(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に複数個の単位セルが平面的に配列され、前記複数個の単位セルのうち少なくとも２個の単位セルが直列に接続された有機薄膜太陽電池であって、
前記単位セルは、前記透明基板上に形成された金属製の補助電極と、前記補助電極上に形成された透明電極と、前記透明電極上に形成された光電変換層と、前記光電変換層上に形成された金属電極とを有し、
一の前記単位セルの前記金属電極と、他の前記単位セルの前記補助電極とが電気的に接続されており、
前記他の単位セルは、前記一の単位セルの前記金属電極と前記他の単位セルの前記補助電極とが積層されている直列接続領域を有し、前記一の単位セルは、前記金属電極が前記直列接続領域まで延長して形成されるための延設領域を有し、
前記補助電極は、メッシュ状のメッシュ部と、前記メッシュ部の周囲に配置されたフレーム部とを有し、
前記補助電極のメッシュ部の形状が、六角形の格子状または鋭角が４０°〜８０°の範囲内である平行四辺形の格子状であり、
前記延設領域には、前記補助電極のメッシュ部が設けられていることを特徴とする有機薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記直列接続領域には、前記補助電極のフレーム部が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜太陽電池。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の有機薄膜太陽電池を製造する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記透明基板上に金属薄膜を形成し、前記金属薄膜上にレジストを配置し、フォトエッチング法により前記金属薄膜をメッシュ状にパターニングして、補助電極を形成する補助電極形成工程と、
前記補助電極上に、メタルマスクを用いた蒸着法により透明電極を形成する透明電極形成工程と
を有することを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数個の単位セルが平面的に配列され直列に接続された有機薄膜太陽電池およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
有機薄膜太陽電池は、２つの異種電極間に、電子供与性および電子受容性の機能を有する有機薄膜を配置してなる太陽電池であり、シリコンなどに代表される無機太陽電池に比べて製造工程が容易であり、かつ低コストで大面積化が可能であるという利点を持つ。
【０００３】
有機薄膜太陽電池において、起電力は、有機薄膜に使用する電子供与媒体および電子受容媒体の物性により決定される。一般的な電子供与性材料であるポリチオフェンと電子受容性材料であるフラーレンとの間に生じる起電力は、約０．６Ｖである。例えば、携帯電話を駆動する際に必要な起電力は３．７Ｖであり、これを実現するためには複数個の単位セルを直列に接続し、所望の起電力を発生させる必要がある。
【０００４】
また、有機薄膜太陽電池において、受光側の電極は透明電極とされる。従来、透明電極にはＩＴＯやＺｎＯ等の金属酸化物が主に用いられている。しかしながら、ＩＴＯやＺｎＯ等の透明導電性材料は一般的に抵抗値が高く、大きな集電ロスを生じるために、大面積化するにつれ、効率的な電力の取り出しが困難になる。したがって、実用化レベルの有機薄膜太陽電池を作製するためには、効率的な集電が可能で、かつ複数個の単位セルを直列に接続することが必須となる。
【０００５】
直列接続の技術としては、複数個の単位セルを平面的に配列する場合、一の単位セルの透明電極と他の単位セルの対向電極とを３次元的に接続することが提案されている。透明電極としてはＩＴＯが最も一般的であり、また対向電極としてはＡｌが最も一般的であるが、複数個の単位セルを平面的に配列する際に、ＩＴＯとＡｌとを接触させた場合、仕事関数の差により腐食が生じ、長期信頼性に欠けるという問題がある。また、ＩＴＯは金属酸化物であり、Ａｌは金属であるため、ＩＴＯとＡｌとの接続信頼性は乏しく、密着性も悪いという問題がある。
【０００６】
近年、シリコン太陽電池や色素増感太陽電池において、透明電極と金属メッシュとを積層することが提案されている（例えば特許文献１〜３参照）。また、有機太陽電池において、透明電極の一部分に、透明電極よりも電気抵抗の低い補助電極を併設することが提案されている（特許文献４参照）。これにより、電極の導電性を向上させることができる。
【０００７】
さらに、特許文献４においては、補助電極によって、二つ以上の単位セルが電気的に直列に接続されている有機薄膜太陽電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０００−２４３９８９号公報
【特許文献２】特開２０００−２４３９９０号公報
【特許文献３】特開２００８−２４３４２５号公報
【特許文献４】特開２００４−１５８６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
例えば特許文献４の図３に示されているように、複数個の単位セルを平面的に配列し直列に接続する際に、一の単位セルの対向電極と他の単位セルの補助電極とが電気的に接続される場合、一の単位セルでは透明電極と対向電極とが光電変換層によって絶縁されることになる。この光電変換層等の有機薄膜の厚みは１００ｎｍ〜２００ｎｍと非常に薄い。そのため、一の単位セルでは透明電極と対向電極との間で短絡が生じるおそれがある。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、複数個の単位セルが平面的に配列され直列に接続された有機薄膜太陽電池であって、効率的な集電が可能であり、良好な電気接続が可能であり、電極間での短絡が起こり難い有機薄膜太陽電池を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記目的を達成するために、透明基板上に複数個の単位セルが平面的に配列され、上記複数個の単位セルのうち少なくとも２個の単位セルが直列に接続された有機薄膜太陽電池であって、上記単位セルは、上記透明基板上に形成された金属製の補助電極と、上記補助電極上に形成された透明電極と、上記透明電極上に形成された光電変換層と、上記光電変換層上に形成された金属電極とを有し、一の上記単位セルの上記金属電極と、他の上記単位セルの上記補助電極とが電気的に接続されており、上記他の単位セルは、上記一の単位セルの上記金属電極と上記他の単位セルの上記補助電極とが積層されている直列接続領域を有し、上記一の単位セルは、上記金属電極が上記直列接続領域まで延長して形成されるための延設領域を有し、上記補助電極は、メッシュ状のメッシュ部と、上記メッシュ部の周囲に配置されたフレーム部とを有し、上記延設領域には、上記補助電極のメッシュ部が設けられていることを特徴とする有機薄膜太陽電池を提供する。
【００１２】
本発明によれば、単位セルでは補助電極と透明電極とが積層されているので、透明電極のシート抵抗が比較的高くても、補助電極の抵抗値が十分に低ければ、電極全体としての抵抗を十分に低くすることができ、発生した電力を効率良く集電することが可能となる。さらに、補助電極はメッシュ部の周囲にフレーム部を有するので、フレーム部によって集電効率をより一層向上させることができる。
また本発明によれば、一の単位セルの金属電極は、他の単位セルの補助電極に電気的に接続されており、他の単位セルの透明電極に接触していないので、透明電極を構成する金属酸化物と金属電極を構成する金属との仕事関数の差による腐食を回避することができ、接続信頼性を高めることができる。さらに、金属電極を構成する金属と補助電極を構成する金属とが接触するので、密着性および電気伝導性に優れる接続とすることができる。
さらに本発明によれば、延設領域には補助電極のメッシュ部が設けられているので、電極間での短絡を生じ難くすることができる。
したがって本発明においては、高効率・高起電力の有機薄膜太陽電池とすることが可能である。
【００１３】
上記発明においては、上記直列接続領域には、上記補助電極のフレーム部が設けられていることが好ましい。接続信頼性、密着性および電気伝導性を向上させることができるからである。
【００１４】
また、本発明は、上述の有機薄膜太陽電池を製造する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、上記透明基板上に金属薄膜を形成し、上記金属薄膜上にレジストを配置し、フォトエッチング法により上記金属薄膜をメッシュ状にパターニングして、補助電極を形成する補助電極形成工程と、上記補助電極上に、メタルマスクを用いた蒸着法により透明電極を形成する透明電極形成工程とを有することを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法を提供する。
【００１５】
本発明によれば、上述の効果に加えて、補助電極をフォトエッチング法により形成し、透明電極をメタルマスクを用いた蒸着法により形成するので、補助電極および透明電極のエッジをなだらかにすることができる。したがって、光電変換層の厚みが比較的薄くても、電極間での短絡を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明においては、金属電極および補助電極が接続されるので、接続信頼性、密着性および電気伝導性を高めることができるとともに、延設領域に補助電極のメッシュ部が設けられているので、電極間での短絡を生じ難くすることができ、高効率および高起電力を実現することが可能であるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の有機薄膜太陽電池の一例を示す概略平面図である。
【図２】図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明の有機薄膜太陽電池の他の例を示す概略平面図である。
【図４】本発明の有機薄膜太陽電池における補助電極の一例を示す概略平面図である。
【図５】本発明の有機薄膜太陽電池における補助電極の形状の一例を示す平面図である。
【図６】本発明の有機薄膜太陽電池における補助電極の形状の他の例を示す平面図である。
【図７】本発明の有機薄膜太陽電池における補助電極の形状の他の例を示す平面図である。
【図８】本発明の有機薄膜太陽電池における補助電極の形状の他の例を示す平面図である。
【図９】本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法の一例を示す工程図である。
【図１０】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図１２】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図１３】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図１４】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図１５】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図１６】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図１７】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図１８】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図１９】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図２０】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図２１】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図２２】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図２３】実施例２のシミュレーション結果を示す図である。
【図２４】本発明の有機薄膜太陽電池の他の例を示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の有機薄膜太陽電池およびその製造方法について詳細に説明する。
【００１９】
Ａ．有機薄膜太陽電池
本発明の有機薄膜太陽電池は、透明基板上に複数個の単位セルが平面的に配列され、上記複数個の単位セルのうち少なくとも２個の単位セルが直列に接続された有機薄膜太陽電池であって、上記単位セルは、上記透明基板上に形成された金属製の補助電極と、上記補助電極上に形成された透明電極と、上記透明電極上に形成された光電変換層と、上記光電変換層上に形成された金属電極とを有し、一の上記単位セルの上記金属電極と、他の上記単位セルの上記補助電極とが電気的に接続されており、上記他の単位セルは、上記一の単位セルの上記金属電極と上記他の単位セルの上記補助電極とが積層されている直列接続領域を有し、上記一の単位セルは、上記金属電極が上記直列接続領域まで延長して形成されるための延設領域を有し、上記補助電極は、メッシュ状のメッシュ部と、上記メッシュ部の周囲に配置されたフレーム部とを有し、上記延設領域には、上記補助電極のメッシュ部が設けられていることを特徴とするものである。
【００２０】
本発明の有機薄膜太陽電池について図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は本発明の有機薄膜太陽電池の一例を示す概略平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）における透明電極と光電変換層と金属電極の一部とが省略された図であり、図２は図１（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
有機薄膜太陽電池１では、透明基板２上に２個の単位セル１０ａ，１０ｂが平面的に配列され、これらの単位セル１０ａ，１０ｂが直列に接続されている。各単位セル１０ａ，１０ｂは、透明基板２と、透明基板２上に形成され、メッシュ部３ａおよびフレーム部３ｂを有する金属製の補助電極３と、補助電極３上に形成された透明電極４と、透明電極４上に形成された光電変換層５と、光電変換層５上に形成された金属電極６とを有している。単位セル１０ａの金属電極６と単位セル１０ｂの補助電極３とは接触しており、電気的に接続されている。すなわち、単位セル１０ａの金属電極６は、単位セル１０ｂの補助電極３に接触しており、単位セル１０ｂの透明電極４には接触していない。また、単位セル１０ｂは、単位セル１０ａの金属電極６と単位セル１０ｂの補助電極３とが積層されている直列接続領域１１を有している。この直列接続領域１１には、透明電極４が設けられていないので、単位セル１０ａの金属電極６と単位セル１０ｂの補助電極３とを接触させることができる。さらに、単位セル１０ａは、金属電極６が直列接続領域１１まで延長して形成されるための延設領域１２を有している。そして、延設領域１２には、補助電極３のメッシュ部３ａが設けられ、直列接続領域１１には、補助電極３のフレーム部３ｂが設けられている。
【００２１】
なお、「延設領域」とは、単位セルに設けられることから、金属電極が直列接続領域まで延長して形成されるための領域であって、かつ、光電変換層が設けられている領域をいう。金属電極が直列接続領域まで延長して形成されるための領域であっても、光電変換層が設けられておらず、金属電極が透明基板上に直に形成されている領域は、延設領域には含まれない。
【００２２】
本発明によれば、単位セルでは補助電極と透明電極とが積層されているので、透明電極のシート抵抗が比較的高い場合であっても、電極全体としての抵抗を低減することができる。すなわち、補助電極により、発生した電力を効率良く集電することができる。また、補助電極はメッシュ部とフレーム部とを有するので、フレーム部によって集電効率を大幅に向上させることができる。よって、発電効率を高めることが可能である。
【００２３】
また本発明によれば、一の単位セルの金属電極は、他の単位セルの補助電極に接触して電気的に接続されており、他の単位セルの透明電極に接触していないので、透明電極を構成する金属酸化物と金属電極を構成する金属との仕事関数の差による腐食を回避することができ、接続信頼性を高めることができる。さらに、金属電極を構成する金属と補助電極を構成する金属とが接触するので、密着性および電気伝導性に優れる接続とすることができる。
【００２４】
さらに、本発明の有機薄膜太陽電池においては、図１（ａ），（ｂ）および図２に例示するように、単位セル１０ａは、延設領域１２にて、補助電極３および透明電極４と金属電極６とが光電変換層５によって絶縁されている。この延設領域１２には、補助電極３のメッシュ部３ａが設けられている。補助電極３のメッシュ部３ａが設けられている領域では、補助電極３のフレーム部３ｂが設けられている領域と比較して、透明電極４表面の補助電極３による凹凸の凸幅を小さくすることができる。また、補助電極３のメッシュ部３ａが設けられている領域では、透明電極４表面の補助電極３による凹凸の凸幅が小さく、メッシュ部３ａがメッシュ状であるので、透明電極４表面の補助電極３による凹凸の周期（ピッチ）を小さくすることができる。そのため、延設領域１２では、透明電極４表面の補助電極３による凹凸の周期を小さくすることができる。光電変換層５は、通常、湿式法により成膜されるため、補助電極３および透明電極４上に光電変換層５を形成する際には、透明電極４表面の補助電極３による凹凸の周期を小さくすることにより、光電変換層５の膜厚が部分的に薄くなるのを抑制することができる。すなわち、延設領域１２では、補助電極３のメッシュ部３ａが設けられているので、光電変換層５の膜厚が部分的に薄くなるのを抑制することができるのである。よって、光電変換層の膜厚が比較的薄くても、光電変換層によって補助電極および透明電極と金属電極とを絶縁することができ、電極間での短絡を生じ難くすることができる。
したがって本発明においては、高効率・高起電力の有機薄膜太陽電池とすることが可能である。
【００２５】
以下、本発明の有機薄膜太陽電池における各構成について説明する。
【００２６】
１．補助電極
本発明における補助電極は、金属製であり、透明基板上に形成されるものであり、メッシュ状のメッシュ部とこのメッシュ部の周囲に配置されたフレーム部とを有するものである。補助電極は、通常、透明電極よりも抵抗値が低い。
【００２７】
補助電極の形成材料としては、通常、金属が用いられる。補助電極に用いられる金属としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、鉄（Ｆｅ）、ステンレス系金属、アルミニウム合金、銅合金、チタン合金、および鉄−ニッケル合金等の導電性金属を挙げることができる。上述の導電性金属の中でも、電気抵抗値が比較的低いものが好ましい。このような導電性金属としては、Ａｌ、Ａｕ、Ａｇ、Ｃｕ等が挙げられる。
【００２８】
また、補助電極は、上述のような導電性金属からなる単層であってもよく、また透明基板や透明電極との密着性向上のために、導電性金属層とコンタクト層とを適宜積層したものであってもよい。コンタクト層の形成材料としては、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケルクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）等が挙げられる。コンタクト層は所望の補助電極と透明基板や透明電極との密着性を得るために導電性金属層に積層されるものであり、導電性金属層の片側にのみ積層してもよく、導電性金属層の両側に積層してもよい。
【００２９】
また、金属電極の形成材料の仕事関数等に応じて、好ましい金属を選択してもよい。例えば、金属電極の形成材料の仕事関数等を考慮する場合には、透明電極は正孔取出し電極であるので、補助電極に用いられる金属は仕事関数の高いものであることが好ましい。具体的には、Ａｌが好ましく用いられる。
【００３０】
補助電極は、メッシュ状のメッシュ部と、このメッシュ部の周囲に配置されたフレーム部とを有する。
メッシュ部およびフレーム部の配置としては、メッシュ部の周囲にフレーム部が配置されており、延設領域にメッシュ部が設けられていれば、特に限定されるものではなく、金属電極の形状等に応じて適宜選択される。
上述したように、図１（ａ）は本発明の有機薄膜太陽電池の一例を示す概略平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）における透明電極と光電変換層と金属電極の一部とが省略された図である。例えば図１（ａ），（ｂ）に示すように、単位セル１０ａの金属電極６の形状が矩形である場合、単位セル１０ａの補助電極３において、フレーム部３ｂはメッシュ部３ａの三方を囲むように配置され、補助電極３の単位セル１０ｂに対向する一辺を除く三方を囲むように配置されている。一方、単位セル１０ｂの補助電極３において、フレーム部３ｂはメッシュ部３ａの四方すべてを囲むように配置されている。
図２４（ａ）は本発明の有機薄膜太陽電池の他の例を示す概略平面図であり、図２４（ｂ）は図２４（ａ）における透明電極と光電変換層と金属電極の一部とが省略された図である。図２４（ａ），（ｂ）に例示する有機薄膜太陽電池１では、透明基板２上に６個の単位セル１０ａ〜１０ｆが平面的に配列され、これらの単位セル１０ａ〜１０ｆが直列に接続されている。例えば図２４（ａ），（ｂ）に示すように、単位セル１０ａ〜１０ｆの金属電極６の形状が矩形である場合、単位セル１０ａの補助電極３において、フレーム部３ｂはメッシュ部３ａの三方を囲むように配置され、補助電極３の単位セル１０ｂに対向する一辺を除く三方を囲むように配置されている。同様に、単位セル１０ｂ〜１０ｆの補助電極３においても、フレーム部３ｂはメッシュ部３ａの三方を囲むように配置されている。
図３（ａ）は本発明の有機薄膜太陽電池の他の例を示す概略平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）における透明電極と光電変換層と金属電極の一部とが省略された図である。図３（ａ），（ｂ）に例示する有機薄膜太陽電池１では、透明基板２上に５個の単位セル１０ａ〜１０ｅが平面的に配列され、これらの単位セル１０ａ〜１０ｅが直列に接続されている。例えば図３（ａ），（ｂ）に示すように、単位セル１０ａ〜１０ｅの金属電極６の形状がＬ字型である場合、単位セル１０ａの補助電極３において、フレーム部３ｂはメッシュ部３ａの四方を囲むように配置され、補助電極３の単位セル１０ｂに対向する一辺の一部を除く四方に配置されている。同様に、単位セル１０ｂ〜１０ｄの補助電極３においても、フレーム部３ｂはメッシュ部３ａの四方を囲むように配置されている。一方、単位セル１０ｅの補助電極３において、フレーム部３ｂはメッシュ部３ａの四方すべてを囲むように配置されている。
【００３１】
中でも、メッシュ部およびフレーム部の配置としては、直列接続領域にフレーム部が設けられていることが好ましい。図１（ａ），（ｂ）および図２と図３（ａ），（ｂ）と図２４（ａ），（ｂ）とに例示するように、直列接続領域１１に補助電極３のフレーム部３ｂが設けられている場合には、単位セル１０ａの金属電極６と単位セル１０ｂの補助電極３のフレーム部３ｂとが接触することになるので、接続信頼性、密着性および電気伝導性を向上させることができるからである。一の単位セルの金属電極と他の単位セルの補助電極のメッシュ部とが接触しているよりも、一の単位セルの金属電極と他の単位セルの補助電極のフレーム部とが接触しているほうが、接触面積を大きくすることができ、接続信頼性、密着性および電気伝導性を向上させることができる。
【００３２】
具体的に、メッシュ部およびフレーム部の配置としては、補助電極が矩形である場合、フレーム部が、メッシュ部の四方を囲むように配置されていてもよく、メッシュ部の三方を囲むように配置されていてもよく、メッシュ部の二方を囲むように配置されていてもよく、メッシュ部の一方を囲むように配置されていてもよい。中でも、フレーム部は、メッシュ部の四方または三方を囲むように配置されていることが好ましい。効率良く集電することができるからである。この場合、例えば図４（ａ）〜（ｄ）に示すようなメッシュ部３ａおよびフレーム部３ｂの配置とすることができる。
【００３３】
メッシュ部の形状としては、メッシュ状であれば特に限定されるものではなく、所望の導電性、透過性、強度等により適宜選択される。例えば、多角形や円形の格子状等が挙げられる。図５〜図８にメッシュ部３ａの形状の一例を示す。図５（ａ）〜（ｃ）は三角形の格子状の場合であり、図５（ａ），（ｂ）では三角形の開口部がストレートに配列され、図５（ｃ）では三角形の開口部がジグザグに配列されている。図６（ａ）〜（ｄ）は四角形の格子状の場合であり、図６（ａ）では矩形の開口部がストレートに配列され、図６（ｂ）では矩形の開口部がジグザグに配列され、図６（ｃ）では菱形（角度≠９０°）の開口部が配列され、図６（ｄ）では菱形（正方形）の開口部が配列されている。図７（ａ），（ｂ）は六角形の格子状の場合であり、図７（ａ）では六角形の開口部がストレートに配列され、図７（ｂ）では六角形の開口部がジグザグに、すなわちいわゆるハニカム状に配列されている。図８（ａ），（ｂ）は円形の格子状の場合であり、図８（ａ）では円形の開口部がストレートに配列され、図８（ｂ）では円形の開口部がジグザグに配列されている。なお、多角形や円形の「格子状」とは、多角形や円形が周期的に配列されている形状をいう。
【００３４】
中でも、メッシュ部の形状は、六角形の格子状または平行四辺形の格子状であることが好ましい。メッシュ部を流れる電流が局所的に集中するのを防止することができるからである。例えば、特定の方向のみに電流の流れが集中し、電流が流れにくい領域が存在する場合、この電流の流れにくい領域を開口部とすることにより、開口部の比率を大きくし、入射量を多くし、光電変換効率を高めることが可能となる。よって、電流が流れにくい領域が存在するのは、光電変換効率を低くしていることになる。したがって、メッシュ部を流れる電流が局所的に集中するのを防止することができる形状とすることが好ましいのである。また、特定の方向のみに電流の流れが集中すると、局所的にメッシュ部が加熱されてしまい、光電変換層や透明基板に熱損傷が生じ、耐久性が低下する。したがって、メッシュ部を上記形状とすることにより、メッシュ部を流れる電流が局所的に集中するのを防止し、メッシュ部に局所加熱が生じるのを防ぎ、耐久性を高めることができる。
本発明の有機薄膜太陽電池においては、光電変換層内で発生した電荷が補助電極により輸送される。この際、電荷は放射状に輸送されると考えられる。六角形の格子状または平行四辺形の格子状の場合は、放射状の集電において、電流分布を比較的均一にすることができる。
【００３５】
六角形の格子状の場合、特に、図７（ｂ）に例示するように六角形の開口部がハニカム状に配列されていることが好ましい。メッシュ部を流れる電流が局所的に集中するのを効果的に防止することができるからである。
一方、平行四辺形の格子状の場合、平行四辺形の鋭角が４０°〜８０°の範囲内であることが好ましく、より好ましくは５０°〜７０°の範囲内、さらに好ましくは５５°〜６５°の範囲内である。また、平行四辺形の４辺の長さは、太陽電池の外形に併せて適宜設定される。例えば、平行四辺形が鋭角６０°・鈍角１２０°で４辺の長さが等しい菱形である場合、電流分布が比較的均一となる均電流エリアの形状は、平行四辺形の鋭角の頂点を結ぶ対角線方向に電流が流れやすい楕円形状になる。そのため、単位セルの中心部から外周集電極となり得る補助電極のフレーム部までの距離を勘案して、平行四辺形の４辺の長さは適宜設定される。
【００３６】
補助電極自体は基本的に光を透過しないので、補助電極のメッシュ部の開口部から光電変換層に光が入射する。そのため、補助電極のメッシュ部の開口部は比較的大きいことが好ましい。具体的には、補助電極のメッシュ部の開口部の比率は、５０％〜９８％程度であることが好ましく、より好ましくは７０％〜９８％の範囲内であり、さらに好ましくは８０％〜９８％の範囲内である。
中でも、補助電極の厚みが２００ｎｍ〜３００ｎｍの場合、開口部の比率は８０％〜９８％の範囲内であることが好ましく、より好ましくは８５％〜９８％の範囲内である。一方、補助電極の厚みが１００ｎｍ〜２００ｎｍの場合、開口部の比率は７０％〜８０％の範囲内であることが好ましく、より好ましくは７５％〜８０％の範囲内である。
また、メッシュ部の形状が六角形の格子状である場合、開口部の比率は７５％〜８５％の範囲内であることが好ましく、より好ましくは８０％〜８５％の範囲内である。一方、メッシュ部の形状が平行四辺形の格子状である場合、開口部の比率は８０％〜９８％の範囲内であることが好ましく、より好ましくは８５％〜９８％の範囲内である。
開口部の比率が上述の範囲未満であると、メッシュ部の線幅を太くして補助電極の面積を大きくすることができ、抵抗を小さくことができるものの、充分に光を透過させることができないために光電変換効率が低下するおそれがあるからである。また、開口部の比率が上述の範囲を超えると、充分に光を透過させて光電変換効率を高めることはできるものの、メッシュ部の線幅が小さくなり補助電極の面積が小さくなって、補助電極での電荷の移動効率が低下し、抵抗が大きくなるおそれがあるからである。さらに、開口部の比率が大きすぎるものは、安定した形成が困難だからである。また、開口部の比率が大きすぎると、補助電極に所望の抵抗値を付与するために、補助電極の厚みを厚くする必要が生じるので、生産効率が低下したり、また補助電極による段差が大きくなるために光電変換層を連続的な膜として形成することが困難となったりするからである。
【００３７】
メッシュ部の開口部のピッチおよびメッシュ部の線幅は、補助電極全体の面積等に応じて適宜選択される。
また、フレーム部の線幅は、補助電極全体の面積や金属電極の形状等に応じて適宜選択される。
【００３８】
補助電極の厚みは、補助電極および透明電極と金属電極との間で短絡が生じない厚みであれば特に限定されるものではなく、光電変換層、正孔取出し層、電子取出し層等の厚みに応じて適宜選択される。具体的には、補助電極および透明電極と金属電極との間に形成される層（光電変換層、正孔取出し層、電子取出し層）の総膜厚を１とすると、補助電極の厚みは、２以下であることが好ましく、より好ましくは１．５以下、さらに好ましくは１以下である。補助電極の厚みが上記範囲より厚いと、電極間で短絡が生じるおそれがあるからである。より具体的には、補助電極の厚みは、１００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましく、中でも２００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内であることが好ましい。補助電極の厚みが上記範囲より薄いと、また補助電極のシート抵抗が大きくなりすぎたりする場合があるからである。また、補助電極の厚みが上記範囲より厚いと、電極間で短絡が生じるおそれがあるからである。
【００３９】
中でも、補助電極および透明電極上に、主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能な方法により光電変換層を形成する場合、補助電極の厚みは２００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。
なお、「主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能な方法」とは、塗布量を調整することによって厚みを制御することができる方法であり、主に塗布量以外のパラメータ、例えば回転数（遠心力）などを調整することにより厚みを制御する方法を除くものである。主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能な方法としては、例えば、ダイコート法、ビードコート法、バーコート法、グラビアコート法、インクジェット法、オフセット印刷法などの印刷法を挙げることが出来る。一方、主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能な方法には、スピンコート法は含まれない。
補助電極および透明電極上に、主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能な方法により光電変換層を形成する場合、補助電極の厚みが上記範囲よりも厚いと、補助電極のメッシュ部およびフレーム部のエッジを覆うことが困難となり、電極間で短絡が生じやすくなる。また、補助電極の厚みが上記範囲よりも厚いと、表面張力によって所望の厚みよりも厚く光電変換層が形成されてしまうおそれがある。光電変換層の厚みが厚すぎると、電子拡散長および正孔拡散長を超えてしまい変換効率が低下する。表面張力によって所望の厚みよりも厚く光電変換層が形成されないように、補助電極の厚みを調整することが好ましい。特に、光電変換層内を正孔および電子が移動できる距離は１００ｎｍ程度であることが知られていることからも、表面張力によって所望の厚みよりも厚く光電変換層が形成されないように、補助電極の厚みを調整することが好ましいのである。
一方、例えばスピンコート法により光電変換層を形成する場合、遠心力により均質な膜とするので、補助電極の厚みが比較的厚くても、補助電極のエッジを覆うことができる。また、スピンコート法の場合、回転数によって厚みを調整することができるので、補助電極の厚みが比較的厚くても、均質な膜を得ることができる。
よって、主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能な方法により光電変換層を形成する場合には、上記範囲が特に好ましいのである。
【００４０】
補助電極のシート抵抗としては、透明電極のシート抵抗よりも低ければよい。具体的に、補助電極のシート抵抗は１Ω／□以下であることが好ましく、中でも０．５Ω／□以下、特に０．１Ω／□以下であることが好ましい。補助電極のシート抵抗が上記範囲より大きいと、所望の発電効率が得られない場合があるからである。
なお、上記シート抵抗は、三菱化学株式会社製  表面抵抗計（ロレスタＭＣＰ：四端子プローブ）を用い、ＪＩＳ  Ｒ１６３７（ファインセラミックス薄膜の低効率試験方法：４探針法による測定方法）に基づき、測定した値である。
【００４１】
補助電極の形成方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、金属薄膜を全面に成膜した後にメッシュ状にパターニングする方法、メッシュ状の導電体を直接形成する方法等が挙げられる。これらの方法は、補助電極の形成材料や厚み等に応じて適宜選択される。
【００４２】
金属薄膜の成膜方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の真空成膜法であることが好ましい。すなわち、補助電極は真空成膜法にて形成された金属薄膜であることが好ましい。真空成膜法により成膜した金属種は、めっき膜に比べ介在物が少なく比抵抗を小さくでき、Ａｇペースト等を用いて成膜したものと比較しても比抵抗を小さくできるからである。また、５００ｎｍ以下の金属薄膜を制御良く、均一な厚みにて成膜する方法としても、真空製膜法が好適である。
金属薄膜のパターニング方法としては、所望のパターンに精度良く形成することができる方法であれば特に限定されるものではなく、例えばフォトエッチング法等を挙げることができる。
【００４３】
２．金属電極
本発明に用いられる金属電極は、光電変換層上に形成されるものであり、透明電極と対向する電極である。通常、金属電極は、光電変換層で発生した電子を取り出すための電極（電子取出し電極）とされる。本発明においては、補助電極側が受光面となるので、金属電極は透明性を有さなくともよい。
【００４４】
金属電極の形成材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、金属電極は電子取出し電極であるので、仕事関数の低いものであることが好ましい。具体的に仕事関数の低い材料としては、Ｌｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｚｒ、ＬｉＦ等を挙げることができる。
【００４５】
金属電極は、単層であってもよく、また、異なる仕事関数の材料を用いて積層されたものであってもよい。
金属電極の膜厚は、単層である場合にはその膜厚が、複数層からなる場合には各層を合わせた総膜厚が、０．１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内、中でも１ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より薄い場合は、金属電極のシート抵抗が大きくなりすぎ、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できない可能性があり、一方、膜厚が上記範囲より厚い場合には全光線透過率が低下し、光電変換効率を低下させる可能性があるからである。
【００４６】
金属電極は、一の単位セルの金属電極を他の単位セルの補助電極に接続するために、所定の形状となるように形成される。金属電極の形状としては、一の単位セルの金属電極を他の単位セルの補助電極に接続することが可能であれば、特に限定されるものではなく、例えば、図１（ａ），（ｂ）および図２４（ａ），（ｂ）に示すような矩形や、図３（ａ），（ｂ）に示すようなＬ字型などが挙げられる。
【００４７】
金属電極の形成方法としては、複数個の単位セルが平面的に配列され直列に接続されるように、金属電極をパターン状に形成することができる方法であれば特に限定されるものではなく、一般的な電極の形成方法を用いることができ、例えばメタルマスクを用いた蒸着法を使用することができる。
【００４８】
３．透明電極
本発明に用いられる透明電極は、上記補助電極上に形成されるものである。本発明においては、補助電極側が受光面となるため、透明電極は、通常、光電変換層で発生した正孔を取り出すための電極（正孔取出し電極）とされる。
【００４９】
透明電極の構成材料としては、導電性および透明性を有するものであれば特に限定されなく、Ｉｎ−Ｚｎ−Ｏ（ＩＺＯ）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｏ（ＩＴＯ）、ＺｎＯ−Ａｌ、Ｚｎ−Ｓｎ−Ｏ等を挙げることができる。中でも、後述する金属電極の構成材料の仕事関数等を考慮して適宜選択することが好ましい。例えば金属電極の構成材料を仕事関数の低い材料とした場合には、透明電極の構成材料は仕事関数の高い材料であることが好ましい。導電性および透明性を有し、かつ仕事関数の高い材料としては、ＩＴＯが好ましく用いられる。
【００５０】
透明電極の全光線透過率は、８５％以上であることが好ましく、中でも９０％以上、特に９２％以上であることが好ましい。透明電極の全光線透過率が上記範囲であることにより、透明電極にて光を十分に透過することができ、光電変換層にて光を効率的に吸収することができるからである。
なお、上記全光線透過率は、可視光領域において、スガ試験機株式会社製  ＳＭカラーコンピュータ（型番：ＳＭ−Ｃ）を用いて測定した値である。
【００５１】
透明電極のシート抵抗は、２０Ω／□以下であることが好ましく、中でも１０Ω／□以下、特に５Ω／□以下であることが好ましい。シート抵抗が上記範囲より大きいと、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できない可能性があるからである。
なお、上記シート抵抗は、三菱化学株式会社製  表面抵抗計（ロレスタＭＣＰ：四端子プローブ）を用い、ＪＩＳ  Ｒ１６３７（ファインセラミックス薄膜の低効率試験方法：４探針法による測定方法）に基づき、測定した値である。
【００５２】
透明電極は、単層であってもよく、また異なる仕事関数の材料を用いて積層されたものであってもよい。
この透明電極の膜厚としては、単層である場合はその膜厚が、複数層からなる場合は総膜厚が、０．１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内であることが好ましく、中でも１ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より薄いと、透明電極のシート抵抗が大きくなりすぎ、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できない可能性があり、一方、膜厚が上記範囲より厚いと、全光線透過率が低下し、光電変換効率を低下させる可能性があるからである。
【００５３】
透明電極のエッジの形状は、なだらかな形状であることが好ましい。透明電極のエッジの形状がなだらかであれば、光電変換層の膜厚が比較的薄くても、電極間での短絡を抑制することができるからである。
【００５４】
透明電極の形成方法としては、複数個の単位セルが平面的に配列され直列に接続されるように、透明電極をパターン状に形成することができる方法であれば特に限定されるものではなく、一般的な電極の形成方法を用いることができる。中でも、メタルマスクを用いた蒸着法が好適である。透明電極のエッジをなだらかにすることができるからである。
【００５５】
４．光電変換層
本発明に用いられる光電変換層は、透明電極および金属電極の間に形成されるものである。なお、「光電変換層」とは、有機薄膜太陽電池の電荷分離に寄与し、生じた電子および正孔を各々反対方向の電極に向かって輸送する機能を有する部材をいう。
【００５６】
光電変換層は、電子受容性および電子供与性の両機能を有する単一の層であってもよく（第１態様）、また電子受容性の機能を有する電子受容性層と電子供与性の機能を有する電子供与性層とが積層されたものであってもよい（第２態様）。以下、各態様に分けて説明する。
【００５７】
（１）第１態様
本発明における光電変換層の第１態様は、電子受容性および電子供与性の両機能を有する単一の層であり、電子供与性材料および電子受容性材料を含有するものである。この光電変換層では、光電変換層内で形成されるｐｎ接合を利用して電荷分離が生じるため、単独で光電変換層として機能する。
【００５８】
電子供与性材料としては、電子供与体としての機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、湿式塗工法により成膜可能なものであることが好ましく、中でも電子供与性の導電性高分子材料であることが好ましい。
導電性高分子はいわゆるπ共役高分子であり、炭素−炭素またはヘテロ原子を含む二重結合または三重結合が、単結合と交互に連なったπ共役系から成り立っており、半導体的性質を示すものである。導電性高分子材料は、高分子主鎖内にπ共役が発達しているため主鎖方向への電荷輸送が基本的に有利である。また、導電性高分子の電子伝達機構は、主にπスタッキングによる分子間のホッピング伝導であるため、高分子の主鎖方向のみならず、光電変換層の膜厚方向への電荷輸送も有利である。さらに、導電性高分子材料は、導電性高分子材料を溶媒に溶解もしくは分散させた塗工液を用いることで湿式塗工法により容易に成膜可能であることから、大面積の有機薄膜太陽電池を高価な設備を必要とせず低コストで製造できるという利点がある。
【００５９】
電子供与性の導電性高分子材料としては、例えば、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリシラン、ポリチオフェン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポルフィリン、ポリアセチレン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフルオレン、ポリビニルピレン、ポリビニルアントラセン、およびこれらの誘導体、ならびにこれらの共重合体、あるいは、フタロシアニン含有ポリマー、カルバゾール含有ポリマー、有機金属ポリマー等を挙げることができる。
【００６０】
上記の中でも、チオフェン−フルオレン共重合体、ポリアルキルチオフェン、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体、フェニレンエチニレン−チオフェン共重合体、フェニレンエチニレン−フルオレン共重合体、フルオレン−フェニレンビニレン共重合体、チオフェン−フェニレンビニレン共重合体等が好ましく用いられる。これらは、多くの電子受容性材料に対して、エネルギー準位差が適当であるからである。
なお、例えばフェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体（Poly[1,4-phenyleneethynylene-1,4-(2,5-dioctadodecyloxyphenylene)-1,4-phenyleneethene-1,2-diyl-1,4-(2,5-dioctadodecyloxyphenylene)ethene-1,2-diyl]）の合成方法については、Macromolecules, 35, 3825 (2002) や、Mcromol. Chem. Phys., 202, 2712 (2001) に詳しい。
【００６１】
また、電子受容性材料としては、電子受容体としての機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、湿式塗工法により成膜可能なものであることが好ましく、中でも電子受容性の導電性高分子材料であることが好ましい。導電性高分子材料は、上述したような利点を有するからである。
【００６２】
電子受容性の導電性高分子材料としては、例えば、ポリフェニレンビニレン、ポリフルオレン、およびこれらの誘導体、ならびにこれらの共重合体、あるいは、カーボンナノチューブ、フラーレン誘導体、ＣＮ基またはＣＦ３基含有ポリマーおよびそれらの−ＣＦ３置換ポリマー等を挙げることができる。ポリフェニレンビニレン誘導体の具体例としては、ＣＮ−ＰＰＶ（Poly[2-Methoxy-5-(2´-ethylhexyloxy)-1,4-(1-cyanovinylene)phenylene]）、ＭＥＨ−ＣＮ−ＰＰＶ（Poly[2-Methoxy-5-(2´-ethylhexyloxy)-1,4-(1-cyanovinylene)phenylene]）等が挙げられる。
【００６３】
また、電子供与性化合物がドープされた電子受容性材料や、電子受容性化合物がドープされた電子供与性材料等を用いることもできる。中でも、電子供与性化合物もしくは電子受容性化合物がドープされた導電性高分子材料が好ましく用いられる。導電性高分子材料は、高分子主鎖内にπ共役が発達しているため主鎖方向への電荷輸送が基本的に有利であり、また、電子供与性化合物や電子受容性化合物をドープすることによりπ共役主鎖中に電荷が発生し、電気伝導度を大きく増大させることが可能であるからである。
【００６４】
電子供与性化合物がドープされる電子受容性の導電性高分子材料としては、上述した電子受容性の導電性高分子材料を挙げることができる。ドープされる電子供与性化合物としては、例えばＬｉ、Ｋ、Ｃａ、Ｃｓ等のアルカリ金属やアルカリ土類金属のようなルイス塩基を用いることができる。なお、ルイス塩基は電子供与体として作用する。
また、電子受容性化合物がドープされる電子供与性の導電性高分子材料としては、上述した電子供与性の導電性高分子材料を挙げることができる。ドープされる電子受容性化合物としては、例えばＦｅＣｌ３（III）、ＡｌＣｌ３、ＡｌＢｒ３、ＡｓＦ６やハロゲン化合物のようなルイス酸を用いることができる。なお、ルイス酸は電子受容体として作用する。
【００６５】
光電変換層の膜厚としては、一般的にバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池において採用されている膜厚を採用することができる。具体的には、０．２ｎｍ〜３０００ｎｍの範囲内で設定することができ、好ましくは１ｎｍ〜６００ｎｍの範囲内である。膜厚が上記範囲より厚いと、光電変換層における体積抵抗が高くなる場合があるからである。一方、膜厚が上記範囲より薄いと、光を十分に吸収できない場合があるからである。
【００６６】
電子供与性材料および電子受容性材料の混合比は、使用する材料の種類により最適な混合比に適宜調整される。
【００６７】
光電変換層を形成する方法としては、所定の膜厚に均一に形成することができる方法であって、複数個の単位セルが平面的に配列され直列に接続されるように、光電変換層をパターン状に形成することができる方法であれば特に限定されるものではないが、湿式塗工法が好ましく用いられる。湿式塗工法であれば、大気中で光電変換層を形成することができ、コストの削減が図れるとともに、大面積化が容易だからである。
【００６８】
光電変換層用塗工液の塗布方法としては、光電変換層用塗工液を均一に塗布することができる方法であって、複数個の単位セルが平面的に配列され直列に接続されるように、光電変換層をパターン状に形成することができる方法であれば特に限定されるものではない。中でも、光電変換層用塗工液の塗布方法は、主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能な方法であることが好ましい。主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能な方法としては、例えば、ダイコート法、ビードコート法、バーコート法、グラビアコート法、インクジェット法、オフセット印刷法などの印刷法が好適である。これらの方法は、有機薄膜太陽電池の大面積化に適しているからである。
【００６９】
光電変換層用塗工液の塗布後は、形成された塗膜を乾燥する乾燥処理を施してもよい。光電変換層用塗工液に含まれる溶媒等を早期に除去することにより、生産性を向上させることができるからである。
乾燥処理の方法として、例えば、加熱乾燥、送風乾燥、真空乾燥等、一般的な方法を用いることができる。
【００７０】
（２）第２態様
本発明における光電変換層の第２態様は、電子受容性の機能を有する電子受容性層と電子供与性の機能を有する電子供与性層とが積層されたものである。以下、電子受容性層および電子供与性層について説明する。
【００７１】
（電子受容性層）
本態様に用いられる電子受容性層は、電子受容性の機能を有するものであり、電子受容性材料を含有するものである。
【００７２】
電子受容性材料としては、電子受容体としての機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、湿式塗工法により成膜可能なものであることが好ましく、中でも電子受容性の導電性高分子材料であることが好ましい。導電性高分子材料は、上述したような利点を有するからである。具体的には、上記第１態様の光電変換層に用いられる電子受容性の導電性高分子材料と同様のものを挙げることができる。
【００７３】
電子受容性層の膜厚としては、一般的にバイレイヤー型有機薄膜太陽電池において採用されている膜厚を採用することができる。具体的には、０．１ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲内で設定することができ、好ましくは１ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内である。膜厚が上記範囲より厚いと、電子受容性層における体積抵抗が高くなる可能性があるからである。一方、膜厚が上記範囲より薄いと、光を十分に吸収できない場合があるからである。
【００７４】
電子受容性層の形成方法としては、上記第１態様の光電変換層の形成方法と同様とすることができる。
【００７５】
（電子供与性層）
本態様に用いられる電子供与性層は、電子供与性の機能を有するものであり、電子供与性材料を含有するものである。
【００７６】
電子供与性材料としては、電子供与体としての機能を有するものであれば特に限定されるものではないが、湿式塗工法により成膜可能なものであることが好ましく、中でも電子供与性の導電性高分子材料であることが好ましい。導電性高分子材料は、上述したような利点を有するからである。具体的には、上記第１態様の光電変換層に用いられる電子供与性の導電性高分子材料と同様のものを挙げることができる。
【００７７】
電子供与性層の膜厚としては、一般的にバイレイヤー型有機薄膜太陽電池において採用されている膜厚を採用することができる。具体的には、０．１ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲内で設定することができ、好ましくは１ｎｍ〜３００ｎｍの範囲内である。膜厚が上記範囲より厚いと、電子供与性層における体積抵抗が高くなる可能性があるからである。一方、膜厚が上記範囲より薄いと、光を十分に吸収できない場合があるからである。
【００７８】
電子供与性層の形成方法としては、上記第１態様の光電変換層の形成方法と同様とすることができる。
【００７９】
５．透明基板
本発明に用いられる透明基板としては、特に限定されるものではなく、例えば石英ガラス、パイレックス（登録商標）、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を挙げることができる。
【００８０】
上記の中でも、透明基板が透明樹脂フィルム等のフレキシブル材であることが好ましい。透明樹脂フィルムは、加工性に優れており、製造コスト低減や軽量化、割れにくい有機薄膜太陽電池の実現において有用であり、曲面への適用等の種々のアプリケーションへの適用可能性が広がるからである。
【００８１】
６．直列接続領域および延設領域
本発明における直列接続領域は、一の単位セルの金属電極と他の単位セルの補助電極とが直に積層されている領域である。この直列接続領域は、直列接続に用いられる補助電極を有する単位セルに設けられる。例えば、図１（ａ），（ｂ）および図２において、単位セル１０ｂは、補助電極３が直列接続に用いられるため、直列接続領域１１を有している。一方、単位セル１０ａは、金属電極６は直列接続に用いられるが、補助電極３は直列接続に用いられないため、直列接続領域１１を有さない。また例えば、図３（ａ），（ｂ）において、単位セル１０ｂ〜１０ｅは、補助電極３が直列接続に用いられるため、直列接続領域１１を有している。一方、単位セル１０ａは、金属電極６は直列接続に用いられるが、補助電極３は直列接続に用いられないため、直列接続領域１１を有さない。さらに、図２４（ａ），（ｂ）において、単位セル１０ｂ〜１０ｆは、補助電極３が直列接続に用いられるため、直列接続領域１１を有している。一方、単位セル１０ａは、金属電極６は直列接続に用いられるが、補助電極３は直列接続に用いられないため、直列接続領域１１を有さない。
【００８２】
直列接続領域においては、一の単位セルの金属電極と他の単位セルの補助電極とが接触している。すなわち、直列接続領域では、一の単位セルの金属電極と他の単位セルの補助電極とを接触させるために、補助電極が露出するように透明電極が形成されている。
【００８３】
また、本発明における延設領域は、金属電極が直列接続領域まで延長して形成されるための領域であって、かつ、光電変換層が設けられている領域である。延設領域は、単位セルに設けられるものであり、上述したように、延設領域には、金属電極が直列接続領域まで延長して形成されるための領域であっても、光電変換層が設けられておらず、金属電極が透明基板上に直に形成されている領域は含まれない。この延設領域は、直列接続に用いられる金属電極を有する単位セルに設けられる。例えば、図１（ａ），（ｂ）および図２において、単位セル１０ａは、金属電極６が直列接続に用いられるため、延設領域１２を有している。一方、単位セル１０ｂは、補助電極３は直列接続に用いられるが、金属電極６は直列接続に用いられないため、延設領域１２を有さない。また例えば、図３（ａ），（ｂ）において、単位セル１０ａ〜１０ｄは、金属電極６が直列接続に用いられるため、延設領域１２を有している。一方、単位セル１０ｅは、補助電極３は直列接続に用いられるが、金属電極６は直列接続に用いられないため、延設領域１２を有さない。さらに、図２４（ａ），（ｂ）において、単位セル１０ａ〜１０ｅは、金属電極６が直列接続に用いられるため、延設領域１２を有している。一方、単位セル１０ｆは、補助電極３は直列接続に用いられるが、金属電極６は直列接続に用いられないため、延設領域１２を有さない。
【００８４】
延設領域においては、補助電極および透明電極と金属電極とが光電変換層によって絶縁されている。すなわち、延設領域では、補助電極および透明電極と金属電極とが接触しないように、光電変換層が補助電極および透明電極のエッジを覆うように形成されている。
【００８５】
直列接続領域および延設領域の配置としては、金属電極の形状等に応じて適宜選択される。例えば図１（ａ），（ｂ）、図３（ａ），（ｂ）および図２４（ａ），（ｂ）に示すような直列接続領域１１および延設領域１２の配置とすることができる。
図１（ａ），（ｂ）においては、各単位セル１０ａ、１０ｂは隣接する単位セル１０ａ、１０ｂの辺同士が対向するように配置されており、各単位セルの隣接する単位セルに対向する辺のうち、単位セル１０ｂの単位セル１０ａに対向する辺に直列接続領域１１が設けられ、単位セル１０ａの単位セル１０ｂに対向する辺に延設領域１２が設けられている。具体的には、各単位セル１０ａ、１０ｂは隣接する単位セル１０ａ、１０ｂの長辺同士が対向するように配置されており、隣接する単位セル１０ａ、１０ｂの対向する長辺間で金属電極６と補助電極３とが電気的に接続されている。
図２４（ａ），（ｂ）においても、各単位セル１０ａ〜１０ｆは隣接する単位セルの長辺同士が対向するように配置されており、各単位セルの隣接する単位セルに対向する長辺のうち、右側の単位セルの長辺に直列接続領域１１が設けられ、左側の単位セルの長辺に延設領域１２が設けられており、単位セルの長辺で金属電極６と補助電極３とが電気的に接続されている。
また、図３（ａ），（ｂ）においては、各単位セル１０ａ〜１０ｅは隣接する単位セルの辺同士が対向するように配置されており、各単位セルの隣接する単位セルに対向する辺に隣り合う（接する）辺のうち、右側の単位セルの辺に直列接続領域１１が設けられ、各単位セルの隣接する単位セルに対向する辺のうち、左側の単位セルの辺の一部に延設領域１２が設けられている。具体的には、各単位セル１０ａ〜１０ｅは隣接する単位セルの長辺同士が対向するように配置されており、隣接する単位セルのうち、右側の単位セルの短辺に直列接続領域１１が設けられ、左側の単位セルの長辺の一部に延設領域１２が設けられており、単位セルの短辺で金属電極６と補助電極３とが電気的に接続されている。
【００８６】
７．正孔取出し層
本発明においては、透明電極（正孔取出し電極）と光電変換層との間に正孔取出し層が形成されていることが好ましい。正孔取出し層は、光電変換層から正孔取出し電極への正孔の取出しが容易に行われるように設けられる層である。これにより、光電変換層から正孔取出し電極への正孔取出し効率が高められるため、光電変換効率を向上させることが可能となる。
【００８７】
正孔取出し層に用いられる材料としては、光電変換層から正孔取出し電極への正孔の取出しを安定化させる材料であれば特に限定されるものではない。具体的には、ドープされたポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、トリフェニルジアミン（ＴＰＤ）等の導電性有機化合物、またはテトラチオフルバレン、テトラメチルフェニレンジアミン等の電子供与性化合物と、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン等の電子受容性化合物とからなる電荷移動錯体を形成する有機材料等を挙げることができる。また、Ａｕ、Ｉｎ、Ａｇ、Ｐｄ等の金属等の薄膜も使用することができる。さらに、金属等の薄膜は、単独で形成してもよく、上記の有機材料と組み合わせて用いてもよい。
これらの中でも、特にポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）、トリフェニルジアミン（ＴＰＤ）が好ましく用いられる。
【００８８】
正孔取出し層の膜厚としては、上記有機材料を用いた場合は、１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内であることが好ましく、上記金属薄膜である場合は、０．１ｎｍ〜５ｎｍの範囲内であることが好ましい。
【００８９】
８．電子取出し層
本発明においては、光電変換層と金属電極（電子取出し電極）との間に電子取出し層が形成されていてもよい。電子取出し層は、光電変換層から電子取出し電極への電子の取出しが容易に行われるように設けられる層である。これにより、光電変換層から電子取出し電極への電子取出し効率が高められるため、光電変換効率を向上させることが可能となる。
【００９０】
電子取出し層に用いられる材料としては、光電変換層から電子取出し電極への電子の取出しを安定化させる材料であれば特に限定されない。具体的には、ドープされたポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、トリフェニルジアミン（ＴＰＤ）等の導電性有機化合物、またはテトラチオフルバレン、テトラメチルフェニレンジアミン等の電子供与性化合物と、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン等の電子受容性化合物とからなる電荷移動錯体を形成する有機材料等を挙げることができる。また、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属との金属ドープ層が挙げられる。好適な材料としては、バソキュプロイン（ＢＣＰ）または、バソフェナントロン（Ｂｐｈｅｎ）と、Ｌｉ、Ｃｓ、Ｂａ、Ｓｒなどの金属ドープ層が挙げられる。
【００９１】
９．単位セル
本発明においては、複数個の単位セルが透明基板上に平面的に配列されており、複数個の単位セルのうち少なくとも２個の単位セルが直列に接続されている。
単位セルの接続としては、複数個の単位セルのうち少なくとも２個の単位セルが直列に接続されていればよく、直列のみであってもよく、直列および並列を組み合わせてもよい。例えば、すべての単位セルが直列に接続されていてもよく、少なくとも２個の単位セルが直列に接続されたものが複数配列されていてもよく、少なくとも２個の単位セルが直列に接続されたもの同士が並列に接続されていてもよい。具体的には、４個の単位セルが透明基板上に平面的に配列されている場合、４個の単位セルを直列に接続してもよく、２個ずつの単位セルを直列に接続して、その間は接続しなくてもよく、２個ずつの単位セルを直列に接続して、その間を並列に接続してもよい。
【００９２】
１０．その他の構成
本発明の有機薄膜太陽電池は、上述した構成部材の他にも、必要に応じて後述する構成部材を有していてもよい。例えば、本発明の有機薄膜太陽電池は、保護シート、充填材層、バリア層、保護ハードコート層、強度支持層、防汚層、高光反射層、光封じ込め層、封止材層等の機能層を有していてもよい。また、層構成に応じて、各機能層間に接着層が形成されていてもよい。
なお、これらの機能層については、特開２００７−７３７１７号公報等に記載のものと同様とすることができる。
【００９３】
Ｂ．有機薄膜太陽電池の製造方法
本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法は、上述の有機薄膜太陽電池を製造する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、上記透明基板上に金属薄膜を形成し、上記金属薄膜上にレジストを配置し、フォトエッチング法により上記金属薄膜をメッシュ状にパターニングして、補助電極を形成する補助電極形成工程と、上記補助電極上に、メタルマスクを用いた蒸着法により透明電極を形成する透明電極形成工程とを有することを特徴とするものである。
【００９４】
図９は、本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法の一例を示す工程図である。
まず、透明基板２上に全面に金属薄膜１３を成膜し、次いで、金属薄膜１３上にレジスト２１ａを配置し（図９（ａ））、露光および現像を行い、レジスト画像２１ｂを形成する（図９（ｂ））。続いて、レジスト画像２１ｂをマスクとして露出している金属薄膜１３をエッチングし、レジスト画像２１ｂを除去して、メッシュ部３ａおよびフレーム部３ｂを有する補助電極３を形成する（図９（ｃ））。この際、延設領域１２にはメッシュ部３ａが配置され、直列接続領域１１にはフレーム部３ｂが配置されるように、金属薄膜をパターニングする。
次に、補助電極３上に、メタルマスクを用いた蒸着法により透明導電膜を成膜し透明電極４とする（図９（ｄ））。この際、直列接続領域１１では補助電極３が露出するように、透明電極４をパターン状に形成する。
次に、透明電極４上に、印刷法により光電変換層５を形成する（図９（ｅ））。この際、延設領域１２では、補助電極３および透明電極４と、光電変換層５上に形成される金属電極とが絶縁されるように、補助電極３および透明電極４のエッジを覆うように光電変換層５を形成する。また、直列接続領域１１では補助電極３が露出するように、光電変換層５をパターン状に形成する。
次いで、光電変換層５上に、メタルマスクを用いた蒸着法により金属電極６を形成する（図９（ｆ））。この際、金属電極６は、延設領域１２から直列接続領域１１まで延長して形成され、直列接続領域１１では金属電極６と補助電極３とが接触するように形成される。
【００９５】
本発明によれば、補助電極をフォトエッチング法により形成し、透明電極をメタルマスクを用いた蒸着法により形成するので、補助電極および透明電極のエッジをなだらかにすることができる。したがって、光電変換層の厚みが比較的薄くても、電極間での短絡を抑制することができる。
【００９６】
また本発明によれば、フォトエッチング法により補助電極を形成するので、金属薄膜の厚みが薄い場合であっても、金属薄膜を所望の形状にパターニングすることができ、厚みの薄い補助電極を形成することができる。よって、補助電極の厚みを、電極間で短絡が生じない厚みとすることが可能である。これにより、電極間で短絡が生じ難い有機薄膜太陽電池を得ることができる。
【００９７】
さらに本発明においては、上述の有機薄膜太陽電池を製造するので、高効率・高起電力の有機薄膜太陽電池を得ることが可能である。
【００９８】
なお、透明基板、透明電極およびその形成方法、金属電極およびその形成方法、正孔取出し層およびその形成方法、ならびに、電子取出し層およびその形成方法等については、上記「Ａ．有機薄膜太陽電池」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
以下、本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法における各工程について説明する。
【００９９】
１．補助電極形成工程
本発明における補助電極形成工程は、透明基板上に金属薄膜を形成し、上記金属薄膜上にレジストを配置し、フォトエッチング法により上記金属薄膜をメッシュ状にパターニングして、補助電極を形成する工程である。
【０１００】
金属薄膜の形成材料については、上記「Ａ．有機薄膜太陽電池」の補助電極の項に記載した補助電極の形成材料と同様である。
金属薄膜の成膜方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等を挙げることができる。
【０１０１】
本発明に用いられるレジストとしては、電極の形成に用いられる一般的なレジストを使用することができる。
レジストの露光方法および現像方法としては、一般的な方法を適用することができる。
【０１０２】
レジストの露光および現像後は、不要な金属薄膜をエッチング除去し、所望の形状に金属薄膜をパターニングする。
この際、金属薄膜をメッシュ状にパターニングすればよく、その形状としては、メッシュ状であれば特に限定されるものではなく、所望の導電性、透過性、強度等により適宜選択される。例えば、多角形や円形の格子状等が挙げられる。中でも、金属薄膜を六角形または平行四辺形の格子状にパターニングすることが好ましい。なお、形状については、上記「Ａ．有機薄膜太陽電池」の補助電極の項に記載した補助電極の形状と同様である。
【０１０３】
金属薄膜のエッチング後は、レジストを除去する。レジストの除去方法としては、一般的な方法を適用することができる。
【０１０４】
なお、得られる補助電極については、上記「Ａ．有機薄膜太陽電池」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１０５】
２．透明電極形成工程
本発明における透明電極形成工程は、上記補助電極上に、メタルマスクを用いた蒸着法により透明電極を形成する工程である。
【０１０６】
透明電極の形成材料については、上記「Ａ．有機薄膜太陽電池」の透明電極の項に記載した透明電極の形成材料と同様である。
透明電極の形成方法としては、メタルマスクを用いた蒸着法であれば特に限定されるものではなく、蒸着法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等を挙げることができる。
【０１０７】
なお、得られる透明電極については、上記「Ａ．有機薄膜太陽電池」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１０８】
３．光電変換層形成工程
本発明においては、通常、透明電極形成工程後に、透明電極上に光電変換層を形成する光電変換層形成工程が行われる。
【０１０９】
光電変換層を形成する際には、直列接続領域の補助電極が露出するように光電変換層をパターン状に形成する。この際、直列接続領域の補助電極が露出するように、予め光電変換層をパターン状に形成してもよく、また光電変換層の成膜後に、直列接続領域の補助電極が露出するように光電変換層をトリミングしてもよい。光電変換層のトリミング方法としては、例えば、光電変換層に、所望の開口を有するフォトマスクを介し、エキシマレーザーを照射することで、光電変換層の不要部分を除去する方法が挙げられる。
【０１１０】
光電変換層の形成方法は、主に塗布量に応じて厚みを調整することが可能な方法であることが好ましい。有機薄膜太陽電池の大面積化に適しているからである。なお、光電変換層の形成方法のその他の点については、上記「Ａ．有機薄膜太陽電池」の項に記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１１１】
また、得られる光電変換層については、上記「Ａ．有機薄膜太陽電池」の項に詳しく記載したので、ここでの説明は省略する。
【０１１２】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【０１１３】
以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明する。
［実施例１］
外形サイズ２００ｍｍ×２５０ｍｍ□、膜厚０．７ｍｍのガラス基板の表面に、スパッタ法にてＣｒ／Ｃｕ（２０ｎｍ／３００ｎｍ）を成膜した。成膜後に所望の形状のパターンをフォトエッチング法にて形成し、所定の開口形状を有する補助電極を形成した。補助電極のメッシュ部は、六角形の開口部がハニカム状に配列されたものであり、開口幅：４５０μｍ、線幅：５０μｍであり、開口率：約８０％であった。また、補助電極のメッシュ部およびフレーム部の配置は、図４（ｂ）に示すような配置とした。
次いで、補助電極上に、直列接続領域となる部分が開口しているメタルマスクを介し、イオンプレーティング法によりＩＴＯを成膜した。
【０１１４】
ＩＴＯ成膜後に、導電性高分子ペースト（ポリ−（3,4−エチレンジオキシチオフェン）分散品）をダイコートにてＩＴＯパターンが形成された基板上に製膜した後に、１５０℃で３０分間乾燥させ、正孔取出し層（膜厚５０ｎｍ）を形成した。
次に、ポリチオフェン（P3HT:poly（3-hexylthiophene-2,5-diyl））と、高速液体クロマトグラフィーによりα位置換型異性体の割合が９８％であることを確認したC70PCBM（[6,6]-phenyl-C71-butyric acid mettric ester）とをクロロベンゼンに溶解させ、固形分濃度１．４ｗｔ％の光電変換層用塗工液を準備した。次いで、光電変換層用塗工液を正孔取出し層上にダイコート法にて塗布して光電変換層を形成した。続いて、温度１５０℃のホットプレート上で、光電変換層が形成された基板を加熱乾燥した。
【０１１５】
次に、直列接続領域に形成されている正孔取り出し層および光電変換層をトリミングし、補助電極を露出させた。この際、正孔取り出し層および光電変換層に、所定の開口を有するフォトマスクを介し、エキシマレーザーを照射することで、補助電極上に存在する正孔取り出し層および光電変換層の不要部分を除去した。次いで、上記基板上に、Ｃａ（３０ｎｍ）、Ａｌ（２００ｎｍ）を順に真空蒸着法にて成膜して金属電極を形成した。金属電極の形状は、図３（ａ）、（ｂ）に示すようなＬ字型とした。これにより、補助電極と金属電極とが直に接する直列接続部が形成された。このようにして、８個の単位セルが平面的に配列され直列に接続された素子を得た。
最後に、封止用ガラス材および接着性封止材により金属電極上から封止して有機薄膜太陽電池とした。
【０１１６】
得られた有機薄膜太陽電池を、Ａ．Ｍ１．５、擬似太陽光（１００ｍＷ／ｃｍ２）を照射光源とし、ソースメジャーユニット（HP社製、HP4100）で電圧印加により電流電圧特性の評価を行ったところ、開放電圧：５．４Ｖを確認し、光電変換効率が３％であった。
【０１１７】
［比較例１］
補助電極を形成しないこと以外は、実施例１と同様にして有機薄膜太陽電池を作製した。
得られた有機薄膜太陽電池では、開放電圧：４．２Ｖであり、光電変換効率は０．５％であった。
【０１１８】
［参考例］
下記のようにＩＴＯパターンを形成したこと以外は、実施例１と同様にして有機薄膜太陽電池を作製した。
イオンプレーティング法により、補助電極が形成されたガラス基板の全面にＩＴＯを成膜した後に、ＹＡＧレーザーを照射し、ＩＴＯ膜の不要な部分を除去し、所望のパターンを得た。
得られた有機薄膜太陽電池では、電極間で短絡が生じた。
【０１１９】
［実施例２］
シミュレーションにより、補助電極のメッシュ部の形状の最適化を実施した。メッシュ部のモデルを構築し、種々の形状のメッシュ部を配置し、電流の流れ方を検証した。メッシュ部の開口部の形状を、円形、三角形、四角形、六角形とし、電流方向に対し配置方向を変化し、シミュレーションを実施した。シミュレーションは、Ａｎｓｏｆ社製のＱ３Ｄシミュレータを使用した。
各形状のシミュレーション結果を図１０〜図２０にそれぞれ示す。なお、図１０〜図２０において、矢印ｄは電流方向を示す。
【０１２０】
円形の場合、ストレート配列（図１１（ａ）、（ｂ））およびジグザグ配列（図１０（ａ）、（ｂ））のいずれの場合でも、開口部の前後に低電流領域が生じた。円形状の場合には、入射量をロスしてしまうことがわかった。
四角形の場合、ストレート配列（図１２（ａ）、（ｂ））の場合には、電流方向に対して横方向に電流が流れなかった。一方、ジグザグ配列（図１３（ａ）、（ｂ））の場合には、低電流領域は大幅に減少するが、開口部の前後に低電流領域が存在していた。
三角形の場合、ストレート配列（図１６（ａ）、（ｂ）、図１７（ａ）、（ｂ））の場合には、開口部の端部に過電流領域が生じ、また開口部の前後に低電流領域が生じ、電流密度分布が最も大きくなった。一方、ジグザグ配列（図１８（ａ）、（ｂ））の場合には、電流方向に対して横方向に電流が流れず、入射量をロスしてしまうが、それ以外の領域では比較的均一な電流分布を確認できた。
菱形の場合、鋭角が６０°の場合（図１９（ａ）、（ｂ））には、非常に良好な電流分布を示した。一方、角度が９０°の場合（図２０（ａ）、（ｂ））には、電流方向に対して交差部分に若干の低電流領域が生じた。
六角形の場合、ストレート配列（図１４（ａ）、（ｂ））の場合には、低電流領域が存在し、電流分布密度は良好ではなかった。一方、ジグザグ配列（図１５（ａ）、（ｂ））の場合には、良好な電流分布を示した。さらに、ジグザグ配列の場合（図１５（ｂ）、図２１）、電流方向に対して開口部の向きを９０°回転させることで、過電流領域と低電流領域とが変化した。
結果として、六角形および菱形が良好な電流分布を示した。
【０１２１】
また、六角形の場合について、電流を中心部から外周部に向かって放射状に流した場合のシミュレーション結果を図２２に示す。この場合、電流分布は比較的均一であった。
さらに、菱形の場合について、電流を中心部から外周部に向かって放射状に流した場合のシミュレーション結果を図２３に示す。この場合も、電流分布は比較的均一であった。そして、電流分布が比較的均一となる均電流エリアの形状は、菱形の鋭角の頂点を結ぶ対角線方向に電流が流れやすい楕円形状になった。
【符号の説明】
【０１２２】
１  …  有機薄膜太陽電池
２  …  透明基板
３  …  補助電極
３ａ  …  メッシュ部
３ｂ  …  フレーム部
４  …  透明電極
５  …  光電変換層
６  …  金属電極
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ，１０ｅ，１０ｆ…  単位セル
１１  …  直列接続領域
１２  …  延設領域
【図１】
0005573372.tif 000002
【図２】
0005573372.tif 000003
【図３】
0005573372.tif 000004
【図４】
0005573372.tif 000005
【図５】
0005573372.tif 000006
【図６】
0005573372.tif 000007
【図７】
0005573372.tif 000008
【図８】
0005573372.tif 000009
【図９】
0005573372.tif 000010
【図２４】
0005573372.tif 000011
【図１０】
0005573372.tif 000012
【図１１】
0005573372.tif 000013
【図１２】
0005573372.tif 000014
【図１３】
0005573372.tif 000015
【図１４】
0005573372.tif 000016
【図１５】
0005573372.tif 000017
【図１６】
0005573372.tif 000018
【図１７】
0005573372.tif 000019
【図１８】
0005573372.tif 000020
【図１９】
0005573372.tif 000021
【図２０】
0005573372.tif 000022
【図２１】
0005573372.tif 000023
【図２２】
0005573372.tif 000024
【図２３】
0005573372.tif 000025