(57)【要約】【課題】建造物のガラスに貼り付けて使用する太陽光発電フィルムにおいて、高い発電効率を有する太陽光発電フィルムを提供することを課題とする。【解決手段】少なくとも有機太陽電池素子及び遮熱部材を有する太陽光発電フィルムを被設置体に設置する方法であって、遮熱部材を有機太陽電池素子の非受光面側に位置するように設置する、太陽光発電フィルムの設置方法により、課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも有機太陽電池素子及び遮熱部材を積層した太陽光発電フィルムを被設置体に設置する方法であって、遮熱部材を有機太陽電池素子の非受光面側に位置するよう設置する、太陽光発電フィルムの設置方法。
【請求項２】
前記遮熱部材は、熱反射型の遮熱部材である、請求項１に記載の太陽光発電フィルムの設置方法。
【請求項３】
前記有機太陽電池素子は、有機薄膜太陽電池素子、又は、色素増感型太陽電池素子である、請求項１又は２に記載の太陽光発電フィルムの設置方法。
【請求項４】
少なくとも有機太陽電池素子、遮熱部材、及び接着層を有する太陽光発電フィルム、並びに透明部材を含む太陽光発電フィルム一体型部材であって、
透明部材、接着層、有機太陽電池素子、遮熱部材の順に積層され、且つ、透明部材を有機太陽電池素子に対して受光面側に有する太陽光発電フィルム一体型部材。
【請求項５】
少なくとも有機太陽電池素子、遮熱部材、及び接着層を有する太陽光発電フィルム、並びに透明部材を含む太陽光発電フィルム一体型部材であって、
有機太陽電池素子、遮熱部材、接着層、透明部材の順に積層され、且つ、有機太陽電池素子を透明部材に対して受光面側に有する太陽光発電フィルム一体型部材。
【請求項６】
少なくとも接着層、有機太陽電池素子、遮熱部材をこの順に有する太陽光発電フィルム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電フィルムの設置方法、太陽光発電フィルム一体型部材、及び太陽光発電フィルムに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、光起電力効果を利用した光電変換素子を用いて、光エネルギーを直接電力に変換する。シリコン結晶を用いた変更効率の高い太陽電池が開発される一方で、低コスト、且つ、様々な場所に設置可能な有機薄膜太陽電池の開発も進んでいる。そして、有機薄膜太陽電池は、建造物のガラスに貼り付けて使用できるものも提案されている（例えば特許文献１、特許文献２参照）。
【０００３】
他方、太陽電池における問題点として、薄膜シリコン太陽電池は実際の使用時において、温度上昇により太陽電池の開放電圧が低下し、変換効率の低下を招くとの報告がされている（例えば非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−４９４９９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８６３１０号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】シャープ技報  Ｐ３９〜Ｐ４２  第８６号・２００３年８月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、建造物のガラス等に貼り付けて使用する室内用太陽光発電フィルムにおいて、高い発電効率を有する太陽光発電フィルムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記課題を解決すべく有機太陽電池の研究を進めたところ、有機太陽電池は、シリコン系の太陽電池とは異なる温度特性を有するという新たな知見を得た。すなわち、非特許文献１に記載されているように、太陽電池は温度上昇により変換効率の低下を生じさせると思われていたところ、有機太陽電池ではそのような現象は生じず、さらに驚くことに、変換効率が向上するという知見を得た。
このような知見に基づき、さらに研究を進め、有機太陽電池素子の非受光面側に遮熱部材を配置することで、有機太陽電池の温度上昇を生じさせ、高い変換効率を有する太陽光発電フィルムが得られることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
本発明の実施態様は、
少なくとも有機太陽電池素子及び遮熱部材を積層した太陽光発電フィルムを被設置体に設置する方法であって、遮熱部材が有機太陽電池素子の非受光面側に位置するよう設置する、太陽光発電フィルムの設置方法である。
【０００９】
また、前記遮熱部材は、熱反射型の遮熱部材であることが好ましい。
また、前記有機太陽電池素子は、有機薄膜太陽電池素子、又は、色素増感型太陽電池素子であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の別の実施態様は、少なくとも有機太陽電池素子、遮熱部材、及び接着層を有する太陽光発電フィルム、並びに透明部材を含む太陽光発電フィルム一体型部材であって、透明部材、接着層、有機太陽電池素子、遮熱部材の順に積層され、且つ、透明部材を有機太陽電池素子に対して受光面側に有する太陽光発電フィルム一体型部材である。
また、本発明の別の実施態様は、少なくとも有機太陽電池素子、遮熱部材、及び接着層を有する太陽光発電フィルム、並びに透明部材を含む太陽光発電フィルム一体型部材であって、有機太陽電池素子、遮熱部材、接着層、透明部材の順に積層され、且つ、有機太陽電池素子を透明部材に対して受光面側に有する太陽光発電フィルム一体型部材である。
また、本発明の別の実施態様は、少なくとも接着層、有機太陽電池素子、遮熱部材をこの順に有する太陽光発電フィルムである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、建造物のガラス等に貼り付けて使用する太陽光発電フィルム、特に室内用太陽光発電フィルムにおいて、高い発電効率を有する太陽光発電フィルムを提供できる。具体的には、有機太陽電池素子の非受光面側に遮熱部材を配置することで、有機太陽電池の温度上昇を生じやすくさせ、高い変換効率を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施態様に係る太陽光発電フィルムが窓ガラスに設置された態様を示す模式図である。
【図２】本実施態様に係る太陽光発電フィルムが窓ガラスに設置された態様を示す模式図である。
【図３】一般的な有機薄膜太陽電池素子の層構成を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明について、具体的な態様を示しながら詳細に説明するが、本発明は例示する具体的態様に限定されないことはいうまでもない。
【００１４】
本発明の実施態様に係る太陽光発電フィルムは、少なくとも有機太陽電池素子及び遮熱部材を有し、有機太陽電池素子の非受光面側に遮熱部材を配置したことを特徴とする。本実施態様では、遮熱部材をこの位置に配置することで、高い発電効率を有する太陽光発電フィルムを得ることができる。
【００１５】
有機太陽電池素子の非受光面側に遮熱部材を配置することで、有機太陽電池素子を透過した入射光のうち主に赤外領域の光を遮断することができる。この構成により、遮熱部材から有機太陽電池素子に効率的に熱を伝えることができ、有機太陽電池素子の温度が上昇しやすくなる。
ここで、非特許文献１に記載されているように、太陽電池は温度上昇により変換効率の低下を生じさせると思われていたところ、本発明者らは、有機太陽電池ではそのような現象は生じず、さらに驚くことに、変換効率が向上するという知見を得た。
よって、本実施態様の構成により、高い発電効率を有する太陽光発電フィルムを得られる。
【００１６】
また、本実施態様では、有機太陽電池素子の非受光面側に遮熱部材を配置することで、有機太陽電池素子の受光面側から受光量を低減させ得る層を排除することができる。そのため、有機太陽電池素子はより多くの光量を得ることが可能となり、発電量が向上する。なお、本発明において有機太陽電池素子の非受光面側に遮熱部材を配置するとは、太陽光に対して有機太陽電池素子の背後に遮熱部材を設けることである。
【００１７】
一般的なシリコン系の太陽電池では、温度上昇と共に発電効率が低下するにもかかわらず、有機太陽電池では温度上昇と共に発電効率の低下が生じることなく、驚くべきことに発電効率が向上する理由については定かではないが、本発明者らは以下のように考えている。
太陽電池に入射した光により太陽電池内で正孔と電子が生じた後、正孔と電子は電極まで移動し、正孔と電子は外部に取り出される。一般的なシリコン系の太陽電池の場合、正孔や電子が電極まで移動する過程はフォノン伝導による。その場合、温度が高くなるにつれて結晶格子が乱れ、フォノン伝導の効率は低下するため、発電効率は温度が高くなるにつれて低くなる。ところが有機薄膜太陽電池は正孔や電子が電極まで移動する過程は拡散による。拡散の効率は温度が高いほど高くなるため、温度が高くなるにつれて発電効率は高くなる。また、色素増感型太陽電池では、電荷移動の一部はイオン拡散によるため、色素増感太陽電池でも温度が高くなるほど発電効率は高くなる。
【００１８】
本実施態様における有機太陽電池素子は、有機化合物の層により光電変換が行われる太陽電池素子であり、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物とを含む有機薄膜太陽電池素子や、色素増感型太陽電池素子が挙げられる。その構成については、後述する。
【００１９】
本実施態様における遮熱部材は、熱を遮断できる部材であれば特段限定されず、熱吸収型の遮熱部材や熱反射型の遮熱部材が例示される。
熱吸収型の遮熱部材としては、赤外領域の光を吸収できる樹脂成分から構成され、さらに熱吸収性顔料等を加えることもできる。樹脂成分としては、例えばポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、塩化ビニル樹脂などを用いることができ、熱可塑タイプ又は熱硬化タイプの何れのタイプであってもよく、又これらの樹脂は必要に応じて数種のものを併用することができる。樹脂以外のバインダーとしては、ゾルゲル法によって形成される無機物や無機有機複合物など一般に知られているものを使用することができる。熱吸収性顔料としては、カーボンブラックや、炭、黒鉛、フェロシリコンなどを使用することができる。また、ＷＯ２００３／０８７４３２号公報に記載の熱吸収性被膜や、特開２０１０−０６２５２１号公報に記載の放熱性塗膜などを用いることもできる。
【００２０】
熱反射型の遮熱部材としては、赤外領域の光を反射できる部材であればよく、例えば、透明多層フィルムを用いることができる。具体的には、第１の樹脂フィルム層と、第２の樹脂フィルム層とを含む多層樹脂フィルムである。第１および第２の樹脂フィルム層の屈折率の差は、０．０５以下であることが好ましい。
樹脂フィルムの具体例としては、ナフタレンジカルボン酸ポリエステルのフィルムと、他の樹脂フィルムから構成されてもよい。好ましいナフタレンジカルボン酸ポリエステルフィルムとしては、例えば、２，６−ポリエチレンナフタレートが挙げられる。好ましい他の樹脂フィルムとしては、例えば、ポリエチレンテレフタレートが挙げられる。
【００２１】
遮熱部材としては、熱反射型の遮熱部材を用いることが好ましい。熱反射型の遮熱部材は、赤外領域の光を反射しうる部材であるが、同時に可視光領域の光をも反射しうる部材であることが多い。そのため、太陽電池素子が光を透過する場合は、有機太陽電池素子を透過した可視光領域の光を反射させ、再度有機太陽電池素子による発電が可能となる。よって、熱反射型の遮熱部材を用いることで、さらに発電効率が向上し、好ましい。
また、本実施態様に係る太陽光発電フィルムは、ガラスなどの透明部材に設置して使用する形態が好ましい。そのため、シースルー型太陽電池であることが好ましく、遮熱部材も透光性を有することが好ましい。
遮熱部材の膜厚に制限はないが、通常１０μｍ以上、好ましくは５０μｍ以上であり、一方、通常１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下である。上記上限以下であることにより、透光性が高くなりやすく、また柔軟性が高くなるた
め太陽光発電フィルムを施工しやすくなる。一方上記下限以上であることにより、遮熱部材の強度が上がり、太陽光発電フィルムを製造する際の生産性が向上すると共に、太陽光発電フィルムを施工しやすくなる。
【００２２】
本実施態様における太陽光発電フィルムの設置方法について、被設置物が透明部材の場合の実施態様の例を、図を用いて説明する。
なお、本実施態様に係る被設置物は限定されないが、透明または不透明の部材であるのが好ましい。本実施態様に係る太陽光発電フィルムを部材に設置することにより、太陽光発電フィルム一体型部材とすることができる。本実施態様に係る太陽光発電フィルムを透明部材に設置した場合には、透明部材を透過する光による熱を減少せしめ、例えば窓ガラスの場合には、窓の内側の空間の温度上昇を抑制することができる。一方、本実施態様に係る太陽光発電フィルムを不透明部材に設置した場合には、不透明部材の温度上昇を抑制することができる。
本実施態様において、透明部材は、透光性を有する部材であり、更に透視性を有するのが好ましい。本実施形態において透光性を有するとは、特段の限定のない限り、可視光の透過率が通常５％以上、好ましくは１０％以上、より好ましくは２０％以上、更に好ましくは３０％以上、特に好ましくは４０％以上であり、通常１００％以下、好ましくは９９％以下、より好ましくは９８％以下である。可視光の透過率は、ＪＩＳ  Ｒ  ３１０６：１９９８に準拠して測定できる。
透明部材の材質としては、透明であれば限定されないが、ガラスや石英等の無機材料や、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂等の有機材料が好ましく例示される。透明部材の厚みや大きさは目的に応じて任意に選択できる。
なお、本明細書において、シースルー型とは透光性を有することを意味する。
【００２３】
図１は窓ガラス２１に接着層２２を介して太陽光発電フィルム２０を室内に設置した図である。本実施態様における太陽光発電フィルム２０は、太陽光に対して有機薄膜太陽電池素子２３の背後に遮熱部材２４が配置される。有機薄膜太陽電池素子２３は、色素増感型太陽電池素子に代替されてもよい。窓ガラス２１は透明部材の一例であり、太陽光発電フィルム２０を室内に設置することができるものであればこれに限られない。
【００２４】
窓ガラス２１と有機薄膜太陽電池素子２３は接着層２２により接着される。接着層としては、公知の透明な接着剤を用いることができる。例えば、アクリル系接着剤、ポリエステル系接着剤、ゴム系接着剤、シリコーン系接着剤、及びポリウレタン系接着剤などがあげられる。接着層の、可視光の透過率は、通常６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上であり、通常１００％以下、好ましくは９９％以下、より好ましくは９８％以下である。
なお、窓ガラス２１と有機薄膜太陽電池素子２３は、接着層２２を用いることなく、他の方法により設置してもよい。例えば、有機薄膜太陽電池素子２３の上下部分と窓ガラス２１の上下窓枠を、公知の係止部材により係止することで設置してもよい。
【００２５】
太陽光発電フィルム２０の室内側の最外層には、表面保護層２５を設けることができる。表面保護層としては、耐熱性、透明性、撥水性などの性質を有することが好ましい。このような材料としては、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、環状ポリオレフィン樹脂、ＡＳ（アクリロニトリル−スチレン）樹脂、ＡＢＳ（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン）樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、フッ素系樹脂、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ポリアクリル系樹脂、各種ナイロン等のポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド−イミド樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、シリコン系樹脂又はポリカーボネート樹脂等が挙げられる。
【００２６】
本実施態様に係る太陽光発電フィルムは、図１には図示されていない層構成を有してもよい。そのような層構成としては、紫外線カットフィルム、ガスバリアフィルム、ゲッター材フィルム、封止層などがあげられる。これらの材料の説明については、例えば、国際公開ＷＯ２０１２／１０２３９０に記載された材料を用いることができる。また、これらの層が配置される位置も限定されず、本発明の効果が損なわれない限りにおいて、適宜配置することができる。
【００２７】
本実施態様に係る太陽光発電フィルムが窓ガラスに設置された図１に示す実施態様は、本発明の太陽光発電フィルム一体型部材の実施態様である。すなわち、少なくとも有機太陽電池素子、遮熱部材、及び接着層を有する太陽光発電フィルム、並びに透明部材を含む太陽光発電フィルム一体型部材であって、透明部材、接着層、有機太陽電池素子、遮熱部材の順に積層され、且つ、透明部材を有機太陽電池素子に対して受光面側に有する太陽光発電フィルム一体型部材である。
本実施態様に係る太陽光発電フィルム一体型部材は、太陽光発電フィルムが室内に設けられる、太陽光発電フィルム室内設置用部材である。また、本実施態様において受光面とは、太陽光を直接受けうる面である。
【００２８】
一方図２は窓ガラス３１に接着層３２を介して太陽光発電フィルム３０を室外に設置した図である。本実施態様における太陽光発電フィルム３０は、太陽光に対して有機薄膜太陽電池素子３３の背後に遮熱部材３４が配置される。
本実施態様では、太陽光発電フィルム３０は屋外に設置されるため、表面保護層３５は、高い耐候性を有するものが好ましい。
また、表面保護層２５は、有機薄膜太陽電池素子３３の光吸収を妨げない観点から可視光を透過させることが好ましい。表面保護層の可視光の透過率は、通常６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上であり、通常１００％以下、好ましくは９９％以下、より好ましくは９８％以下である。
【００２９】
本実施態様に係る太陽光発電フィルムが窓ガラスに設置された図２に示す実施態様は、本発明の太陽光発電フィルム一体型部材の、別の実施態様である。すなわち、少なくとも有機太陽電池素子、遮熱部材、及び接着層を有する太陽光発電フィルム、並びに透明部材を含む太陽光発電フィルム一体型部材であって、有機太陽電池素子、遮熱部材、接着層、透明部材の順に積層され、且つ、有機太陽電池素子を透明部材に対して受光面側に有する太陽光発電フィルム一体型部材である。
本実施態様に係る太陽光発電フィルム一体型部材は、太陽光発電フィルムが屋外に設けられる、太陽光発電フィルム屋外設置用部材である。また、本実施態様において受光面とは、太陽光を直接受けうる面である。
【００３０】
次に、本発明の実施態様に係る有機太陽電池素子の構成について、有機薄膜太陽電池素子を例に用いて説明するが、本発明に用いる有機太陽電池素子は、有機層により発電する太陽電池素子であれば特段限定されず、好ましい態様としては、有機薄膜太陽電池素子及び色素増感型太陽電池素子があげられる。
本実施態様に用いる有機薄膜太陽電池素子は、通常、少なくとも一対の電極と、該電極間に存在する有機活性層と、該有機活性層と該電極の一方との間に存在する電子取り出し層とを有する。図３は、有機薄膜太陽電池素子の一般的な層構成を示す。図３に示される有機薄膜太陽電池素子１０７は、太陽電池素子基板１０６、カソードである下部電極１０１、電子取り出し層１０２、活性層１０３（ｐ型半導体化合物とｎ型半導体材料とを含む層）、正孔取り出し層１０４、アノードである上部電極１０５が順次形成された層構造を有する。なお、図２において下部電極１０１は上部電極１０５よりも上部に存在するが、本明細書において上部電極、下部電極とは、太陽電池素子基板１０６をボトムとした際に上部に存在する電極、下部に存在する電極を意味するものとし、太陽電池素子基板に積層
される電極を下部電極と称する。また、電子取り出し層１０２、活性層１０３、正孔取り出し層１０４のうち有機成分を含む層をまとめて有機層と称する場合がある。
【００３１】
有機薄膜太陽電池素子は、支持体となる太陽電池素子基板（以下、単に素子基板とも称する）を有する。すなわち、素子基板上に、少なくとも電極と、活性層とが形成される。
素子基板の材料は、フィルム状の基板を形成しうる限り特に限定されない。素子基板の材料の好適な例としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン；セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料；紙又は合成紙等の紙材料；ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。シースルー型太陽電池の場合には、素子基板の材料は透光性を有するのが好ましい。具体的には、有機材料であることが好ましい。
【００３２】
素子基板の形状はフィルム状である。膜厚に制限はないが、通常５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上であり、一方、通常１ｍｍ以下、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下である。素子基板の膜厚が５μｍ以上であることは、有機薄膜太陽電池素子の強度が不足する可能性が低くなるために好ましい。素子基板の膜厚が１ｍｍ以下であることは、コストが抑えられ、かつ重量が重くならないために好ましい。また、シースルー型太陽電池の場合には素子基板の膜厚が２５０μｍ以下であることが好ましい。素子基板の膜厚が前記上限以下であることにより、太陽光発電フィルムが透光性を有しやすい。また、太陽光発電フィルムが透光性を有しやすくするためには、素子基板の可視光の透過率は、通常６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上であり、通常１００％以下、好ましくは９９％以下、より好ましくは９８％以下である。
【００３３】
電極は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有する。したがって、一対の電極には、正孔の捕集に適した電極（以下、アノードと記載する場合もある）と、電子の捕集に適した電極（以下、カソードと記載する場合もある）とを用いることが好ましい。一対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わないが、本発明の好ましい実施態様であるシースルー型の太陽電池である場合には、両方が透光性である必要がある。また、透明電極の可視光の透過率は通常６０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８０％以上であり、通常１００％以下、好ましくは９９％以下、より好ましくは９８％以下であることが、透明電極を透過させて活性層１０３に光を到達させるために好ましい。
【００３４】
アノードとは、一般には仕事関数がカソードよりも高い導電性材料で構成され、活性層で発生した正孔をスムーズに取り出す機能を有する電極である。
【００３５】
アノードの材料を挙げると、例えば、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、インジウム−ジルコニウム酸化物（ＩＺＯ）、酸化チタン、酸化インジウム又は酸化亜鉛等の導電性金属酸化物；金、白金、銀、クロム又はコバルト等の金属あるいはその合金が挙げられる。これらの物質は高い仕事関数を有するため、好ましく、さらに、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングしたＰＥＤＯＴ：ＰＳＳで代表されるような導電性高分子材料を積層することができるため、好ましい。このような導電性高分子を積層する場合には、この導電性高分子材料の仕事関数が高いことから、上記のような高い仕事関数の材料でなくとも、ＡｌやＭｇ等のカソードに適した金属も広く用いることが可能である。ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホ
ン酸をドーピングしたＰＥＤＯＴ：ＰＳＳや、ポリピロール又はポリアニリン等にヨウ素等をドーピングした導電性高分子材料を、アノードの材料として使用することもできる。アノードが透明電極である場合には、ＩＴＯ、酸化亜鉛又は酸化スズ等の透光性がある導電性金属酸化物を用いることが好ましく、特にＩＴＯが好ましい。
アノードは２層以上の積層構造を有していてもよい。積層構造は１種の材料の積層であっても２種以上の材料の積層であってもよい。２種以上の材料の組み合わせ及び比率は任意に選択できる。中でも、少なくとも導電性金属酸化物と金属との積層構造を含むと、導電性金属酸化物単層と比べてシート抵抗が抑えやすいため、薄膜化が可能になる。薄膜化により、アノードの形成速度が向上したり、耐熱性が向上するだけでなく、干渉光による発色を抑制できるため、有機薄膜太陽電池の意匠性の点で好ましい。積層する金属としては、金、銀及び銅が好ましく、銀が最も好ましい。銀は無彩色であり、凝集しづらいためである。一方、金や銅等の、薄膜が有色の金属を用いることで、意匠性を考慮して太陽電池の色を調整することができる。
【００３６】
アノードの膜厚は特に制限は無いが、通常１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上、さらに好ましくは、５０ｎｍ以上である。一方、通常１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以下、さらに好ましくは５００ｎｍ以下である。アノードの膜厚が１０ｎｍ以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、アノードの膜厚が１０μｍ以下であることにより、光透過率を低下させずに効率よく光を電気に変換することができる。アノードが透明電極である場合には、光透過率とシート抵抗とを両立できる膜厚を選ぶ必要がある。また、シースルー型太陽電池の場合にはアノードの膜厚は５００ｎｍ以下であることが好ましい。アノードの膜厚が前記上限以下であることにより、透光性を有しやすい。
【００３７】
アノードのシート抵抗は、特段の制限はないが、通常１Ω／□以上、一方、１０００Ω／□以下、好ましくは５００Ω／□以下、さらに好ましくは１００Ω／□以下である。
【００３８】
アノードの形成方法としては、蒸着法若しくはスパッタ法等の真空成膜方法、又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する湿式塗布法が挙げられる。
【００３９】
カソードは、一般には仕事関数が低い値を有する導電性材料で構成され、活性層で発生した電子をスムーズに取り出す機能を有する電極である。カソードは、電子取り出し層と隣接している。
【００４０】
カソードの材料を挙げると、例えば、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム又はマグネシウム等の金属及びその合金；フッ化リチウムやフッ化セシウム等の無機塩；酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化リチウム又は酸化セシウムのような金属酸化物等が挙げられる。これらの材料は低い仕事関数を有する材料であるため、好ましい。カソードについてもアノードと同様に、電子取り出し層としてチタニアのようなｎ型半導体で導電性を有するものを用いることにより、高い仕事関数を有する材料を用いることもできる。電極保護の観点から、カソードの材料として好ましくは、白金、金、銀、銅、鉄、スズ、アルミニウム、カルシウム若しくはインジウム等の金属、又は酸化インジウムスズ等のこれらの金属を用いた合金である。
カソードは２層以上の積層構造を有していてもよい。積層構造は１種の材料の積層であっても２種以上の材料の積層であってもよい。２種以上の材料の組み合わせ及び比率は任意に選択できる。中でも、少なくとも導電性金属酸化物と金属との積層構造を含むと、導電性金属酸化物単層と比べてシート抵抗が抑えやすいため、薄膜化が可能になる。薄膜化により、カソードの形成速度が向上したり、耐熱性が向上するだけでなく、干渉光による発色を抑制できるため、有機薄膜太陽電池の意匠性の点で好ましい。積層する金属としては、金、銀及び銅が好ましく、銀が最も好ましい。銀は無彩色であり、凝集しづらいため
である。一方、金や銅等の、薄膜が有色の金属を用いることで、意匠性を考慮して太陽電池の色を調整することができる。
【００４１】
カソードの膜厚は特に制限は無いが、通常１０ｎｍ以上、好ましくは２０ｎｍ以上、より好ましくは５０ｎｍ以上である。一方、通常１０μｍ以下、好ましくは１μｍ以下、より好ましくは５００ｎｍ以下である。カソードの膜厚が１０ｎｍ以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、カソードの膜厚が１０μｍ以下であることにより、光透過率を低下させずに効率よく光を電気に変換することができる。カソードが透明電極である場合には、光透過率とシート抵抗を両立する膜厚を選ぶ必要がある。また、シースルー型太陽電池の場合にはカソードの膜厚は５００ｎｍ以下であることが好ましい。アノードの膜厚が前記上限以下であることにより、透光性を有しやすい。
【００４２】
カソードのシート抵抗は、特に制限は無いが、通常１０００Ω／□以下、好ましくは５００Ω／□以下、さらに好ましくは１００Ω／□以下である。下限に制限は無いが、通常は１Ω／□以上である。
【００４３】
カソードの形成方法としては、蒸着法若しくはスパッタ法等の真空成膜方法、又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する湿式塗布法等がある。
【００４４】
また、アノード及びカソードに対して表面処理を行うことにより、特性（電気特性やぬれ特性等）を改良してもよい。
【００４５】
アノード及びカソードを積層した後に、光電変換素子を通常５０℃以上、好ましくは８０℃以上、一方、通常３００℃以下、好ましくは２８０℃以下、より好ましくは２５０℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい（この工程をアニーリング処理工程と称する場合がある）。アニーリング処理工程を５０℃以上の温度で行うことにより、光電変換素子の各層間の密着性、例えば電子取り出し層とカソード及び／又は電子取り出し層と活性層の密着性が向上する効果が得られるためである。各層間の密着性が向上することにより、光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上しうる。アニーリング処理工程の温度を３００℃以下にすることは、活性層内の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。アニーリング処理工程においては、上記の温度範囲内で段階的な加熱を行ってもよい。
【００４６】
加熱する時間としては、通常１分以上、好ましくは３分以上、一方、通常３時間以下、好ましくは１時間以下である。アニーリング処理工程は、太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、アニーリング処理工程は、常圧下、かつ不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。
【００４７】
加熱する方法としては、特に限定されないが、熱風による加熱、遠赤外線および／または近赤外線の照射による方法が好ましく挙げられ、ホットプレート等の熱源に有機光電変換素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に有機光電変換素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよいが、連続方式で行うのが好ましい。
【００４８】
本発明の実施態様に係る有機薄膜太陽電池素子は、通常、カソードと活性層との間に電子取り出し層を有する。また有機薄膜太陽電池素子は、活性層とアノードとの間に正孔取り出し層を有する。電子取り出し層および正孔取り出し層は必須ではない。
【００４９】
電子取り出し層と正孔取り出し層とは、一対の電極間に、活性層を挟むように配置され
ることが好ましい。すなわち、有機薄膜太陽電池素子が電子取り出し層と正孔取り出し層の両者を含む場合、上部電極、正孔取り出し層、活性層、電子取り出し層、及び下部電極をこの順に配置することができる。有機薄膜太陽電池素子が電子取り出し層を含み正孔取り出し層を含まない場合は、上部電極、活性層、電子取り出し層、及び下部電極をこの順に配置することができる。電子取り出し層と正孔取り出し層とは積層順序が逆であってもよいし、また電子取り出し層と正孔取り出し層の少なくとも一方が異なる複数の膜により構成されていてもよい。
電子取り出し層及び正孔取り出し層の材料や、膜厚、形成方法の例としては、例えば国際公開ＷＯ２０１２／１０２３９０に記載された電子取り出し層及び正孔取り出し層に用いられる材料が挙げられる。
【００５０】
活性層は光電変換が行われる層を指し、通常、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物とを含む、または色素及びヨウ素イオンを含む電解液を含む。
ｐ型半導体化合物とは、ｐ型半導体材料として働く化合物であり、ｎ型半導体化合物とは、ｎ型半導体材料として働く化合物である。有機薄膜太陽電池素子が光を受けると、光が活性層に吸収され、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物との界面で電気が発生し、発生した電気が電極から取り出される。
【００５１】
活性層の層構成としては、ｐ型半導体化合物層とｎ型半導体化合物層とが積層された薄膜積層型、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物とが混合した層を有するバルクヘテロ接合型、ｐ型半導体化合物層と、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物とが混合した層（ｉ層）と、ｎ型半導体化合物層とが積層されたもの、等が挙げられる。なかでも、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物が混合した層を有するバルクヘテロ接合型が好ましい。
【００５２】
活性層の膜厚は特に限定されないが、通常１０ｎｍ以上、好ましくは５０ｎｍ以上であり、一方通常１０００ｎｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下、より好ましくは２００ｎｍ以下である。活性層の膜厚が上記下限以上であることは、膜の均一性が保たれ、短絡を起こしにくくなるため、好ましい。また、活性層の厚さが上記上限以下であることは、内部抵抗が小さくなる点、及び電極間が離れすぎず電荷の拡散が良好となる点、透光性を確保する点で、好ましい。
【００５３】
活性層の作成方法としては、特段に制限はないが、生産効率が高い点で塗布法が好ましい。塗布法としては、任意の方法を用いることができるが、例えば、ワイヤーバーコート法、ブレードコート法、ダイコート法、スリットダイコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法、フレキソ印刷、インクジェット等が挙げられる。
【００５４】
例えば、ｐ型半導体化合物層及びｎ型半導体化合物層は、ｐ型半導体化合物又はｎ型半導体化合物を含む塗布液を塗布することにより作製しうる。また、ｐ型半導体化合物とｎ型半導体化合物とが混合した層は、ｐ型半導体化合物及びｎ型半導体化合物を含む塗布液を塗布することにより作製しうる。後述するように、半導体化合物前駆体を含む塗布液を塗布した後で、半導体化合物前駆体を半導体化合物へと変換してもよい。
活性層が含むｐ型半導体化合物としては、特に限定はないが、低分子有機半導体化合物と高分子有機半導体化合物とが挙げられる。その具体的な例としては、例えば国際公開ＷＯ２０１２／１０２３９０に記載されたｐ型半導体化合物が挙げられる。また、活性層が含むｎ型半導体化合物の具体的な例についても、同様に国際公開ＷＯ２０１２／１０２３９０に記載されたｎ型半導体化合物が挙げられる。
【００５５】
有機薄膜太陽電池素子の光電変換特性は次のようにして求めることができる。有機薄膜
太陽電池素子にソーラシュミレーターでＡＭ１．５Ｇ条件の光を照射強度１００ｍＷ／ｃｍ2で照射して、電流−電圧特性を測定する。得られた電流−電圧曲線から、光電変換効率（ＰＣＥ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、フィルファクター（ＦＦ）、直列抵抗、シャント抵抗といった光電変換特性を求めることができる。
【００５６】
有機薄膜太陽電池素子の光電変換効率は、特段の制限はないが、通常１％以上、好ましくは１．５％以上、より好ましくは２％以上である。一方、上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。
【００５７】
また、有機薄膜太陽電池素子の耐久性を測定する方法としては、有機薄膜太陽電池素子を大気暴露する前後での、光電変換効率の維持率を求める方法が挙げられる。
（維持率）＝（大気暴露Ｎ時間後の光電変換効率）／（大気暴露直前の光電変換効率）
【００５８】
有機薄膜太陽電池素子を実用化するには、製造が簡便かつ安価であること以外に、高い光電変換効率及び高い耐久性を有することが重要である。この観点から、１週間大気暴露する前後での光電変換効率の維持率は、６０％以上が好ましく、８０％以上がより好ましく、高ければ高いほどよいが、通常１００％以下、好ましくは９９％以下、より好ましくは９８％以下である。
本実施態様に係る太陽光発電フィルムを設置する用途に制限はなく、任意の用途に用いることができる。用途の例を挙げると、建材、自動車、インテリア、鉄道、船舶、航空機、宇宙機、家電、携帯電話、又は玩具等である。特に、遮熱効果を奏する点では、建材、自動車、鉄道、航空機が好ましい。中でも建材、具体的には屋根、壁および窓等は、それ自体が移動することがないため、部材から大気への伝導による熱移動が生じづらく、本実施態様に係る太陽光発電フィルムの効果を安定的に得られる点で好ましい。
太陽光発電フィルムに係る太陽電池素子がシースルー型である場合には、透明部材、具体的には、窓、採光屋根、透明な壁などに接着して設置することができる。すなわち、窓用遮熱フィルム、採光屋根用遮熱フィルム、壁用遮熱フィルムとして好適に用いることができる。特に自動車は室内の空間に対して窓の面積が広いため、室内温度の上昇に対して遮熱が効果的であり、自動車窓用遮熱フィルムとして好適に用いることができる。その場合には紫外線や近赤外線を遮断するフィルムと積層することができる。
【００５９】
以下、実験例を示しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。
＜実験例１：有機薄膜太陽電池素子の製造１＞
素子基板：厚さ１２５μｍのポリエチレンナフタレートフィルム、
下部電極：厚さ４０ｎｍのＩＴＯ、厚さ１０ｎｍの銀、厚さ４０ｎｍのＩＴＯの順に積層した透明電極、
バッファ層：厚さ１００ｎｍの酸化亜鉛ナノ粒子、
バルクヘテロジャンクション層：厚さ２００ｎｍであり、ｐ型半導体としてポリ（３−ヘキシルチオフェン）を５０重量％、ｎ型半導体としてインデン付加フラーレンを５０重量％含む混合物、
バッファ層：厚さ１００ｎｍのＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ、
上部電極：厚さ１００ｎｍの銀電極、
の順に積層した後、１５０℃で１０分間加熱し、有機薄膜太陽電池素子を得る。
【００６０】
次に、得られた有機薄膜太陽電池素子を発電させながら、有機薄膜太陽電池素子の温度を変化させることで温度特性を確認すると表１に示す通りに最大出力が変化する。
【００６１】
【表１】
2014236212.tif 000003
【００６２】
表１から、有機薄膜太陽電池は、温度の上昇に伴い発電効率が向上することが理解できる。従って、本発明の構成により、太陽光発電フィルムの発電効率が向上する効果が得られることがわかる。
【符号の説明】
【００６３】
２０、３０    太陽光発電フィルム
２１、３１    窓ガラス
２２、３２    接着層
２３、３３    有機薄膜太陽電池素子
２４、３４    遮熱部材
２５、３５    表面保護層
２６、３６    入射光
１０１        下部電極
１０２        電子取り出し層
１０３        活性層
１０４        正孔取り出し層
１０５        上部電極
１０６        太陽電池素子基板
１０７        有機薄膜太陽電池素子
【図１】
2014236212.tif 000004
【図２】
2014236212.tif 000005
【図３】
2014236212.tif 000006