(57)【要約】【課題】建物の側壁や屋根、塀に付設したり、発電設備として独自に設置することが可能であり、長期間に亘り、高い光電変換効率で発電する太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】フレキシブル太陽電池が収納された元巻カートリッジ及び、  該元巻カートリッジから繰り出された前記フレキシブル太陽電池を巻き取る巻取カートリッジを有し、  前記元巻カートリッジには未使用の前記フレキシブル太陽電池が収納され、前記元巻カートリッジと前記巻取カートリッジとの間に前記発電領域にある前記フレキシブル太陽電池を展開する太陽電池モジュールとする。【選択図】図４
2010177497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレキシブル太陽電池、
該フレキシブル太陽電池を収納する元巻カートリッジ及び、
該元巻カートリッジから繰り出された前記フレキシブル太陽電池を巻き取る巻取カートリッジを有し、
前記元巻カートリッジには未使用の前記フレキシブル太陽電池が収納され、前記元巻カートリッジと前記巻取カートリッジとの間に発電領域を形成する前記フレキシブル太陽電池を展開することができることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記フレキシブル太陽電池の出力を取り出す取出集電電極を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記フレキシブル太陽電池をクリーニングするクリーニング手段を有し、該クリーニング手段は前記元巻カートリッジ及び前記巻取カートリッジの少なくともいずれか一方に設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記巻取カートリッジに前記フレキシブル太陽電池を巻き取る巻取手段を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記元巻カートリッジには、前記フレキシブル太陽電池のロールが取付可能であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記巻取カートリッジから、使用済みの前記フレキシブル太陽電池のロールが取出可能であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記フレキシブル太陽電池は、マット剤を含む表面層を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記フレキシブル太陽電池の少なくとも１面がエンボス加工されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記フレキシブル太陽電池に接触する電極形成体を有し、該電極形成体には、前記フレキシブル太陽電池の出力を取り出す取出集電電極が形成されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記フレキシブル太陽電池は、分割された複数のセルを有することを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記フレキシブル太陽電池は、フレキシブルな基板、陽極、陰極及び少なくとも１種の有機半導体を含む光電変換層を有することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記光電変換層は、ｐ型半導体成分とｎ型半導体成分とが混合されたバルクヘテロジャンクション層を有することを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
フレキシブル太陽電池、
フレキシブル太陽電池を収納する元巻カートリッジ及び、
該元巻カートリッジから繰り出された前記フレキシブル太陽電池を巻き取る巻取カートリッジを有し、
前記元巻カートリッジと前記巻取カートリッジとの間に前記フレキシブル太陽電池が展開され、展開された前記フレキシブル太陽電池が、太陽光を受けて発電する発電領域を形成することを特徴とする太陽光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池、特に、フレキシブルな光電変換素子を用いた太陽電池及びかかる太陽電池を備えた太陽光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
石化燃料代替エネルギーの普及や地球温暖化対策に向けて、再生可能エネルギーである太陽電池の発展が近年注目されている。しかしながら、太陽光発電の更なる普及には、製造コストの低減、助成金などの普及に向けた国策や、太陽電池の新たな用途展開の拡大が重要となっている。
【０００３】
従来の太陽電池の設置場所としては、建築物の屋根の上への設置（例えば、特許文献１）、建築物の屋根の棟部への設置（例えば、特許文献２）、プレキャストコンクリートパネルにＰＶモジュール埋め込み（例えば、特許文献３）や交通建築物を活用したフレキシブル太陽電池の設置（例えば、特許文献４）など、これまでに多数の提案がなされている。
【０００４】
近年、更なる太陽電池の用途拡大として、屋根の上を中心とした屋外用途以外の設置方法として、ベランダやバルコニーの壁や柵の外側に設置（例えば、特許文献５）、色素増感太陽電池を用いたブラインド用途への展開（例えば、特許文献６）や蓄電池と負荷を接続したロールカーテンへの展開（例えば、特許文献７）など、新たな提案がなされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−８５３０４号
【特許文献２】特開平７−１８０３１３号
【特許文献３】特開平８−１２０８２７号
【特許文献４】特開２００２−１０４９４号
【特許文献５】特開２００２−１３４７７６号
【特許文献６】特開２００７−１１３３６５号
【特許文献７】特開２００８−４２１４２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、特許文献１〜７などで提案されている様々な太陽電池の用途において、より長期間に亘り使用することができるカートリッジ状の太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的は、下記の発明により達成される。
【０００８】
１．フレキシブル太陽電池、
該フレキシブル太陽電池を収納する元巻カートリッジ及び、
該元巻カートリッジから繰り出された前記フレキシブル太陽電池を巻き取る巻取カートリッジを有し、
前記元巻カートリッジには未使用の前記フレキシブル太陽電池が収納され、前記元巻カートリッジと前記巻取カートリッジとの間に発電領域を形成する前記フレキシブル太陽電池を展開することができることを特徴とする太陽電池モジュール。
【０００９】
２．前記フレキシブル太陽電池の出力を取り出す取出集電電極を有することを特徴とする前記１に記載の太陽電池モジュール。
【００１０】
３．前記フレキシブル太陽電池をクリーニングするクリーニング手段を有し、該クリーニング手段は前記元巻カートリッジ及び前記巻取カートリッジの少なくともいずれか一方に設けられていることを特徴とする前記１又は前記２に記載の太陽電池モジュール。
【００１１】
４．前記巻取カートリッジに前記フレキシブル太陽電池を巻き取る巻取手段を有することを特徴とする前記１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【００１２】
５．前記元巻カートリッジには、前記フレキシブル太陽電池のロールが取付可能であることを特徴とする前記１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【００１３】
６．前記巻取カートリッジから、使用済みの前記フレキシブル太陽電池のロールが取出可能であることを特徴とする前記１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【００１４】
７．前記フレキシブル太陽電池は、マット剤を含む表面層を有することを特徴とする前記１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【００１５】
８．前記フレキシブル太陽電池の少なくとも１面がエンボス加工されていることを特徴とする前記１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【００１６】
９．前記フレキシブル太陽電池に接触する電極形成体を有し、該電極形成体には、前記フレキシブル太陽電池の出力を取り出す取出集電電極が形成されていることを特徴とする前記１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【００１７】
１０．前記フレキシブル太陽電池は、分割された複数のセルを有することを特徴とする前記１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【００１８】
１１．前記フレキシブル太陽電池は、フレキシブルな基板、陽極、陰極及び少なくとも１種の有機半導体を含む光電変換層を有することを特徴とする前記１〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【００１９】
１２．前記光電変換層は、ｐ型半導体成分とｎ型半導体成分とが混合されたバルクヘテロジャンクション層を有することを特徴とする前記１１に記載の太陽電池モジュール。
【００２０】
１３．フレキシブル太陽電池、
フレキシブル太陽電池を収納する元巻カートリッジ及び、
該元巻カートリッジから繰り出された前記フレキシブル太陽電池を巻き取る巻取カートリッジを有し、
前記元巻カートリッジと前記巻取カートリッジとの間に前記フレキシブル太陽電池が展開され、展開された前記フレキシブル太陽電池が、太陽光を受けて発電する発電領域を形成することを特徴とする太陽光発電装置。
【発明の効果】
【００２１】
本発明に係る太陽電池モジュールでは、使用により劣化したフレキシブル太陽電池が、モジュールの頻繁な付け替えを行うことなく、発電のために使用する太陽電池は未使用の新しいフレキシブル太陽電池を送り出すことで置き換えられる。したがって、より長期間に亘り高い光電変換効率の発電が行われる。
【００２２】
また、元巻カートリッジと巻取カートリッジ間に展開されるフレキシブル太陽電池の面積を変えることにより、所望の出力の発電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る太陽光発電装置を示す図である。
【図２】バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子からなるフレキシブル太陽電池の一例を示す断面図である。
【図３】バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子からなるフレキシブル太陽電池の他の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る太陽光発電装置及び太陽電池モジュールの構造を示す図である。
【図５】フレキシブル太陽電池の元巻軸の支持構造を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュールの正面図である。
【図７】フレキシブル太陽電池の層構成を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る太陽光発電装置及び太陽電池モジュールの構造を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る太陽電池モジュールの一例を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る太陽電池モジュールの他の例におけるフレキシブル太陽電池を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を実施するための形態について説明するが、本発明は以下に説明する実施の形態に限られない。
【００２５】
〔太陽電池モジュールの概説〕
図１は構造物の外壁Ａに付設された本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールＢを示す図である。太陽電池モジュールＢは図示のようにビルディング、家、塀等の壁Ａに取り付けられる。図示の例では、壁Ａに形成された凹部に太陽電池モジュールＢが取り付けられているが、太陽電池モジュールＢは壁Ａの平坦面に固定具により取り付けられてもよい。
【００２６】
本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールは元巻カートリッジＢ１から繰り出され面状に展開されて発電領域Ｃを形成し、使用により劣化した部分が巻取カートリッジＢ２に巻き取られる。
【００２７】
このように、繰り出しと巻取とが可能であることが条件となることから本発明において使用されるフレキシブル太陽電池にはフレキシブルな帯状のものが使用される。
【００２８】
本発明において用いられるフレキシブル太陽電池としては、次の（１）〜（３）が挙げられるが、基板に樹脂を用い、ロールツーロール（Ｒｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ）プロセスなどの塗布プロセスにより安価に製造できること、薄膜・軽量なフレキシブル太陽電池を製造できることなどから、（２）の有機薄膜太陽電池がより好ましい。
（１）色素増感フレキシブル太陽電池〔有機色素を用いて光起電力を得るフレキシブル太陽電池。代表的なものはグレッツエル型（又は湿式フレキシブル太陽電池）と呼ばれる型式のもので、２枚の透明電極の間に微量のルテニウム錯体などの色素を吸着させた二酸化チタン層と電解質を挟み込んだ構造を有している〕や、
（２）有機薄膜フレキシブル太陽電池〔導電性ポリマーやフラーレンなどを組み合わせた有機薄膜半導体を用いるフレキシブル太陽電池〕
等の有機系フレキシブル太陽電池、
（３）化合物系フレキシブル太陽電池
ＣＩＳ系（カルコパイライト系）フレキシブル太陽電池〔光吸収層〕の材料として、シリコンの代わりに、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ａｌ、Ｓｅ、Ｓなどから成るカルコパイライト系と呼ばれるＩ−III−VI族化合物を用いる。代表的なものはＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２やＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２、ＣｕＩｎＳ２などで、それぞれＣＩＧＳ、ＣＩＧＳＳ、ＣＩＳなどと略称される。製造法や材料のバリエーションが豊富である。
【００２９】
本発明において用いられるフレキシブル太陽電池の好ましい例である有機薄膜太陽電池を以下に説明する。
【００３０】
〔有機薄膜太陽電池〕
図２は、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子からなるフレキシブル太陽電池の一例を示す断面図である。図２において、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子Ｅは、基板Ｌ１の一方面上に、陽極Ｌ２、正孔輸送層Ｌ３、バルクヘテロジャンクション層からなる発電層Ｌ４、電子輸送層Ｌ５及び陰極Ｌ６が順次積層されている。
【００３１】
基板Ｌ１は、順次積層された陽極Ｌ２、発電層Ｌ４及び陰極Ｌ６を保持する部材である。図示の例では、基板Ｌ１側から光電変換される光が入射するので、基板Ｌ１は、この光電変換される光を透過させることが可能な、すなわち、この光電変換すべき光の波長に対して透明な部材である。基板Ｌ１には、例えば、樹脂基板等が用いられる。
【００３２】
また、陰極Ｌ６側から光が入射する構成でも良く、この構成では、基板Ｌ１は不透明でもよい。不透明基板の材料としては、金属等が挙げられる。
【００３３】
発電層Ｌ４は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、ｐ型半導体材料とｎ型半導体材料とを一様に混合したバルクヘテロジャンクション層で構成される。ｐ型半導体材料は、相対的に電子供与体（ドナー）として機能し、ｎ型半導体材料は、相対的に電子受容体（アクセプタ）として機能する。
【００３４】
図２において、基板Ｌ１を介して陽極Ｌ２から入射された光は、発電層Ｌ４のバルクヘテロジャンクション層における電子受容体あるいは電子供与体で吸収され、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア（電荷分離状態）が形成される。発生した電荷は、内部電界、例えば、陽極Ｌ２と陰極Ｌ６の仕事関数が異なる場合では陽極Ｌ２と陰極Ｌ６との電位差によって、電子は、電子受容体間を通り、また正孔は、電子供与体間を通り、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流が検出される。例えば、陽極Ｌ２の仕事関数が陰極Ｌ６の仕事関数よりも大きい場合では、電子は、陽極Ｌ２へ、正孔は、陰極Ｌ６へ輸送される。なお、仕事関数の大小が逆転すれば電子と正孔は、これとは逆方向に輸送される。また、陽極Ｌ２と陰極Ｌ６との間に電位をかけることにより、電子と正孔の輸送方向を制御することもできる。
【００３５】
なお図２には記載していないが、正孔ブロック層、電子ブロック層、電子注入層、正孔注入層、あるいは平滑化層等の他の層を有していてもよい。
【００３６】
さらに好ましい構成としては、図３に示されるように、前記発電層Ｌ４が、いわゆるｐ−ｉ−ｎの三層構成となっている構成である。通常のバルクヘテロジャンクション層は、ｐ型半導体材料とｎ型半導体層が混合した、ｉ層単体であるが、バルクヘテロジャンクション層からなるＬ４ｉ層をｐ型半導体材料単体からなるＬ４ｐ層と、ｎ型半導体材料単体からなるＬ４ｎ層とで挟むことにより、正孔及び電子の整流性がより高くなり、電荷分離した正孔・電子の再結合等によるロスが低減され、一層高い光電変換効率を得ることができる。
【００３７】
発電層（バルクヘテロジャンクション層）に用いられるｐ型半導体材料としては、種々の縮合多環芳香族低分子化合物や共役系ポリマー・オリゴマーが挙げられる。
【００３８】
縮合多環芳香族低分子化合物としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の化合物、ポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン（ＴＴＦ）−テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）錯体、ビスエチレンテトラチアフルバレン（ＢＥＤＴＴＴＦ）−過塩素酸錯体、及びこれらの誘導体や前駆体が挙げられる。
【００３９】
また上記の縮合多環を有する誘導体の例としては、国際公開第０３／１６５９９号パンフレット、国際公開第０３／２８１２５号パンフレット、米国特許第６，６９０，０２９号明細書、特開２００４−１０７２１６号公報等に記載の置換基をもったペンタセン誘導体、米国特許出願公開第２００３／１３６９６４号明細書等に記載のペンタセンプレカーサ、Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ１２７．Ｎｏ１４．４９８６、Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１２３、ｐ９４８２、Ｊ．Ａｍｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．，ｖｏｌ．１３０（２００８）、Ｎｏ．９、２７０６等に記載のトリアルキルシリルエチニル基で置換されたアセン系化合物等が挙げられる。
【００４０】
共役系ポリマーとしては、例えば、ポリ３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）等のポリチオフェン及びそのオリゴマー、又はＴｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＰＶＳＥＣ−１７，  Ｆｕｋｕｏｋａ，  Ｊａｐａｎ，  ２００７，  Ｐ１２２５に記載の重合性基を有するようなポリチオフェン、Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ，（２００６）ｖｏｌ．５，ｐ３２８に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、ＷＯ２００８／０００６６４号に記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Ａｄｖ  Ｍａｔｅｒ，２００７ｐ４１６０に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体，Ｎａｔｕｒｅ  Ｍａｔ．ｖｏｌ．６（２００７），ｐ４９７に記載のＰＣＰＤＴＢＴ等のようなポリチオフェン共重合体、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマー、等のポリマー材料が挙げられる。
【００４１】
また、ポリマー材料ではなくオリゴマー材料としては、チオフェン６量体であるα−セクシチオフェンα，ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α，ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α，ω−ビス（３−ブトキシプロピル）−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーが好適に用いることができる。
【００４２】
これらの化合物の中でも、溶液プロセスが可能な程度に有機溶剤への溶解性が高く、かつ乾燥後は結晶性薄膜を形成し、高い移動度を達成することが可能な化合物が好ましい。
【００４３】
また、発電層上に電子輸送層を塗布で製膜する場合、電子輸送層溶液が発電層を溶かしてしまうという課題があるため、溶液プロセスで塗布した後に不溶化できるような材料を用いても良い。
【００４４】
このような材料としては、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ＰＶＳＥＣ−１７，  Ｆｕｋｕｏｋａ，  Ｊａｐａｎ，  ２００７，  Ｐ１２２５に記載の重合性基を有するようなポリチオフェンのような、塗布後に塗布膜を重合架橋して不溶化できる材料、又は米国特許出願公開第２００３／１３６９６４号、及び特開２００８−１６８３４号等に記載されているような、熱等のエネルギーを加えることによって可溶性置換基が反応して不溶化する（顔料化する）材料などを挙げることができる。
【００４５】
バルクヘテロジャンクション層に用いられるｎ型半導体材料としては、特に限定されないが、例えば、フラーレン、オクタアザポルフィリン等、ｐ型半導体の水素原子をフッ素原子に置換したパーフルオロ体（パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等）、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物を骨格として含む高分子化合物等を挙げることができる。
【００４６】
しかし、各種のｐ型半導体材料と高速（〜５０ｆｓ）かつ効率的に電荷分離を行うことができる、フラーレン誘導体が好ましい。フラーレン誘導体としては、フラーレンＣ６０、フラーレンＣ７０、フラーレンＣ７６、フラーレンＣ７８、フラーレンＣ８４、フラーレンＣ２４０、フラーレンＣ５４０、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層ナノチューブ、単層ナノチューブ、ナノホーン（円錐型）等、及びこれらの一部が水素原子、ハロゲン原子、置換又は無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、アミノ基、シリル基等によって置換されたフラーレン誘導体を挙げることができる。
【００４７】
中でも［６，６］−フェニルＣ６１−ブチリックアシッドメチルエステル（略称ＰＣＢＭ）、［６，６］−フェニルＣ６１−ブチリックアシッド−ｎブチルエステル（ＰＣＢｎＢ）、［６，６］−フェニルＣ６１−ブチリックアシッド−イソブチルエステル（ＰＣＢｉＢ）、［６，６］−フェニルＣ６１−ブチリックアシッド−ｎヘキシルエステル（ＰＣＢＨ）、Ａｄｖ．Ｍａｔｅｒ．，ｖｏｌ．２０（２００８），ｐ２１１６等に記載のｂｉｓ−ＰＣＢＭ、特開２００６−１９９６７４号公報等のアミノ化フラーレン、特開２００８−１３０８８９号公報等のメタロセン化フラーレン、米国特許第７３２９７０９号明細書等の環状エーテル基を有するフラーレン等のような、置換基を有してより溶解性が向上したフラーレン誘導体を用いることが好ましい。
【００４８】
本発明の有機光電変換素子Ｅは、バルクヘテロジャンクション層からなる発電層Ｌ４と陽極Ｌ２との中間に、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、正孔輸送層Ｌ３を有していることが好ましい。
【００４９】
例えば、正孔輸送層Ｌ３としては、スタルクヴイテック社製、商品名ＢａｙｔｒｏｎＰ等のＰＥＤＯＴ、ポリアニリン及びそのドープ材料、ＷＯ２００６／０１９２７０号公報等に記載のシアン化合物、などを用いることができる。なお、バルクヘテロジャンクション層に用いられるｎ型半導体材料のＬＵＭＯ準位よりも浅いＬＵＭＯ準位を有する正孔輸送層には、バルクヘテロジャンクション層で生成した電子を陽極側には流さないような整流効果を有する、電子ブロック機能が付与される。このような正孔輸送層は、電子ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する正孔輸送層を使用する方が好ましい。このような材料としては、特開平５−２７１１６６号公報等に記載のトリアリールアミン系化合物、また酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化タングステン等の金属酸化物等を用いることができる。また、バルクヘテロジャンクション層に用いたｐ型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。バルクヘテロジャンクション層を形成する前に、下層に塗布膜を形成すると塗布面をレベリングする効果があり、リーク等の影響が低減するため好ましい。
【００５０】
本発明の有機光電変換素子Ｅは、バルクヘテロジャンクション層からなる発電層Ｌ４と陰極Ｌ６との中間に、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、電子輸送層Ｌ５を有することが好ましい。
【００５１】
また電子輸送層Ｌ５としては、オクタアザポルフィリン、ｐ型半導体のパーフルオロ体（パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等）を用いることができるが、同様に、バルクヘテロジャンクション層に用いられるｐ型半導体材料のＨＯＭＯ準位よりも深いＨＯＭＯ準位を有する電子輸送層には、バルクヘテロジャンクション層で生成した正孔を陰極側には流さないような整流効果を有する、正孔ブロック機能が付与される。このような電子輸送層は、正孔ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する電子輸送層を使用する方が好ましい。このような材料としては、バソキュプロイン等のフェナントレン系化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のｎ型半導体材料、及び酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のｎ型無機酸化物及びフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物等を用いることができる。また、バルクヘテロジャンクション層に用いたｎ型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。
【００５２】
エネルギー変換効率の向上や、素子寿命の向上を目的に、各種中間層を素子内に有する構成としてもよい。中間層の例としては、正孔ブロック層、電子ブロック層、正孔注入層、電子注入層、励起子ブロック層、ＵＶ吸収層、光反射層、波長変換層などを挙げることができる。
【００５３】
陽極Ｌ２として好ましい透明電極は、好ましくは３８０〜８００ｎｍの光を透過する電極である。材料としては、例えば、インジウムチンオキシド（ＩＴＯ）、ＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金等の金属薄膜、金属ナノワイヤー、カーボンナノチューブ用いることができる。
【００５４】
またポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン、ポリカルバゾール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン及びポリナフタレンの各誘導体からなる群より選ばれる導電性高分子等も用いることができる。また、これらの導電性化合物を複数組み合わせて透明電極とすることもできる。
【００５５】
陰極Ｌ６は導電材単独層であっても良いが、導電性を有する材料に加えて、これらを保持する樹脂を併用しても良い。陰極Ｌ６の導電材としては、仕事関数の小さい（４ｅＶ以下）金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム／銅混合物、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）混合物、インジウム、リチウム／アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子の取り出し性能及び酸化等に対する耐久性の点から、これら金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム／銀混合物、マグネシウム／アルミニウム混合物、マグネシウム／インジウム混合物、アルミニウム／酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）混合物、リチウム／アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。対電極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、膜厚は通常１０ｎｍ〜５μｍ、好ましくは５０〜２００ｎｍの範囲で選ばれる。
【００５６】
対電極の導電材として金属材料を用いれば対電極側に来た光は反射されて第１電極側に反射され、この光が再利用可能となり、光電変換層で再度吸収され、より光電変換効率が向上し好ましい。
【００５７】
また、陰極Ｌ６は、金属（例えば金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等）、炭素からなるナノ粒子、ナノワイヤー、ナノ構造体であってもよく、ナノワイヤーの分散物であれば、透明で導電性の高い対電極を塗布法により形成でき好ましい。
【００５８】
また、陰極Ｌ６を光透過性とする場合は、例えば、アルミニウム及びアルミニウム合金、銀及び銀化合物等の対電極に適した導電性材料を薄く１〜２０ｎｍ程度の膜厚で作製した後、上記透明電極の説明で挙げた導電性光透過性材料の膜を設けることで、光透過性対電極とすることができる。
【００５９】
基板側から光電変換される光が入射する場合、基板はこの光電変換される光を透過させることが可能な、即ちこの光電変換すべき光の波長に対して透明な部材であることが好ましい。基板は、フレキシブルであることが条件となることから透明樹脂フィルムを用いることが望ましい。本発明で透明基板として好ましく用いることができる透明樹脂フィルムには特に制限がなく、その材料、形状、構造、厚み等については公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂フィルム、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂フィルム、ポリサルホン（ＰＳＦ）樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）樹脂フィルム、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）樹脂フィルム等を挙げることができるが、可視域の波長（３８０〜８００ｎｍ）における透過率が８０％以上である樹脂フィルムであれば、本発明に係る透明樹脂フィルムに好ましく適用することができる。中でも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度及びコストの点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム、ポリカーボネートフィルムであることが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムであることがより好ましい。
【００６０】
本発明に用いられる透明基板には、塗布液の濡れ性や接着性を確保するために、表面処理を施すことや易接着層を設けることができる。表面処理や易接着層については従来公知の技術を使用できる。例えば、表面処理としては、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理等の表面活性化処理を挙げることができる。また、易接着層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ビニル系共重合体、ブタジエン系共重合体、アクリル系共重合体、ビニリデン系共重合体、エポキシ系共重合体等を挙げることができる。
【００６１】
また、酸素及び水蒸気の透過を抑制する目的で、透明基板にはバリアコート層が予め形成されていてもよいし、透明導電層を転写する反対側にはハードコート層が予め形成されていてもよい。
【００６２】
電子受容体と電子供与体とが混合されたバルクヘテロジャンクション層、及び輸送層・電極の形成方法としては、蒸着法、塗布法（キャスト法、スピンコート法を含む）等を例示することができる。このうち、バルクヘテロジャンクション層の形成方法としては、蒸着法、塗布法（キャスト法、スピンコート法を含む）等を例示することができる。このうち、前述の正孔と電子が電荷分離する界面の面積を増大させ、高い光電変換効率を有する素子を作製するためには、塗布法が好ましい。また塗布法は、製造速度にも優れている。
【００６３】
この際に使用する塗布方法に制限はないが、例えば、スピンコート法、溶液からのキャスト法、ディップコート法、ブレードコート法、ワイヤバーコート法、グラビアコート法、スプレーコート法等が挙げられる。さらには、インクジェット法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法等の印刷法でパターニングすることもできる。
【００６４】
塗布後は残留溶媒及び水分、ガスの除去、及び半導体材料の結晶化による移動度向上・吸収長波化を引き起こすために加熱を行うことが好ましい。製造工程中において所定の温度でアニール処理されると、微視的に一部が凝集又は結晶化が促進され、バルクヘテロジャンクション層を適切な相分離構造とすることができる。その結果、バルクヘテロジャンクション層のキャリア移動度が向上し、高い効率を得ることができるようになる。
【００６５】
発電層（バルクヘテロジャンクション層）１４は、電子受容体と電子供与体とが均一に混在された単一層で構成してもよいが、電子受容体と電子供与体との混合比を変えた複数層で構成してもよい。この場合、前述したような塗布後に不溶化できるような材料を用いることで形成することが可能となる。
【００６６】
電極、発電層、正孔輸送層、電子輸送層等をパターニングする方法やプロセスには特に制限はなく、公知の手法を適宜適用することができる。
【００６７】
バルクヘテロジャンクション層、輸送層等の可溶性の材料であれば、ダイコート、ディップコート等の全面塗布後に不要部だけ拭き取っても良いし、インクジェット法やスクリーン印刷等の方法を使用して塗布時に直接パターニングしても良い。
【００６８】
電極材料などの不溶性の材料の場合は、電極を真空堆積時にマスク蒸着を行ったり、エッチング又はリフトオフ等の公知の方法によってパターニングすることができる。また、別の基板上に形成したパターンを転写することによってパターンを形成しても良い。
【００６９】
本発明において用いられるフレキシブル太陽電池は、両面もしくは片面にマット剤を含有する表面層を有するか又は両面もしくは片面がエンボス加工されていることが好ましい。マット剤を含む表面層の設層及びエンボス加工には公知の方法が用いられる。これらの表面処理により、フレキシブル太陽電池の巻取時及びクリーニング時における抵抗が軽減され、フレキシブル太陽電池をスムーズに移動させることができるとともに、フレキシブル太陽電池の表面に傷ができることが防止される。
【００７０】
〔太陽電池モジュール及び太陽光発電装置の構成〕
図４は本発明の実施の形態１に係る太陽電池モジュール及び太陽光発電装置の構造を示す図、図５はフレキシブル太陽電池の元巻軸の支持構造を示す図である。
【００７１】
符号３で示される本発明において用いられるフレキシブル太陽電池としては、フレキシブルな帯状であり前記に説明したものが用いられる。
【００７２】
フレキシブル太陽電池３は元巻軸１に巻かれたロールの形態で元巻カートリッジＢ１内に収納されている。フレキシブル太陽電池３は、また、巻取カートリッジＢ２の巻取軸２に巻き取られてロール状に収納される。元巻カートリッジＢ１と巻取カートリッジＢ２との間において展開されたフレキシブル太陽電池３の発電領域Ｃが太陽光Ｄに曝され、発電する。
【００７３】
８、９は取出集電電極（例えば、８は陽極、９は陰極）であり、フレキシブル太陽電池３の発電出力は、取出電極８、９により取り出され、蓄電池７に蓄積されるが、フレキシブル太陽電池３の出力を、蓄電池７を介することなく、直接外部に取り出すこともできる。
【００７４】
フレキシブル太陽電池３は元巻軸１と巻取軸２との間に展開されるが、長期間の使用により劣化したときは、モータ４で巻取軸２を回転駆動することにより、未使用の部分が発電領域Ｃに展開される。
【００７５】
発電領域Ｃは、必要に応じて或いは目的に応じてその大きさを変えることができる。即ち、元巻カートリッジＢ１と巻取カートリッジＢ２間の距離を変えることにより、発電領域Ｃの面積を変え、出力を変えることができる。
【００７６】
１２、１３はブラシ又は例えば粘着ローラなどで構成されるクリーナであり、フレキシブル太陽電池３に付着した塵埃、水分等を掻き取る。
【００７７】
即ち、発電領域Ｃとして展開されているフレキシブル太陽電池３の部分は、モータ４の駆動により、矢印Ｗ１の方向又はその反対の方向に移動し、クリーナ１２又はクリーナ１３によりクリーニングされる。
【００７８】
１０は元巻軸１を移動可能に支持する支持部材、１１は巻取軸１１を移動可能に支持する支持部材である。
【００７９】
フレキシブル太陽電池３はコロ５により、常に一定の位置で元巻カートリッジ１から繰り出され、コロ６により、常に一定の位置で巻取カートリッジＢ２に巻き込まれる。
【００８０】
図４のモータ４は、定期的な自動動作で又は外部操作により、作動してフレキシブル太陽電池３を元巻カートリッジＢ１から繰り出し、未使用部を発電領域Ｃに展開する。
【００８１】
また、発電領域Ｃに展開されているフレキシブル太陽電池３の部分が、塵埃や水分により汚染され、発電効率が低下した場合には、モータ４が作動してフレキシブル太陽電池３を矢印Ｗ１方向又はその反対方向に移動させることにより、クリーナ１２、１３によるフレキシブル太陽電池３のクリーニングが行われる。
【００８２】
図５を参照して、元巻カートリッジＢ１からのフレキシブル太陽電池３の繰り出しについて説明する。
【００８３】
元巻軸１は、支持部材１０の長孔１０ａにより案内されて移動可能であり、引っ張り型のバネ１４により矢印Ｗ２で示す方向に付勢されている。
【００８４】
バネ１４の右端はコロ５の軸５ａに取り付けられている。軸５ａは固定である。
【００８５】
初期においては、元巻軸１に支持されているフレキシブル太陽電池３の径が大きいので、元巻軸１は長孔１０ａの左端部にある。
【００８６】
繰り出しにより元巻軸１上のフレキシブル太陽電池３の量が少なくなり、径が細くなるにしたがって、元巻軸１は矢印Ｗ２のように移動する。
【００８７】
フレキシブル太陽電池３は図４におけるコロ５により位置規制されて元巻カートリッジＢ１から繰り出されるので、元巻軸１上の量の多少に無関係に一定位置で繰り出される。
【００８８】
なお、巻取カートリッジ２における巻取軸２の支持機構も図５に示すものと同等であり、巻取軸２上のフレキシブル太陽電池３の量の多少に無関係に、フレキシブル太陽電池３は常に一定の位置で、巻取カートリッジ２に巻き取られる。
【００８９】
これにより、フレキシブル太陽電池３のロールを元巻カートリッジＢ１に補給することが可能であり、また、巻取カートリッジＢ２にフレキシブル太陽電池３が満杯になった場合に、使用済みフレキシブル太陽電池３のロールを巻取カートリッジＢ２から取り出すことができる。
【００９０】
また、元巻カートリッジＢ１内にフレキシブル太陽電池３がなくなったときに、空の元巻カートリッジＢ１を、フレキシブル太陽電池３を収容する新たな元巻カートリッジＢ１で交換し、満杯になった巻取カートリッジＢ２を空の巻取カートリッジＢ２で交換することも可能である。
【００９１】
フレキシブル太陽電池の元巻きカートリッジ及び巻取カートリッジを有する本発明に係る太陽電池モジュールは、元巻きカートリッジと巻取カートリッジとの間にフレキシブル太陽電池を展開することにより、発電領域Ｃが形成され、太陽光発電装置が形成される。
【００９２】
図６、７はフレキシブル太陽電池３の構造を示す。図６は太陽電池モジュールの正面図、図７は図６における線Ｗ３に沿ったフレキシブル太陽電池３の断面図として見たフレキシブル太陽電池の層構成を示す図である。図示のように、フレキシブル太陽電池３は多数のセル３Ａを有する。個々のセル３Ａでは、基板Ｌ１の直ぐ上層の陽極Ｌ２の上に発電層、電子輸送層、正孔輸送層などからなる発電層部Ｌ４０が形成され、発電層部Ｌ４０の上に陰極Ｌ６が形成される。
【００９３】
発電層部Ｌ４０上の陰極Ｌ６は、発電層部Ｌ４０の右端部を覆って、基板Ｌ１まで伸びている。セル３Ａと隣のセル３Ａとの間で陽極Ｌ２と陰極Ｌ６とが接続する。このようにして、左側のセル３Ａの陰極が右側のセル３Ａの陽極Ｌ２に接続されて、セル間が直列接続される。
【００９４】
図７における最も左のセル３Ａの陽極Ｌ２に集電電極３１Ｂが接触し、最も右のセル３Ａの陰極Ｌ６に集電電極３２Ｂが接触する。
【００９５】
各セル３Ａは、封止層Ｌ７により封止されて、水分や酸素から保護される。封止層Ｌ７の上に更に、基板Ｌ８が形成される。
【００９６】
フレキシブル太陽電池３は、縦横に二次元配列されたセル３Ａらを有する。セル３Ａはそれぞれ、例えば、縦横１〜数ｃｍのサイズを有する。フレキシブル太陽電池３は更に、基板Ｌ１及びＬ８の少なくともいずれか一方にバリア層１５を有することが好ましい。バリア層１５は水分、酸素等からフレキシブル太陽電池３を保護する。
【００９７】
縦１列のＮ個のセル３Ａが直列電極３Ｂにより互いに直列接続される。したがって、上端の直列電極３１Ｂと下端直列電極３２Ｂからは、１個のセル３ＡのＮ倍の出力電圧が取り出される。
【００９８】
このように直列接続されたセル３Ａの列は並列電極３Ｃにより並列接続される。発電領域ＣにＭ列のセル列が配置されている場合、並列電極３Ｃからは、１列のセルのＭ倍の電流が取り出される。
【００９９】
２本の並列電極３Ｃ間の出力は、図４の取出集電電極８．９により取り出される。
【０１００】
図８は本発明の実施の形態２に係るフレキシブル太陽電池モジュールＢの一例を示す。
【０１０１】
元巻カートリッジＢ１内には、フレキシブル太陽電池３のロール３Ｒ及び電極形成体としてのフィルム２３のロール２３Ｒが収納されている。そして、元巻カートリッジＢ１と巻取カートリッジＢ２との間には、フレキシブル太陽電池３とともに、これに密着してベルト状のフィルム２３が展開される。
【０１０２】
フィルム２３は元巻軸２１から繰り出され、巻取軸２２に巻き取られる。
【０１０３】
フレキシブル太陽電池３とフィルム２３とは、２対のローラ２４、２５により密着される。
【０１０４】
図９は本発明の実施の形態２におけるフレキシブル太陽電池及びフレキシブル太陽電池に対向するフィルムを示す。図９（ａ）はフレキシブル太陽電池の正面図、即ち、図８において太陽光Ｄが入射する側から見た図、図９（ｂ）は、図９（ａ）と反対の側から見た電極形成体のとしてのフィルムの図である。
【０１０５】
図９（ａ）に示すようにセル３Ａ間は直列電極３Ｂにより接続される。直列接続されたセル３Ａの列間を接続する電極はフレキシブル太陽電池３にはない。
【０１０６】
フィルム２３には取出集電電極集８、９が、フィルム２３の移動方向に平行な帯状に形成されている。
【０１０７】
取出集電電極８は図９（ａ）における上端の集電電極３１Ｂに、取出集電電極９は下端の集電電電極３２Ｂにそれぞれ接続される。
【０１０８】
図１０は図８に示す太陽電池モジュールＢの他の例を示す。
【０１０９】
図１０（ａ）に示すように、元巻軸１及び巻取軸２に掛け渡されたフレキシブル太陽電池３は、多数のセル３Ａを有する。そして、隣り合うセル、例えば、図１０（ｂ）における３Ａ１と３Ａ２、３Ａ２と３Ａ３とが互いに層構成が反対向きに配置されており、図示のように、陽極Ｌ２と陰極Ｌ６とが発電層部Ｌ４０を挟んで隣り合うセル毎に上下反対になるように、各セルが接続される。即ち、最も左のセル３Ａ１の陰極Ｌ６（Ａ１）と左から２番目のセル３Ａ２の陽極Ｌ２（Ａ２）とは共通電極で構成され、左から２番目のセル３Ａ２の陰極Ｌ６（Ａ２）と左から３番目の陽極Ｌ２（Ａ３）とは共通電極で構成される。
【０１１０】
このように、隣り合うセルを接続する電極は、一方のセルの陽極であり、他方のセルの陽極である。
【符号の説明】
【０１１１】
Ｂ  太陽電池モジュール
Ｂ１  元巻カートリッジ
Ｂ２  巻取カートリッジ
Ｃ  発電領域
３  フレキシブル太陽電池
８、９  取出集電電極
２３  フィルム
３Ａ、３Ａ１〜３Ａ４  セル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010177497.tif 000009
【図８】
2010177497.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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