt, and stainless steel.
  • the metal material preferably has a volume resistivity of 1 ⁇ 10 ⁇ 5 ⁇ ⁇ cm or less, and specifically includes low resistance metals such as copper, silver, aluminum, and gold.
  • silver or copper which is low in manufacturing cost and material cost and is not easily oxidized, is particularly preferably used.
  • the pattern shape of the auxiliary metal wiring 13 is not particularly limited, but a mesh shape (mesh pattern electrode) is preferable from the viewpoint of light transmittance and conductivity.
  • the mesh pattern is not particularly limited, and examples thereof include a lattice shape such as a square, a rectangle, and a rhombus, a stripe shape (stripe shape), a honeycomb, or a combination of curves.
  • the cross-sectional shape of the auxiliary metal wiring 13 is preferably a shape having no corners in order to suppress stress concentration at the time of bending.
  • the electron transport layer described later has sufficient flexibility, and thus is particularly limited. Not. For example, as shown in FIGS. 1 to 3, the cross-sectional rectangle having corners may be used.
  • the mesh design of the auxiliary metal wiring 13 is adjusted so that the aperture ratio (light transmittance) and the surface resistance (electrical conductivity) become desired values.
  • the mesh opening ratio is usually 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 85% or more. Since the light transmittance and the electrical conductivity are in a trade-off relationship, the larger the aperture ratio, the better. However, in practice, it becomes 95% or less.
  • the surface resistance of the auxiliary metal wiring 13 when the negative electrode 12 is not installed is preferably 10 ⁇ / ⁇ or less, more preferably 3 ⁇ / ⁇ or less, and even more preferably 1 ⁇ / ⁇ or less.
  • the thickness of the auxiliary metal wiring is not particularly limited, but is usually about 0.02 to 20 ⁇ m.
  • the line width of the auxiliary metal wiring is in the range of 1 to 500 ⁇ m, preferably 10 to 300 ⁇ m, from the viewpoint of light transmission and conductivity.
  • a smaller pitch of the auxiliary metal wiring (fine mesh) is advantageous in terms of the characteristics of the solar cell.
  • the pitch varies depending on the line width of the auxiliary metal wiring, the pitch in a plan view is preferably 0.05 to 5 mm, more preferably 0.1 to 3 mm.
  • the auxiliary metal wiring may have a bus line (thick line) for large-area current collection. The line width and pitch of the bus line are appropriately selected according to the material used.
  • the method for forming the auxiliary metal wiring is not particularly limited, and a known forming method can be appropriately used. For example, a method of bonding a mesh pattern metal prepared in advance to the surface of the support 11, a method of applying a conductive material to the mesh pattern, a physical vapor deposition method (PVD method) such as vapor deposition or sputtering, and the like.
  • PVD method physical vapor deposition method
  • a method of forming a conductive film with a mesh pattern by etching after forming it on the entire surface, a method of applying a conductive material to the mesh pattern by various printing methods such as screen printing and inkjet printing, a mesh pattern using a shadow mask by vapor deposition or sputtering A method for directly forming the positive electrode auxiliary wiring on the surface of the support 11 and a method using a silver halide photosensitive material described in JP-A-2006-352073 and JP-A-2009-231194 (hereinafter referred to as silver salt method) May be called).
  • hydrophilic polymer examples include water-soluble polymers such as gelatin, gelatin derivatives, casein, agar, sodium alginate, starch, and polyvinyl alcohol, and cellulose esters such as carboxymethyl cellulose and hydroxyethyl cellulose.
  • the layer contains substances derived from the coating, developing and fixing processes. A method of forming an auxiliary metal wiring by the silver salt method and then performing copper plating to further increase the conductivity and suppress the ion migration is also preferably used.
  • a smoothing layer having the same surface as the surface of the auxiliary metal wiring can be provided in the opening.
  • the smoothing layer is not particularly limited as long as it is a transparent material.
  • a transparent inorganic material of silicon nitride, silicon oxide, silicon nitride oxide, or a resin material such as methacrylate can be used.
  • the details of the reason why the durability against bending is excellent when the electron transport layer contains a crosslinked polymer are not yet clear, but are estimated as follows. That is, in the electron transport layer, a cross-linked polymer is interposed between the electron transport materials, so that bending stress can be dispersed and buffered, and defects such as cracks are generated in part of the electron transport material due to deformation such as bending. Even so, by preventing the propagation of defects throughout the electron transport layer, a decrease in the electron transport property can be suppressed, and the flexibility of the electron transport layer is increased.
  • an electron transport layer containing an electron transport material and a crosslinked polymer it is possible to prevent the occurrence of defects in the electron transport material, in particular, the electron transport layer made of metal oxide fine particles when the photoelectric conversion layer is applied. That is, a flexible solar cell having a plastic film as a support and an electron transport layer formed by applying a coating liquid containing metal oxide fine particles is transported so that the material of the plastic film is not decomposed. The layer needs to be fired at a low temperature, but when fired at a low temperature, the dispersant for improving the dispersibility of the metal oxide fine particles in the coating solution remains in the electron transport layer, so the photoelectric conversion layer is formed by coating.
  • the metal oxide fine particles are re-dispersed in the coating liquid for forming the photoelectric conversion layer, and defects in the electron transport layer are generated.
  • the metal oxide fine particles are fixed by the crosslinked polymer, it is considered that redispersion of the metal oxide fine particles can be suppressed.
  • both the negative electrode and the electron transport layer include a polymer of a compound having a plurality of the same crosslinkable functional groups.
  • Electrode transport material As the electron transporting material, the electron accepting material mentioned in the photoelectric conversion layer described later, and Chemical Reviews, Vol. 107, pages 953 to 1010 (2007) are described as “Electron-Transporting and Hole-Blocking Materials”. Things. Alkali metal or alkaline earth metal fluorides, oxides, carbonates, and the like are also used.
  • various metal oxides are preferably used as materials for electron transport layers having high stability.
  • examples thereof include niobium, ruthenium oxide, indium oxide, barium oxide, and tungsten oxide.
  • relatively stable aluminum oxide, titanium oxide, and zinc oxide are more preferable.
  • An insulating material is an insulating material formed by a crosslinking reaction of one or more compounds (also referred to as polyfunctional compounds) having a plurality of crosslinkable functional groups (functional groups that can participate in a crosslinking reaction) and one or more polymer compounds. As long as it is a crosslinked polymer having a property, it is not particularly limited. When the electron transport layer contains such an insulating material together with the electron transport material, the durability of the electron transport layer in the flexible solar cell can be improved.
  • the cross-linked polymer is preferably a cross-linked product having a cross-linked portion obtained by cross-linking reaction with a high molecular compound using a polyfunctional compound as a cross-linking agent, and the high molecular compound cross-linked in a network.
  • the polymer compound that forms the crosslinked polymer is not particularly limited and may be appropriately selected depending on the intended purpose, but those having a crosslinking group capable of crosslinking reaction with the crosslinking functional group of the polyfunctional compound are preferable.
  • an organic resin, a silicon resin (silicone resin), and a polymer compound (sol-gel method) obtained by hydrolysis and polycondensation of various metal alkoxide compounds can be used.
  • an organic resin there is no restriction
  • the organic resin a monomer (monomer) or a polymer (oligomer or polymer) forming a thermoplastic resin or a thermosetting resin can be used alone or in combination.
  • crosslinkable group possessed by the polymer compound examples include silyl groups having hydrolyzable groups (for example, alkoxysilyl groups, acyloxysilyl groups, etc.), groups having reactive unsaturated double bonds (for example, (meta ) Acryloyl group, allyl group, vinyloxy group, etc.), ring-opening polymerization reactive group (eg, epoxy group, oxetanyl group, oxazolyl group, etc.), group having active hydrogen atom (eg, hydroxyl group, carboxyl group, amino group, carbamoyl) Groups, mercapto groups, ⁇ -ketoester groups, hydrosilyl groups, silanol groups, etc.), isocyanate groups, formyl groups (aldehyde groups), methylol groups, acid anhydride groups, groups that can be substituted by nucleophiles (active halogen atoms, sulfones) Acid ester, etc.).
  • ring-opening polymerization reactive groups particularly epoxy groups
  • groups having active hydrogen atoms particularly hydroxyl groups, carboxyl groups, amino groups, silanol groups
  • isocyanate groups particularly hydroxyl groups, carboxyl groups, amino groups, silanol groups
  • isocyanate groups particularly hydroxyl groups, carboxyl groups, amino groups, silanol groups
  • isocyanate groups particularly hydroxyl groups, carboxyl groups, amino groups, silanol groups
  • isocyanate groups formyl groups, methylol groups, etc.
  • a carboxyl group, an amino group, and a methylol group are particularly preferable.
  • the monomer is preferably a hydrophilic monomer component that can be chemically bonded to a metal oxide that is preferably used for a negative electrode, an auxiliary metal wiring, and an electron transport material.
  • Examples of the organic resin include various polymers described in other polymers that can be used in combination with the conductive polymer constituting the negative electrode, polyvinyl phenol, polyvinyl butyral, polyethylene glycol, and the like.
  • Examples of the silicon resin include various polysiloxanes, polyorganosiloxanes, polysilsesquioxanes, and the like. Of these, poly (4-vinylphenol), polyvinyl butyral, and polyvinyl alcohol are preferable because they can be chemically bonded to metal oxides preferably used for negative electrodes, auxiliary metal wirings, and electron transport materials.
  • a polyfunctional compound having a plurality of crosslinkable functional groups and capable of undergoing a crosslinking reaction with the polymer compound can be used without any particular limitation. Preferably, it reacts, polymerizes or interacts with the material contained in the negative electrode or auxiliary metal wiring.
  • the multifunctional compound has a plurality of crosslinking functional groups and functions as a crosslinking agent that crosslinks the polymer compound.
  • the polyfunctional compound is not particularly limited as long as it is a compound having preferably 2 to 6 crosslinkable functional groups.
  • the crosslinkable functional group is not particularly limited as long as it is a group that can crosslink with the crosslinkable group of the polymer compound or a group that can react with other crosslinkable functional groups.
  • a crosslinkable functional group the same crosslinkable functional group as the crosslinkable group which a high molecular compound has is mentioned, for example.
  • a silyl group having a hydrolyzable group, a ring-opening polymerization reactive group, a group having an active hydrogen atom, an isocyanate group, a formyl group, a methylol group, and an acid anhydride group are preferable, an alkoxysilyl group, an epoxy group, A hydroxyl group, carboxyl group, amino group, silanol group, isocyanate group, formyl group, and methylol group are particularly preferred.
  • the plurality of crosslinkable functional groups of the polyfunctional compound may be the same or different.
  • the type and number can be appropriately selected according to the other insulating materials, the auxiliary metal wiring in contact with the electron transport layer, the negative electrode, the material of the photoelectric conversion layer, and the coating method.
  • the crosslinkable functional groups are the same, in addition to the same crosslinkable functional groups, those having the same basic structure but different groups (for example, hydroxysilyl groups and alkoxysilyl groups) are also included. Is done.
  • polyfunctional compound examples include various metal alkoxides, silane coupling agents, polyfunctional epoxy monomers, polyfunctional isocyanate monomers, polyfunctional (meth) acrylic monomers, polyfunctional aldehydes, and methylol melamine derivatives. .
  • silane coupling agent examples include an amino group-containing silane coupling agent, a vinyl group-containing silane coupling agent, an epoxy group-containing silane coupling agent, a mercapto group-containing silane coupling agent, an isocyanate group-containing silane coupling agent, ( Examples include meth) acrylic group-containing silane coupling agents.
  • hydroxymethylmethyldiethoxysilane N- (methyldiethoxysilylpropyl) -O-polyethylene oxide urethane, N- (3-methyldiethoxysilylpropyl) -4-hydroxybutyramide, N- ( 3-methyldiethoxysilylpropyl) gluconamide, vinylmethyldimethoxysilane, vinylmethyldiethoxysilane, vinylmethyldibutoxysilane, vinylmethylbis (2-methoxyethoxy) silane, vinyldecylmethyldimethoxysilane, vinyloctylmethyldimethoxysilane , Vinylphenylmethyldimethoxysilane, 2- (meth) acryloxyethylmethyldimethoxysilane, 2- (meth) acryloxyethylmethyldiethoxysilane, 3- (meth) acryloxypropylmethyldimethoxy Lan, 3- (meth) acryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3- (meth) acryl
  • ⁇ -aminopropyltriethoxysilane ⁇ -aminopropyltrimethoxysilane, 4-aminobutyltriethoxysilane, 11-aminoundecyltriethoxysilane, m-aminophenyltrimethoxysilane, p-aminophenyltrimethoxysilane, 3 -Aminopropyltris (methoxyethoxyethoxy) silane, 2- (trimethoxysilylethyl) pyridine, N- (3-trimethoxysilylpropyl) pyrrole, 3- (m-aminophenoxy) propyltrimethoxysilane, N- (2 -Aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N- (2-aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane, N- (6-aminohexyl)
  • the combination of the crosslinkable group on the polymer compound and the crosslinkable functional group of the polyfunctional compound is particularly limited as long as the crosslinkable group and the crosslinkable functional group can be cross-linked by a conventional method.
  • a combination of a silane coupling agent and polyvinyl phenol, polyvinyl butyral or polyvinyl alcohol a combination of a polyfunctional epoxy monomer and polyvinyl phenol, polyvinyl butyral or polyvinyl alcohol; a methylol melamine derivative and polyvinyl phenol;
  • Examples thereof include a combination with polyvinyl butyral or polyvinyl alcohol.
  • the cross-linking reaction between the polymer compound and the polyfunctional compound and the cross-linking structure of the cross-linked polymer are not uniquely defined depending on the combination of the polymer compound and the polyfunctional compound. It is a cross-linked product formed by a cross-linking reaction between a polymer compound and a cross-linkable functional group of a polyfunctional compound, and can be called a network polymer.
  • the crosslinkable functional group of the polyfunctional compound may be any group that crosslinks with a polymer compound, but it is an aid when an electron transport layer is provided by a wet film formation method described later. It is also preferable to serve as a reactive group capable of chemically bonding with the material forming the metal wiring or the negative electrode. If at least a part of the crosslinkable functional group also serves as such a reactive group, defects such as cracks may occur in the electron transport layer itself even if the solar cell is deformed at the time of production or after handling, heating, cooling, etc. Can also be prevented. Further, the adhesion with the auxiliary metal wiring or the negative electrode is increased, and delamination can be suppressed.
  • the auxiliary metal wiring or the negative electrode and each functional layer on the electron transport layer (photoelectric conversion layer) And the hole transport layer and the positive electrode) are in contact with each other, increasing the dark current, resulting in a short circuit failure.
  • the polyfunctional compound contained in the insulating material constituting the electron transport layer has at least one reactive group capable of chemically bonding with the auxiliary metal wiring or the negative electrode material, so that the polyfunctional compound becomes the negative electrode or the auxiliary metal.
  • the reactive group is appropriately selected according to the material for forming the auxiliary metal wiring and the negative electrode.
  • the auxiliary metal wiring includes the above-described various metal materials, among them, a mercapto group, an amide group, an amino group, a carboxyl group, a sulfonic acid group, a phosphoric acid group, a phosphonic acid group, and the like are preferable.
  • a polyfunctional compound having the following group is preferably used.
  • auxiliary metal wiring When the auxiliary metal wiring is formed by the silver salt method, a hydrophilic polymer, a silyl group that can chemically bond (crosslink) with silver, a ring-opening polymerization reactive group, a group having an active hydrogen atom, a formyl group, an acid anhydride Groups and the like are preferred.
  • the polyfunctional compound a compound having any one of these groups is preferably used.
  • the reactive group is at least one reactive group selected from an amino group, an isocyanate group, an epoxy group, and a mercapto group.
  • a combination of silyl group is preferred.
  • various silane coupling agents and the like are preferably used.
  • the reactive group is the same as that of the auxiliary metal wiring.
  • the crosslinkable functional group is a group that reacts with a polymer of a compound having a plurality of the crosslinkable functional groups preferably contained in the negative electrode.
  • a group include a silyl group having a hydrolyzable group, a ring-opening polymerization reactive group, a group having an active hydrogen atom, a formyl group, and an acid anhydride group.
  • the polyfunctional compound a compound having any one of these groups is preferably used.
  • the electron transport layer can be suitably formed by any of a wet film formation method such as coating, a dry film formation method such as vapor deposition and sputtering, a transfer method, and a printing method.
  • a coating solution containing a crosslinked polymer that has been crosslinked in advance can be applied and cured to form, and a coating solution containing a polymer compound and a polyfunctional compound can be applied. It can also be formed by curing (crosslinking reaction).
  • silicon resin as a high molecular compound
  • the monomer which forms silicon resin as a polyfunctional compound can also be used.
  • a prepolymerized silicon resin and a silane coupling agent as a polyfunctional compound may be used, and one or more silane couplings may be used as the monomer and polyfunctional compound for forming the silicon resin.
  • An agent may be used.
  • a coating solution containing a polymer compound and a polyfunctional compound is applied and cured in terms of adhesion to the negative electrode or auxiliary metal wiring. It is preferable to carry out (crosslinking reaction, polymerization reaction, etc.).
  • This coating solution contains one or more polymer compounds and one or more multifunctional compounds.
  • a polyfunctional compound may be combined with another insulating material, and when a crosslinkable functional group of the polyfunctional compound and a crosslinkable group of another insulating material are crosslinked (polymerized) to form a network polymer,
  • the polyfunctional compound is also called a crosslinking agent or a curing agent.
  • the film thickness of the electron transport layer is usually about 0.1 to 500 nm, preferably 0.5 to 300 nm.
  • the porous layer 17 is preferably provided between the electron transport layer 14 and the photoelectric conversion layer 15.
  • the porous layer 17 is a layer that functions as a scaffold for supporting the material for forming the photoelectric conversion layer 15 on the surface, and is a fine particle layer having pores formed by depositing a porous material. Designed.
  • the porous layer 17 may be a fine particle layer in which one kind of porous material is deposited, or may be a fine particle layer in which two or more kinds of porous materials are deposited.
  • the porous layer 17 increases the adsorption amount of the material forming the photoelectric conversion layer 15 by fine particles having pores. In order to increase the light absorption efficiency, it is preferable to increase the surface area of at least a portion that receives light such as sunlight. Therefore, the surface area of the porous layer 17 as a whole is increased, that is, the surface area of individual fine particles is increased. It is preferable to enlarge it.
  • the surface area of the fine particles is preferably 10 times or more with respect to the projected area in a state in which the coating liquid containing the fine particles forming the porous layer is coated on the electron transport layer 14.
  • the coating liquid may easily enter the porous layer 17, and the photoelectric conversion material may be adsorbed in the deep portion of the porous layer 17. Even in this case, if the electron transport layer contains a crosslinked polymer, cracks are unlikely to occur and a short circuit can be prevented.
  • the thickness of the porous layer 17 is not particularly limited, but is usually in the range of 0.1 to 100 ⁇ m, preferably 0.2 to 10 ⁇ m, and more preferably 0.3 to 1 ⁇ m.
  • the material for forming the porous layer 17 is not particularly limited with respect to conductivity, and may be an insulating material or a conductive or semiconductive material.
  • Examples of the material for forming the porous layer 17 include metal chalcogenides (for example, oxides, sulfides, selenides, etc.), compounds having a perovskite structure (excluding materials for forming a photoelectric conversion layer described later), silicon. Fine particles of these oxides or carbon nanotubes can be used.
  • the metal chalcogenide is not particularly limited, but is preferably titanium, tin, zinc, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, aluminum or tantalum oxide, cadmium sulfide. , Cadmium selenide and the like.
  • Examples of the crystal structure of the metal chalcogenide include an anatase type, brookite type and rutile type, and anatase type and brookite type are preferable.
  • the compound having a perovskite structure is not particularly limited, and examples thereof include transition metal oxides.
  • transition metal oxides for example, strontium titanate, calcium titanate, barium titanate, lead titanate, barium zirconate, barium stannate, lead zirconate, strontium zirconate, strontium tantalate, potassium niobate, bismuth ferrate Strontium barium titanate, barium lanthanum titanate, calcium titanate, sodium titanate, bismuth titanate, preferably strontium titanate, calcium titanate and the like.
  • Examples of the material for forming the porous layer 17 include silicon oxides (for example, silicon dioxide, zeolite) and carbon nanotubes (including carbon nanowires and carbon nanorods).
  • the carbon nanotube has a shape obtained by rolling a carbon film (graphene sheet) into a cylindrical shape, a single-walled carbon nanotube in which one graphene sheet is wound in a cylindrical shape, and two graphene sheets are wound in a concentric shape
  • the carbon nanotubes are classified into double-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) in which a plurality of graphene sheets are concentrically wound, and any carbon nanotube is not particularly limited and can be used in the present invention.
  • MWCNT multi-walled carbon nanotubes
  • the material for forming the porous layer 17 is preferably titanium, tin, zinc, zirconium, aluminum or silicon oxides or carbon nanotubes, and more preferably titanium oxide, zinc oxide or aluminum oxide.
  • the porous layer 17 may be formed of at least one of the above-described metal chalcogenide, compound having a perovskite structure, silicon oxide, and carbon nanotube, and may be formed of a plurality of types. Also, nanotubes, nanowires or nanorods of these materials can be used together with fine particles of these materials.
  • the material forming the porous layer 17 is preferably used as fine particles, and more preferably as a dispersion containing fine particles.
  • the particle size of the fine particles at this time is preferably 0.001 to 1 ⁇ m as the primary particle and 0.01 to 100 ⁇ m as the average particle size of the dispersion as the average particle size using the diameter when the projected area is converted into a circle. .
  • the photoelectric conversion layer 15 receives visible light such as sunlight and generates excitons (electron-hole pairs). Then, the excitons dissociate into electrons and holes, and the electrons are transferred to the negative electrode 12 side.
  • a photoelectric conversion process in which the holes are transported to the positive electrode 16 side is selected and configured from a material that expresses with high efficiency.
  • a photoelectric conversion layer including an electron donating region (donor) made of an organic material is formed, and from the viewpoint of conversion efficiency, a bulk heterojunction type photoelectric conversion layer (hereinafter referred to as “bulk heterogeneous”). Also referred to as “layer”).
  • a compound having a perovskite structure is also preferable as a material for forming the photoelectric conversion layer 15.
  • the bulk hetero layer is a photoelectric conversion layer made of an organic material in which an electron donating material (donor) and an electron accepting material (acceptor) are mixed.
  • the mixing ratio of the electron donating material and the electron accepting material is adjusted so as to increase the conversion efficiency, but is usually selected from the range of 10:90 to 90:10 by mass ratio.
  • a co-evaporation method is used as a method for forming such a mixed layer.
  • the thickness of the bulk hetero layer is preferably 10 to 500 nm, and particularly preferably 20 to 300 nm.
  • An electron-donating material (also referred to as a donor or a hole-transporting material) is a ⁇ -electron conjugated compound having a highest occupied orbital (HOMO) level of 4.5 to 6.0 eV.
  • conjugated polymers and phenylene vinylene polymers obtained by coupling various arenes (for example, thiophene, carbazole, fluorene, silafluorene, thienopyrazine, thienobenzothiophene, dithienosilole, quinoxaline, benzothiadiazole, thienothiophene, etc.) And porphyrins and phthalocyanines.
  • Chemical Reviews. 107, 953-1010 a group of compounds described as “Hole-Transporting Materials”, Journal of the American Chemical Society. 131, 16048 (2009) can also be applied.
  • a conjugated polymer obtained by coupling a structural unit selected from the group consisting of thiophene, carbazole, fluorene, silafluorene, thienopyrazine, thienobenzothiophene, dithienosilole, quinoxaline, benzothiadiazole, and thienothiophene is particularly preferable.
  • Specific examples include poly-3-hexylthiophene (P3HT), poly-3-octylthiophene (P3OT), Journal of the American Chemical Society. , 130, 3020 (2008), various polythiophene derivatives, Advanced Materials. , Volume 19, p. 2295 (2007), PCTBT, Journal of the American Chemical Society.
  • An electron-accepting material (also referred to as an acceptor or an electron-transporting material) is a ⁇ -electron conjugated compound whose lowest unoccupied orbital (LUMO) level is 3.5 to 4.5 eV.
  • LUMO lowest unoccupied orbital
  • Specific examples include fullerenes and derivatives thereof, phenylene vinylene-based polymers, naphthalene tetracarboxylic imide derivatives, and perylene tetracarboxylic imide derivatives. Of these, fullerene derivatives are preferred.
  • fullerene derivative examples include C 60 , phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester (fullerene derivative referred to as PCBM, [60] PCBM, or PC 61 BM in the literature), C 70 , phenyl-C 71 —.
  • Butyric acid methyl ester fullerene derivatives referred to as PCBM, [70] PCBM, or PC 71 BM in many literatures
  • Advanced Functional Materials 19: 779-788 (2009), fullerene derivatives, Journal of the American Chemical Society. 131, 16048 (2009), and fullerene derivatives SIMEF and Journal of the American Chemical Society. 132, 1377 (2010), and fullerene derivatives ICBA and the like.
  • the compound having a perovskite structure is not particularly limited as long as it has a perovskite structure, and a compound represented by the following formula (I) is preferable.
  • R 1 represents an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heteroaryl group.
  • M represents a metal atom.
  • X represents an atom or atomic group to be an anion.
  • the alkyl group is preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and examples thereof include methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl and the like.
  • the alkenyl group is preferably an alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms, and examples thereof include vinyl, allyl, butenyl, hexenyl and the like.
  • the alkynyl group is preferably an alkynyl group having 2 to 6 carbon atoms, and examples thereof include ethynyl, butynyl, hexynyl and the like.
  • Examples of the 5-membered ring constituting the heteroaryl group include pyrrole ring, imidazole ring, pyrazole ring, oxazole ring, thiazole ring, triazole ring, furan ring, thiophene ring, benzimidazole ring, benzoxazole ring, benzothiazole ring, Indoline ring and indazole ring may be mentioned.
  • Examples of the 6-membered ring include a pyridine ring, a pyrimidine ring, a pyrazine ring, a triazine ring, a quinoline ring, and a quinazoline ring.
  • the alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group or heteroaryl group may have a substituent.
  • the substituent is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxyl group, an alkylthio group, an amino group, an alkylamino group, an arylamino group, an acyl group, and an alkoxycarbonyl group.
  • each substituent may be the same as or different from each other. Further, when a plurality of substituents are close to each other (particularly adjacent to each other), they may be connected to each other to form a ring.
  • a ring for example, an alicyclic ring, an aromatic ring, or a heterocyclic ring, may form a condensed ring in which these are condensed.
  • each substituent may be further substituted with a substituent.
  • M represents a metal atom, and any metal atom that can have a perovskite structure may be used, but lead or tin is particularly preferable.
  • M may be one type of metal atom or two or more types of metal atoms. In the case of two or more kinds of metal atoms, two kinds of lead and tin are preferable.
  • the ratio in which the metal atom is contained at this time is not specifically limited.
  • X represents an atom or atomic group to be an anion, preferably an atom, for example, a halogen atom.
  • a halogen atom a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc. are mentioned, for example.
  • X may be one kind of atom or atomic group, or two or more kinds of atoms or atomic groups.
  • two types of halogen atoms, particularly a combination of chlorine atom and iodine atom, or a combination of bromine atom and iodine atom are preferable. Note that the ratio of atoms or atomic groups at this time is not particularly limited.
  • the compound represented by the formula (I) may be used alone or in combination.
  • any of the following compounds can have a perovskite structure.
  • C 4 H 3 SNH 3 in C 4 H 3 SNH 3 PbI 3 is a 2-aminothiazole.
  • a compound having a perovskite structure represented by the formula (I) can be synthesized from MX 2 and R 1 —NH 3 X (see, for example, International Publication No. 2013/171517 pamphlet).
  • the amount of the compound having the perovskite structure represented by formula (I) may be an amount that covers at least the surface of the porous layer 17 on which light is incident, preferably the entire surface of the porous layer 17,
  • the total is preferably 1.0 ⁇ 10 ⁇ 3 to 1.0 ⁇ 10 8 mmol, more preferably 1.0 ⁇ 10 ⁇ 2 to 1.0 ⁇ 10 6 mmol, per 1 m 2 of the surface area of the support 11.
  • Particularly preferred is 1.0 ⁇ 10 ⁇ 1 to 1.0 ⁇ 10 5 mmol.
  • the photoelectric conversion layer 15 may be a single layer or a laminate of two or more layers.
  • the hole transport layer 22 is preferably formed on the photoelectric conversion layer 15.
  • the hole transporting material that can be used for the hole transporting layer include the electron donating materials, copper thiocyanate, and copper iodide exemplified in the photoelectric conversion layer 15 described above.
  • Various metal oxides are also used as materials for the hole transport layer having high stability. For example, vanadium oxide, molybdenum oxide, and tungsten oxide are preferable.
  • the conductive polymer mentioned in the negative electrode 12 is also preferable as a stable hole transport material.
  • a positive hole transport layer contains the polymer of the compound which has multiple crosslinkable functional groups similarly to a negative electrode at a flexible point.
  • the thickness of the hole transport layer is usually about 0.1 to 500 nm, preferably 0.5 to 300 nm.
  • the hole transport layer can be suitably formed by any of a wet film formation method such as coating, a dry film formation method such as vapor deposition and sputtering, a transfer method, and a printing method.
  • the positive electrode 16 is provided on the hole transport layer 22.
  • the material for forming the positive electrode is not particularly limited, but metals such as chromium, cobalt, nickel, copper, molybdenum, palladium, silver, tantalum, tungsten, platinum, and gold, alloys thereof, TCO exemplified in the negative electrode 12 described above, Examples thereof include conductive polymers. These metals, TCO, and conductive polymer may be used alone or in combination of two or more, or two or more layers may be laminated. When a metal material is used, light reaching the metal electrode is reflected and reflected to the photoelectric conversion layer 15 side, and the reflected light is absorbed again, which is preferable because the photoelectric conversion efficiency is further improved.
  • the formation method of the positive electrode 16 It can carry out according to a well-known method. For example, from the wet film-forming method by coating and printing, the vacuum film-forming method, the sputtering method, the ion plating method, etc., the PVD method, the dry-type film-forming method by various chemical vapor deposition methods (CVD method), etc. It can be formed according to a method appropriately selected in consideration of suitability with the constituent materials. Patterning for forming the positive electrode may be performed by chemical etching such as photolithography, physical etching by laser, or the like, or vacuum deposition or sputtering may be performed with a shadow mask overlapped. However, it may be performed by a lift-off method or a printing method.
  • the positive electrode is preferably formed by a printing method that can be patterned at a predetermined position in order to reduce manufacturing costs.
  • the printing method include letterpress printing, screen printing, planographic printing, intaglio printing, stencil printing, and ink jet printing.
  • the ink jet method is a method of patterning by ejecting an electrode material from an ink jet head.
  • the ejection method from the ink jet head is an on-demand type such as a piezo method or a thermal method, or a continuous jet such as an electrostatic suction method. Patterning can be performed by a known method such as a mold ink jet method.
  • the solvent in the coating film can be removed by performing heat treatment or light irradiation treatment as necessary.
  • the thickness of the positive electrode is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 10 ⁇ m, more preferably 0.05 to 2 ⁇ m.
  • the electron transport layer having flexibility as described above is provided, and even if the positive electrode is formed by a printing method, a short circuit of the solar cell can be prevented.
  • the solar cell of the present invention can also be provided with a protective layer 23.
  • materials for forming the protective layer include magnesium oxide, aluminum oxide, silicon oxide (SiO x ), titanium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, hafnium oxide, and other metal oxides such as silicon nitride (SiN x ).
  • Metal nitride, metal nitride oxide (metal oxynitride) such as silicon nitride oxide (SiO x N y )
  • metal fluoride such as lithium fluoride, magnesium fluoride, aluminum fluoride, calcium fluoride, diamond-like carbon Inorganic materials such as (DLC) can be used.
  • the organic material examples include polymers such as polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polyparaxylylene, and polyvinyl alcohol. Of these, metal oxides, nitrides, nitride oxides and DLC are preferred, and silicon, aluminum oxides, nitrides and nitride oxides are particularly preferred.
  • the protective layer may be a single layer or a multilayer structure. The method for forming the protective layer is not particularly limited.
  • vacuum deposition for example, vacuum deposition, sputtering, MBE (molecular beam epitaxy), cluster ion beam, ion plating, plasma polymerization, and other PVD methods, atoms
  • CVD methods including a layer deposition method (ALD method or ALE method), coating methods, printing methods, and transfer methods can be applied.
  • a protective layer intended to prevent the penetration of active factors such as water molecules and oxygen molecules is also called a gas barrier layer, and the solar cell preferably has a gas barrier layer 21.
  • This gas barrier layer 21 is preferably formed closer to the support 11 than the negative electrode 12, particularly when directly formed on the support 11.
  • the gas barrier layer 21 is not particularly limited as long as it is a layer that blocks active factors such as water molecules and oxygen molecules, but the materials exemplified above as the protective layer 23 are usually used. These may be pure substances, or may be a mixture of multiple compositions or a gradient composition. Of these, silicon, aluminum oxide, nitride, and nitride oxide are preferable.
  • the gas barrier layer 21 may be a single layer or a plurality of layers.
  • An organic material layer and an inorganic material layer may be laminated, and a plurality of inorganic material layers and a plurality of organic material layers may be alternately laminated.
  • the layer etc. which consist of a polymer (acrylic polymer) of (meth) acrylate are illustrated preferably.
  • the thickness of the organic material layer is not particularly limited, but is preferably 0.3 to 3 ⁇ m per layer.
  • the inorganic material layer is preferably a material for forming the above-described protective layer, and silicon, aluminum oxide, nitride, and nitride oxide are particularly preferable.
  • the thickness of the inorganic material layer is not particularly limited, but is usually preferably 5 to 500 nm, more preferably 10 to 200 nm per layer.
  • the inorganic material layer may have a laminated structure including a plurality of sublayers. In this case, each sublayer may have the same composition or a different composition. Further, as disclosed in the specification of US Patent Application Publication No. 2004/0046497, even if the interface with the organic material layer made of a polymer is not clear and the composition continuously changes in the film thickness direction. Good.
  • the thickness of the entire gas barrier layer is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 20 ⁇ m, and more preferably 0.3 to 10 ⁇ m.
  • the sealing film 25 is preferably provided on the positive electrode 16 or the protective layer 23.
  • the sealing film 25 preferably functions as a second support.
  • the sealing film 25 is suitably provided to prevent a substance that degrades the photoelectric conversion layer 15 (photoelectric conversion material) such as water or oxygen from entering the photoelectric conversion layer 15.
  • sealing film 25 examples include a configuration in which the material exemplified above as the protective layer 23 is formed as a gas barrier layer on a PET (polyethylene terephthalate) film or a PEN film. These may be pure substances, or may be a mixture of multiple compositions or a gradient composition. Of these, oxides, nitrides, and nitride oxides of silicon and aluminum are preferable.
  • the adhesive is not particularly limited, and for example, an emulsion type adhesive, an adhesive for wax hot melt lamination, an adhesive for dry lamination, and the like are preferable.
  • emulsion type adhesives include thermoplastic elastomers, LDPE (low density polyethylene), IO (ionomer), PVDC (polyvinylidene chloride resin), coating agents in which PE (polyethylene) wax and the like are dispersed.
  • wax hot melt lamination adhesive examples include OPP (biaxially oriented polypropylene film, nylon film, PET film, PVA (polyvinyl alcohol) film) coated with PVDC.
  • dry lamination adhesives examples include vinyl chloride-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), ethylene-vinyl alcohol copolymer, polyvinylidene chloride, nitrocellulose, acetic acid Examples include cellulose, ionomer resin, and silicone resin.
  • the sealing film is preferably provided on the protective layer 23 so that the gas barrier layer or the like is on the inner side (photoelectric conversion layer 15 side).
  • a surface functional layer may be provided outside the sealing film 25 (on the side opposite to the protective layer 23).
  • the surface functional layer include a matting agent layer, an antireflection layer, a hard coat layer, an antifogging layer, an antifouling layer, and an easy adhesion layer.
  • the surface functional layer is described in detail in JP-A-2006-289627.
  • Example 1 In Example 1, the solar cell 1A shown in FIG. 1 was manufactured, and the reduction rate (durability) of photoelectric conversion efficiency before and after bending was evaluated.
  • the solar cell no. 101 was produced.
  • TMPTA Trimethylolpropane triacrylate
  • Epoxy acrylate (Daicel Ornex Co., Ltd., EBECRYL 3702 (trade name)) 13g ⁇ Phosphate methacrylate (manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd., KAYAMER PM-21 (trade name)) 1g -Photopolymerization initiator (Lamberti, Esacure KTO 46 (trade name)) 0.5 g ⁇ 190g 2-butanone (MEK)
  • an ITO layer is formed as a transparent negative electrode 12 by high-frequency magnetron sputtering in an atmosphere of 0.1 Pa in which Ar gas and O 2 gas are introduced. (Film thickness 0.1 ⁇ m) was formed.
  • auxiliary metal wiring 13 On the ITO layer 12, silver (film thickness: 0.1 ⁇ m) was vacuum deposited to form the auxiliary metal wiring 13. At this time, square-lattice auxiliary metal wiring 13 (opening ratio 77%) was formed by vapor deposition in two steps using a striped metal mask having an opening width of 0.3 mm and a pitch of 2.5 mm.
  • a zinc oxide layer (thickness: 0.1 ⁇ m) containing crosslinked PVP using 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane as a crosslinking agent was formed as an electron transport layer 14.
  • a silver fine particle dispersion (NANOPASTE (Ag) NPS-JL (trade name) manufactured by Harima Kasei Co., Ltd.) was inkjet-printed and heat-treated at 140 ° C. for 15 minutes. By repeating this printing process twice in total, a positive electrode 16 (film thickness: 1.5 ⁇ m) made of silver was formed.
  • the PEN film on which the aluminum oxide vapor deposition film is formed as the sealing film 25, and the ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) film (adhesion layer) 24 as the sealant is sandwiched between the aluminum oxide vapor deposition film and the protective layer 23.
  • the laminate was laminated on the protective layer 23 by vacuum heating (140 ° C.).
  • the solar cell No. 1 having the gas barrier layer 21 is obtained. 101 was produced.
  • the PEDOT-PSS aqueous solution (manufactured by HC Starck Clevios, Clevios PH 500 (trade name)) (hereinafter referred to as “PEDOT-PSS aqueous solution II”) was spin-coated and then heat-treated at 120 ° C. for 15 minutes. Then, a PEDOT-PSS layer (thickness: 0.1 ⁇ m) containing polysiloxane was formed.
  • the hole transport layer 22 has a laminated structure of the above spiro-OMeTAD layer and a PEDOT-PSS layer containing polysiloxane.
  • the photoelectric conversion efficiency before bending is measured by irradiating pseudo-sunlight (irradiance: 80 mW ⁇ cm ⁇ 2 ) from the back surface (surface not forming the solar cell) side of the support 11 of each solar cell. did. That is, a source meter (Keithley Instruments, Inc.) is irradiated with light from a light source in which a xenon lamp (Newport, 96000 (trade name)) and an air mass filter (Newport, 84094 (trade name)) are combined. A current was measured by applying a voltage using a model 2400 (trade name). Photoelectric conversion efficiency was calculated from the obtained current-voltage characteristics using Peccell IV Curve Analyzer (trade name, manufactured by Pexel Technologies, ver. 2.1).
  • the back surface side of the support 11 of each solar cell was turned inside, wound around a round bar having a diameter of 1 cm, bent and immediately removed from the round bar and flattened. This operation was repeated 100 times. Furthermore, after storing in a high-temperature and high-humidity tank at 60 ° C. (90% relative humidity) for 100 hours, the photoelectric conversion efficiency (after bending) was measured.
  • the relative value of the photoelectric conversion efficiency after bending when the photoelectric conversion efficiency before bending was set to 1 was calculated and evaluated based on the following criteria. The results are shown in Table 1 together with the results of other examples.
  • S The photoelectric conversion efficiency (relative ratio) after the durability test is 0.9 or more
  • A The photoelectric conversion efficiency (relative ratio) after the durability test is 0.8 or more and less than 0.9
  • B Photoelectric conversion efficiency (relative ratio) after durability test is 0.6 or more and less than 0.8
  • C Photoelectric conversion efficiency (relative ratio) after durability test is less than 0.6
  • Example 2 In Example 2, the solar cell 1B shown in FIG. 2 was manufactured, and the reduction rate (durability) of photoelectric conversion efficiency before and after bending was evaluated.
  • the auxiliary metal wiring 13 was formed on the support 11 by the following method (silver salt method).
  • the following solution A was kept at 34 ° C., and the pH of solution A was adjusted to 2.95 using nitric acid (concentration 6%) while stirring at high speed using a mixing and stirring apparatus described in JP-A-62-160128. It was adjusted. Subsequently, the following solution B and the following solution C were added to the solution A at a constant flow rate over 8 minutes and 6 seconds using a double jet method to obtain a mixed solution. After completion of the addition, the pH of the mixed solution was adjusted to 5.90 using sodium carbonate (concentration 5%), and then the following solution D and solution E were added to the mixed solution.
  • the solution after the above operation is desalted and washed with water using a flocculation method at 40 ° C. according to a conventional method.
  • the following solution F and an antifungal agent are added and well dispersed at 60 ° C.
  • the pH was adjusted to 5.90, and finally a silver chlorobromide cubic grain emulsion containing 10 mol% of silver bromide and having an average grain size of 0.09 ⁇ m and a coefficient of variation of 10% was obtained.
  • the silver chlorobromide cubic grain emulsion was chemically sensitized at 40 ° C. for 80 minutes using 20 mg of sodium thiosulfate per mol of silver halide, and 4-hydroxy-6-methyl was added to the emulsion after chemical sensitization.
  • 1,3,3a, 7-tetrazaindene (TAI) was added in an amount of 500 mg per mol of silver halide and 1-phenyl-5-mercaptotetrazole was added in an amount of 150 mg per mol of silver halide to obtain a silver halide emulsion.
  • This silver halide emulsion had a volume ratio of silver halide grains to gelatin (silver halide grains / gelatin) of 0.625.
  • the thus obtained coating solution is a polyethylene naphthalate having a thickness of 100 ⁇ m and a transmittance of 92% (antireflection on the back surface) so that the basis weight in terms of silver is 0.625 g ⁇ m ⁇ 2.
  • a curing process was performed at 50 ° C. for 24 hours to obtain a photosensitive material.
  • the obtained photosensitive material was exposed with an ultraviolet exposure device through a photomask having a mesh pattern (line width: 5 ⁇ m, pitch: 300 ⁇ m).
  • the photosensitive material after the fixing treatment was subjected to physical development at 30 ° C. for 10 minutes using the following physical developer (PDEV-1) and then washed with tap water for 10 minutes.
  • PDEV-1 physical developer
  • electrolytic copper plating treatment was performed at 25 ° C. using the following electrolytic plating solution, followed by washing with water and drying treatment. In addition, the current control in electrolytic copper plating was performed over 3 minutes, 3 minutes for 1 minute and then 12 minutes for 1A. After completion of the electrolytic copper plating treatment, the substrate was washed with tap water for 10 minutes and dried using a dry air (50 ° C.) until it was in a dry state.
  • the auxiliary metal wiring 13 composed of a silver mesh pattern having a line width of 19 ⁇ m and a pitch of 300 ⁇ m was formed on the PEN film (support 11). .
  • PEDOT-PSS aqueous solution III PEDOT-PSS aqueous solution III
  • the photoelectric conversion layer 15 was formed on the electron transport layer 14 in the same manner as in the production of 101.
  • a PEDOT-PSS aqueous solution II was spin-coated on the photoelectric conversion layer 15 and then heat-treated at 120 ° C. for 15 minutes to form a hole transport layer 22 (film thickness 0.1 ⁇ m) containing polysiloxane.
  • solar cell No. In the same manner as in the production of 101, the positive electrode 16 and the protective layer 23 were formed on the hole transport layer 22.
  • Example 3 In Example 3, the solar cell 1C shown in FIG. 3 was manufactured, and the reduction rate (durability) of photoelectric conversion efficiency before and after bending was evaluated.
  • a PEDOT-PSS aqueous solution III was inkjet-printed on the surface of the PEN film on which the auxiliary metal wiring 13 was formed. Immediately after that, an ethanol solution of Zn (acac) 2 (4% by mass) was spin-coated on the coating film of the PEDOT-PSS aqueous solution III, and then heat-treated at 140 ° C. for 1 hour to obtain a transparent negative electrode 12.
  • a PEDOT-PSS layer containing polysiloxane (film thickness 0.2 ⁇ m) and a zinc oxide layer containing polysiloxane (film thickness 0.1 ⁇ m) as the electron transport layer 14 were simultaneously formed.
  • the polysiloxane of the zinc oxide layer was formed by the condensation of 3-glycidylpropyltrimethoxysilane in PEDOT-PSS aqueous solution III into an ethanol solution of Zn (acac) 2 (4% by mass). Conceivable.
  • porous layer 17 On the electron transport layer 14, a zinc oxide fine particle dispersion (Buhler, Nano Sunguard in ethanol II (trade name)) is spin-coated to form a porous layer 17 (average film thickness 0.3 ⁇ m) made of zinc oxide. did.
  • a zinc oxide fine particle dispersion Buhler, Nano Sunguard in ethanol II (trade name)
  • porous layer 17 and photoelectric conversion layer 15 On the electron transport layer 14, an aluminum oxide fine particle dispersion (Sigma-Aldrich, 642991 (trade name)) was spin-coated to form a porous layer 17 (average film thickness 0.3 ⁇ m) made of aluminum oxide. . Next, solar cell No. The photoelectric conversion layer 15 was formed on the porous layer 17 in the same manner as in the production of 102.
  • Solar cell No. In the same manner as in the manufacture of 201, the auxiliary metal wiring 13 and the negative electrode 12 were formed on the support 11. (Formation of electron transport layer, porous layer and photoelectric conversion layer) Next, solar cell No. In the production of Solar Cell No. 201, except that PVB and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane were not added and the titanium oxide fine particle dispersion was spin-coated and heat-treated to form an electron transport layer. In the same manner as in the manufacture of 201, an electron transport layer was formed. On this electron transport layer, solar cell no. In the same manner as in the manufacture of 302, the porous layer 17 and the photoelectric conversion layer 15 were formed.
  • a chlorobenzene solution of spiro-OMeTAD (12% by mass) in which Li-TFSI (17% by mass) acetonitrile solution (5% by mass) and 4-tert-butylpyridine (1% by mass) are mixed is rotated on the photoelectric conversion layer 15. This was applied to form a spiro-OMeTAD layer (film thickness 0.05 ⁇ m).
  • a PEDOT-PSS aqueous solution I was spin-coated on the spiro-OMeTAD layer and then heat-treated at 120 ° C. for 15 minutes to form a PEDOT-PSS layer (film thickness: 0.1 ⁇ m).
  • the hole transport layer 22 has a laminated structure of the above spiro-OMeTAD layer and PEDOT-PSS layer.
  • the solar cell of the present invention having an electron transport layer containing an insulating material and a crosslinked polymer exhibits durability against bending regardless of the structure shown in FIGS. It was excellent.
  • the durability is excellent (solar cells No. 101 and 102).
  • a solar cell provided with a negative electrode formed of a conductive polymer and a specific polymer it was found that durability is excellent when a polyfunctional compound that reacts or polymerizes with a polymer is used (solar cell No. 1). 201, 202, 301 and 302).
  • the solar cell in which the electron transport layer does not contain a crosslinked polymer has insufficient durability against bending in any of the structures shown in FIGS.
  • the electron transport layer contains a crosslinkable polymer but is not crosslinked with a crosslinking agent, a solar cell having excellent durability against bending could not be obtained (solar cells No. c102, c104, c203). And c303).

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Abstract

 太陽電池は、支持体上に、透明な負極と、前記負極に接する補助金属配線と、前記負極に対向する正極と、前記負極および前記正極の間に光電変換層とを有する太陽電池であって、前記負極と前記光電変換層との間に電子輸送材料と絶縁材料とを含む電子輸送層を有し、前記絶縁材料が、架橋性官能基を複数有する化合物で、架橋性高分子を架橋してなる架橋高分子である。

Description

太陽電池
 本発明は、太陽電池に関する。
 太陽電池は、一般的には、支持体上に設けられた一対の電極と、当該一対の電極の間に電荷ブロッキング層(正孔輸送層や電子輸送層)および光電変換層を備えている。
近年、特に、軽量化され、様々な場面に適用できるようにフレキシブルで、コストを低減した太陽電池の需要が高まっている。
 例えば、特許文献1には、負極用補助配線としてメッシュパターンの金属電極(メッシュ電極)を有する光電セル(有機薄膜太陽電池)が記載されており、このメッシュ電極が充分な可撓性を有することも記載されている(段落<0019>)。
 太陽電池の負極と光電変換層との間に設けられる電子輸送層を形成する方法および材料についても、研究されている。
 例えば、特許文献2には、二酸化チタン粒子が分散した分散液を塗布して電子輸送層を形成する方法が提案されている。
 また、電荷ブロッキング層(正孔輸送層および電子輸送層)を形成する材料として、無機酸化物、無機フッ化物もしくは無機窒化物(特許文献1および3)またはバインダー樹脂(特許文献4~6)等の絶縁性材料と、導電性材料と、を用いることも提案されている。
特表2006-521700号公報 米国特許出願公開第2011/0049504号明細書 特開2009-182095号公報 特開2008-74813号公報 特開2003-332075号公報 特開2004-119555号公報
 フレキシブルな太陽電池には、その使用形態によって、特に、折り曲げ前後によって、光電変換効率が変化しないことが求められている。
 しかし、特許文献1のようなメッシュ電極または補助金属配線を設けた太陽電池では、折り曲げによって光電変換効率が低下することが分かった。このような折り曲げに対する耐久性の低下防止は、特許文献2に記載の方法で電子輸送層を成膜しても、また特許文献3~6に記載されているように電子輸送層の材料として絶縁材料と導電性材料を単に併用しても、まだ十分ではなく、改善の余地があった。
 本発明は、折り曲げに対する耐久性が優れた太陽電池を提供することを課題とする。
 本発明者は、フレキシブルな太陽電池を折り曲げると、補助金属配線の角部近傍の負極または電子輸送層に折り曲げ応力が集中しやすく、亀裂(クラック)の発生または層間剥離が生じることを見出した。
さらに検討を進めたところ、電子輸送材料と特定の架橋高分子とを併用して電子輸送層を形成すると、可撓性が増大して、電子輸送層が補助金属配線または負極に接していても、クラックの発生も層間剥離も生じにくくなることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて完成された。
 すなわち、上記の課題は以下の手段により解決された。
<1>支持体上に、透明な負極と、負極に接する補助金属配線と、負極に対向する正極と、負極および正極の間に光電変換層と、を有する太陽電池であって、
 負極と光電変換層との間に、電子輸送材料と絶縁材料とを含む電子輸送層を有し、絶縁材料が、架橋性官能基を複数有する化合物で、架橋性高分子を架橋してなる架橋高分子である、太陽電池。
<2>架橋性官能基が、電子輸送層が接する負極または補助金属配線を形成する材料と化学結合する反応性基を兼ねる<1>に記載の太陽電池。
<3>負極が、導電性高分子を含有する<1>または<2>に記載の太陽電池。
<4>負極が、架橋性官能基を複数有する化合物の重合体を含有する<1>~<3>のいずれかに記載の太陽電池。
<5>電子輸送材料が、金属酸化物である<1>~<4>のいずれかに記載の太陽電池。<6>電子輸送層と光電変換層との間に多孔質層を有する<1>~<5>のいずれかに記載の太陽電池。
<7>光電変換層が、電子供与性の有機化合物を含有する<1>~<6>のいずれかに記載の太陽電池。
<8>光電変換層が、ペロブスカイト構造を有する化合物を含有する<1>~<6>のいずれかに記載の太陽電池。
<9>支持体が、可撓性である<1>~<8>のいずれかに記載の太陽電池。
<10>支持体と反対側に第二の支持体が貼り合わされてなる<1>~<9>のいずれかに記載の太陽電池。
 本明細書において化合物の表示については、当該化合物そのもののほか、その塩、そのイオンを含む意味に用いる。また、目的の効果を奏する範囲で、構造の一部を変化させたものを含む意味である。さらに、置換・無置換を明記していない化合物については、所望の効果を奏する範囲で、任意の置換基を有していてもよい意味である。
 なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
 本発明により、折り曲げに対する耐久性が優れた太陽電池を提供できる。
本発明の太陽電池の構造を模式的に示す図である。 本発明の太陽電池の別の構造を模式的に示す図である。 本発明の太陽電池のまた別の構造を模式的に示す図である。
<太陽電池>
 本発明の太陽電池は、支持体上に、透明な負極と、負極に接する補助金属配線と、負極に対向する正極と、負極および正極の間に設けられた光電変換層と、負極および光電変換層の間に設けられた電子輸送層とを有する。本発明の太陽電池は、少なくともこのような構造を有していれば、その他の構造は特に限定されない。
 なお、本発明において、太陽電池には、太陽電池を構成する光電変換ユニット(光電変換素子)をも含む。
 本発明の太陽電池の好ましい構造を図面に基づいて説明する。
 なお、各図に示される太陽電池は、本発明の理解を容易にするための模式図であり、各部材のサイズないし相対的な大小関係等は説明の便宜上大小を変えている場合があり、実際の関係をそのまま示すものではない。また、本発明で規定する事項以外はこれらの図面に示された外形、形状に限定されるものでもない。
 図1~図3は、各々、太陽電池の好ましい構造を模式的に表わす縦断面図である。図1~図3において、11は支持体、12は負極、13は補助金属配線、14は電子輸送層、15は光電変換層、16は正極、17は多孔質層を示す。また、21はガスバリア層、22は正孔輸送層、23は保護層、24は接着層、25は封止フィルム(第二の支持体)を示す。
 図1に示される太陽電池1Aは、支持体11上に、順に、ガスバリア層21、負極12、補助金属配線13、補助金属配線13および負極12を覆う電子輸送層14、光電変換層15、正孔輸送層22、正極16、保護層23、接着層24および封止フィルム25が設けられている。
 図2に示される太陽電池1Bは、補助金属配線13が支持体11上で負極12の内部に設けられ、支持体11の他方の表面に接着層24を介して封止フィルム25が設けられていること以外は太陽電池1Aと同様である。
 図3に示される太陽電池1Cは、電子輸送層14と光電変換層15との間に多孔質層17が設けられていること以外は太陽電池1Bと同様である。
 太陽電池1A~1Cは、それぞれ、負極12と正極16とを外部回路で動作手段(電動モーターや各種(オプト)エレクトロニクス装置)に仕事をさせる電池用途に使用できる。
 本発明の太陽電池は、可撓性を有している。可撓性は、目的や支持体の材質、製造方法等に応じて適宜選択できる。例えば、製造時や製造後の取扱い、加熱、冷却等での変形でも光電変換特性が低下しない目安として、曲率半径2cm以下の湾曲が可能であるのが好ましく、曲率半径1cm以下の湾曲が可能であるのがより好ましい。
 本発明の太陽電池は、上記のような可撓性を有し、折り曲げて用いられることもある。このような使用形態においても、また補助金属配線13を有していても、電子輸送層14が可撓性を有し、折り曲げによって電子輸送層14にクラックが発生しにくく、負極12との層間剥離も生じにくい。
 <支持体>
 支持体11は、その上に形成される各層からなる太陽電池を保持することができるものであれば特に限定されず、例えば、ガラス、プラスチックフィルムなど、目的に応じて適宜選択できる。
 本発明においては、フレキシブルな太陽電池となる点で、支持体11はプラスチックフィルム等の可撓性を有するものが好ましい。プラスチックフィルム(支持体11)が有する可撓性は、上記した、本発明の太陽電池の可撓性と同義であることが好ましい。
 以下、支持体の代表的な例としてプラスチックフィルムについて説明する。
 プラスチックフィルムの材質としては、具体的には、例えば、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸-マレイン酸共重合体からなる樹脂、ポリスチレン樹脂、フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、セルロースアシレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、シクロオレフィルンコポリマーからなる樹脂、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂、フルオレン環変性ポリエステル樹脂、アクリロイル化合物等の熱可塑性樹脂が挙げられる。
 プラスチックフィルムは、耐熱性を有することが好ましい。具体的には、ガラス転移温度(Tg)が100℃以上、および、線膨張係数が40ppm/K以下の少なくともいずれかの物性を満たすことが好ましい。
 なお、プラスチックフィルムのTgおよび線膨張係数は、JIS-K7121に記載のプラスチックの転移温度測定方法、および、JIS-K7197に記載のプラスチックの熱機械分析による線膨張率試験方法により測定され、本発明においては、この方法により測定した値を用いる。
 プラスチックフィルムのTgや線膨張係数は、添加剤等によって調整することができる。このような耐熱性に優れる熱可塑性樹脂として、例えば、ポリエチレンナフタレート(PEN:120℃(Tg、以下同じ))、ポリカーボネート(PC:140℃)、脂環式ポリオレフィン(例えば日本ゼオン株製、ゼオノア1600(商品名):160℃)、ポリアリレート(PAr:210℃)、ポリエーテルスルホン(PES:220℃)、ポリスルホン(PSF:190℃)、シクロオレフィンコポリマー(COC:特開2001-150584号公報の化合物:162℃)、フルオレン環変性ポリカーボネート(BCF-PC:特開2000-227603号公報の化合物:225℃)、脂環変性ポリカーボネート(IP-PC:特開2000-227603号公報の化合物:205℃)、アクリロイル化合物(特開2002-80616号公報の化合物:300℃以上)、ポリイミド等が挙げられる。なかでも、ポリエチレンナフタレートが好ましい。
 本発明において、支持体11は、光に対して透明であることが求められる。より具体的には、400~800nmの波長範囲の光に対する光透過率は、通常80%以上が好ましく、より好ましくは85%以上、さらに好ましくは90%以上である。光透過率は、JIS-K7105に記載された方法、すなわち積分球式光透過率測定装置を用いて全光透過率および散乱光量を測定し、全光透過率から拡散透過率を引いて算出することができる。
 支持体11の厚みに関しては、特に制限はないが、典型的には1~800μmであり、好ましくは10~300μmである。
 <機能層>
 支持体11の裏面(負極等を設けない側の面)には、公知の機能層を設けてもよい。機能層の例としては、ガスバリア層、マット剤層、反射防止層、ハードコート層、防曇層、防汚層等が挙げられ特開2006-289627号公報の段落<0036>~<0038>に詳しく記載されている。
 <易接着層/下塗り層>
 支持体11、特にプラスチックフィルムの表面(負極等を設ける側の面)は、密着性向上の観点から、易接着層または下塗り層を設けてもよい。易接着層または下塗り層は、単層であってもよく、多層であってもよい。
 易接着層または下塗り層の形成には、各種の親水性下塗ポリマーが用いられる。親水性下塗ポリマーとしては、ゼラチン、ゼラチン誘導体、カゼイン、寒天、アルギン酸ソーダ、でんぷん、ポリビニルアルコール等の水溶性ポリマー、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロースエステル、塩化ビニル含有共重合体、塩化ビニリデン含有共重合体、アクリル酸エステル含有共重合体、酢酸ビニル含有共重合体、ブタジエン含有共重合体等からなるラテックスポリマー、ポリアクリル酸共重合体からなるポリマー、無水マレイン酸共重合体からなるポリマー等が例示される。
 易接着層または下塗り層の乾燥後の塗布膜厚は、50nm~2μmの範囲であることが好ましい。なお、支持体を仮支持体として用いる場合には、支持体表面に易剥離性処理を施すことも可能である。
 <負極>
 支持体11上には負極12が設けられる。好ましくは可視光から近赤外光(380~800nm)の光を透過する透明な負極である。ここで、透明とは、可視光から近赤外光の平均光透過率が75%以上であることを意味する。なお、負極の層構成は、特に限定されず、単層構造でも積層構造等でもよい。
 負極を形成する材質としては、特に限定されないが、例えば、金属、金属酸化物、導電性高分子、これらの混合物が挙げられる。なかでも、可撓性の点で、導電性高分子が好ましい。
 金属としては、例えば、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、銅、亜鉛、ストロンチウム、銀、インジウム、スズ、バリウム、ビスマス等の金属、および、これらの合金が挙げられる。
 金属酸化物としては、例えば、酸化スズ、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、酸化亜鉛、アンチモンドープ酸化亜鉛(AZO)、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウムタングステン(IWO)等の透明導電性酸化物(TCO)等が挙げられる。
 導電性高分子としては、導電性を有する高分子化合物であれば、特に制限はなく、輸送する電荷担体(キャリア)に関しては、正孔、電子のいずれでもよい。具体的な導電性高分子の例としては、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレン、ポリアセチレン、ポリキノキサリン、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアジアゾール等や、これら導電骨格を複数有する高分子化合物等が挙げられる。
 これらのなかでも、ポリチオフェンが好ましく、ポリエチレンジオキシチオフェン、ポリチエノチオフェンが特に好ましい。これらのポリチオフェンは導電性を得るために、通常、部分酸化されている。導電性高分子の電気伝導率は部分酸化の程度(ドープ量)で調節することができ、ドープ量が多いほど電気伝導率が高くなる。部分酸化によりポリチオフェンはカチオン性となるので、電荷を中和するための対アニオンを要する。そのようなポリチオフェンの例としては、ポリスチレンスルホン酸を対イオンとするポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT-PSS)が挙げられる。
 導電性高分子は、単独での体積抵抗率が1×10-1Ω・cm以下が好ましく、1×10-2Ω・cm以下がより好ましい。このような導電性高分子を含むことで、負極の体積抵抗率として5×10-1Ω・cm以下となることが好ましく、5×10-2Ω・cm以下となることがより好ましい。
 負極を構成する導電性高分子は、適用しようとする太陽電池の作用スペクトル範囲において透明であることを要し、通常、可視光から近赤外光の光透過性に優れることを要する。具体的には、導電性高分子を厚さ0.2μmの層に形成したときの、波長380~800nm領域における平均光透過率が上記範囲内にあるのが好ましい。
 導電性高分子は、所望の導電性を損なわない範囲であれば、他のポリマーと併用されてもよい。他のポリマーは、塗布性を向上させる目的や膜強度を高める目的で用いられる。他のポリマーの例としては、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸-マレイン酸共重合体からなる樹脂、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、セルロースアシレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、シクロオレフィルンコポリマーからなる樹脂、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂、フルオレン環変性ポリエステル樹脂、アクリロイル化合物等の熱可塑性樹脂や、ゼラチン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピリジン、ポリビニルイミダゾール等の親水性ポリマー等が挙げられる。
 負極は、架橋性官能基を複数有する化合物の重合体(架橋性官能基を複数有する化合物の架橋性官能基同士が重合してなる重合体)を含有することが好ましい。特に、負極を形成する材料として導電性高分子を用いる場合、この重合体を含有することが好ましい。この重合体は、導電性高分子と反応してなる重合体(架橋物)であってもよく、架橋性官能基を複数有する化合物の単独重合体でもよい。重合体は単独重合体であることが好ましい。
 この重合体を形成する化合物は、後述する、架橋性官能基を複数有する化合物であればよく、架橋性官能基が重合可能な重合性基を兼ねるものが好ましい。具体的には、各種の金属アルコキシド、シランカップリング剤、多官能性エポキシモノマー、多官能性イソシアネートモノマー、多官能性(メタ)アクリルモノマー、メチロールメラミン誘導体等が挙げられる。
 このような架橋性官能基を複数有する化合物の重合体としては、金属酸化物ゲル、ポリシロキサン、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、(メタ)アクリル樹脂、メラミン樹脂等が挙げられる。
 負極中の、架橋性官能基を複数有する化合物の重合体の含有率は、特に限定されない。
 負極が、絶縁材料として上記架橋性官能基を複数有する化合物の重合体を含有していると、負極の可撓性が増大し、折り曲げによるクラックの発生を防止できる。特に、図2および図3に示す構造を有する太陽電池1Bおよび1Cにおいて、負極12が導電性高分子と上記架橋性官能基を複数有する化合物の重合体とを含有していると、可撓性の向上効果が高くなる。また、電子輸送層との密着性も改善できる。ここで、可撓性の向上効果が発現する理由はまだ定かではないが、後述する電子輸送層と同様であると考えられる。
 負極の厚みは、透明性を確保できれば特に限定されないが、0.05~1μmであるのが好ましく、0.1~0.3μmであるのがさらに好ましい。
 <補助金属配線>
 本発明において、支持体11または負極12上には、負極12と接する補助金属配線13が配置されている。導電性の高い補助金属配線13を負極12と接するように設けると、太陽電池の導電性を向上できる。なお、補助金属配線13は、必ずしも負極12の支持体11側(図1~図3において下方)に設けられる必要はなく、少なくとも負極12と接するように形成されていればよい。例えば、図1に示されるように支持体11上に負極12を先に形成してから負極12上に補助金属配線13を形成してもよく、また図2および図3に示されるように支持体11上に設けられた補助金属配線13を覆うように負極12を設けてもよい。
 補助金属配線は各種の金属材料を含んで形成される。金属材料の例としては、金、白金、鉄、銅、銀、アルミニウム、クロム、コバルト、ステンレス鋼等が挙げられる。金属材料としては、体積抵抗率が1×10-5Ω・cm以下のものが好ましく、具体的には、銅、銀、アルミニウム、金等の低抵抗金属が挙げられる。なかでも、製造コストと材料コストが低く、酸化されにくい銀または銅が特に好ましく用いられる。
 補助金属配線13のパターン形状は、特に限定されないが、光透過性および導電性の観点から、メッシュ状のもの(メッシュパターン電極)が好ましい。メッシュパターンは、特に制限がなく、正方形、長方形、菱形等の格子状、縞状(ストライプ状)、ハニカムまたは曲線の組合せが挙げられる。
 補助金属配線13の断面形状は、折り曲げ時の応力集中を抑えるには角部がない形状が好ましいが、本発明では後述する電子輸送層が十分な可撓性を有しているので、特に限定されない。例えば、図1~図3示されるように、角部を有する断面矩形とすることもできる。
 補助金属配線13のメッシュデザインは、開口率(光透過率)と表面抵抗(電気伝導率)が所望の値となるように調整される。このようなメッシュパターンの補助金属配線とする場合、メッシュの開口率は通常は70%以上であり、80%以上が好ましく、85%以上がより好ましい。光透過率と電気伝導率はトレードオフの関係にあるため、開口率は大きいほど好ましいが、現実的には95%以下となる。
 負極12を設置していない状態での補助金属配線13の表面抵抗は10Ω/□以下であることが好ましく、3Ω/□以下であることがさらに好ましく、1Ω/□以下であることがより好ましい。
 補助金属配線の厚みは、特に限定されないが、通常、0.02~20μm程度である。
 補助金属配線の線幅は、光透過性と導電性の観点から、平面視による線幅が1~500μmの範囲であり、10~300μmが好ましい。
 補助金属配線のピッチは小さい(メッシュが細かい)方が太陽電池の特性上有利である。しかし、ピッチが小さいと光の透過率が低下するのでこれらを比較考慮のうえ適宜に決定される。例えば、ピッチは補助金属配線の線幅に応じて変化するが、平面視によるピッチが0.05~5mmであることが好ましく、0.1~3mmがより好ましい。
 補助金属配線は、大面積集電のために、バスライン(太線)を有していてもよい。バスラインの線幅やピッチは、使用する材料に応じて適宜選択される。
 補助金属配線の形成方法としては、特に制限はなく、公知の形成方法を適宜使用しうる。例えば、予め作製したメッシュパターン金属を支持体11の表面に貼り合せる方法、導電材料をメッシュパターンに塗布する方法、蒸着もしくはスパッタ等の物理的気相堆積法(PVD法)を用いて導電膜を全面に形成した後にエッチングしてメッシュパターンの導電膜を形成する方法、スクリーン印刷、インクジェット印刷等の各種印刷法によりメッシュパターンに導電材料を塗布する方法、蒸着もしくはスパッタによりシャドウマスクを用いてメッシュパターンの正極用補助配線を支持体11の表面に直接形成する方法、特開2006-352073号公報および特開2009-231194号公報等に記載のハロゲン化銀感光材料を用いる方法(以下、銀塩法と呼ぶことがある)等が挙げられる。
 補助金属配線をメッシュ電極として形成する場合は、そのピッチが小さいため、銀塩法で形成することが好ましい。銀塩法で補助金属配線を形成する場合、補助金属配線を形成するための塗液を支持体上に塗布し、補助金属配線を形成するための塗膜に対してパターン露光を行う工程と、パターン露光された塗膜を現像する工程と、現像された塗膜を定着する工程とにより、支持体上に所望のパターンを有する補助金属配線を形成することができる。
 銀塩法で作製される補助金属配線は、銀と親水性ポリマーの層である。親水性ポリマーの例としては、ゼラチン、ゼラチン誘導体、カゼイン、寒天、アルギン酸ソーダ、でんぷん、ポリビニルアルコール等の水溶性ポリマー、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース等のセルロースエステル等が例示される。層内には銀や親水性ポリマーのほかにも塗布、現像、定着工程に由来する物質が含まれる。
 銀塩法で補助金属配線を形成した後に銅めっきを施して、さらに導電性を高め、イオンマイグレーションを抑制する補助金属配線を得る方法も好ましく用いられる。
 支持体上に補助金属配線を設ける場合には、その開口部に補助金属配線の表面と同一となる表面を有する平滑化層を設けることができる。平滑化層は透明材料であれば特に制限はない。特には、窒化ケイ素、酸化ケイ素、窒化酸化ケイ素の透明な無機材料、あるいはメタアクリレート等の樹脂材料を用いることができる。
 <電子輸送層>
 負極12および補助金属配線13の上には、電子輸送層14が形成される。電子輸送層14は、電子捕集層や正孔(ホール)ブロッキング層等とも呼ばれることもある。
 この電子輸送層14は、少なくとも、電子輸送材料と、絶縁材料として架橋高分子と、を含有している。
 電子輸送材料および架橋高分子は、電子輸送層14中に存在(含有)していればよく、それぞれ単独で存在していても、化学的または物理的な相互作用等により例えば複合体等を形成して存在していてもよい。なお、電子輸送層14は、未架橋の高分子化合物または多官能性化合物を有していてもよい。
 電子輸送層が架橋高分子を含有していると、折り曲げに対する耐久性が優れる理由の詳細はまだ明らかではないが、次のように推定される。すなわち、電子輸送層において、電子輸送材料間に架橋高分子が介在し、折り曲げ応力を分散、緩衝することができ、また、折り曲げ等の変形によって電子輸送材料の一部にクラック等の欠陥が発生しても電子輸送層全体に欠陥が伝播することを防ぐことによって電子輸送性の低下を抑制でき、電子輸送層の可撓性が高くなる。
 また、電子輸送材料と架橋高分子とを含有する電子輸送層を形成すると、電子輸送材料、特に金属酸化物微粒子からなる電子輸送層の、光電変換層塗布時の欠陥発生を防止できる。すなわち、プラスチックフィルムを支持体とし、かつ金属酸化物微粒子を含む塗布液を塗布して形成した電子輸送層を有する、可撓性のある太陽電池は、プラスチックフィルムの材質が分解しないように電子輸送層を低温で焼成する必要があるが、低温で焼成すると、金属酸化物微粒子の塗布液中での分散性を向上させるための分散剤が電子輸送層に残留するので、光電変換層を塗布形成する際に、光電変換層を形成する塗布液に金属酸化物微粒子が再分散してしまい電子輸送層の欠陥が発生する。
 しかし、本発明においては、架橋高分子により、金属酸化物微粒子が固定されるので、金属酸化物微粒子の再分散を抑えることができると考えられる。
 さらに、負極が、導電性高分子を含む場合は、負極と電子輸送層がどちらも同一の架橋性官能基を複数有する化合物の重合体を含むことが好ましい。このような構成にすることで、導電性高分子を含む負極と電子輸送層の剥離を抑制でき、また、電子輸送層自体にクラック等の欠陥が発生することも防止できる。さらに、太陽電池の製造において、同一の、架橋性の多官能性化合物を用いることで、導電性高分子を含む塗布液と、電子輸送材料を含む塗布液を塗布した後に、加熱、または電磁波(紫外線、可視光、赤外線)の照射により、両塗布液の多官能性化合物を一括して架橋反応または重合反応等させると、負極と電子輸送層にまたがる網目状高分子または多官能性化合物の重合体が形成され、太陽電池の可撓性・耐久性を向上させることができる。
 (電子輸送材料)
 電子輸送材料としては、後述の光電変換層で挙げる電子受容材料、および、Chemical Reviews、第107巻、953~1010頁(2007年)に「Electron-Transporting and Hole-Blocking Materials」として記載されているものが挙げられる。
 また、アルカリ金属やアルカリ土類金属のフッ化物、酸化物、炭酸塩等も用いられる。
 なかでも、各種金属酸化物が、安定性が高い電子輸送層の材料として好ましく利用され、例えば、酸化リチウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化カルシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ストロンチウム、酸化ニオブ、酸化ルテニウム、酸化インジウム、酸化バリウム、酸化タングステン等が挙げられる。これらのうち比較的に安定な酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛がより好ましい。
 (絶縁材料)
 絶縁材料は、架橋性官能基(架橋反応に関与し得る官能基)を複数有する化合物(多官能性化合物ともいう)1種類以上と、高分子化合物1種類以上とを架橋反応してなる、絶縁性を持つ架橋高分子であれば特に限定されない。電子輸送層が電子輸送材料と共にこのような絶縁材料を含有していると、可撓性のある太陽電池における電子輸送層の耐久性を向上させることができる。
 架橋高分子は、多官能性化合物を架橋剤として高分子化合物と架橋反応した架橋部を有し、高分子化合物が網目状に架橋した架橋物が好ましい。これにより、電子輸送層の可撓性、ひいては太陽電池の耐久性が優れたものとなる。
  [高分子化合物]
 架橋高分子を形成する高分子化合物としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができるが、多官能性化合物の架橋性官能基と架橋反応する架橋性基を有するものが好ましい。例えば、有機樹脂、ケイ素樹脂(シリコーン樹脂)、各種の金属アルコキシド化合物を加水分解および重縮合して得られる高分子化合物(ゾルゲル法)が挙げられる。
 有機樹脂およびケイ素樹脂としては、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。有機樹脂としては、熱可塑性樹脂や熱硬化性樹脂を形成する単量体(モノマー)や重合体(オリゴマーやポリマー)を単独、または組み合わせて使用できる。
 高分子化合物が有する架橋性基としては、例えば、加水分解可能な基を有するシリル基(例えば、アルコキシシリル基、アシルオキシシリル基等)、反応性不飽和二重結合を有する基(例えば、(メタ)アクリロイル基、アリル基、ビニルオキシ基等)、開環重合反応性基(例えば、エポキシ基、オキセタニル基、オキサゾリル基等)、活性水素原子を有する基(例えば、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、カルバモイル基、メルカプト基、β-ケトエステル基、ヒドロシリル基、シラノール基等)、イソシアネート基、ホルミル基(アルデヒド基)、メチロール基、酸無水物基、求核剤によって置換され得る基(活性ハロゲン原子、スルホン酸エステル等)等が挙げられる。
 なかでも、開環重合反応性基(特にエポキシ基)、活性水素原子を有する基(特に、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、シラノール基)、イソシアネート基、ホルミル基、メチロール基等が好ましく、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、メチロール基が特に好ましい。
 上記モノマーとしては、負極や補助金属配線、電子輸送材料に好ましく用いられる金属酸化物と化学結合可能な親水性モノマー成分が好ましく、例えば、テトラヒドロフルフリル基、リン酸部位、リン酸エステル部位、4級アンモニウム塩の部位、エチレンオキシ鎖、プロピレンオキシ鎖、スルホン酸基およびその塩、モルホリノエチル基等を含んでなるモノマー、アルコキシアルキル(メタ)アクリレート、ヒドロキシアルキル(メタ)アクリレート、グリセロール(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、N-メチロールアクリルアミド、2級または3級のアルキルアクリルアミド、ジアルキルアミノアルキル(メタ)アクリレート、モルホリン(メタ)アクリレート、N-ビニルピロリドン、N-ビニルカプロラクタム、ビニルイミダゾール、ビニルトリアゾール、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、分岐または直鎖のプロピル(メタ)アクリレート、分岐または直鎖のブチル(メタ)アクリレート、フェノキシヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、2-、3-または4-ビニルフェノール等の各成分が挙げられる。
 有機樹脂としては、負極を構成する導電性高分子と併用しうる他のポリマーで説明した各種ポリマーや、ポリビニルフェノール、ポリビニルブチラール、ポリエチレングリコール等が挙げられる。
 また、ケイ素樹脂としては、各種のポリシロキサン、ポリオルガノシロキサン、ポリシルセスキオキサン等が挙げられる。
 なかでも、ポリ(4-ビニルフェノール)、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコールが、負極や補助金属配線、電子輸送材料に好ましく用いられる金属酸化物と化学結合可能な点で、好ましい。
  [多官能性化合物]
 本発明において、多官能性化合物は、架橋性官能基を複数有し、上記高分子化合物と架橋反応するものを、特に限定されることなく、用いることができる。好ましくは、負極または補助金属配線に含有する材料等と反応、重合または相互作用するものである。
 1.高分子化合物と架橋反応する多官能性化合物
 多官能性化合物は、架橋性官能基を複数有し、上記高分子化合物を架橋させる架橋剤として機能する。
 多官能性化合物は、架橋性官能基を、好ましくは2~6個有する化合物であれば、特に限定されない。
 架橋性官能基としては、高分子化合物の架橋性基と架橋反応しうる基または他の架橋性官能基と反応しうる基であれば特に限定されない。このような架橋性官能基として、例えば、高分子化合物が有する架橋性基と同じ架橋性官能基が挙げられる。なかでも、加水分解可能な基を有するシリル基、開環重合反応性基、活性水素原子を有する基、イソシアネート基、ホルミル基、メチロール基、酸無水物基が好ましく、アルコキシシリル基、エポキシ基、水酸基、カルボキシル基、アミノ基、シラノール基、イソシアネート基、ホルミル基、メチロール基が特に好ましい。
 多官能性化合物の複数の架橋性官能基は、同種でも異種でもよい。他の絶縁材料や、電子輸送層に接する補助金属配線、負極、光電変換層の材料、塗布方法に応じて、種類や数を適宜選択することができる。
 ここで、架橋性官能基が同種である場合、まったく同一の架橋性官能基であることに加えて、基本構造が同一でも異なる基を有するもの(例えば、ヒドロキシシリル基とアルコキシシリル基)も包含される。
 多官能性化合物としては、各種の金属アルコキシド、シランカップリング剤、多官能性エポキシモノマー、多官能性イソシアネートモノマー、多官能性(メタ)アクリルモノマー、多官能性アルデヒド、メチロールメラミン誘導体等が挙げられる。
 シランカップリング剤としては、例えば、アミノ基含有シランカップリング剤、ビニル基含有シランカップリング剤、エポキシ基含有シランカップリング剤、メルカプト基含有シランカップリング剤、イソシアネート基含有シランカップリング剤、(メタ)アクリル基含有シランカップリング剤等が挙げられる。
 より具体的には、ヒドロキシメチルメチルジエトキシシラン、N-(メチルジエトキシシリルプロピル)-O-ポリエチレンオキシドウレタン、N-(3-メチルジエトキシシリルプロピル)-4-ヒドロキシブチルアミド、N-(3-メチルジエトキシシリルプロピル)グルコンアミド、ビニルメチルジメトキシシラン、ビニルメチルジエトキシシラン、ビニルメチルジブトキシシラン、ビニルメチルビス(2-メトキシエトキシ)シラン、ビニルデシルメチルジメトキシシラン、ビニルオクチルメチルジメトキシシラン、ビニルフェニルメチルジメトキシシラン、2-(メタ)アクリロキシエチルメチルジメトキシシラン、2-(メタ)アクリロキシエチルメチルジエトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3-(メタ)-アクリロキシプロピルメチルビス(2-メトキシエトキシ)シラン、3-(ビニルフェニルアミノ)プロピルメチルジメトキシシラン、3-(ビニルフェニルアミノ)プロピルメチルジエトキシシラン、3-(ビニルベンジルアミノ)プロピルメチルジエトキシシラン、3-(ビニルベンジルアミノ)プロピルメチルジエトキシシラン、3-[2-(N-ビニルフェニルメチルアミノ)エチルアミノ]プロピルメチルジメトキシシラン、
3-[2-(N-イソプロペニルフェニルメチルアミノ)エチルアミノ]プロピルメチルジメトキシシラン、2-(ビニルオキシ)エチルメチルジメトキシシラン、3-(ビニルオキシ)プロピルメチルジメトキシシラン、4-(ビニルオキシ)ブチルメチルジエトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシプロピル]メチルジメトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシプロピル]メチルジエトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシメチル]3-[(メタ)アクリロキシメチル]メチルジエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、N-[3-(メタ)アクリロキシ-2-ヒドロキシプロピル]-3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、O-「(メタ)アクリロキシエチル」-N-(メチルジエトキシシリルプロピル)ウレタン、γ-グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルメチルジメトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、4-アミノブチルメチルジエトキシシラン、11-アミノウンデシルメチルジエトキシシラン、m-アミノフェニルメチルジメトキシシラン、p-アミノフェニルメチルジメトキシシラン、3-アミノプロピルメチルビス(メトキシエトキシエトキシ)シラン、2-(メチルジメトキシシリルエチル)ピリジン、N-(3-メチルジメトキシシリルプロピル)ピロール、3-(m-アミノフェノキシ)プロピルメチルジメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、N-(6-アミノヘキシル)アミノメチルメチルジエトキシシラン、N-(6-アミノヘキシル)アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-11-アミノウンデシルメチルジメトキシシラン、(アミノエチルアミノメチル)フェネチルメチルジメトキシシラン、N-3-[(アミノ(ポリプロピレンオキシ))]アミノプロピルメチルジメトキシシラン、n-ブチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-エチルアミノイソブチルメチルジメトキシシラン、N-メチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノメチルメチルジエトキシシラン、(シクロヘキシルアミノメチル)メチルジエトキシシラン、N-シクロヘキシルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、ビス(2-ヒドロキシエチル)-3-アミノプロピルメチルジエトキシシラン、ジエチルアミノメチルメチルジエトキシシラン、ジエチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、ジメチルアミノプロピルメチルジメトキシシラン、N-3-メチルジメトキシシリルプロピル-m-フェニレンジアミン、N,N-ビス[3-(メチルジメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン、ビス(メチルジエトキシシリルプロピル)アミン、ビス(メチルジメトキシシリルプロピル)アミン、ビス[(3-メチルジメトキシシリル)プロピル]-エチレンジアミン、ビス[3-(メチルジエトキシシリル)プロピル]ウレア、ビス(メチルジメトキシシリルプロピル)ウレア、
N-(3-メチルジエトキシシリルプロピル)-4,5-ジヒドロイミダゾール、ウレイドプロピルメチルジエトキシシラン、ウレイドプロピルメチルジメトキシシラン、アセトアミドプロピルメチルジメトキシシラン、2-(2-ピリジルエチル)チオプロピルメチルジメトキシシラン、2-(4-ピリジルエチル)チオプロピルメチルジメトキシシラン、ビス[3-(メチルジエトキシシリル)プロピル]ジスルフィド、3-(メチルジエトキシシリル)プロピルコハク酸無水物、γ-メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、γ-メルカプトプロピルメチルジエトキシシラン、イソシアナトプロピルメチルジメトキシシラン、イソシアナトプロピルメチルジエトキシシラン、イソシアナトエチルメチルジエトキシシラン、イソシアナトメチルメチルジエトキシシラン、カルボキシエチルメチルシランジオールナトリウム塩、N-(メチルジメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン三酢酸三ナトリウム塩、3-(メチルジヒドロキシシリル)-1-プロパンスルホン酸、ジエチルホスフェートエチルメチルジエトキシシラン、3-メチルジヒドロキシシリルプロピルメチルホスホネートナトリウム塩、トリス(3-メチルジメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、N,N’-ビス(ヒドロキシエチル)-N,N’-ビス(メチルジメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン、ビス[N,N’-(メチルジエトキシシリルプロピル)アミノカルボニル]ポリエチレンオキシド、ヒドロキシメチルトリエトキシシラン、N-(トリエトキシシリルプロピル)-O-ポリエチレンオキシドウレタン、N-(3-トリエトキシシリルプロピル)-4-ヒドロキシブチルアミド、N-(3-トリエトキシシリルプロピル)グルコンアミド、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリブトキシシラン、ビニルトリス(2-メトキシエトキシ)シラン、ビニルデシルトリメトキシシラン、ビニルオクチルトリメトキシシラン、ビニルフェニルトリメトキシシラン、2-(メタ)アクリロキシエチルトリメトキシシラン、2-(メタ)アクリロキシエチルトリエトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-(メタ)アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3-(メタ)-アクリロキシプロピルトリス(2-メトキシエトキシ)シラン、3-(ビニルフェニルアミノ)プロピルトリメトキシシラン、3-(ビニルフェニルアミノ)プロピルトリエトキシシラン、3-(ビニルベンジルアミノ)プロピルトリエトキシシラン、3-(ビニルベンジルアミノ)プロピルトリエトキシシラン、3-[2-(N-ビニルフェニルメチルアミノ)エチルアミノ]プロピルトリメトキシシラン、3-[2-(N-イソプロペニルフェニルメチルアミノ)エチルアミノ]プロピルトリメトキシシラン、2-(ビニルオキシ)エチルトリメトキシシラン、3-(ビニルオキシ)プロピルトリメトキシシラン、4-(ビニルオキシ)ブチルトリエトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシプロピル]トリメトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシプロピル]トリエトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシメチル]トリメトキシシラン、3-[(メタ)アクリロキシメチル]トリエトキシシラン、γ-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、N-[3-(メタ)アクリロキシ-2-ヒドロキシプロピル]-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、O-「(メタ)アクリロキシエチル」-N-(トリエトキシシリルプロピル)ウレタン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β-(3,4-エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、
γ-アミノプロピルトリエトキシシラン、γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、4-アミノブチルトリエトキシシラン、11-アミノウンデシルトリエトキシシラン、m-アミノフェニルトリメトキシシラン、p-アミノフェニルトリメトキシシラン、3-アミノプロピルトリス(メトキシエトキシエトキシ)シラン、2-(トリメトキシシリルエチル)ピリジン、N-(3-トリメトキシシリルプロピル)ピロール、3-(m-アミノフェノキシ)プロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、N-(6-アミノヘキシル)アミノメチルトリエトキシシラン、N-(6-アミノヘキシル)アミノプロピルトリメトキシシラン、N-(2-アミノエチル)-11-アミノウンデシルトリメトキシシラン、(アミノエチルアミノメチル)フェネチルトリメトキシシラン、N-3-[(アミノ(ポリプロピレンオキシ))]アミノプロピルトリメトキシシラン、n-ブチルアミノプロピルトリメトキシシラン、N-エチルアミノイソブチルトリメトキシシラン、N-メチルアミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノプロピルトリメトキシシラン、N-フェニル-γ-アミノメチルトリエトキシシラン、(シクロヘキシルアミノメチル)トリエトキシシラン、N-シクロヘキシルアミノプロピルトリメトキシシラン、ビス(2-ヒドロキシエチル)-3-アミノプロピルトリエトキシシラン、ジエチルアミノメチルトリエトキシシラン、ジエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、N-3-トリメトキシシリルプロピル-m-フェニレンジアミン、N,N-ビス[3-(トリメトキシシリル)プロピル]エチレンジアミン、ビス(トリエトキシシリルプロピル)アミン、ビス(トリメトキシシリルプロピル)アミン、ビス[(3-トリメトキシシリル)プロピル]-エチレンジアミン、ビス[3-(トリエトキシシリル)プロピル]ウレア、ビス(トリメトキシシリルプロピル)ウレア、N-(3-トリエトキシシリルプロピル)-4,5-ジヒドロイミダゾール、ウレイドプロピルトリエトキシシラン、ウレイドプロピルトリメトキシシラン、アセトアミドプロピルトリメトキシシラン、
2-(2-ピリジルエチル)チオプロピルトリメトキシシラン、2-(4-ピリジルエチル)チオプロピルトリメトキシシラン、ビス[3-(トリエトキシシリル)プロピル]ジスルフィド、3-(トリエトキシシリル)プロピルコハク酸無水物、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、イソシアナトプロピルトリメトキシシラン、イソシアナトプロピルトリエトキシシラン、イソシアナトエチルトリエトキシシラン、イソシアナトメチルトリエトキシシラン、カルボキシエチルシラントリオールナトリウム塩、N-(トリメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン三酢酸三ナトリウム塩、3-(トリヒドロキシシリル)-1-プロパンスルホン酸、ジエチルホスフェートエチルトリエトキシシラン、3-トリヒドロキシシリルプロピルメチルホスホネートナトリウム塩、トリス(3-トリメトキシシリルプロピル)イソシアヌレート、[ヒドロキシ(ポリエチレンオキシ)プロピル]トリエトキシシラン、N,N’-ビス(ヒドロキシエチル)-N,N’-ビス(トリメトキシシリルプロピル)エチレンジアミン、ビス[N,N’-(トリエトキシシリルプロピル)アミノカルボニル]ポリエチレンオキシドが挙げられる。
 本発明において、高分子化合物上の架橋性基と多官能性化合物の架橋性官能基との組み合わせは、架橋性基と架橋性官能基とが常法により架橋反応しうる組み合わせであれば特に限定されない。好ましくは、シランカップリング剤と、ポリビニルフェノール、ポリビニルブチラールまたはポリビニルアルコールと、の組み合わせ;多官能性エポキシモノマーと、ポリビニルフェノール、ポリビニルブチラールまたはポリビニルアルコールと、の組み合わせ;メチロールメラミン誘導体と、ポリビニルフェノール、ポリビニルブチラールまたはポリビニルアルコールと、の組み合わせ等が挙げられる。
 高分子化合物と多官能性化合物との架橋反応、および、架橋高分子の架橋構造は、高分子化合物と多官能性化合物との組み合わせに応じて、一義的にはいえないが、架橋高分子は、高分子化合物と多官能性化合物の架橋性官能基とが架橋反応してなる架橋物であり、網目状高分子ということができる。
 2.金属材料等と反応する多官能性化合物
 多官能性化合物の架橋性官能基は、高分子化合物と架橋反応する基であればよいが、後述する湿式成膜法で電子輸送層を設けるとき、補助金属配線または負極を形成する材料と化学結合し得る反応性基を兼ねることが好ましい。架橋性官能基の少なくとも一部がこのような反応性基を兼ねると、製造時や製造後の取扱い、加熱、冷却などでの太陽電池が変形しても、電子輸送層自体にクラック等の欠陥が発生することも防止できる。また、補助金属配線または負極との密着力が高くなり、層間剥離を抑制できる。
 特に、補助金属配線の周辺は、補助金属配線の段差により、応力が集中し、電子輸送層の欠陥が発生しやすく、補助金属配線または負極と、電子輸送層上の各機能層(光電変換層や正孔輸送層、正極)が接触し、暗電流が増大し、その結果、短絡故障となる。しかし、電子輸送層を構成する絶縁材料に含まれる多官能性化合物が補助金属配線または負極の材料と化学結合し得る反応性基を少なくとも1つ有することで、多官能性化合物が負極または補助金属配線と結合することにより、補助金属配線の周辺に応力が集中しても、電子輸送層の欠陥発生を抑制でき、太陽電池の可撓性、耐久性を向上させることができる。
 反応性基としては、補助金属配線および負極を形成する材料に応じて適宜に選択される。
 例えば、補助金属配線が、上述の各種金属材料を含む場合は、上記したなかでも、メルカプト基、アミド基、アミノ基、カルボキシル基、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基等が好ましく、これらの基を持つ多官能性化合物を好ましく用いる。
 補助金属配線が銀塩法で形成された場合は、親水性ポリマーや銀と化学結合(架橋)し得るシリル基、開環重合反応性基、活性水素原子を有する基、ホルミル基、酸無水物基等が好ましい。多官能性化合物は、これらのうちのいずれかの基を持つ化合物を好ましく用いる。
 また、補助金属配線が金属材料で形成され、電子輸送材料が金属酸化物で形成される場合、反応性基は、アミノ基、イソシアネート基、エポキシ基、メルカプト基のうち少なくとも1種の反応性基とシリル基との組み合わせが好ましく挙げられる。この組み合わせを有する多官能性化合物としては、各種の上記シランカップリング剤等が好ましく用いられる。
 負極が金属または金属酸化物を含む場合、反応性基は、上記補助金属配線と同様である。
 3.重合体と反応または重合する多官能性化合物
 負極が導電性高分子を含む場合、架橋性官能基は、負極に好ましく含有される上記架橋性官能基を複数有する化合物の重合体と反応する基であることが好ましい。このような基としては、上記のなかでも、加水分解可能な基を有するシリル基、開環重合反応性基、活性水素原子を有する基、ホルミル基、酸無水物基等が挙げられる。多官能性化合物は、これらのうちのいずれかの基を持つ化合物を好ましく用いる。
(電子輸送層の成膜)
 電子輸送層は、塗布等による湿式成膜法、蒸着やスパッタ等のPVD法による乾式成膜法、転写法、印刷法など、いずれによっても好適に形成することができる。
 湿式成膜法においては、予め架橋させた架橋高分子を含有する塗布液を塗布、硬化して、形成することができ、また、高分子化合物と多官能性化合物とを含有する塗布液を塗布、硬化(架橋反応)して、形成することもできる。
 なお、高分子化合物としてケイ素樹脂を用いる場合、多官能性化合物としてケイ素樹脂を形成するモノマーを用いることもできる。この場合、予め重合したケイ素樹脂と多官能性化合物としてのシランカップリング剤とを用いてもよく、また、ケイ素樹脂を形成するモノマーおよび多官能性化合物として1種または2種以上のシランカップリング剤を用いてもよい。
 本発明においては、電子輸送層の可撓性に加えて、負極または補助金属配線等との密着力の点で、高分子化合物と多官能性化合物とを含有する塗布液を塗布して加熱硬化(架橋反応、重合反応等)することが好ましい。
 この塗布液には、高分子化合物1種類以上および多官能性化合物1種以上を含有する。
 多官能性化合物と他の絶縁材料を組み合わせてもよく、多官能性化合物の架橋性官能基と他の絶縁材料の架橋性基が架橋(重合)して網目状高分子を形成する場合は、多官能性化合物は架橋剤や硬化剤とも呼ばれる。
 電子輸送層の膜厚は、通常、0.1~500nm程度であり、好ましくは0.5~300nmである。
 <多孔質層>
 多孔質層17は、好ましくは、電子輸送層14および光電変換層15の間に設けられる。
 多孔質層17は、表面に光電変換層15を形成する材料を担持する足場として機能する層であって、多孔質材料が堆積してなる、細孔を有する微粒子層であり、目的に応じて設計される。多孔質層17は、1種の多孔質材料が堆積してなる微粒子層であってもよく、2種以上の多孔質材料が堆積してなる微粒子層であってもよい。
 多孔質層17は、細孔を有する微粒子により、光電変換層15を形成する材料の吸着量を増やしている。光吸収効率を高めるためには、少なくとも太陽光など光を受ける部分の表面積を大きくすることが好ましく、従って、多孔質層17の全体としての表面積を大きくすること、すなわち、個々の微粒子の表面積を大きくすることが好ましい。
 本発明では、多孔質層を形成する微粒子を含む塗布液を電子輸送層14上に塗設した状態で、微粒子の表面積が投影面積に対して10倍以上であることが好ましい。
 また、後述する光電変換層15を湿式法で形成する場合には、多孔質層17の内部に塗布液が進入しやすく、光電変換材料が多孔質層17の深部に吸着されることがある。この場合においても、電子輸送層が架橋高分子を含有しているとクラックが発生しにくく、短絡を防止できる。
 多孔質層17の膜厚は、特に限定されないが、通常、0.1~100μmの範囲であり、0.2~10μmが好ましく、0.3~1μmがより好ましい。
 多孔質層17を形成する材料は、導電性に関しては特に限定されず、絶縁性の材料であっても、導電性または半導電性の材料であってもよい。
 多孔質層17を形成する材料としては、例えば、金属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物等)、ペロブスカイト構造を有する化合物(後述する光電変換層を形成する材料を除く。)、ケイ素の酸化物の微粒子、または、カーボンナノチューブを用いることができる。
 金属のカルコゲニドとしては、特に限定されないが、好ましくは、チタン、スズ、亜鉛、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、アルミニウムまたはタンタルの各酸化物、硫化カドミウム、セレン化カドミウム等が挙げられる。金属のカルコゲニドの結晶構造として、アナターゼ型、ブルッカイト型またはルチル型が挙げられ、アナターゼ型、ブルッカイト型が好ましい。
 ペロブスカイト構造を有する化合物としては、特に限定されないが、遷移金属酸化物等が挙げられる。具体的には、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸バリウム、スズ酸バリウム、ジルコン酸鉛、ジルコン酸ストロンチウム、タンタル酸ストロンチウム、ニオブ酸カリウム、鉄酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸バリウムランタン、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸ビスマスが挙げられ、好ましくはチタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム等が挙げられる。
 また、多孔質層17を形成する材料として、ケイ素の酸化物(例えば、二酸化ケイ素、ゼオライト)およびカーボンナノチューブ(カーボンナノワイヤおよびカーボンナノロッド等を含む)等も挙げられる。
 カーボンナノチューブは、炭素膜(グラフェンシート)を筒状に丸めた形状を有し、1枚のグラフェンシートが円筒状に巻かれた単層カーボンナノチューブ、2枚のグラフェンシートが同心円状に巻かれた2層カーボンナノチューブ、複数のグラフェンシートが同心円状に巻かれた多層カーボンナノチューブ(MWCNT)に分類され、本発明においては、いずれのカーボンナノチューブも特に限定されず、用いることができる。
 多孔質層17を形成する材料は、なかでも、チタン、スズ、亜鉛、ジルコニウム、アルミニウムもしくはケイ素の各酸化物またはカーボンナノチューブが好ましく、酸化チタン、酸化亜鉛または酸化アルミニウムがさらに好ましい。
 多孔質層17は、上述の、金属のカルコゲニド、ペロブスカイト構造を有する化合物、ケイ素の酸化物およびカーボンナノチューブの少なくとも1種で形成されていればよく、複数種で形成されていてもよい。また、これら材料のナノチューブ、ナノワイヤまたはナノロッドを、これら材料の微粒子と共に用いることもできる。
 多孔質層17を形成する材料は、好ましくは微粒子として用いられ、さらに好ましくは微粒子を含有する分散物として用いられる。このときの微粒子の粒径は、投影面積を円に換算したときの直径を用いた平均粒径で1次粒子として0.001~1μm、分散物の平均粒径として0.01~100μmが好ましい。
 <光電変換層>
 光電変換層15は、太陽光等の可視光を受けて励起子(電子-正孔対)を生成した後に、その励起子が電子と正孔に解離して、電子が負極12側へ、正孔が正極16側へ、輸送されるという光電変換過程が高効率で発現する材料から選択して構成される。
 有機薄膜太陽電池とする場合は、有機材料からなる電子供与領域(ドナー)を含む光電変換層を形成し、変換効率の観点から、バルクへテロ接合型の光電変換層(以下、「バルクへテロ層」とも言う)が好ましい。
 一方、光電変換層15を形成する材料として、ペロブスカイト構造を有する化合物も好ましい。
 バルクヘテロ層は、電子供与材料(ドナー)と電子受容材料(アクセプター)が混合された有機材料からなる光電変換層である。電子供与材料と電子受容材料の混合比は変換効率が高くなるように調整されるが、通常は、質量比で、10:90~90:10の範囲から選ばれる。このような混合層の形成方法は、例えば、共蒸着法が用いられる。あるいは、両方の有機材料を溶解する溶媒を用いて溶剤塗布することによって作製することも可能である。
 バルクヘテロ層の膜厚は10~500nmが好ましく、20~300nmが特に好ましい。
 電子供与材料(ドナーまたは正孔輸送材料ともいう)は、その最高被占軌道(HOMO)準位が4.5~6.0eVのπ電子共役系化合物である。
 具体的には、各種のアレーン(例えば、チオフェン、カルバゾール、フルオレン、シラフルオレン、チエノピラジン、チエノベンゾチオフェン、ジチエノシロール、キノキサリン、ベンゾチアジアゾール、チエノチオフェン等)をカップリングさせた共役系ポリマー、フェニレンビニレン系ポリマー、ポルフィリン類、フタロシアニン類等が例示される。このほか、Chemical Reviews.,第107巻、953~1010頁(2007年)に「Hole-Transporting Materials」として記載されている化合物群や、Journal of the American Chemical Society., 第131巻、16048頁(2009年)に記載のポルフィリン誘導体も適用可能である。
 これらの中では、チオフェン、カルバゾール、フルオレン、シラフルオレン、チエノピラジン、チエノベンゾチオフェン、ジチエノシロール、キノキサリン、ベンゾチアジアゾール、チエノチオフェンからなる群より選ばれた構成単位をカップリングさせた共役系ポリマーが特に好ましい。具体例としてはポリ-3-ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリ-3-オクチルチオフェン(P3OT)、Journal of the American Chemical Society., 第130巻、3020頁(2008年)に記載の各種ポリチオフェン誘導体、Advanced Materials., 第19巻、2295頁(2007年)に記載のPCTBT、Journal of the American Chemical Society., 第130巻、732頁(2008年)に記載のPCDTQx、PCDTPP、PCDTPT、PCDTBX、PCDTPX、Nature Photonics., 第3巻、649頁(2009年)に記載のPBDTTT-E、PBDTTT-C、PBDTTT-CF、Advanced Materials., 第22巻、E135~E138頁(2010年)に記載のPTB7等が挙げられる。
 電子受容材料(アクセプタ-または電子輸送材料ともいう)は、その最低空軌道(LUMO)準位が3.5~4.5eVであるようなπ電子共役系化合物である。
 具体的にはフラーレンおよびその誘導体、フェニレンビニレン系ポリマー、ナフタレンテトラカルボン酸イミド誘導体、ペリレンテトラカルボン酸イミド誘導体等が挙げられる。これらの中では、フラーレン誘導体が好ましい。フラーレン誘導体の具体例としては、C60、フェニル-C61-酪酸メチルエステル(文献等でPCBM、[60]PCBM、あるいはPC61BMと称されるフラーレン誘導体)、C70、フェニル-C71-酪酸メチルエステル(多くの文献等でPCBM、[70]PCBM、あるいはPC71BMと称されるフラーレン誘導体)、Advanced Functional Materials., 第19巻、779~788頁(2009年)に記載のフラーレン誘導体、Journal of the American Chemical Society., 第131巻、16048頁(2009年)に記載のフラーレン誘導体SIMEF、および、Journal of the American Chemical Society., 第132巻、1377頁(2010年)に記載のフラーレン誘導体ICBA等が挙げられる。
 ペロブスカイト構造を有する化合物は、ペロブスカイト構造をとるものであれば特に限定されず、下記式(I)で表される化合物が好ましい。
  式(I): R-NHMX
 式中、Rは、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基またはヘテロアリール基を表す。Mは金属原子を表す。Xはアニオンとなる原子または原子団を表す。
 アルキル基は、炭素数が1~6のアルキル基が好ましく、例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、tert-ブチル、ペンチル、ヘキシル等が挙げられる。アルケニル基は、炭素数が2~6のアルケニル基が好ましく、例えば、ビニル、アリル、ブテニル、ヘキセニル等が挙げられる。アルキニル基は、炭素数が2~6のアルキニル基が好ましく、例えば、エチニル、ブチニル、ヘキシニル等が挙げられる。
 アリール基は、炭素数6~14のアリール基が好ましく、例えば、フェニルが挙げられる。
 ヘテロアリール基は、そのヘテロ環を構成するヘテロ原子が、窒素原子、酸素原子、硫黄原子が好ましく、また環員数としては、5員環または6員環が好ましく、芳香環、脂肪族環やヘテロ環で縮環していてもよい。
 ヘテロアリール基を構成する5員環としては、例えば、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、トリアゾール環、フラン環、チオフェン環、ベンズイミダゾール環、ベンズオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、インドリン環、インダゾール環が挙げられる。また、6員環としては、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、キノリン環、キナゾリン環が挙げられる。
 アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基またはヘテロアリール基は、置換基を有していてもよい。置換基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシル基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、カルバモイル基、スルファモイル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基またはカルボキシ基が挙げられる。
 置換基を複数有するとき、それぞれの置換基は互いに同一でも異なっていてもよい。また、複数の置換基が近接するとき(特に、隣接するとき)は、それらが互いに連結して環を形成してもよい。また、環、例えば脂環、芳香環、ヘテロ環は、これらが縮環した縮合環を形成していてもよい。本発明において、各置換基は、さらに置換基で置換されていてもよい。
 Mは、金属原子を表し、好ましくは、ペロブスカイト構造を取りえる金属原子であればどのような金属原子でも構わないが、鉛またはスズが特に好ましい。Mは1種の金属原子であってもよく、2種以上の金属原子であってもよい。2種以上の金属原子である場合には、鉛およびスズの2種が好ましい。なお、このときの金属原子の含まれる割合は特に限定されない。
 Xは、アニオンとなる原子または原子団を表し、好ましくは原子であり、例えば、ハロゲン原子が挙げられる。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子等が挙げられる。Xは、1種の原子または原子団であってもよく、2種以上の原子または原子団であってもよい。2種以上の原子または原子団である場合には、2種のハロゲン原子、特に塩素原子とヨウ素原子の組み合わせ、または臭素原子とヨウ素原子の組み合わせが好ましい。なお、このときの原子または原子団の割合は特に限定されない。
 本発明では、式(I)で表される化合物を単独で使用しても複数使用しても構わない。
 以下に、式(I)で表される化合物の具体例を例示するが、これによって本発明が制限されるものではない。なお、下記の化合物は、いずれもペロブスカイト構造をとることができる。
CHNHPbCl、CHNHPbBr、CHNHPbI、CHNHPbBrI、CHNHPbBrI、CNHPbI、CH=CHNHPbI、CH≡CNHPbI、n-CNHPbI、n-CNHPbI、CNHPbI、CNHPbI、CNHPbI、CSNHPbI、CHNHSnBr、CHNHSnI
 ここで、CSNHPbIにおけるCSNHは、2-アミノチアゾールである。
 式(I)で表されるペロブスカイト構造を有する化合物は、MXとR-NHXとから合成することができる(例えば、国際公開第2013/171517号パンフレットを参照)。
 式(I)で表されるペロブスカイト構造を有する化合物の使用量は、少なくとも多孔質層17の表面のうち光が入射する表面、好ましくは多孔質層17の表面全体を覆う量であればよく、例えば、全体で、支持体11の表面積1m当たり1.0×10-3~1.0×10ミリモルが好ましく、より好ましくは1.0×10-2~1.0×10ミリモル、特に好ましくは1.0×10-1~1.0×10ミリモルである。
 光電変換層15は単層であっても2層以上の積層であってもよい。
 <正孔輸送層>
 正孔輸送層22は、光電変換層15上に形成されるのが好ましい。
 正孔輸送層に用いることのできる正孔輸送材料としては、上述の光電変換層15で例示された電子供与材料やチオシアン酸銅、ヨウ化銅等が挙げられる。各種金属酸化物も安定性が高い正孔輸送層の材料として利用される。例えば、酸化バナジウム、酸化モリブデン、酸化タングステンが好ましい。上述の負極12で挙げられた導電性高分子も安定な正孔輸送材料として好ましい。
 また、正孔輸送層は、可撓性の点で、負極と同様に、架橋性官能基を複数有する化合物の重合体を含有するのが好ましい。
 正孔輸送層の膜厚は、通常、0.1~500nm程度であり、好ましくは0.5~300nmである。
 正孔輸送層は、塗布等による湿式成膜法、蒸着やスパッタ等のPVD法による乾式成膜法、転写法、印刷法など、いずれによっても好適に形成することができる。
 <正極>
 正極16は、正孔輸送層22上に設けられる。
 正極を形成する材料は、特に限定されないが、クロム、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、パラジウム、銀、タンタル、タングステン、白金、金等の金属やこれらの合金、上述の負極12で例示したTCOや導電性高分子等が挙げられる。これらの金属、TCO、導電性高分子は、1種のみで使用しても、2種以上を混合してもよく、また2層以上を積層してもよい。金属材料を用いれば金属電極に到達した光は反射されて光電変換層15側に反射され、反射光が再度吸収されるため、より光電変換効率が向上し、好ましい。
 正極16の形成方法については、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことできる。例えば、塗布や印刷による湿式製膜法、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のPVD法や各種化学的気相堆積法(CVD法)による乾式製膜法等の中から、上記した構成材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って形成することができる。
 正極を形成するに際してのパターニングは、フォトリソグラフィ等による化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザ等による物理的エッチングによって行ってもよく、シャドウマスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等を行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。
 正極は、所定の位置にパターニングすることができる印刷法で形成することが製造コスト低減のために好ましい。凸版印刷、スクリーン印刷、平版印刷、凹版印刷、孔版印刷、インクジェット法等の印刷法が挙げられる。
 なお、インクジェット法とは、電極材料をインクジェットヘッドより吐出してパターニングする方法であり、インクジェットヘッドからの吐出方式としては、ピエゾ方式、サーマル方式等のオンデマンド型や静電吸引方式等の連続噴射型のインクジェット法等公知の方法によりパターニングすることができる。
 塗布後、必要に応じて、加熱処理や光照射処理を施すことにより、塗膜中の溶媒を除去することができる。電極材料の前駆体(金属塩や金属微粒子)を印刷する場合は、加熱処理や光照射処理により、導電性を発現することができる。加熱処理および光照射処理は、単独で実施してもよく、両者を同時に実施してもよい。また、一方の処理を施した後、さらに他方の処理を施してもよい。
 正極の厚みは、特に限定されないが、0.01~10μmであるのが好ましく、0.05~2μmであるのがさらに好ましい。
 本発明においては、上記のように可撓性を有する電子輸送層を備えており、正極を印刷法で形成しても太陽電池の短絡を防止できる。
 <保護層>
 本発明の太陽電池には保護層23を設けることもできる。
 保護層を形成する材料としては、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素(SiO)、酸化チタン、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム等の金属酸化物、窒化ケイ素(SiN)等の金属窒化物、窒化酸化ケイ素(SiO)等の金属窒化酸化物(金属酸化窒化物)、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化アルミニウム、フッ化カルシウム等の金属フッ化物、ダイヤモンド状炭素(DLC)等の無機材料が挙げられる。また、有機材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリパラキシリレン、ポリビニルアルコール等のポリマーが挙げられる。これらのうち、金属の酸化物、窒化物、窒化酸化物やDLCが好ましく、ケイ素、アルミニウムの酸化物、窒化物、窒化酸化物が特に好ましい。保護層は単層でも多層構成であってもよい。
 保護層の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、MBE(分子線エピタキシ)法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法等のPVD法や、原子層堆積法(ALD法またはALE法)を含む各種CVD法、塗布法、印刷法、転写法を適用できる。
 <ガスバリア層>
 水分子や酸素分子など活性因子の浸透を阻止する目的の保護層を特にガスバリア層ともいい、太陽電池はガスバリア層21を有することが好ましい。このガスバリア層21は、特に支持体11上へ直接形成する場合、好ましくは負極12よりも支持体11側に形成される。
 ガスバリア層21は、水分子や酸素分子等の活性因子を遮断する層であれば、特に制限はないが、保護層23として先に例示した材料が通常利用される。これらは純物質でもよいし、複数組成からなる混合物や傾斜組成でもよい。これらのうち、ケイ素、アルミニウムの酸化物、窒化物、窒化酸化物が好ましい。
 ガスバリア層21は単層でも、複数層でもよい。有機材料層と無機材料層を積層してもよく、複数の無機材料層と複数の有機材料層を交互に積層してもよい。有機材料層は平滑性があれば特に制限はないが、(メタ)アクリレートの重合物(アクリル重合体)からなる層等が好ましく例示される。有機材料層の厚みは、特に限定されないが、1層につき、0.3~3μmであるのが好ましい。
 無機材料層は、上述の保護層を形成する材料が好ましく、ケイ素、アルミニウムの酸化物、窒化物、窒化酸化物が特に好ましい。無機材料層の厚みは、特に限定されないが、1層につき、通常は5~500nmであるのが好ましく、10~200nmであるのがさらに好ましい。無機材料層は複数のサブレイヤーから成る積層構造であってもよい。この場合、各サブレイヤーが同じ組成であっても異なる組成であってもよい。また、米国特許出願公開第2004/0046497号明細書に開示してあるようにポリマーからなる有機材料層との界面が明確でなく、組成が膜厚方向で連続的に変化する層であってもよい。
 ガスバリア層全体の厚みは、特に限定されないが、0.1~20μmであるのが好ましく、0.3~10μmであるのがさらに好ましい。
 <封止フィルム>
 本発明において、正極16または保護層23の上に、封止フィルム25が設けられるのが好ましい。封止フィルム25は第二の支持体として機能するのが好ましい。
 封止フィルム25は、ガスバリア層21と同様、水や酸素等の光電変換層15(光電変換材料)を劣化させる物質が、光電変換層15に侵入することを防ぐために好適に設けられる。
 封止フィルム25は、例えば、PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムやPENフィルムの上に、保護層23として先に例示した材料がガスバリア層として成膜された構成が例示される。これらは純物質でもよいし、複数組成からなる混合物や傾斜組成でもよい。これらのうち、ケイ素やアルミニウムの酸化物、窒化物、窒化酸化物が好ましい。
 なお、封止フィルム25は、接着剤による接着、各種のシーラント材料を介した保護層への熱融着、真空加熱ラミネート等、公知の方法で接着層24上に設ければよい。
 接着剤としては、特に制限はないが、例えば、エマルジョンタイプの接着剤、ワックスホットメルトラミネーション用接着剤およびドライラミネーション用接着剤等が好ましい。エマルジョンタイプの接着剤の例としては、熱可塑性エラストマー、LDPE(低密度ポリエチレン)、IO(アイオノマー)、PVDC(ポリ塩化ビニリデン樹脂)、PE(ポリエチレン)ワックス等を分散したコーティング剤等が挙げられる。
 ワックスホットメルトラミネーション用接着剤の例としては、PVDCをコートしたOPP(二軸延伸ポリプロピレンフィルム、ナイロンフィルム、PETフィルム、PVA(ポリビニルアルコール)フィルム)等が挙げられる。
 ドライラミネーション用接着剤(シーラント材料)の例としては、塩化ビニル-酢酸ビニル共重合体、エチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン-ビニルアルコール共重合体、ポリ塩化ビニリデン、ニトロセルロース、酢酸セルロース、アイオノマー樹脂およびシリコーン樹脂等が挙げられる。
 ガスバリア層等が成膜されている場合、封止フィルムは、ガスバリア層等が内側(光電変換層15側)となるように、保護層23上に設けるのが好ましい。
 封止フィルムは、支持体11に設けることも好ましい。
 封止フィルム25の外側(保護層23と逆側)に、必要に応じて表面機能層を有していてもよい。表面機能層として、例えば、マット剤層、反射防止層、ハードコート層、防曇層、防汚層、易接着層等が挙げられる。このほか、表面機能層に関しては特開2006-289627号公報に詳しく記載されている。
 以下に実施例に基づき本発明について更に詳細に説明するが、本発明がこれに限定して解釈されるものではない。
実施例1
 実施例1では、図1に示される太陽電池1Aを製造し、折り曲げ前後の光電変換効率の低下率(耐久性)を評価した。
(太陽電池No.101の製造)
 以下に示す手順により、太陽電池No.101を製造した。
 (ガスバリア層21の形成)
 支持体11としてのPENフィルム上に下記組成の重合性組成物をワイヤーバーで塗布した。その後、乾燥窒素中で高圧水銀灯により紫外線を照射(放射露光量:1J・cm-2)して、アクリレート重合体層(膜厚1.5μm)を成膜した。
 次に、アクリレート重合体層上に、ArガスとOガスを導入した真空度0.1Paの雰囲気で、直流スパッタにより、酸化アルミニウム層(膜厚0.04μm)を成膜した。
 アクリレート重合体層と酸化アルミニウム層の上記成膜工程をそれぞれ交互に3回ずつ繰返して行い、最表面が酸化アルミニウム層となるガスバリア層21を形成した。
  (重合性組成物の組成)
・トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA) 6g
・エポキシアクリレート(ダイセル・オルネクス社製、EBECRYL 3702(商品名)) 13g
・リン酸メタクリレート(日本化薬社製、KAYAMER PM-21(商品名)) 1g
・光重合開始剤(Lamberti社製、Esacure KTO 46(商品名)) 0.5g
・2-ブタノン(MEK) 190g
 (透明な負極12の形成)
 ガスバリア層21が形成されたPENフィルムの表面(酸化アルミニウム層の上)に、ArガスとOガスを導入した真空度0.1Paの雰囲気で、高周波マグネトロンスパッタにより、透明な負極12としてITO層(膜厚0.1μm)を成膜した。
 (補助金属配線13の形成)
 ITO層12上に、銀(膜厚0.1μm)を真空蒸着し補助金属配線13を形成した。このとき、開口幅0.3mmで2.5mmピッチの縞状メタルマスクを使って2段階で蒸着することにより正方格子状の補助金属配線13(開口率77%)を形成した。
 (電子輸送層14の形成)
 補助金属配線13およびITO層12上に、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(0.2質量%)、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン(0.2質量%)、ポリ(4-ビニルフェノール)(PVP、Mw=11000、0.5質量%)および亜鉛アセチルアセトナート一水和物(Zn(acac)、8質量%)を含有するエタノール溶液を回転塗布した後、140℃で1時間加熱処理して、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランおよび3-メルカプトプロピルトリメトキシシランを架橋剤とする架橋PVPを含む酸化亜鉛層(膜厚0.1μm)を電子輸送層14として成膜した。
 (光電変換層15の形成)
 PENフィルムの表面(電子輸送層14の上)を低圧水銀灯により紫外線照射(放射露光量:5J・cm-2)し、電子輸送層14の表面を乾式洗浄した。
 電子輸送層14上に、電子供与材料としてP3HT(Merck社製、lisicon SP001(商品名)、2質量%)、および、電子輸送材料としてICBA(Sigma-Aldrich社製、2質量%)を含むアニソール(20質量%)混合トルエン溶液を回転塗布して、光電変換層15(膜厚0.2μm)を成膜した。
 (正孔輸送層22の形成)
 光電変換層15上に、フッ素系界面活性剤(デュポン社製、Zonyl FS-300(商品名)、1質量%)と、PEDOT-PSS水溶液(H.C. Starck Clevios社製、Clevios PH 500(商品名))とを混合して調製したPEDOT-PSS水溶液Iを回転塗布した後、120℃で15分間加熱処理して、正孔輸送層22(膜厚0.1μm)を形成した。
 (正極16の形成)
 銀微粒子分散液(ハリマ化成社製、NANOPASTE(Ag) NPS-JL(商品名))をインクジェット印刷し、140℃で15分間加熱処理した。この印刷工程を合計2回繰返すことにより銀からなる正極16(膜厚1.5μm)を形成した。
 (保護層23の形成)
 正極16の表面(支持体11の反対側)に、ArガスとNガスとOガスを導入した真空度1Paの雰囲気で、高周波マグネトロンスパッタにより、組成分布を変化させた窒化酸化ケイ素(SiO、膜厚0.5μm)を成膜し、保護層を形成した。
 (封止フィルム25の貼り合わせ)
 封止フィルム25として酸化アルミニウム蒸着膜が形成されたPENフィルムを、シーラントとしてエチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)フィルム(接着層)24を挟んで、酸化アルミニウム蒸着膜を内側(保護層23と対向するよう)にして、保護層23上に真空加熱(140℃)ラミネートした。
 以上の工程により、ガスバリア層21を有する太陽電池No.101を製造した。
(太陽電池No.102の製造)
 太陽電池No.101の製造と同様にして支持体11上に、ガスバリア層21、負極12、補助金属配線13および電子輸送層14を成膜した。
 (光電変換層15の形成)
 PENフィルムの表面(電子輸送層14の上)を低圧水銀灯により紫外線照射(放射露光量:5J・cm-2)し、電子輸送層14の表面を乾式洗浄した。
 電子輸送層14上に、ヨウ化メチルアンモニウム(1.8mol・dm-3)と塩化鉛(II)(0.6mol・dm-3)を含むN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)溶液を60℃加熱した後に回転塗布した後、100℃で30分間加熱処理し、ペロブスカイト構造を有する化合物CHNHPbI(3-x)Clからなる光電変換層(膜厚0.3μm)を形成した。
 (正孔輸送層22の形成)
 光電変換層15上に、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(Li-TFSI、17質量%)のアセトニトリル溶液(5質量%)と、4-tert-ブチルピリジン(1質量%)とを混合した2,2’,7,7’-テトラキス-(N,N-ジ-p-メトキシフェニルアミン)-9,9-スピロビフルオレン(spiro-OMeTAD、12質量%)クロロベンゼン溶液を回転塗布して、spiro-OMeTAD層(膜厚0.05μm)を形成した。
 その後、spiro-OMeTAD層15上に、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(1質量%)、フッ素系界面活性剤(デュポン社製、Zonyl FS-300(商品名)、1質量%)を添加したPEDOT-PSS水溶液(H.C. Starck Clevios社製、Clevios PH 500(商品名))(以下、「PEDOT-PSS水溶液II」という)を回転塗布した後、120℃で15分間加熱処理して、ポリシロキサンを含むPEDOT-PSS層(膜厚0.1μm)を形成した。この正孔輸送層22は、以上のspiro-OMeTAD層とポリシロキサンを含むPEDOT-PSS層の積層構造からなる。
 (正極16の形成、保護層23の形成、封止フィルム25の貼り合わせ)
 太陽電池No.101と同様にして正孔輸送層22上に、正極16および保護層23を形成した。
 次いで、封止フィルム25として酸化アルミニウム蒸着膜が形成されたPENフィルムを、シーラントとしてアイオノマー樹脂(三井・デュポン ポリケミカル社製、ハイミラン1652(商品名))を挟んで、酸化アルミニウム蒸着膜を内側(保護層23と対向するよう)にして、保護層23上に真空加熱(120℃)ラミネートした。
 このようにして、太陽電池No.102を製造した。
(比較のための太陽電池No.c101の製造)
 太陽電池No.101の製造において、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシランおよびPVPを添加せずに、Zn(acac)を含有するエタノール溶液を回転塗布、加熱処理して、電子輸送層を形成したこと以外は太陽電池No.101の製造と同様にして、太陽電池No.c101を製造した。
(比較のための太陽電池No.c102の製造)
 太陽電池No.101の製造において、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランおよび3-メルカプトプロピルトリメトキシシランを添加せずに、PVPとZn(acac)を含有するエタノール溶液を回転塗布、加熱処理して、非架橋のPVPを含む酸化亜鉛層で電子輸送層を形成したこと以外は太陽電池No.101の製造と同様にして、太陽電池No.c102を製造した。
(比較のための太陽電池No.c103の製造)
 太陽電池No.102の製造において、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシランおよびPVPを添加せずに、Zn(acac)を含有するエタノール溶液を回転塗布、加熱処理して、電子輸送層を形成したこと以外は太陽電池No.102の製造と同様にして、太陽電池No.c103を製造した。
(比較のための太陽電池No.c104の製造)
 太陽電池No.102の製造において、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランおよび3-メルカプトプロピルトリメトキシシランを添加せずに、PVPとZn(acac)を含有するエタノール溶液を回転塗布、加熱処理して、非架橋のPVPを含む酸化亜鉛層で電子輸送層を形成したこと以外は太陽電池No.102の製造と同様にして、太陽電池No.c104を製造した。
(太陽電池の評価)
 製造した各太陽電池を折り曲げて、折り曲げ前後の光電変換効率を測定し、耐久性を評価した。
 具体的には、各太陽電池の支持体11の裏面(太陽電池を形成しない面)側から擬似太陽光を照射(放射照度:80mW・cm-2)して、折り曲げ前の光電変換効率を測定した。すなわち、キセノンランプ(Newport社製、96000(商品名))にエアマスフィルタ(Newport社製、84094(商品名))を組合せた光源からの光を太陽電池に照射しながら、ソースメータ(Keithley Instruments社製、Model 2400(商品名))により電圧を印加して電流値を測定した。得られた電流-電圧特性からPeccell I-V Curve Analyzer(商品名、ペクセル・テクノロジーズ社製、ver.2.1)を用いて光電変換効率を算出した。
 次に、耐久性試験として、各太陽電池の支持体11の裏面側を内側にして、直径1cmの丸棒に巻き付け湾曲させてから直ちに丸棒から取り外して平らにした。この操作を100回繰り返した。さらに、60℃(相対湿度90%)の高温高湿槽内に100時間保管した後に、光電変換効率(折り曲げ後)を測定した。
 折り曲げ前の光電変換効率を1としたときの、折り曲げ後の光電変換効率の相対値を求め、以下の基準に基づいて、評価した。結果を他の実施例の結果とともに表1に示す。
「S」:耐久性試験後の光電変換効率(相対比)が0.9以上
「A」:耐久性試験後の光電変換効率(相対比)が0.8以上0.9未満
「B」:耐久性試験後の光電変換効率(相対比)が0.6以上0.8未満
「C」:耐久性試験後の光電変換効率(相対比)が0.6未満
実施例2
 実施例2では、図2に示される太陽電池1Bを製造し、折り曲げ前後の光電変換効率の低下率(耐久性)を評価した。
(太陽電池No.201の製造)
 以下に示す手順により、本発明の太陽電池No.201を製造した。
 支持体11上に補助金属配線13を下記方法(銀塩法)により形成した。
 (ハロゲン化銀乳剤の調製)
 下記溶液Aを34℃に保ち、特開昭62-160128号公報に記載の混合撹拌装置を用いて高速で撹拌しながら、硝酸(濃度6%)を用いて溶液AのpHを2.95に調整した。引き続き、ダブルジェット法を用いて下記溶液Bと下記溶液Cを一定の流量で8分6秒間かけて溶液Aに添加して混合溶液を得た。添加終了後に、炭酸ナトリウム(濃度5%)を用いて混合溶液のpHを5.90に調整し、続いて下記溶液Dと溶液Eを混合溶液に添加した。
  (溶液A)
 アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万)  18.7g
 塩化ナトリウム                   0.31g
 下記溶液I                     1.59cm
 純水                        1.246cm
  (溶液B)
 硝酸銀                     169.9g
 硝酸(濃度6%)                  5.89cm
 純水にて全量を317.1cmとした。
  (溶液C)
 アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万)   5.66g
 塩化ナトリウム                  58.8g
 臭化カリウム                   13.3g
 下記溶液I                     0.85cm
 下記溶液II                    2.72cm
 純水にて全量を317.1cmとした。
  (溶液D)
 2-メチル-4ヒドロキシ-1,3,3a,7-テトラアザインデン  0.56g
 純水                   112.1cm
  (溶液E)
 アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 3.96g
 下記溶液I                   0.40cm
 純水                    128.5cm
  (溶液I)
 ポリイソプロピレンポリエチレンオキシジコハク酸エステルナトリウム塩の10質量%メタノール溶液
  (溶液II)
 六塩化ロジウム錯体の10質量%水溶液
 上記操作終了後の溶液に、常法に従い40℃にてフロキュレーション法を用いて脱塩および水洗処理を施し、下記溶液Fと防かび剤を加えて60℃でよく分散させ、40℃にてpHを5.90に調整して、最終的に臭化銀を10mol%含む平均粒子径0.09μm、変動係数10%の塩臭化銀立方体粒子乳剤を得た。
  (溶液F)
 アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 16.5g
 純水                     139.8cm
 上記塩臭化銀立方体粒子乳剤に対し、チオ硫酸ナトリウムをハロゲン化銀1mol当たり20mg用い、40℃にて80分間化学増感を行い、化学増感終了後の乳剤に4-ヒドロキシ-6-メチル-1,3,3a,7-テトラザインデン(TAI)をハロゲン化銀1mol当たり500mg、1-フェニル-5-メルカプトテトラゾールをハロゲン化銀1mol当たり150mg添加して、ハロゲン化銀乳剤を得た。このハロゲン化銀乳剤のハロゲン化銀粒子とゼラチンの体積比(ハロゲン化銀粒子/ゼラチン)は0.625であった。
 (塗布)
 さらに硬膜剤としてテトラキス(ビニルスルホニルメチル)メタンをゼラチン1g当たり200mgの比率となるようにしてハロゲン化銀乳剤に添加し、また塗布助剤(界面活性剤)として、スルホコハク酸ジ(2-エチルヘキシル)ナトリウムを添加し、表面張力を調整して塗布液を得た。
 こうして得られた塗布液を、銀換算の目付け量が0.625g・m-2となるように、下塗り層を施した厚さ100μm、透過率92%(裏面に反射防止加工)のポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム(支持体11)上に塗布した後、50℃24時間のキュア処理を行って感光材料を得た。
 (露光)
 得られた感光材料に、メッシュパターンのフォトマスク(線幅5μm、ピッチ300μm)を介して紫外線露光器で露光した。
 (化学現像)
 露光した感光材料を、下記現像液(DEV-1)を用いて25℃で60秒間の現像処理を行った後、下記定着液(FIX-1)を用いて25℃で120秒間の定着処理を行った。
  (現像液(DEV-1))
 純水                       500cm
 メトール                        2g
 無水亜硫酸ナトリウム                 80g
 ハイドロキノン                     4g
 ホウ砂                         4g
 チオ硫酸ナトリウム                  10g
 臭化カリウム                    0.5g
 水を加えて全量を1000cmとした。
  (定着液(FIX-1))
 純水                       750cm
 チオ硫酸ナトリウム                250g
 無水亜硫酸ナトリウム                15g
 氷酢酸                       15cm
 カリミョウバン                   15g
 水を加えて全量を1000cmとした。
 (物理現像)
 定着処理後の感光材料に、下記物理現像液(PDEV-1)を用いて30℃で10分間物理現像を行った後、水道水で10分間水洗処理を行った。
  (物理現像液(PDEV-1))
 純水                       900cm
 クエン酸                      10g
 クエン酸三ナトリウム                1g
 アンモニア水(28%)               1.5g
 ハイドロキノン                   2.3g
 硝酸銀                       0.23g
 水を加えて全量を1000cmとした。
 (電解めっき)
 物理現像処理の後に、下記電解めっき液を用いて25℃で電解銅めっき処理を施した後、水洗、乾燥処理を行った。なお電解銅めっきにおける電流制御は3Aで1分間、次いで1Aで12分間、計13分間かけて実施した。電解銅めっき処理終了後に、水道水で10分間水洗処理を行い、乾燥風(50℃)を用いてドライ状態になるまで乾燥した。
  (電解めっき液)
 硫酸銅(五水和物)                 200g
 硫酸                         50g
 塩化ナトリウム                   0.1g
 水を加えて全量を1000cmとした。
 支持体11の表面を電子顕微鏡にて観察したところ、PENフィルム(支持体11)上に、線幅19μm、ピッチ300μmの銀製メッシュパターンからなる補助金属配線13が形成されていることが確認された。
 (透明な負極12の形成)
 補助金属配線13が形成されたPENフィルムの表面に、ジメチルスルホキシド(DMSO、5質量%)、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(2質量%)、フッ素系界面活性剤(デュポン社製、Zonyl FS-300(商品名)、0.5質量%)を添加したPEDOT-PSS水溶液(H.C. Starck Clevios社製、Clevios PH 500(商品名))(以下、「PEDOT-PSS水溶液III」という)をインクジェット印刷した。120℃15分間加熱処理して、透明な負極12としてポリシロキサンを含むPEDOT-PSS層(膜厚0.2μm)を形成した。
 (電子輸送層14の形成)
 透明な負極12の上に、ポリビニルブチラール水溶液(PVB、積水化学工業社製、エスレックK KW-1(商品名)、2質量%)と3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(0.4質量%)を添加した酸化チタン微粒子分散液(Solaronix社製、Ti-Nanoxide HT-L/SC(商品名))を回転塗布した後、140℃で1時間加熱処理することで、電子輸送層14として、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを架橋剤とする架橋PVBを含む酸化チタン層(膜厚0.2μm)を形成した。
 (光電変換層15、正孔輸送層22、正極16および保護層23の形成)
 太陽電池No.101の製造と同様にして電子輸送層14上に光電変換層15を製膜した。
 次いで、光電変換層15上に、PEDOT-PSS水溶液IIを回転塗布した後、120℃で15分間加熱処理して、ポリシロキサンを含む正孔輸送層22(膜厚0.1μm)を形成した。
 さらに、太陽電池No.101の製造と同様にして、正孔輸送層22上に、正極16、保護層23を形成した。
 (封止フィルム25の貼り合わせ)
 封止フィルムとして酸化アルミニウム蒸着膜が形成されたPENフィルム2枚をそれぞれ、シーラントとしてエチレン-酢酸ビニル共重合体(EVA)フィルムを挟んで、酸化アルミニウム蒸着膜を内側にして、支持体11の裏面側と保護層23上に真空加熱(140℃)ラミネートした。
 このようにして、太陽電池No.201を製造した。
(太陽電池No.202の製造)
 太陽電池No.201の製造と同様にして支持体11上に、補助金属配線13、負極12および電子輸送層14を成膜した。
 次いで、太陽電池No.102と同様にして電子輸送層14上に光電変換層15、正孔輸送層22、正極16および保護層23を成膜した。
 さらに、封止フィルムとして酸化アルミニウム蒸着膜が形成されたPENフィルム2枚をそれぞれ、シーラントとしてアイオノマー樹脂(三井・デュポン ポリケミカル社製、ハイミラン1652(商品名))を挟んで、酸化アルミニウム蒸着膜を内側にして、支持体11の裏面側と保護層23上に真空加熱(120℃)ラミネートした。
 このようにして太陽電池No.202を製造した。
(比較のための太陽電池No.c201の製造)
 太陽電池No.201の製造において、PVBおよび3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを添加していない酸化チタン微粒子分散液を回転塗布、加熱処理して電子輸送層14を形成したこと以外は、太陽電池No.201の製造同様にして、支持体11上に、補助金属配線13、負極12および電子輸送層14を形成した。
 次いで、太陽電池No.101の製造と同様にして、電子輸送層14上に、光電変換層15、正孔輸送層22、正極16、保護層23を形成した。
 さらに、太陽電池No.201の製造と同様にして、支持体11の裏面側と保護層23上に封止フィルム25をラミネートして、太陽電池No.c201を製造した。
(比較のための太陽電池No.c202の製造)
 太陽電池No.201の製造において、PVBおよび3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを添加していない酸化チタン微粒子分散液を回転塗布、加熱処理して電子輸送層を形成したこと以外は太陽電池No.201の製造と同様にして、太陽電池No.c202を製造した。
(比較のための太陽電池No.c203の製造)
 太陽電池No.201の製造において、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを添加せずにPVB水溶液のみを添加した酸化チタン微粒子分散液を回転塗布、加熱処理して、非架橋のPVBを含む酸化チタン層で電子輸送層を形成したこと以外は太陽電池No.201の製造と同様にして、太陽電池No.c203を製造した。
(太陽電池の評価)
 製造した各太陽電池を折り曲げて折り曲げ前後の光電変換効率を測定し、実施例1と同様にして、耐久性を評価した。結果を他の実施例の結果とともに表1に示す。
 なお、太陽電池No.c201は、製造直後から短絡し、光電変換効率を測定できなかった。
実施例3
 実施例3では、図3に示される太陽電池1Cを製造し、折り曲げ前後の光電変換効率の低下率(耐久性)を評価した。
(太陽電池No.301の製造)
 以下に示す手順により、本発明の太陽電池No.301を製造した。
 太陽電池No.201の製造と同様にして、支持体11上に補助金属配線13を形成した。
 (透明な負極12と電子輸送層14の形成)
 補助金属配線13が形成されたPENフィルムの表面に、PEDOT-PSS水溶液IIIをインクジェット印刷した。そして、直ちに、PEDOT-PSS水溶液IIIの塗布膜上へ、Zn(acac)(4質量%)のエタノール溶液を回転塗布した後、140℃で1時間加熱処理することで、透明な負極12としてポリシロキサンを含むPEDOT-PSS層(膜厚0.2μm)、および、電子輸送層14としてポリシロキサンを含む酸化亜鉛層(膜厚0.1μm)を、同時に成膜した。
 なお、酸化亜鉛層のポリシロキサンは、PEDOT-PSS水溶液IIIの3-グリシジルプロピルトリメトキシシランがZn(acac)(4質量%)のエタノール溶液に移行し、縮合して、形成されたものと考えられる。
 (多孔質層17の形成)
 電子輸送層14上に、酸化亜鉛微粒子分散液(Buhler社製、NanoSunguard in ethanol II(商品名))を回転塗布して、酸化亜鉛からなる多孔質層17(平均膜厚0.3μm)を形成した。
 (光電変換層15、正孔輸送層22、正極16、保護層23および封止フィルム25の形成)
 太陽電池No.201の製造と同様にして、多孔質層17上に光電変換層15、正孔輸送層22、正極16および保護層23を形成し、封止フィルム25を支持体11の裏面側と保護層23上に真空加熱ラミネートした。
 このようにして、太陽電池No.301を製造した。
(太陽電池No.302の製造)
 太陽電池No.201の製造と同様にして、支持体11上に補助金属配線13、負極12および電子輸送層14を形成した。
 (多孔質層17および光電変換層15の形成)
 電子輸送層14上に、酸化アルミニウム微粒子分散液(Sigma-Aldrich社製、642991(商品名))を回転塗布して、酸化アルミニウムからなる多孔質層17(平均膜厚0.3μm)を形成した。
 次いで、太陽電池No.102の製造と同様にして、多孔質層17上に光電変換層15を形成した。
 (正孔輸送層22、正極16、保護層23および封止フィルム25の形成)
 太陽電池No.202の製造と同様にして、光電変換層15上に、正孔輸送層22、正極16および保護層23を形成し、封止フィルム25を支持体11の裏面側と保護層23上に真空加熱ラミネートした。
 このようにして、太陽電池No.302を製造した。
(比較のための太陽電池c301の製造)
 太陽電池No.201の製造と同様にして、支持体11上に補助金属配線13および負極12を形成した。
 (電子輸送層、多孔質層および光電変換層の形成)
 次いで、太陽電池No.201の製造において、PVBと3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを添加せずに酸化チタン微粒子分散液を回転塗布、加熱処理して電子輸送層を形成した以外は、太陽電池No.201の製造と同様にして、電子輸送層を製膜した。
 この電子輸送層上に、太陽電池No.302の製造と同様にして、多孔質層17および光電変換層15を形成した。
 (正孔輸送層の形成)
 光電変換層15上に、Li-TFSI(17質量%)アセトニトリル溶液(5質量%)と4-tert-ブチルピリジン(1質量%)を混合したspiro-OMeTAD(12質量%)のクロロベンゼン溶液を回転塗布して、spiro-OMeTAD層(膜厚0.05μm)を形成した。
 次いで、spiro-OMeTAD層上に、PEDOT-PSS水溶液Iを回転塗布した後、120℃で15分間加熱処理して、PEDOT-PSS層(膜厚0.1μm)を形成した。この正孔輸送層22は、以上のspiro-OMeTAD層とPEDOT-PSS層の積層構造からなる。
 (正極、保護層および封止フィルムの形成)
 太陽電池No.302の製造と同様にして、正孔輸送層22上に、正極16および保護層23を形成し、支持体11の裏面側と保護層23上に封止フィルム25をラミネートして、太陽電池No.c301を製造した。
(比較のための太陽電池No.c302の製造)
 太陽電池No.302の製造において、PVBおよび3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを添加せずに、酸化チタン微粒子分散液を回転塗布、加熱処理して、電子輸送層14を形成したこと以外は、太陽電池No.302の製造と同様にして、太陽電池No.c302を製造した。
(比較のための太陽電池No.c303の製造)
 太陽電池No.302の製造において、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシランを添加せずに、PVB水溶液のみを添加した酸化チタン微粒子分散液を回転塗布、加熱処理して、非架橋のPVBを含む酸化チタン層で電子輸送層を形成したこと以外は太陽電池No.302の製造と同様にして、太陽電池No.c303を製造した。
(太陽電池の評価)
 製造した各太陽電池を折り曲げて折り曲げ前後の光電変換効率を測定し、実施例1と同様にして、耐久性を評価した。結果を他の実施例の結果とともに表1に示す。
 なお、太陽電池No.c301は、製造直後から短絡し、光電変換効率を測定できなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示されるように、絶縁材料および架橋高分子を含有する電子輸送層を備える本発明の太陽電池は、図1~図3に示されるいずれの構造であっても、折り曲げに対する耐久性に優れていた。
 また、補助金属配線と負極を備えた太陽電池において、補助金属配線に含まれる金属材料と反応する多官能性化合物を用いると、耐久性に優れることがわかった(太陽電池No.101および102)。さらに、導電性高分子と特定の重合体で形成した負極を備えた太陽電池において、重合体と反応または重合する多官能性化合物を用いると、耐久性が優れることがわかった(太陽電池No.201、202、301および302)。
 これに対して、電子輸送層が架橋高分子を含有しない太陽電池は、図1~図3に示されるいずれの構造であっても、折り曲げに対する耐久性が不十分であった。
 特に、電子輸送層が架橋性高分子を含んでいても架橋剤により架橋されていないと、折り曲げに対する耐久性が優れた太陽電池とすることができなかった(太陽電池No.c102、c104、c203およびc303)。
1A、1B、1C 太陽電池
11 支持体
12 負極
13 補助金属配線
14 電子輸送層
15 光電変換層
16 正極
17 多孔質層
21 ガスバリア層
22 正孔輸送層
23 保護層
24 接着層
25 封止フィルム

Claims (10)

  1.  支持体上に、透明な負極と、前記負極に接する補助金属配線と、前記負極に対向する正極と、前記負極および前記正極の間に光電変換層と、を有する太陽電池であって、
     前記負極と前記光電変換層との間に、電子輸送材料と絶縁材料とを含む電子輸送層を有し、前記絶縁材料が、架橋性官能基を複数有する化合物で、架橋性高分子を架橋してなる架橋高分子である、太陽電池。
  2.  前記架橋性官能基が、前記電子輸送層が接する前記負極または前記補助金属配線を形成する材料と化学結合する反応性基を兼ねる請求項1に記載の太陽電池。
  3.  前記負極が、導電性高分子を含有する請求項1または2に記載の太陽電池。
  4.  前記負極が、前記架橋性官能基を複数有する化合物の重合体を含有する請求項1~3のいずれか1項に記載の太陽電池。
  5.  前記電子輸送材料が、金属酸化物である請求項1~4のいずれか1項に記載の太陽電池。
  6.  前記電子輸送層と前記光電変換層との間に多孔質層を有する請求項1~5のいずれか1項に記載の太陽電池。
  7.  前記光電変換層が、電子供与性の有機化合物を含有する請求項1~6のいずれか1項に記載の太陽電池。
  8.  前記光電変換層が、ペロブスカイト構造を有する化合物を含有する請求項1~6のいずれか1項に記載の太陽電池。
  9.  前記支持体が、可撓性である請求項1~8のいずれか1項に記載の太陽電池。
  10.  前記支持体と反対側に第二の支持体が貼り合わされてなる請求項1~9のいずれか1項に記載の太陽電池。
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