(57)【要約】【課題】生産性に優れた有機薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】この有機薄膜太陽電池モジュールは、第１電極層１１が、基板１０上に複数に分割されて形成されている。各第１電極層１１の一側部側には、第１隔壁１３が基板１０から第１電極層１３よりも突出して形成され、各第１電極層１１の他側部側の内側には、第２隔壁１４が、第１隔壁１３よりも高く突出し、かつ、第１隔壁１３に対して平行に形成されている。各第１電極層１１上であって、第１隔壁１３と第２隔壁１４とで囲まれた領域内には、有機光電変換層１５が形成されている。そして、各太陽電池セル２０の第２電極層１６が、有機光電変換層１５、第１電極層１１及び第１隔壁１３を覆うように、第２隔壁１６，１６間に形成され、隣接する太陽電池セル２０の第１電極層１１の他側部に導通して、各太陽電池セル２０が直列接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、第１電極層、有機光電変換層、第２電極層が順次積層されて構成された太陽電池セルを複数備える有機薄膜太陽電池モジュールであって、
前記第１電極層が、前記基板上に複数に分割されて形成されており、
各第１電極層の一側部側に、絶縁材料からなる第１隔壁が前記基板から前記第１電極層よりも突出して形成されており、
前記第１電極層上であって、各第１電極層の前記一側部側と対向する他側部側の内側に絶縁材料からなる第２隔壁が、前記第１隔壁よりも高く突出し、かつ、前記第１隔壁に対して平行に形成されており、
各太陽電池セルの有機光電変換層が、前記第１電極層上であって、前記第１隔壁と前記第２隔壁とで囲まれた領域内に形成されており、
各太陽電池セルの第２電極層が、前記有機光電変換層、前記第１電極層及び前記第１隔壁を覆うように、前記第２隔壁間に形成されており、
前記第２電極層は、隣接する太陽電池セルの第１電極層の他側部に導通して、各太陽電池セルが直列接続されていることを特徴とする有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第２隔壁が、突出方向に向けて幅広となる形状をなす請求項１に記載の有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記第１隔壁が、突出方向に向けて幅狭となる形状をなす請求項１又は２に記載の有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記第１電極層は、前記太陽電池セルの直列接続方向に沿って所定間隔で複数形成されると共に、前記直列接続方向に対して交差する方向にも所定間隔で複数の列をなして形成されており、
前記第１隔壁及び前記第２隔壁は、前記直列接続方向に対して交差する方向に連続して平行に形成されており、
前記有機光電変換層は、前記第１隔壁と前記第２隔壁との間で、前記直列接続方向に対して交差する方向に連続して平行に形成されており、
前記第２電極層は、前記第２隔壁間で、前記直列接続方向に対して交差する方向に連続して平行に形成されており、
前記第１電極層と、前記有機光電変換層と、前記第２電極層とが重なる部分が、前記各太陽セルを構成している請求項１〜３のいずれか１項に記載の有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項５】
基板上に、第１電極層、有機光電変換層、第２電極層が順次積層されて構成された太陽電池セルを複数備える有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
基板上に前記第１電極層をパターン形成する第１電極層形成工程と、
パターン形成された各第１電極層の一側部側に絶縁材料からなる第１隔壁を前記基板から前記第１電極層よりも突出させて形成し、前記第１電極層上であって、各第１電極層の前記一側部側と対向する他側部側の内側に絶縁材料からなる第２隔壁を、前記第１隔壁よりも高く突出させ、かつ、前記第１隔壁に対して平行に形成する隔壁形成工程と、
各第１電極層上であって、前記第１隔壁と前記第２隔壁とで囲まれた領域内に、前記有機光電変換層を形成する有機光電変換層形成工程と、
各有機光電変換層、各第１電極層及び各第１隔壁を覆うように、前記第２隔壁間に、第２電極層を形成する第２電極層形成工程とを含むことを特徴とする有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記有機光電変換層形成工程において、有機半導体を含む塗工液を、前記第１隔壁と前記第２隔壁とで囲まれた領域内に塗布して前記有機光電変換層を形成する請求項５に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記隔壁形成工程において、前記第２隔壁を、突出方向に向けて幅広となる形状に形成し、
前記第２電極層形成工程において、前記第２電極層を、真空成膜法により前記第２隔壁を覆うように形成すると共に、前記第２隔壁の間に形成された第２電極層と、前記第２隔壁上に形成された電極層とを、前記第２隔壁によって段切れにより分離させる請求項５又は６に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記隔壁形成工程において、前記第１隔壁を、突出方向に向けて幅狭となる形状に形成する請求項５〜７のいずれか１項に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記第１電極層形成工程において、前記基板上に、前記第１電極層を、太陽電池セルを直列接続すべき方向に所定間隔で複数形成すると共に、前記直列接続すべき方向に対して交差する方向にも所定間隔で複数の列をなすように形成し、
前記隔壁形成工程において、前記第１隔壁及び前記第２隔壁を、前記直列接続すべき方向に対して交差する方向に連続して平行に形成し、
前記有機光電変換層形成工程において、前記有機光電変換層を、前記第１隔壁と前記第２隔壁との間で、前記直列接続方向に対して交差する方向に連続して平行に形成し、
前記第２電極層形成工程において、前記第２電極層を、前記第２隔壁間で、前記直列接続方向に対して交差する方向に連続して平行に形成する請求項５〜８のいずれか１項に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低コスト、高スループットで製造可能な有機薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機薄膜太陽電池を低コストで作製する方法として、有機光電変換層を塗布工程により形成する方法が提案されている。
【０００３】
塗布法による成膜技術としては、スピンキャスト法、ドロップキャスト法等のキャスト法を用いた成膜技術や、インクジェット印刷やディスペンサーを用いた成膜技術がある。
【０００４】
しかしながら、キャスト法を用いて成膜する場合、マスクの使用が不可欠である。これらのマスクは高価であるので製造コストが嵩む問題があった。また、マスクの使用により損傷や汚染の発生などの問題があった。従って、量産の観点からは、キャスト法による成膜は現実的ではない。
【０００５】
また、インクジェット印刷やディスペンサーを用いて成膜する場合、有機光電変換層の形成に用いる塗工液は、粘度が低いことが多いので、塗工液が塗工面上に濡れ広がってしまい、パターン形成が困難であった。
【０００６】
特許文献１には、第１電極と第２電極の間に、ｐ型有機半導体材料とｎ型有機半導体材料とを含有するバルクへテロジャンクション層を有する有機光電変換素子であって、該第１電極上に隔壁が形成され、該バルクへテロジャンクション層は、該隔壁によって複数の領域に分割されて形成され、かつ、該第２電極は該隔壁によって複数に分割された領域と接続するように形成されている有機光電変換素子が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−２５２７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
有機薄膜太陽電池において、モジュール化による大型化・大面積化を行う際には、解放電圧の上昇による劣化の抑制、電流リーク不良による発電損失の低減等の理由により、モジュールをある一定の面積単位の太陽電池セルに分割することが必要である。このため、有機光電変換層のみならず、該有機光電変換層上に形成される電極層に対しても、適宜分割する必要がある。
【０００９】
電極層の成膜に関しては、真空プロセスおよび湿式プロセスによる成膜方法が挙げられるが、いずれの方法を用いた場合であっても、電極層を分割するに当たり、マスクを用いる必要があった。特許文献１においても、段落番号００９４に記載されるように、マスクを用いてバルクヘテロジャンクション層上に第２電極層を形成している。しかしながら、上述したようにマスクは高価であるので、製造コストが嵩む問題があった。また、マスクの使用により損傷や汚染の発生などの問題があった。
【００１０】
また、初めに連続な電極層を有機光電変換層上に形成し、その後、レーザやブレード等を用いて電極層を裁断し、パターニングする方法も考えられる。しかしながら、この方法の場合、電極層を精度良く裁断することは困難であった。また、電極層を裁断する際に、下地の基板などを損傷させるという問題もあった。
【００１１】
このように、有機光電変換層上に形成された電極層を、精度良くかつ低コストで分割する方法は見当たらないのが現状である。
【００１２】
よって、本発明の目的は、生産性に優れた有機薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明の有機薄膜太陽電池モジュールは、基板上に、第１電極層、有機光電変換層、第２電極層が順次積層されて構成された太陽電池セルを複数備える有機薄膜太陽電池モジュールであって、前記第１電極層が、前記基板上に複数に分割されて形成されており、各第１電極層の一側部側に、絶縁材料からなる第１隔壁が前記基板から前記第１電極層よりも突出して形成されており、前記第１電極層上であって、各第１電極層の前記一側部側と対向する他側部側の内側に絶縁材料からなる第２隔壁が、前記第１隔壁よりも高く突出し、かつ、前記第１隔壁に対して平行に形成されており、各太陽電池セルの有機光電変換層が、前記第１電極層上であって、前記第１隔壁と前記第２隔壁とで囲まれた領域内に形成されており、各太陽電池セルの第２電極層が、有機光電変換層、第１電極層及び第１隔壁を覆うように、前記第２隔壁間に形成されており、前記第２電極層は、隣接する太陽電池セルの第１電極層の他側部に導通して、各太陽電池セルが直列接続されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールは、前記第２隔壁が、突出方向に向けて幅広となる形状をなすことが好ましい。
【００１５】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールは、前記第１隔壁が、突出方向に向けて幅狭となる形状をなすことが好ましい。
【００１６】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールは、前記第１電極層は、前記太陽電池セルの直列接続方向に沿って所定間隔で複数形成されると共に、前記直列接続方向に対して交差する方向にも所定間隔で複数の列をなして形成されており、前記第１隔壁及び前記第２隔壁は、前記直列接続方向に対して交差する方向に連続して平行に形成されており、前記有機光電変換層は、前記第１隔壁と前記第２隔壁との間で、前記直列接続方向に対して交差する方向に連続して平行に形成されており、前記第２電極層は、前記第２隔壁間で、前記直列接続方向に対して交差する方向に連続して平行に形成されており、前記第１電極層と、前記有機光電変換層と、前記第２電極層とが重なる部分が、前記各太陽セルを構成していることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、基板上に、第１電極層、有機光電変換層、第２電極層が順次積層されて構成された太陽電池セルを複数備える有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、基板上に前記第１電極層をパターン形成する第１電極層形成工程と、パターン形成された各第１電極層の一側部側に絶縁材料からなる第１隔壁を前記基板から前記第１電極層よりも突出させて形成し、前記第１電極層上であって、各第１電極層の前記一側部側と対向する他側部の内側に絶縁材料からなる第２隔壁を、前記第１隔壁よりも高く突出させ、かつ、前記第１隔壁に対して平行に形成する隔壁形成工程と、各第１電極層上であって、前記第１隔壁と前記第２隔壁とで囲まれた領域内に、前記有機光電変換層を形成する有機光電変換層形成工程と、各有機光電変換層、各第１電極層及び各第１隔壁を覆うように、前記第２隔壁間に、第２電極層を形成する第２電極層形成工程とを含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、前記有機光電変換層形成工程において、有機半導体を含む塗工液を、前記第１隔壁と前記第２隔壁とで囲まれた領域内に塗布して前記有機光電変換層を形成することが好ましい。
【００１９】
有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、前記隔壁形成工程において、前記第２隔壁を、突出方向に向けて幅広となる形状に形成し、前記第２電極層形成工程において、前記第２電極層を、真空成膜法により前記第２隔壁を覆うように形成すると共に、前記第２隔壁の間に形成された第２電極層と、前記第２隔壁上に形成された電極層とを、前記第２隔壁によって段切れにより分離させることが好ましい。
【００２０】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、前記隔壁形成工程において、前記第１隔壁を、突出方向に向けて幅狭となる形状に形成することが好ましい。
【００２１】
有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、前記第１電極層形成工程において、前記基板上に、前記第１電極層を、太陽電池セルを直列接続すべき方向に所定間隔で複数形成すると共に、前記直列接続すべき方向に対して交差する方向にも所定間隔で複数の列をなすように形成し、前記隔壁形成工程において、前記第１隔壁及び前記第２隔壁を、前記直列接続すべき方向に対して交差する方向に連続して平行に形成し、前記有機光電変換層形成工程において、前記有機光電変換層を、前記第１隔壁と前記第２隔壁との間で、前記直列接続方向に対して交差する方向に連続して平行に形成し、前記第２電極層形成工程において、前記第２電極層を、前記第２隔壁間で、前記直列接続方向に対して交差する方向に連続して平行に形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、第１隔壁と第２隔壁とで囲まれた領域内に有機光電変換層を形成し、第２隔壁間に第２電極層を形成するので、これらの隔壁が境界となり、マスク等を用いなくても有機光電変換層や第２電極層をパターン形成でき、製造コストを低減できる。また、第２隔壁層が、第１電極層の側部内側に形成されているので、第２隔壁間に第２電極層を形成することで、隣接する太陽電池セルどうしの第１電極層と第２電極層とが導通して直列接続することができ、複雑な工程を経なくても、太陽電池セルを直列接続できる。このため、有機薄膜太陽電池モジュールを生産性よく製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの一実施形態の平面図である。
【図２】図１の破線範囲部分におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１の破線範囲部分におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法における第１電極層形成工程の概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線範囲部分におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図５】同製造方法における隔壁形成工程の概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線範囲部分におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図６】同製造方法における有機光電変換層形成工程の概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線範囲部分におけるＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は（ａ）の破線範囲部分におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】同製造方法における第２電極層形成工程の概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線範囲部分におけるＡ−Ａ線断面図であり、（ｃ）は（ａ）の破線範囲部分におけるＢ−Ｂ線断面図である。
【図８】同製造方法における隔壁形成工程の他の実施形態の概略図であって、（ａ）は平面図であり、（ｂ）は（ａ）の破線範囲部分におけるＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの一実施形態について説明する。
【００２５】
この有機薄膜太陽電池モジュールは、図１〜３に示されるように、基板１０上に、第１電極層１１と、有機光電変換層１５と、第２電極層１６とが順次積層して構成される太陽電池セル２０を複数有する。
【００２６】
基板１０の種類としては、特に限定はなく、ポリエステル（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのプラスチックフィルム基板、ガラス基板、ステンレス基板などが挙げられる。基板１０が光入射側に配される場合には、光透過性の材料で構成すべきことはいうまでもない。
【００２７】
第１電極層１１及び第２電極層１６を構成する電極材料としては、特に限定はない。
【００２８】
第１電極層１１及び第２電極層１６のうち、光入射側に配される電極層（以下、透明電極という）の電極材料としては、Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）、Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ（ＩＺＯ）、Ｇａｌｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  ＺｉｎｃＯｘｉｄｅ（ＧＺＯ）、Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ（ＡＺＯ）等の透明導電性酸化物を用いた透明導電膜、酸化グラフェン（ＧＯ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）などの炭素原料を用いた透明導電膜などが挙げられる。また、透明電極には、Ａｌ，Ａｇ等の低抵抗金属からなるバスライン１２が形成されていてもよい。透明電極の膜厚は、特に限定は無いが５０〜３００ｎｍが好ましく、１００〜２００ｎｍがより好ましい。透明電極の膜厚を上記範囲とすることで、電池特性を良好にできる。
【００２９】
第１電極層１１及び第２電極層１６のうち、非受光側に配される電極層（以下、対向電極という）の電極材料としては、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ及びこれらの合金等が挙げられる。対向電極の膜厚は、特に限定は無いが、５０〜３００ｎｍが好ましく、１００〜２００ｎｍがより好ましい。対向電極の膜厚を上記範囲とすることで、電池特性を良好にできる。
【００３０】
この実施形態では、基板１０として透明基板を用い、第１電極層１１としてバスライン１２が形成された透明電極を用いている。
【００３１】
図４（ａ）、（ｂ）を併せて参照すると、第１電極層１１は、基板１０上に、太陽電池セル２０を直列接続すべき方向（図４（ａ）における横方向）に、所定間隔で複数形成されると共に、それと交差する方向、この実施形態では直交する方向（図４（ａ）における縦方向）に複数列で形成されている。この実施形態では、直列接続すべき方向に４個、それと直交する方向に４列で形成されているが、これらの数は適宜変更することができる。
【００３２】
図５（ａ）を合わせて参照すると、第１隔壁１３と、第２隔壁１４とが、第１電極層１１の直列接続すべき方向に対して直交する方向（図５（ａ）における縦方向）に、連続してほぼ平行に形成されている。
【００３３】
第１隔壁１３は、図２に示されるように、第１電極層１１の一側部側であって、複数に分割された各第１電極層１１間に、基板１０から第１電極層１１よりも突出して形成されている。また、第２隔壁１４は、図２に示されるように、第１電極層１１上であって、各第１電極層１１の前記一側部側と対向する他側部側のやや内側に、第１隔壁１３に対してほぼ平行で、第１隔壁１３よりも第１電極層１１の表面から高く突出して形成されている。
【００３４】
なお、この実施形態では、第１隔壁１３は、第１電極層１１の上面に接しないように、複数に分割された各第１電極層１１間の基板１０上に形成されているが、図８（ａ）、（ｂ）に示されるように、各第１電極層１１間の基板１０上に形成された第１隔壁１３が、第１電極層１１の一側部側の端面を覆いつつ、第１電極層１１の前記一側部側の上面に第１隔壁１３の一部が接して、第１電極層１１上にも第１隔壁１３が形成されていてもよい。
【００３５】
第１隔壁１３は、突出方向に向けて幅狭となる形状をなしていることが好ましい。突出方向に向けて幅狭となる形状としては、突出方向に向けて幅狭となるテーパー形状や、突出方向に向けて段階的に幅狭となる形状等が挙げられる。第１隔壁１３が、突出方向に向けて幅狭となる形状をなすことで、その上に後述する第２電極層１６を真空成膜法で形成したとき、第２電極層１６がより確実に連続して形成されるようにすることができ、隣接する太陽電池セル２０をより確実に直列接続できる。
【００３６】
第２隔壁１４は、突出方向に向けて幅広となる形状をなしていることが好ましい。突出方向に向けて幅広となる形状としては、突出方向に向けて幅広となるテーパー形状や、突出方向に向けて段階的に幅広となる形状等が挙げられる。第２隔壁１４が、突出方向に向けて幅広となる形状をなすことで、第２電極層１６の形成時において、第２電極層１６を真空成膜法等により全面に成膜して第２隔壁１４上にも第２電極層１６と同じ材質の電極層１６’が形成されても、該電極層１６’を、第２隔壁１４によって段切りし、有機光電変換層１５上に形成された第２電極層１６と分離できる。
【００３７】
第１隔壁１３及び第２隔壁１４の材質は、絶縁材料であれば特に限定は無い。例えば、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等の紫外線感光樹脂や、ＬｉＦ、ＬｉＮ、ＳｉＯ２等の絶縁特性に優れた無機材料等が挙げられる。
【００３８】
第１隔壁１３の第１電極層１１表面からの突出長さＬ１は、有機光電変換層１５の膜厚により異なる。第１隔壁１３には、有機光電変換層１５を塗布形成するための、塗工液を発電素子内に閉じ込めることができる程度の高さが求められる。塗工液は、乾燥後の有機光電変換層１５の体積よりはるかに大きな体積を有しているため、突出長さＬ１は、有機光電変換層１５の膜厚よりもかなり大きくする必要がある。突出長さＬ１は、有機光電変換層１５と、第１電極層１１と有機光電変換層１５との間に他の層を有する場合は、さらに他の層との合計厚みよりも大きくする必要がある。具体的には、３００〜３０００ｎｍが好ましく、５００〜２０００ｎｍがより好ましい。突出長さＬ１を上記範囲とすることで、発電特性に優れた有機光電変換層１５を形成することができる。
【００３９】
第２隔壁１４の厚みＬ２は、第２電極層１６の膜厚により異なる。第２隔壁１４の厚みＬ２は、有機光電変換層１５と、第２電極層１６と、各電極層と有機光電変換層１５との間に他の層を有する場合はさらに他の層との合計厚みよりも大きく、かつ、第１隔壁１３の突出長さＬ１よりも大きくされていればよい。具体的には、３００〜３０００ｎｍが好ましく、５００〜２０００ｎｍがより好ましい。また、第２隔壁１４の厚みＬ２と、第１隔壁１３の突出長さＬ１との差（Ｌ２−Ｌ１）は、１００〜１０００ｎｍが好ましく、２００〜５００ｎｍがより好ましい。第２隔壁１４の厚みＬ２を上記各層の合計厚みよりも大きくすることで、マスクなどを使用しなくても第２電極層１６をパターニングできる。
【００４０】
各太陽電池セル２０の有機光電変換層１５は、図２に示されるように、各第１電極層１１上であって、第１隔壁１３と第２隔壁１４とで囲まれた領域内に形成されている。この実施形態では、第１隔壁１３と第２隔壁１４との間で、直列接続方向に対して交差する方向（図６（ａ）における縦方向）に連続してほぼ平行に形成されている。
【００４１】
有機光電変換層１５の種類は、特に限定は無く、ｐｉｎ接合型の有機光電変換層、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体が層内で相分離した層を有するバルクヘテロ接合型の有機光電変換層等が挙げられる。
【００４２】
有機光電変換層１５の膜厚は、特に限定は無いが、５０〜３００ｎｍが好ましく、１００〜２００ｎｍがより好ましい。有機光電変換層１５の膜厚を上記範囲とすることで、電池特性を良好にできる。
【００４３】
各太陽電池セル２０の第２電極層１６は、図２に示されるように、有機光電変換層１５、第１電極層１１及び各第１隔壁１３を覆うように、第２隔壁１４，１４間に形成されている。第２隔壁１４上にも第２電極層１６と同じ材質の電極層１６’が形成されているが、該電極層１６’は、第２隔壁１４によって段切りされて、有機光電変換層１５上に形成された第２電極層１６とは、分離されている。
【００４４】
第２電極層１６は、図２中の横方向に隣接する太陽電池セル２０の第１電極層１１の他側部に導通して、横方向に隣接する各太陽電池セル２０が直列接続している。また、図３に示されるように、縦方向に隣接する太陽電池セル２０の第２電極層１６は共通化しており、縦方向に隣接する各太陽電池セル２０が並列接続している。
【００４５】
そして、図１に示すように、太陽電池セル２０が直列接続した方向（図１における横方向）における一端に位置する第１電極層１１に、取出し電極３１が連結している。また、太陽電池セル２０が並列接続した方向（図１における縦方向）における他端に位置する第２電極層１６に、取出し電極３２が連結している。これらの取出し電極３１、３２により、各太陽電池セル２０からの発電を集電して電力を取り出すように構成されている。
【００４６】
第２電極層１６上には、封止材層１７を介して保護層１８が配置されて、太陽電池セル２０が封止されている。
【００４７】
封止材層１７としては、特に限定はない。ポリエチレン樹脂、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、ポリイソブチレン等の樹脂材料からなるフィルムで、ある程度の接着性を有しているものが好ましい。
【００４８】
保護層１８としては、耐候性、耐熱性に優れた材料が好ましい。例えば、ポリエステル（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのプラスチックフィルム基板、ガラス基板、ステンレス基板等が挙げられる。なお、保護層１８が受光面側に配置される場合は、光透過性の材料で構成すべきことはいうまでもない。
【００４９】
次に、図１〜３に示す有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法を例に挙げて、本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法を説明する。
【００５０】
まず、基板１０を用意する。基板１０は、必要に応じて、基板表面をアルカリ洗剤等で洗浄し、表面に付着するパーティクル等の汚染物の除去処理を行ってもよい。また、基板１０に、ＵＶ−Ｏ３、Ｏ２−Ｐｌａｓｍａ等を照射して表面処理を行ってもよい。また、基板１０としてプラスチックフィルム基板を用いる場合は、表面処理後の基板に対し、水分や酸素の進入を防ぐために封止膜を形成することが好ましい。封止膜としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの有機材料と、ＳｉＯ２，ＳｉＣなどの無機材料とを用いた複合膜を用いると、より効果的な封止が可能となる。
【００５１】
次に、基板１０上に、Ａｌ，Ａｇ等の低抵抗金属からなるバスライン１２を形成する。透明電極は、金属電極に比べて抵抗値が高いため集電能力が不十分な場合がある。透明電極に、低抵抗金属によるバスラインを導入することにより、透明電極の集電能力を向上できる。なお、透明電極へのバスラインの導入が不要な場合は、この工程は省略できる。
【００５２】
次に、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、基板１０上に第１電極層１１をパターン形成する（第１電極層形成工程）。この実施形態では、基板１０上に太陽電池セル１０を直列接続すべき方向（図４（ａ）における横方向）に所定間隔で複数形成すると共に、直列接続すべき方向に対して交差する方向（図４（ａ）における縦方向）にも所定間隔で複数の列をなすように形成している。
【００５３】
第１電極層１１の形成方法としては、特に限定は無い。スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等の真空成膜法や、塗布形成法等が挙げられる。なかでも、安価な装置設備で形成出来るという理由から塗布形成法が好ましい。塗布形成法による電極の形成方法としては、例えば、以下の方法１，２が一例として挙げられる。
【００５４】
方法１：電極材料の微粒子を分散させた液を支持基板に塗布した後、加熱焼結して電極を形成する方法。
【００５５】
方法２：有機金属化合物の前駆体を含む液を支持基板に塗布した後に化学反応によって金属を重合させて電極を形成する方法。
【００５６】
第１電極層１１のパターニング方法としては、特に限定は無い。例えば、マスクなどを使用して成膜し、パターン形成する方法や、各種成膜方法により成膜後、ウェットエッチング、メカニカルスクライブ、レーザスクライブなどによりパターン形成する方法、スクリーン印刷やインクジェット印刷で成膜してパターン形成する方法などが挙げられる。
【００５７】
次に、図５（ａ），（ｂ）に示すように、第１隔壁１３を、第１電極層１１の一側部側であって、複数に分割された各第１電極層１１間の基板１０上に、第１電極層１１よりも突出するように形成する。また、第２隔壁１４を、第１電極層１１上であって、各第１電極層１１の前記一側部と対向する他側部のやや内側に、第１隔壁１３に対してほぼ平行で、第１隔壁１３よりも第１電極層１１の表面から高く突出するように形成する（隔壁形成工程）。この実施形態では、第１隔壁１３及び第２隔壁１４は、直列接続すべき方向に対して交差する方向（図５（ａ）における縦方向）に連続してほぼ平行に形成している。
【００５８】
第１隔壁１３、第２隔壁１４の形成順序は特に限定は無い。いずれの隔壁から形成してもよい。
【００５９】
第１隔壁１３、第２隔壁１４の形成方法は、特に限定は無い。例えば、隔壁材料として紫外線感光樹脂を用いた場合、フォトリソグラフィーを用いた方法等により隔壁を形成できる。また、隔壁材料として無機材料を用いた場合、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等の方法で成膜したのち、ウェットエッチング、ドライエッチング等を行って隔壁を形成できる。
【００６０】
第１隔壁１３は、突出方向に向けて幅狭となる形状をなすように形成することが好ましい。また、第２隔壁１４は、突出方向に向けて幅広となる形状をなすように形成することが好ましい。このような形状の隔壁は、従来公知の方法により形成できる。例えば、フォトリソグラフィーにより隔壁を形成する場合、紫外線感光樹脂の種類、現像液の種類、現像条件等を調整することで形成できる。また、ウェットエッチングやドライエッチング等の方法で隔壁を形成する場合、エッチング条件等を調整することで形成できる。
【００６１】
次に、図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第１隔壁１３と第２隔壁１４とで囲まれた領域内に、有機光電変換層１５を形成する（有機光電変換層形成工程）。この実施形態では、有機光電変換層１５を、第１隔壁１３と第２隔壁１４との間で、直列接続方向に対して交差する方向（図６（ａ）における縦方向）に連続してほぼ平行に形成している。
【００６２】
有機光電変換層１５の形成方法は、有機半導体を含む塗工液を用いて塗布形成する方法が好ましい一例として挙げられる。
【００６３】
塗工液の塗布方法は、特に限定はなく、スピン塗布、ディップ塗布、スプレー塗布、インクジェット印刷、スクリーン印刷など従来公知の方法を用いることができる。また、塗工液の塗布は、乾燥窒素、乾燥アルゴン等の湿度０．０１％以下の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。酸素や水分の存在下で塗膜を形成すると、これらの成分が塗膜中に残存して、高分子材料を劣化させる恐れがある。
【００６４】
塗工液に用いる有機半導体は、最終的に形成される有機光電変換層の種類により適宜選択できる。
【００６５】
例えば、有機光電変換層として、ｐｉｎ接合型の有機光電変換層を形成する場合は、ｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体のいずれか一方の有機半導体を含む塗工液を用いて、ｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体のいずれか一方の有機半導体を含有する層を形成し、次いで、該層の上に、他方の有機半導体を含む塗工液を用いて他方の有機半導体を含有する層を形成する。これにより、両者の接合界面において、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体とが混合した混合層（ｉ層）が形成され、ｐｉｎ接合型の有機光電変換層が形成される。
【００６６】
また、有機光電変換層が、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体が層内で相分離した層を有するバルクヘテロ接合型である場合は、塗工液の有機半導体として、ｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体を用いる。この場合において、塗工液中におけるｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合割合は、モル比で、ｐ型有機半導体：ｎ型有機半導体＝１：０．５〜７が好ましく、１：０．７〜３がより好ましい。混合割合が上記範囲内であれば、電子と正孔がバランス良く輸送されるため、高いＦＦ値を得ることが出来る。また、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体の相分離を促進させるために、塗工液の塗布後に適当な温度で加熱処理を行うことも有効である。加熱の条件は、用いる有機半導体材料にも依存するので一概には言えないが、温度にして８０℃〜１８０℃、時間にして１０分〜４０分の加熱処理が好ましい。
【００６７】
ｐ型有機半導体としては、電子供与性を有する任意の有機材料を用いることができる。例えば、チオフェン、フェニレンビニレン、チエニレンビニレン、カルバゾール、ビニルカルバゾール、ピロール、イソチアナフェン、イソチアナフェンおよびヘプタジエンなどの化合物、ならびに水酸基、アルキル基、アミノ基、メチル基、ニトロ基およびハロゲン基などを有する上記化合物の誘導体の重合体が挙げられるが、これらには限定されない。なお、これらは、単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。ｐ型有機半導体の重量平均分子量は、用いる材料にも依存し、一概には言及出来ないが、２，０００〜１５０，０００が望ましい。
【００６８】
ｎ型有機半導体としては、電子受容性を有する任意の有機材料を用いることができる。例えば、フラーレン誘導体、ペリレン誘導体等が挙げられる。なかでも、フラーレン誘導体は、ｐ型有機半導体からの電子移動が取り分け早いので、特に好ましい。フラーレン誘導体としては、フラーレンＣ６０の誘導体、フラーレンＣ７０の誘導体、フラーレンＣ８０の誘導体等が好ましく挙げられる。具体的な一例としては、Ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−Ｂｕｔｙｒｉｃ−Ａｃｉｄ−Ｍｅｔｈｙｌ  Ｅｓｔｅｒ（以下、「ＰＣＢＭ」ともいう）、Ｂｉｓａｄｄｕｃｔ−Ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−Ｂｕｔｙｒｉｃ−Ａｃｉｄ−Ｍｅｔｈｙｌ  Ｅｓｔｅｒ等が挙げられる。
【００６９】
塗工液に用いる有機溶媒としては、ｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体に対して、十分な溶解性を持つものが望ましい。また、有機溶媒の沸点があまり低いと、塗工液の塗布後直ちに溶媒が揮発してしまい、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体の相分離が十分に進行することが出来ないことがある。有機溶媒の好ましい具体例としては、クロロベンゼン（沸点：１３１℃）、アニソール（沸点：１５４℃）、１，２−ジクロロベンゼン（沸点：１８１℃）、１，２，３−トリクロロベンゼン（沸点：２２１℃）等が挙げられる。
【００７０】
塗工液の有機溶媒の含有量は、７０〜９９．９質量％が好ましく、８０〜９９質量％がより好ましい。有機溶媒の含有量が７０質量％未満であると、溶質である有機半導体同士が凝集して、相分離が生じ難くなる傾向があり、９９．９質量％を超えると溶液の粘度が低下して、塗布工程により適切な膜厚を有する薄膜を形成し難くなる。
【００７１】
塗工液には、酸化防止剤、相溶化剤、結晶化促進剤等の添加剤を、物性を損なわない範囲で含有できる。
【００７２】
次に、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、第２電極層１６を、有機光電変換層１５、第１電極層１１及び第１隔壁１３を覆うように、第２隔壁１４，１４間に形成する（第２電極層形成工程）。この実施形態では、第２電極層１６を、第２隔壁間１４，１４で、直列接続方向に対して交差する方向（図７（ａ）における縦方向）に連続してほぼ平行に形成している。
【００７３】
第２隔壁層１４は、第１電極層１１の側部のやや内側に形成されているので、第２隔壁１４，１４間に第２電極層１６を形成することで、図７（ｂ）に示されるように、横方向に隣接する太陽電池セルどうしの第１電極層１１と第２電極層１６とが導通して、横方向に配列された各太陽電池セル２０が直列接続する。また、図７（ｃ）に示されるように、縦方向には、第２電極層１６が共通化した太陽電池セル２０が形成され、縦方向に配列された各太陽電池セル２０は並列接続する。
【００７４】
第２電極層１６の形成方法は、特に限定は無い。第１電極層１１の形成方法と同様に方法を用いることができる。
【００７５】
この実施形態では、第２隔壁１４が突出方向に向けて幅広となる形状をなしているので、第２電極層１６を真空成膜法で全面に形成しても、第２隔壁１４上に形成される第２電極層１６と同じ材質の電極層１６’を、第２隔壁１４によって段切りし、有機光電変換層１５上に形成される第２電極層１６と分離できる。また、第１隔壁１３が、突出方向に向けて幅狭となる形状をなしているので、第２電極層１６を真空成膜法で形成した際、第２電極層１６が薄膜であっても、第２電極層１６がより確実に連続して形成されるようにすることができ、隣接する太陽電池セル２０をより確実に直列接続できる。
【００７６】
このようにして、図１〜３に示す有機薄膜太陽電池モジュールを製造できる。
【００７７】
本発明によれば、有機光電変換層１５を、第１隔壁１３と第２隔壁１４とで囲まれた領域内に形成し、第２電極層１６を、第２隔壁１４，１４間に形成するので、これらの隔壁が境界となり、マスク等を用いなくても有機光電変換層１５や第２電極層１６をパターン形成できる。また、複雑な工程を経なくても、各太陽電池セルを、直列接続することができる。このため、生産性よく有機薄膜太陽電池モジュールを製造できる。
【００７８】
また、第１隔壁１１が、第１電極層１１の上面に接しないように、複数に分割された各第１電極層１１間に形成されているので、第１電極層１１上に、より大きな面積で有機光電変換層１５を形成でき、発電効率に優れたる有機薄膜太陽電池モジュールとすることができる。
【００７９】
なお、この実施形態では、第１電極層１１の縦の配列方向に沿って、第１隔壁１３及び第２隔壁１４を形成したが、第１電極層１１の横の配列方向に沿って、第１隔壁１３及び第２隔壁１４を形成してもよい。この場合、横方向に配置される太陽電池セルどうしは並列接続し、縦方向に配置される太陽電池セルどうしは直列接続することとなる。
【００８０】
また、この実施形態では、有機光電変換層１５の一方の面に第１電極層１１を直接形成し、他方の面に第２電極層１６を直接形成したが、第１電極層１１及び第２電極層１６のうち、陰極となる電極層と、有機光電変換層１５との間に、正孔ブロック層を形成してもよい。この態様によれば、陰極近傍における正孔―電子の再結合を抑制でき、整流性が改善されて短絡電流が向上する。
【００８１】
正孔ブロック層としては、正孔のブロック効果があるものであれば良く、特に限定はない。例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）膜、Ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ（ＢＣＰ）膜、
ＴｉＯｘ膜、ＴｉＯ２膜、ＺｎＯナノパーティクルなどが挙げられる。
【００８２】
正孔ブロック層の膜厚は、０．１〜１．０ｎｍが好ましく、０．３〜０．５ｎｍがより好ましい。０．１ｎｍ未満であると、正孔のブロック効果が十分に得られない。１．０ｎｍを超えると、絶縁性が高くなって、電荷注入が阻害される傾向にある。
【００８３】
また、第１電極層１１及び第２電極層１６のうち、陽極となる電極層と、有機光電変換層１５との間に、正孔輸送層が形成してもよい。この態様によれば、有機光電変換層１５から陽極への電荷の注入を促進でき、整流性が改善されて短絡電流が向上する。
【００８４】
正孔輸送層としては、ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ／ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等が挙げられる。
【００８５】
また、有機光電変換層１５上に、蒸着金属膜、ゾルゲル法で作製したＴｉＯｘ膜、ＺｎＯナノパーティクルなどの等の溶出防止膜を挿入し、該溶出防止膜上にバルクヘテロ結合層などの有機光電変換層を更に形成してタンデム構造としてもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１０：基板
１１：第１電極層
１２：バスライン
１３：第１隔壁
１４：第２隔壁
１５：有機光電変換層
１６：第２電極層
１７：封止材層
１８：保護層
２０：太陽電池セル
【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】
2014103199.tif 000007
【図６】
2014103199.tif 000008
【図７】
2014103199.tif 000009
【図８】
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