(57)【要約】一態様では、本発明は、太陽電池モジュールを提供する。一実施形態では、太陽電池モジュールは、複数の太陽電池を備え、それらのうち少なくとも２つは、感光性ナノマトリクス層及び電荷輸送媒体を含んで成る。好ましくは、当該電池はさらに触媒作用を示す媒体層を備える。当該太陽電池は、第１の電気接続層と第２の電気接続層との間に配置されている。一実施形態では、当該電池は直列に相互接続され、且つ前記電気接続層の各々は伝導領域及び絶縁領域を備える。
2005516364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
著しく光透過性である第１の電気接続層と、
著しく光透過性である第２の電気接続層と、
の間に配置されている複数の太陽電池を含み、
前記複数の太陽電池のうち少なくとも２つが、
感光性ナノマトリクス層と、
電荷輸送媒体と、
を含んで成る、太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第１の及び第２の電気接続層が、実質的に切除部分を有していない、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
第１の電気接続層が、前記複数の太陽電池のうちの１つのアノードを含み、且つ前記複数の太陽電池のうちの他のカソードを含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記電気接続層のうち少なくとも１つが、１つ又は複数の伝導領域及び１つ又は複数の絶縁領域からなる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記複数の太陽電池のうち少なくとも２つが、それぞれ、第１の電気接続層の伝導領域と前記第２の電気接続層の伝導領域との間に配置されている、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記伝導領域が、著しく光透過性である材料からなる、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記絶縁領域が、接着材料からなる、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記絶縁領域が、著しく光非透過性である材料からなる、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記複数の太陽電池のうち少なくとも２つが、触媒作用を示す媒体層からなる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記触媒作用を示す媒体層が、白金からなる、請求項９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記触媒作用を示す媒体層が、チタンをさらに含む、請求項１０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記感光性ナノマトリクス層が、実質的に５ｎｍ〜３００ｎｍの範囲の平均粒径を有する粒子からなる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記感光性ナノマトリクス層が、実質的に１０ｎｍ〜４０ｎｍの範囲の平均粒径を有する粒子からなる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記感光性層が、二酸化チタンのナノ粒子と相互に接続されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記感光性層が、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、硫化物、セレン化物、テルル化物、及び１つ又は複数のそれらの組合せ、から成る群から選択される材料の粒子からなる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１６】
前記感光性ナノマトリクス層が、感光剤を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１７】
前記感光性ナノマトリクス層が、相互に接続されたナノ粒子を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１８】
前記感光性層が、ヘテロ接合複合材料を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１９】
前記感光剤が、キサンチン、シアニン、メロシアニン、フタロシアニン、及びピロールから成る群から選択される有機分子を含む、請求項１６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２０】
前記感光剤が、二価金属及び三価金属から成る群から選択される金属イオンを含む、請求項１６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２１】
前記感光剤が、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つを含む、請求項２０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２２】
前記電荷輸送媒体が、電解質レドックス系（electrolyte redox system）からなる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２３】
前記電荷輸送媒体が、高分子電解質からなる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２４】
第１の基材及び第２の基材をさらに含み、前記第１及び第２の電気接続層が前記第１の基材と前記第２の基材との間に配置されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２５】
前記第１及び第２の基材が、柔軟である、請求項２４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２６】
前記第１及び第２の基材が、柔軟且つ著しく光透過性である、請求項２４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２７】
前記第１及び第２の基材のうち少なくとも一方が、ポリエチレンテレフタラート材からなる、請求項２４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２８】
前記第１及び第２の基材のガラス転移温度が、約３００℃未満である、請求項２４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２９】
前記第１及び第２の基材のガラス転移温度が、約４０℃〜約１５０℃の範囲である、請求項２４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３０】
前記第１及び第２の著しく光透過性である電気接続層のうち少なくとも一方が、入射可視光の約６０％を透過させる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３１】
前記電荷輸送媒体が、入射可視光の約６０％を透過させる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３２】
著しく光透過性である第１の電気接続層と、
著しく光透過性である第２の電気接続層と、
の間に配置されている少なくとも２つの太陽電池であって、
前記少なくとも２つの太陽電池のうちの一方が、前記第１の電気接続層と電荷輸送媒体との間に配置されている感光性ナノマトリクス層からなり、
前記少なくとも２つの燃料電池のうちの他方が、前記第２の電気接続層と電荷輸送媒体との間に配置されている感光性ナノマトリクス層からなる太陽電池、を含む太陽電池モジュール。
【請求項３３】
前記第１の電気接続層が少なくとも１つの実質的に平坦な表面を有し、且つ前記第２の電気接続層が少なくとも１つの実質的に平坦な表面を有する、請求項３２に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、太陽電池材料の分野に関する。詳細には、本発明は、相互に接続された太陽電池のための方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
化石燃料エネルギー源への民生的依存度及び工業的依存度を低下させようという要望は、多くの太陽電池材料及びデバイスの著しい発達を招いた。また、新しい環境調和性エネルギー源を見出そうという課題も、これらの発達の原動力となっている。当分野の進歩及び革新は、主に、太陽電池デバイスの製造関連コストによって制限されている。当該デバイスの製造に関わるエネルギーコスト及び材料コストは、ある理にかなった期間において、当該デバイスによって生み出される電気エネルギーにおいて取り戻すことができなければならず、また、その製造法は商業的に実施可能なものでなければならない。加えて、当該デバイスの効率的製造に関する技術的実現可能性は、当該分野の主な制限因子となっている。
【０００３】
個々に電気接続されている複数の太陽電池を含む太陽電池モジュールを製造する際、当該電池間の電気的接続の特性が、経済的及び技術的関心事となり得る。太陽電池モジュールの表面積が、個々の太陽電池を電気的に接続させるために用いられる領域によって消費される場合には、モジュール当たりの最終生産エネルギーの最大量は低下してしまう。薄膜製造技術の場合では、電池の相互接続は、典型的に、一連のコネクタ材料の付着ステップ及び除去ステップを用いて形成される。レーザや機械的切削機によって未完成の太陽電池領域を切削することを要する現行の方法では、製造時の破損のリスクが高く、また、コストの増大を伴う。さらに、切除部分や選択的に付着し除去される材料を用いると、典型的に、材料の相当な浪費となる。結果、太陽電池デバイスのエネルギー捕捉領域が減少し、太陽電池モジュール性能の上限が制限される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従って、一実施形態において、本発明は、電池の相互接続の改善された太陽電池モジュール、並びに製造時間を短縮し材料の浪費を低減させる方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態によれば、本発明は、度重なる材料の除去によって形成される電気的な相互接続を低減させる且つ／又は必要としない複数の太陽電池を含む太陽電池モジュールを提供する。一態様では、本発明は、２つの電気接続層の間に配置された複数の太陽電池を含む太陽電池モジュールを提供する。当該太陽電池は、感光性ナノマトリクス層と電化輸送媒体を備える。好ましくは、当該太陽電池はまた、電気接続層に隣接して配置された、触媒作用を示す媒体層も備え、電気接続層から電荷輸送媒体への電荷移動や電流の流れを促進する。
【０００６】
一実施形態では、電気接続層は、太陽電池を直列に相互接続する。一形態によれば、第１の電気接続層は、ある群の太陽電池のアノードとして機能するのに加え、それはまた、他の群の太陽電池のカソードとしても機能する。他の実施形態では、電気接続層は、太陽電池を並列に相互接続する。さらに他の実施形態では、太陽電池の一部が直列にて相互接続され、一部が並列にて相互接続される。
【０００７】
一実施形態では、電気接続層は、伝導領域及び絶縁領域の両方を備える。好ましくは、伝導領域は、著しく光透過性である。種々の実施形態において、電気接続層は、さらに、導体連結領域（linking-conductor region）を備える。これらの実施形態の種々の変更形態では、電気接続層は、光遮蔽導体連結領域によって電気的に接続されている、著しく光透過性である伝導領域群を備える。
【０００８】
一形態によれば、本発明の太陽電池は、感光性ナノマトリクス層と電荷輸送媒体を含む。本明細書で用いるとき、感光性ナノマトリクス層という用語には、ナノ粒子、ヘテロ接合複合材料、及びそれらの組合せなどを含有する感光性層が含まれる。一実施形態では、感光性ナノマトリクス層は、感光性ナノ粒子を含む。好ましくは、感光性ナノマトリクス層は、相互接続された二酸化チタンナノ粒子を含む。他の実施形態では、感光性ナノマトリクス層は、例えばフラーレン含有ポリチオフェン複合物のような、ヘテロ接合複合材料を含む。
【０００９】
他の態様では、本発明は、相互接続された複数の太陽電池を含む太陽電池モジュールの製造法を提供する。本発明の方法によって容易に製造され得る太陽電池として、限定はしないが、固体状態デバイス、薄膜層デバイス、グレッツェル電池、及び色素増感ナノ粒子デバイスが挙げられる。種々の実施形態において、本発明は、柔軟で、著しく光透過性である基材上に太陽電池を製造する方法を提供する。一形態によれば、本発明の方法はまた、ロール・トゥー・ロールプロセスのような連続プロセスを用いた製造をもたらす。結果、本発明の方法は、好ましくは室温で柔軟な種々の基材上に、太陽電池を製造することができる。柔軟な材料は、典型的に、比較的高スループットの連続製造プロセスあるいは半連続製造プロセスになじみやすい。結果、本発明の一実施形態によれば、製造は、比較的安価なプロセス技術及び材料を用いて実施され、最終製品は費用効率が高く、費用競争力が高い。
【００１０】
一実施形態では、相互接続された複数の太陽電池を製造する方法は、第１の基材上に一群の太陽電池部を形成すること；第２の基材上に一群の太陽電池部を形成すること；各々の基材及び太陽電池部を結合させて、相互接続された複数の太陽電池を形成すること、を包含する。
【００１１】
他の実施形態では、本発明は、相互接続された複数の太陽電池を製造する方法を提供する。本実施形態では、当該方法は、基材の第１の部分上に一群の太陽電池部を形成すること；基材の第２の部分上に一群の太陽電池部を形成すること；前記基材を分割して第１の部分と第２の部分を分離させること；第１の基材部分と第２の基材部分とを結合させて、相互接続された複数の太陽電池を形成すること、を包含する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の独自性は、添付の特許請求の範囲に示している。しかしながら、他の利点も含め、上記本発明の利点は、添付の図面に関してなされる以下の説明を参照することで、より良く理解することができる。図面は、必ずしも正確な縮尺率で描かれたものではなく、また、種々の図面を通して、同様の符号は同じ部分を表している。
【００１３】
例示的説明
図１Ａ−Ｂ、２、３及び５Ａ−Ｉを参照すると、種々の実施形態において、本発明の例示的実施形態による太陽電池モジュール１０、２２、３３、５５は、第１の電気接続層１０５と第２の電気接続層１０７との間に配置された複数の太陽電池１１０を備えている。好ましくは、太陽電池及び電気接続層は、第１の基材１００と第２の基材１０２との間に配置されている。例示的太陽電池１１０は、感光性ナノマトリクス層１６５と電荷輸送媒体１８５を備える。好ましくは、太陽電池１１０は、さらに、触媒作用を示す媒体１７０も備える。定時的な電気接続層１０５、１０７は、伝導領域１５２及び／又は絶縁領域１８０を備える。例示的な一実施形態では、電気接続層１０５、１０７はまた、導体連結領域１６０も備える。
【００１４】
好ましくは、電気接続層は、実質的に切除領域を有さない。図１Ｂは、電気接続層上の太陽電池１１０や絶縁領域１８０上の絶縁材料からなる追加層が形成される前の、第１の電気接続層１０５及び第２の電気接続層１０７の一実施形態を図示している。
【００１５】
電気接続層１０５、１０７は、伝導領域１５２と絶縁領域１８０を備えており、また、導体連結領域１６０も備えることができる。図１Ａ、１Ｂ、２、３及び５に図示されている様々な領域の幅が必ずしも絶対的な又は相対的な縮尺率で示されていないことを理解されたい。例えば、図１Ｂに図示されるように、絶縁領域１８０は、伝導領域１５２の約半分であるように描かれている。しかしながら、実際上は、絶縁領域１８０及び／又は導体連結領域１６０の幅は、伝導領域１５２に対して、最小にすることが好ましい。
【００１６】
例示的実施形態によれば、電気接続層１０５、１０７の伝導領域１５２及び絶縁領域１８０は、例えば、インジウムスズ酸化物（ITO）、フッ素ドープド酸化スズ、酸化スズ、酸化亜鉛などのような、透明な材料を含む。例示的な実施形態では、電気接続層１０５、１０７の伝導領域１５２の厚さは、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍである。例示的な他の実施形態では、伝導領域１５２の厚さは、約１５０ｎｍ〜約３００ｎｍである。例示的実施形態の他の形態によれば、電線や導線を１つ又は複数の伝導領域１５２と接続して、太陽電池モジュール１０を外部負荷に電気的に接続させることができる。
【００１７】
好ましくは、太陽電池モジュール１０は、著しく光透過性である。いくつかの実施形態では、これは、太陽電池モジュール１０を構成する層及び領域の全てを著しく光透過性であるように形成することで実現させ得る。他の実施形態では、太陽電池モジュール１０は、太陽電池モジュールを構成する層の個々の領域のいくらかがそれほど光透過性ではない場合であっても、著しく光透過性であるように形成される。本明細書で用いるとき、著しく光透過性である領域という用語は、入射可視光の少なくとも約６０％を透過させるよう適合された領域を意味する。好適な一実施形態によれば、電気接続層１０５及び１０７のうち少なくとも一方の伝導領域１５２は、著しく光透過性である。
【００１８】
本明細書で用いるとき、著しく光透過性である電気接続層という用語は、著しく光透過性である１つ又は複数の領域を有する電気接続層を意味する。好ましくは、電気接続層１０５及び１０７は、著しく光透過性である。しかしながら、著しく光透過性である電気接続層はまた、実質的に入射可視光の６０％未満を透過させる１つ又は複数の領域を備える。例えば、層１０５及び１０７のような、著しく光透過性である電気接続層は、領域１５２のような透明な伝導領域、銅からなる領域１６０のような透明な導体連結領域、及び入射可視光の６０％未満を透過させる領域１８０のような絶縁領域を備えることができる。
【００１９】
電気接続層１０５、１０７の導体連結領域１６０は、任意の適切な伝導材料を含み得る。適切な伝導材料として、限定はしないが、銅、銀、金、白金、ニッケル、パラジウム、鉄、及びそれらの合金が挙げられる。他の適切な伝導材料として、限定はしないが、ITO、並びにポリアニリン及びアニリンのような導電性ポリマーが挙げられる。一実施形態では、１つ又は複数の導体連結領域１６０は、実質的に透明である。他の実施形態では、１つ又は複数の導体連結領域１６０は、不透明である。
【００２０】
図１Ａ−２Ｂ、２、３及び５Ａ−５Ｉを参照すると、例示的な太陽電池１１０は、感光性ナノマトリクス層１６５及び電荷輸送媒体１８５を備える。当該ナノマトリクス層１６５は、例えば、感光性ナノ粒子、ヘテロ接合複合材料、あるいはそれらの組合せを含むことができる。一実施形態では、当該ナノマトリクス層１６５の厚さは、約１ミクロン〜約５ミクロンである。他の実施形態では、当該ナノマトリクス層１６５の厚さは、約５ミクロン〜約２０ミクロンである。
【００２１】
一実施形態では、感光性ナノマトリクス層１６５は、感光性ナノ粒子を含む。適切なナノ粒子材料として、限定はしないが、チタン、ジルコニウム、亜鉛、ランタン、ニオブ、ストロンチウム及びタングステンの酸化物、硫化物、セレン化物及びテルル化物、又は１つ又は複数のそれらの組合せ、が挙げられる。例えば、TiO2、SrTiO3、CaTiO3、ZrO2、WO3、La2O3、Nb2O5、チタン酸ナトリウム、及びニオブ酸カリウムが、適切なナノ粒子材料である。一実施形態では、感光性ナノマトリクス層１６５は、約２〜約１００ｎｍの平均粒径を有するナノ粒子を含む。他の実施形態では、当該ナノマトリクス層１６５は、約１０ｎｍ〜約４０ｎｍの平均粒径を有するナノ粒子を含む。好ましくは、ナノ粒子は、約２０ｎｍの平均粒径を有する二酸化チタン粒子である。
【００２２】
他の実施形態では、感光性ナノマトリクス層１６５は、ヘテロ接合複合材料を含む。適切なヘテロ接合複合材料の一例は、フラーレン（C60）、フラーレン粒子、カーボンナノチューブ、又はその両方がポリチオフェンあるいは他の正孔輸送材料中に分散しているもの、である。当該材料に関する種々の実施形態において、フラーレン粒子は、約１００ｎｍ〜約５００ｎｍの平均粒径を有する。適切なヘテロ接合複合材料の他の例は、ポリチオフェン及びポリキノリンのような共役ポリマーを含んで成る複合物、及び非高分子材料と関連しているポリフェニレンビニレンのような共役ポリマーからなる複合物である。
【００２３】
例示的な実施形態によれば、当該ナノマトリクス層１６５は、周期構造を持つ必要はない。例えば、当該ナノマトリクス層１６５は結晶である必要はなく、粒子や層領域は規則的に整列している、即ち、繰り返しアレイあるいは周期的アレイである必要はない。
【００２４】
種々の実施形態において、ナノマトリクス層１６５は、さらに、感光剤を含む。当該感光剤は、入射光の電気への変換を促進し、望ましい太陽電池効果を生む。当該感光剤は、入射光を吸収し、感光剤中で電子の励起子が生じる。当該励起電子は、次いで、感光剤の励起レベルから、ナノマトリクス層１６５の伝導帯へと移動する。この電子の移動は、電荷の効率的な分離及び望ましい太陽電池効果に帰着する。従って、ナノマトリクス層１６５の伝導帯に位置する電子は、太陽電池１１０に電気的に接続されている外部負荷を駆動するために用い得る。
【００２５】
一実施形態では、感光剤は、ナノマトリクス層１６５に吸着（化学吸着及び／又は物理吸着）している。当該感光剤は、ナノマトリクス層１６５の表面、ナノマトリクス層１６５の全体、又はその両方に吸着させることができる。当該感光剤は、例えば、その操作範囲波長のフォトン吸収能、ナノマトリクス層１６５の伝導帯におけるその自由電子（又は正孔）生成能、及びそのナノマトリクス層１６５との複合体形成能あるいはナノマトリクス層１６５に対するその吸着能に応じて、選定される。適切な感光剤として、例えば、カルボキシ基及び／又は水酸基のような官能基を含み、ナノ粒子、例えばTiO2表面のTi(IV)サイトとキレート化し得る色素を挙げることができる。適切な色素の例として、限定はしないが、ポルフィリン、フタロシアニン、メロシアニン、シアニン、スクアレート（squarate）、エオシン、並びにシス-ジ（チオシアナト）ビス（2,2’-ビピリジル-4,4’-ジカルボキシレート）ルテニウム（II）のような金属含有色素が挙げられる。
【００２６】
太陽電池の電荷輸送媒体１８５部分は、太陽電池内で層を形成したり、ナノマトリクス層１６５を形成する材料に点在したり、又はその両方の組合せとし得る。電荷輸送媒体１８５には、基盤電位あるいは電流源からナノマトリクス層１６５（及び／又はナノマトリクス層１６５の感光剤）への電荷の移動を促進させる任意の材料を用いることができる。適切な電荷輸送媒体１８５の一般的種類として、限定はしないが、電解質、高分子電解質、ポリマー電解質、固体電解質、及びｎ型、ｐ型の導電性ポリマーが挙げられる。
【００２７】
電荷輸送媒体１８５として他を選択することもできる。一実施形態では、電荷輸送媒体１８５にはレドックス系が含まれる。適切なレドックス系として、有機及び／又は無機レドックス系を挙げることができる。そのような系の例として、限定はしないが、硫化セリウム（III）／セリウム（IV）、臭化ナトリウム／臭素、ヨウ化リチウム／ヨウ素、Fe2+／Fe3+、Co2+／Co3+、及びビオロゲンが挙げられる。
【００２８】
いくつかの例示的な実施形態では、電荷輸送媒体１８５は、ポリマー電解質を含む。一形態では、当該ポリマー電解質には、ポリ（ビニルイミダゾリウムハライド）及びヨウ化リチウムが含まれる。他の形態では、当該ポリマー電解質には、ポリ（ビニルピリジニウム塩）が含まれる。さらに他の実施形態では、電荷輸送媒体１８５には、固体電解質が含まれる。一形態では、固体電解質には、ヨウ化リチウム及びヨウ化ピリジニウムが含まれる。他の形態では、固体電解質には、置換イミダゾリウムヨウ化物が含まれる。
【００２９】
いくつかの例示的な実施形態によれば、電荷輸送媒体１８５には、種々の種類のポリマー高分子電解質が含まれる。一形態では、当該高分子電解質は、重量で約５％〜約１００％（例えば、５〜６０％、５〜４０％、あるいは５〜２０％）のポリマー、例えばイオン伝導性ポリマーと、重量で約５％〜約９５％、例えば約３５〜９５％、６０〜９５％、あるいは８０〜９５％の可塑剤と、約０．０５Ｍ〜約１０Ｍのレドックス電解質、例えば約０．０５Ｍ〜約１０Ｍ、例えば０．０５〜２Ｍ、０．０５〜１Ｍ、あるいは０．０５〜０．５Ｍの有機又は無機ヨウ化物と、約０．０１Ｍ〜１Ｍ、例えば０．０５〜５Ｍ、０．０５〜２Ｍ、あるいは０．０５〜１Ｍのヨウ素を含む。イオン伝導性ポリマとして、例えば、ポリエチレンオキサイド（PEO）、ポリアクリロニトリル（PAN）、ポリメチルメタクリレート（アクリル酸）（PMMA）、ポリエーテル、及びポリフェノールが挙げられる。適切な可塑剤の例として、炭酸エチル、炭酸プロピレン、炭酸塩混合物、有機リン酸塩、及びジアルキルフタレートが挙げられる。
【００３０】
図１Ａ、２Ｂ、２、３及び５Ａ−５Ｉを再度参照すると、好ましくは、太陽電池１１０は、さらに、触媒作用を示す媒体１７０を含む。当該触媒作用を示す媒体１７０として、例えば、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウムあるいは白金が挙げられる。適切な金属として、限定はしないが、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、イリジウム、及びオスミウムが挙げられる。好ましくは、触媒作用を示す媒体１７０はさらにチタンを含み、それによって、電気接続層に対する当該触媒作用を示す媒体１７０の接着が促進される。好ましくは、当該チタンは、厚さが約１０オングストロームの領域あるいは層の状態で付着している。一実施形態では、触媒作用を示す媒体１７０は、厚さが約１３オングストローム（Å）〜約３５オングストロームの白金層を含む。他の実施形態では、触媒作用を示す媒体１７０は、厚さが約５０オングストローム〜約８００オングストロームの白金層を備える。他の実施形態では、触媒作用を示す媒体１７０の厚さは、約１５オングストローム〜約５０オングストロームである。
【００３１】
好ましくは、本発明の太陽電池モジュールは、さらに、基材１００、１０２を備える。太陽電池モジュールの基材１００、１０２は、好ましくは、柔軟な太陽電池モジュールの製造を容易にする材料を含む。さらに、基材１００、１０２は、ロール・トゥ・ロール製造プロセスでの太陽電池モジュールの製造を容易にする材料を含み得る。基材１００、１０２として、例えば、ガラス、複合材料、プラスチック、ポリマー化合物、及びそれらの組合せが含まれる。例えば、基材１００、１０２は、ポリエチレンテレフタラート（PET）、ポリアクリロナフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリマー炭化水素、セルロース化合物、又はそれらの組合せが挙げられる。基材１００、１０２はまた、限定はしないが、樹脂及び剛性プラスチックをはじめとする、実質的に柔軟でない材料から選択することもできる。基材１００、１０２は、１つ又は複数の実質的に平坦な表面を有するか、又は実質的に平坦でないようにすることができる。例えば、平坦でない基材１００、１０２は、曲線のあるいはステップ状の表面を有し得る。
【００３２】
好ましくは、１つ又は複数の基材１００、１０２は、両方とも、柔軟且つ著しく光透過性である。柔軟且つ著しく光透過性である基材に適する材料として、限定はしないが、ポリエチレンテレフタラート（PET）、ポリアクリロナフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート（PEN）、ポリマー炭化水素、セルロース化合物、あるいはそれらの組合せが挙げられる。
【００３３】
例示的な一実施形態では、本発明はまた、ガラス転移温度が約１０℃〜約３００℃の１つ又は複数の基材１００、１０２を含む太陽電池モジュールも提供する。一実施形態では、本発明はまた、ガラス転移温度が約２５℃〜約１５０℃の基材１００、１０２を備え得る太陽電池モジュールも提供する。例えば、適切な基材１００、１０２は、ガラス転移温度が約４５℃のPETである。
【００３４】
全ての材料がガラス転移温度を有する訳ではないことを理解されたい。それらの材料に関しては、重要な温度は、ナノマトリクス層を形成する材料の相互接続及び／又はナノマトリクス層と電気接続層との電気的接続を著しく破壊する程度にまで材料が変異する際の温度である。
【００３５】
いくつかの例示的実施例においては、本発明は、平坦でない太陽電池モジュールを提供する。図２は、本発明の例示的な一実施形態による、平坦でない、直列に相互接続されている太陽電池モジュール２２の、部分断面透視図である。当該例示的実施形態によれば、平坦でない太陽電池モジュール２２は、柔軟な形状にも、柔軟でない形状にも製造し得る。加えて、平坦でない太陽電池モジュール２２は、例えば、当初は実質的に平坦な基材、平行な基材、又はその両方から製作し、次いで、曲げたり、折ったり、変形させて、平坦でない太陽電池モジュール２２を製造することができる。そのような変形は、想定される範囲の環境条件下で、永久不変である。あるいはまた、その変形は、永久不変ではなく、例えば、当該モジュール２２がその元の状態に容易には戻らないように機械的に拘束することによって維持することができる。
【００３６】
図３は、並列に相互接続されている太陽電池モジュール３３の断面図である。本実施形態では、２つ以上の太陽電池１１０が並列に接続される。太陽電池を直列に、並列に、あるいはその両方の組み合わせのいずれによって接続するかは、例えば、太陽電池モジュール２２、３３の意図される用途によって決定することができる。例えば、電池を直列に接続して高出力の電流を供給したり、電池を並列に接続して高出力の出夏を供給したり、且つ／又は電池を並列に接続して１つ又は複数の電池が劣化しても完全にモジュールが劣化する可能性を低下させることができる。加えて、当該例示的実施形態によれば、本発明の製造法は、直列、並列、あるいはその両方を組み合わせて接続されている太陽電池を含む太陽電池モジュールに等しく適用可能である。
【００３７】
他の態様では、本発明は、相互に接続された複数の太陽電池を製造する方法を提供する。一実施形態では、本発明の製造法は、２つの基材１００、１０２を設けること；一方の基材１００上に第１グループの太陽電池部１１０を形成すること；他方の基材１０２上に第２グループの太陽光電池部１１０を形成すること；そして、２つの基材１００、１０２及び太陽電池部グループを結合させて、太陽電池１０を製造すること、を包含する。一実施形態では、製造法は、ロール・トゥ・ロール製造プロセスを用いて達成される。柔軟な基材１００、１０２を選定することは、これら種々の製造プロセスの実施形態の実現可能性にとって重要である。
【００３８】
図４及び５Ａ−５Ｉは、相互に接続された複数の太陽電池の製造法に関する種々の実施形態を図示している。一実施形態では、始めに、基材１００が設けられる４２０。当該基材１００は、広範な種類の材料から選択することができ、好ましくは著しく光透過性である材料である。当該基材１００には、剛体、半剛体、あるいは柔軟な材料が含まれ得る。好ましくは、当該基材１００には、柔軟なポリマー材料が含まれる。基材１００には、例えば、ガラス、半導体、複合材料、プラスチック、ポリマー材料、あるいは他の適切な材料を用いることができる。適切な柔軟性ポリマー材料として、限定はしないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリアクリロナフタレート及びポリイミドが挙げられる。基材１００は、任意の適切な厚さのものを用いることができるが、好ましくは、例えば、約２５〜約５００ミクロンあるいは約１５０〜約２５０ミクロンのような、約２〜約１０００ミクロンの厚さとし得る。
【００３９】
図４及び５Ｂを参照すると、基材１００上に伝導領域１５２が配置される。当該伝導領域１５２は、完成した太陽電池モジュールにおいて太陽電池の電極の基礎として機能する。種々の実施形態において、当該伝導領域１５２は、熱的蒸発法又は低温スパッタリングを利用して、基材１００のターゲット領域上に配置することができる４２５。加えて、伝導領域１５２は、例えば、真空蒸着を用いて配置することもできる。好ましくは、伝導領域１５２は、インジウムスズ酸化物（ITO）を含む。伝導領域１５２は、例えば、フッ素ドープド酸化スズ、インジウムスズ酸化物（ITO）、酸化亜鉛又は酸化スズのような、透明な導電性材料を含み得る。一実施形態では、基材１００は、化学コーティングが施され、それによって、電気接続層１０５を形成する種々の付着領域の接着を促進することができる。
【００４０】
種々の実施形態において、基材１００は、比較的低い及び／又は電気接続層１０５の１つ又は複数の領域の熱膨張係数と同等の熱膨張係数を有する。基材１００のこの熱的特性は、製造時に、クラックのような欠陥の発生を最小限に抑えるのに役立つ。基材１００が実質的に室温より高い温度に加熱されることのない他の実施形態では、熱膨張係数は、より高いか、又は電気接続層１０５の領域のそれと著しく異なってもよい。適切な基材材料として、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）、あるいはポリイミドが挙げられる。ポリイミドの一例は、KAPTON（登録商標）ポリイミドフィルム（E.I.du Pont de Nemours and Co.から入手可能）であり、その熱的安定性は最高約４００℃までである。
【００４１】
図４及び図５Ｃを参照すると、電気接続層１０５は、さらに、１つ又は複数の伝導領域１５２の間に配置された４３０、導体連結領域１６０を備え得る。好ましくは、導体連結領域は金属を含む。適切な金属には、限定はしないが、銅、金、銀、白金、ニッケル、パラジウム、及びそれらの合金が含まれる。
【００４２】
図４及び図５Ｄを参照すると、一実施形態では、電気接続層１０５の一部を形成する伝導領域１５２の一部の上に、ナノマトリクス層１６５が配置される。ナノマトリクス層１６５の配置方法は、ナノマトリクス層１６５がナノ粒子、ヘテロ接合複合材料、それらの組合せ、あるいは他の適切な材料の何れを含むかに応じて、変更し得る。ナノマトリクス層１６５は、例えば、スプレーコーティング、ナイフコーティング、キャスティング、スピンキャスティング、スクリーン印刷、ステンシル印刷、コロイド溶液析出、スロットコーティング、カーテンコーティング、グラビアコーティング又はインクジェットコーティングをはじめとする多数の方法を用いて、配置することができる４３５。
【００４３】
本発明による太陽電池モジュールには、様々なナノマトリクス層１６５を組み込み得る。ナノマトリクス層１６５がナノ粒子を含む実施形態では、感光性付与ステップは、ナノマトリクス層１６５に対して実施される。ナノマトリクス層１６５がヘテロ接合複合物を含む実施形態では、色素増感ステップ４４５は必要とされず、相互接続ステップ４４０も不要とし得る。ナノマトリクス層１６５に対する感光性付与を必要としない実施形態は、所与の実施形態を製造する際に、例えば、適宜、相互接続ステップ４４０及び感光性付与ステップ４４５を省略して製造することができる。
【００４４】
いくつかの実施形態では、ナノマトリクス層１６５は、１つ又は複数の伝導領域１５２上に配置される４３５、ヘテロ接合複合材料を含む。適切なヘテロ接合複合材料として、例えば、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ビニレン及びそれらの組合せの中にフラーレン（C60）、フラーレン粒子、又はその両方が分散しているもの、が挙げられる。他の実施形態では、ヘテロ接合複合材料の相互接続は、導電性ポリマー中にヘテロ接合複合材料を分散させることによって促進することができる。ヘテロ接合複合材料は、先述の一般的なナノマトリクス付着法、詳細にはスクリーン印刷法あるいはグラビアコーティング法を用いて、伝導領域１５２部の上に配置することができる。ヘテロ接合複合材料に関しては、その相互接続は当該材料に本来備わっている特性であり、それ故、特定の相互接続ステップを必要としない。同様に、感光性も当該材料に本来備わっている特性であり、それ故、特定の感光性付与ステップを必要としない。
【００４５】
種々の例示的実施形態において、ナノマトリクス層１６５を構成する要素は、当該ナノマトリクス層１６５の配置前に、配置中に、配置後に、相互に接続させ得る。例えば、ナノマトリクス層１６５がナノ粒子を含む実施形態では、ナノマトリクス層１６５を形成するナノ粒子の配置４３５及び相互接続４４０は、同時に起こり得る。ナノ粒子を含むナノマトリクス層を用いる他の実施形態では、相互接続と配置は、ナノ粒子が適切な溶媒中に分散しているコロイド溶液を伝導領域部の上に注ぎ、溶媒を蒸発除去させることで起こり得る。ナノ粒子の分散したコロイド溶液を用いる製造法の種々の実施形態において、コロイド溶液は、ナノマトリクス層１６５の一部を形成するナノ粒子の相互接続を促進するために、架橋剤を含み得る。
【００４６】
他の実施形態では、ナノマトリクス層１６５の相互接続は、ナノ粒子配置後の、加熱を伴う又は伴わない、架橋剤を用いる又は用いない、相互接続ステップによって実現される。一実施形態では、ナノマトリクス層の基礎を成すナノ粒子の相互接続は、約１５０℃未満、より好ましくは約７０℃未満の温度で実施することが好ましい。他の実施形態では、ナノマトリクス層の基礎を成すナノ粒子の相互接続は、相互接続ステップ時の基材１００の温度が約１５０℃未満、より好ましくは約７０℃未満に保たれるように実施することが好ましい。結果、本発明は、広範な感熱性基材及び広範な柔軟且つ著しく光透過性である基材の上に太陽電池を形成する方法を提供する。
【００４７】
種々のナノ粒子分散コロイド溶液のいくつかにおいては、他の実施形態の場合と同様に、ナノマトリクス層１６５は、約２ｎｍ〜約１００ｎｍの平均粒径を有するナノ粒子を含む。他の実施形態では、ナノマトリクス層１６５は、約１０ｎｍ〜約４０ｎｍの平均粒径を有するナノ粒子を含む。好ましくは、ナノ粒子には、約２０ｎｍの平均粒径を有する二酸化チタン粒子が含まれる。ナノマトリクス層１６５の種々の実施形態において用いられるナノ粒子には、限定はしないが、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛、酸化タングステン、硫化物、セレン化物、テルル化物、及び１つ又は複数のそれらの組合せが含まれる。
【００４８】
一実施形態では、ナノマトリクス層１６５を配置する４３５際に用いるコロイド溶液は、水、アルコール、ケトン、あるいは他の有機溶媒のような適切な溶媒中にナノ粒子を分散させることによって調製される。例えば、例示的な一実施形態では、当該溶液は、乳鉢及び乳棒を用いてすりつぶしながら、約２０ｍＬの希硝酸あるいは酢酸（脱イオン水中でのｐＨ  約３〜４）を約１２グラムのTiO2粉末に徐々に添加することによって調製される。当該酸は、先行する混合の後に１ｍＬ増分にて添加され、すりつぶすことによって塊のない均一な粉末が得られる。例示的な代替実施形態では、約０．２ｍＬのアセチルアセトンを約１ｍＬの水に添加し、それを約１２グラムのTiO2粉末に添加し、次いで、すりつぶしながら約１９ｍＬの水を１ｍＬ増分にて添加する。例えば約２０ｎｍ〜約１００ｎｍの平均粒径を有するナノ粒子を含むナノ粒子コロイドはまた、通常のゾルゲル法を用いて、適切な前駆体から調製することもできる。
【００４９】
一実施形態では、ナノマトリクス層１６５の基礎を成すナノ粒子は、コロイド溶液の状態で配置され４３５、透明なナノ結晶層を形成する。ナノ粒子は、ある程度、高表面積をもたらし、それによって当該粒子が吸着し得る感光剤量は増大し、従って、吸収光の利用率が増す。一実施形態では、ナノ粒子の配置４３５は、概して、コロイド状半導体溶液を形成すること、先行配置層をマスキングし、ターゲット領域を露出させること、次いでターゲットであるナノ粒子受容領域に前記溶液を適用すること、を包含する。
【００５０】
図４を参照すると、一実施形態では、ナノマトリクス層１６５の配置４３５の後に、ナノマトリクス層１６５を相互接続ステップ４４０において相互接続させる。当該相互接続ステップ４４０は、ナノ粒子あるいは他の適切な相互接続し得る化合物を含むナノマトリクス層１６５を有する実施形態において使用し得る。ナノマトリクス層１６５の相互接続は低温で実施し得るため、種々のプラスチック、樹脂、ポリエステル、及び種々の他の適切な材料を基材として使用することができる。一実施形態では、それらの上にコロイド溶液が配置されているところの基材１００及び伝導領域１５２を含む未完成の電気接続層１０５を、室温〜約７０℃にて約１０分未満の間加熱して、電気接続層１０５の一部に付着したナノ粒子の薄膜を得ることができる。好ましくは、当該ナノ粒子は、相互接続過程の間に、架橋剤によって連絡される。当該薄膜は、次いである程度乾燥することができる。例示的な一実施形態では、ナノ粒子層の相互接続は、約２００℃以下の温度に基材を加熱することによって達成し得る。電気接続層１０５を構成する種々の層、及び基材１００の加熱による変異の程度は、当該製造ステップにおける相互接続し得る温度範囲に影響を及ぼす。例示的な実施形態によれば、種々の層は、基材１００のガラス転移温度未満の温度にて、ガラス転移温度にて、又はガラス転移温度より僅かに高い温度（基材が当該温度にさらされる時間に依る）にて、相互接続し得る。
【００５１】
架橋剤には、例えば、金属アルコキシド、金属ハロゲン化物あるいは金属酢酸塩を用いることができる。架橋剤とナノ粒子は、同一の化学成分（例えば、チタン、ジルコニウム又は亜鉛のような金属）を含み得る。架橋剤とナノ粒子はまた、同一の化学結合（例えば、金属−酸素結合のような金属−非金属結合）を含み得る。架橋剤はまた、ゾルゲル前駆体を含み得る。
【００５２】
例示的な架橋ステップにおいて、架橋剤溶液は、ゾルゲル前駆体試薬、例えば、チタニウムテトラブトキシドのようなチタニウムテトラアルコキシド、を、０−１００％、例えば約５〜約２５％もしくは約２０％の重量比にて、エタノール、ブタノール、又はより高次の１級、２級あるいは３級アルコールのような溶媒と混合することによって調製される。例示的実施形態によれば、当該溶媒は、前駆体試薬に対して安定な（例えば、前記試薬と反応してTiO2のような金属酸化物を形成しない）任意の材料を含み得る。好ましくは、当該溶媒は、実質的に、TiO2の沈殿を生じさせ得る水を含まない。
【００５３】
一実施形態では、架橋剤は、粒子を架橋剤溶液中に浸すことによって適用される。架橋剤を適用する他の方法として、例えば、純粋な状態にて又は適切な溶媒に含有された状態で、エーロゾルとして、試薬を噴霧する方法、架橋剤試薬溶液中でナノ粒子層を移動させる方法、が挙げられる。
【００５４】
好ましくは、基材１００及びその上に形成された架橋されたナノ粒子層を備える電気接続層１０５の伝導領域１５２は、加熱される。加熱することによって、もしあれば、架橋剤溶液からの溶媒を蒸発除去し、層の乾燥を促進させ得る。加熱温度に応じて、加熱はまた、ナノ粒子４４０の相互接続及び／又はナノ粒子と伝導領域１５２との接続を促進し得る。一般的に、加熱温度は、使用される架橋剤及び基材１００を構成する材料に応じて選択される。
【００５５】
加熱温度及び加熱時間は、架橋剤がその分解温度よりも著しく高い温度にまで加熱されないように、且つ基材１００が著しく変異するような温度（例えば、ガラス転移温度、溶融温度、分解温度など）にまで基材１００が加熱されないように、選択される。例えば、チタニウムアルコキシドを用いて架橋されているTiO2ナノ粒子層に関しては、加熱温度は、より低い温度を使用することもできるが、PETのようなポリマー基材の場合には最高約１５０℃まで、KAPTON（登録商標）基材の場合には最高約４００℃まで、ガラス基材の場合には最高約５００℃とし得る。種々の実施形態において、加熱時間は、約３０秒から２分未満までの範囲である。
【００５６】
図４及び図５Ｄを参照すると、一実施形態では、配置後、ナノマトリクス層１６５に感光性を付与する４４５。感光性の付与は、例えば、色素を配置され相互接続されたナノ粒子層中に導入することによって達成し得る。一実施形態では、ナノマトリクス層１６５は、ナノマトリクス層１６５の上に色素を分布させることによって、感光性が付与される。ヘテロ接合複合物を用いてナノマトリクス層１６５を形成する実施形態では、感光性付与ステップは不要であり得る。他の実施形態では、感光剤を用いて、相互接続されたナノ粒子を含むナノマトリクス層１６５に感光性を付与することができる。
【００５７】
種々の実施形態において、ナノマトリクス層１６５は、感光剤を含む。一実施形態では、ナノマトリクス層１６５は、電気接続層１０５、１０７及び／又は基材１００の上に当該ナノマトリクス層１６５を配置した後に、感光剤を用いて感光性が付与される。他の実施形態では、その配置前にナノマトリクス層１６５中に感光剤が混ぜられる。感光剤には、例えば、二価及び三価の金属からなる群から選択された金属イオンが含まれる。種々の実施形態において、感光剤には、ルテニウム遷移金属錯体、オスミウム遷移金属錯体、鉄遷移金属錯体のうちの少なくとも１つが含まれる。他の実施形態では、感光剤には、キサンチン、メロシアニン、シアニン、フタロシアニン又はピロール系色素のような有機分子が含まれる。
【００５８】
一実施形態では、感光剤は色素である。例示的に、色素は、当該色素溶液中に約５分〜２、３時間の間ナノマトリクス層１６５を浸すことによって、ナノマトリクス層１６５に適用される。色素溶液の他の適用方法として、例えば、スプレーコーティングが挙げられる。色素の適用後、エタノールなどの溶媒を用いて洗浄することによって、余剰の色素を除去する。
【００５９】
例示的な一実施形態では、ナノマトリクス層１６５の配置後、触媒作用を示す媒体層１７０を配置する４５０。一実施形態では、触媒作用を示す媒体層１７０は、製造ステップ４３５及び図５Ｅにおいてナノマトリクス層１６５でコーティングされていない電気接続層１０５の伝導領域１５２の上に配置される。当該触媒作用を示す媒体層１７０は好ましいものであるが任意選択のものであり、太陽電池内部の光励起された分子によって放出された電子の移動を促進するために選択することができる。
【００６０】
電子還元特性を有する触媒作用を示す媒体層１７０は、電荷輸送媒体１８５の還元を促進し、よって、酸化された光励起分子を還元する。好ましくは、当該触媒作用を示す媒体層１７０には、白金が含まれる。当該触媒作用を示す媒体層１７０はまた、フラーレンのような炭素も含む。一実施形態では、薄い白金触媒層は、約０．０５ｇ／ＬのPtCl4と０．０２５ＭのHClを含む溶液を用いて、約１ｍＡ／ｃｍ２の電流密度にて、約２〜５分の間、基材１００の伝導領域上に電着される。一実施形態では、得られた触媒作用を示す媒体層１７０の厚さは、約２ｎｍ〜約１０ｎｍである。好ましくは、触媒作用を示す媒体１７０は、さらにチタンを含み、それによって当該触媒作用を示す媒体１７０の電気接続層への接着を促進する。好ましくは、チタンは、約１０オングストロームの厚さの領域又は層として配置される。種々の実施形態において、他の適切な金属を用いて、触媒作用を示す媒体１７０の電気接続層への接着を促進することができる。
【００６１】
図４及び図５Ｆを参照すると、一実施形態では、次いで、伝導領域１５２の間の基材１００上に絶縁材料が配置され、電気接続層１０５内に絶縁領域１８０が形成される。適切な絶縁材料として、限定はしないが、エポキシ及びアクリレートが挙げられる。好ましくは、当該絶縁材料は接着特性を有し、２つの基材、又は基材部分が互いに結合するのを促進し、本発明による太陽電池モジュール１０が形成される。
【００６２】
図４及び図５Ｇを参照すると、種々の実施形態において、次いで、電荷輸送媒体１８５が配置される４６０。一実施形態では、電荷輸送媒体１８５は、先行して配置された絶縁領域１８０を実質的に越えて延在することがないように、配置される。一実施形態では、電荷輸送媒体１８５は、レドックス媒介物質を含み、それによって太陽電池１１０内の電子の流れを促進する。これによって、太陽電池モジュール１０の個々の電池が電子の流れを生成する原動力となる、励起、酸化及び還元からなるサイクルが促進される。当該電子の流れは、当該太陽電池に接続された任意の外部負荷のための電気エネルギーをもたらす。適切な電荷輸送媒体１８５として、限定はしないが、電解質、ポリマー電解質、レドックス系、ｎ型及びｐ型導電性ポリマー、又は多の適切な電荷解放化合物が挙げられる。例えば、１つの適切なレドックス系は、I-／I-3系である。電荷輸送媒体１８５はまた、一種の高分子電解質から選択することもできる。
【００６３】
電荷輸送媒体１８５は、ポリマー状の、比較的粘性のある、例えばゼリー状の物質が好ましい。結果、電荷輸送媒体１８５は、例えば電荷輸送媒体１８５が液体であったならば実用的でない又は実現不可能な方法を用いて、適用することができる。これらの技術には、例えば、スプレーコーティング、ローラコーティング、ナイフコーティングあるいはブレードコーティングが含まれる。例示的な一実施形態では、電荷輸送媒体１８５は、イオン伝導性ポリマー、可塑剤、及びヨウ化物とヨウ素との混合物を含む溶液を形成することによって調製される。前記ポリマーは、機械的及び／又は寸法的安定性をもたらし、前記可塑剤は、ゲル／液相転位温度に寄与し、前記ヨウ化物及びヨウ素は、レドックス電解質として機能する。
【００６４】
例示的な一実施形態では、電荷輸送媒体１８５は、約１０％のポリエチレンオキサイド、約９０％の重量比１：１の炭酸エチル：炭酸プロピレン混合物、約０．０５Ｍのヨウ素、及び約０．５Ｍのリチウムテトラメチルアンモニウムイオジド、を含む。当該ポリマー電解質は、典型的に、比較的長い保存寿命（例えば、最高２、３年）を有し、製造時あるいは太陽電池モジュールの使用時における最低限の相分離を実証し、且つ配置前に、溶融のような処理を要することなく用いることができる。
【００６５】
図５Ｇは、図４記載の製造ステップに従って形成された、基材１００上の一群の太陽電池部５００の一実施形態を図示している。図５Ｈを参照すると、一実施形態では、図４記載の種々の製造ステップを必要に応じて繰り返すことによって、第２の基材上に第２群の太陽電池部５０２が形成される。次いで、第１の太陽電池部５００と第２の太陽電池部５０２が結合され、太陽電池モジュール５５が形成される。例えば、第１の太陽電池部５００と第２の太陽電池部５０２を結合させ、直列に相互接続している複数の太陽電池を形成することができる。第１及び第２の太陽電池モジュール部５００、５０２の向きは、当該部分５００、５０２が結合し得るように図示している。
【００６６】
図５Ｈは、第１の太陽電池モジュール部５０５と第２の太陽電池モジュール部５０７を図示しており、各々のモジュールは、太陽電池モジュールを構成する種々の層を備えている。図示するように、２つの電気接続層１０５、１０７の間に、複数の太陽電池１１０が配置される。当該太陽電池部５００、５０２は、第１の太陽電池モジュール部５０５と第２の太陽電池モジュール部５０７の結合が促進されるように配向されており、直列接続の太陽電池モジュールが製造される。図５Ｉは、２つの太陽電池モジュール部５０５、５０７を結合させた後に得られた直列相互接続の太陽電池モジュール５５を示している。
【００６７】
図５Ｈと５Ｉは、直列相互接続の太陽電池モジュール５５を示しているが、様々な太陽電池モジュール部を結合させることで、並列に接続された複数の太陽電池を備える治用電池モジュールや、太陽電池間が並列及び直列の両方にて相互接続されている組合せ太陽電池モジュールを製造することができる。他の実施形態では、第１群の太陽電池モジュール部５０５が基材１００の第１領域の上に形成され、一方、第２群の太陽電池モジュール部５０７が同一基材１００の第２領域の上に形成される。次いで、基材１００を物理的に分割し、又はいくつかの実施形態では折り曲げ、各々の太陽電池モジュールを結合させて、最終的な太陽電池モジュールが製造される。最終モジュールの太陽電池間の相互接続は、並列、直列、又はそれらの組合せとすることができる。
【００６８】
種々の実施形態において、完成した太陽電池モジュール１０、２２、３３及び５５は、エポキシあるいはSurlyn（登録商標）（デュポン社から入手可能）を用いてその縁部を封止することで、当該シート間での又は個々の太陽電池モジュール内への水及び／又は空気の透過を阻止できる。その代わりとして又はそれに加えて、一実施形態では、太陽電池モジュールは、熱によって封止される。一形態によれば、次いで、太陽電池モジュールは、ポリマー上位層、例えばSurlyn（登録商標）（デュポン社から入手可能）のような湿分障壁でラミネート加工される。
【００６９】
実施例
以下の実施例は、例示的なものであり、限定を意図するものではない。
【実施例１】
【００７０】
以下の手順に従って、柔軟な基材を備える色素増感太陽電池を製造した。
【００７１】
厚さ約２００ミクロン、約１０ｍｍ ｘ １０ｍｍ四方のPET基材を、熱蒸着法によって、厚さ約２００ｎｍのITOコーティングで被覆した。P25（およそ８０％のアナターゼ及び２０％のルチル結晶TiO2を含んで成る市販のチタニア）を水（ｐＨ  ３〜４）中に分散させて、TiO2コロイド溶液を調製した。スピンコーティング法によって当該TiO2を前記PET基材上に付着させ、スライド上にナノ粒子層を形成させた。ナノ粒子分散物の調製に関しては、マイクロ流体化、損耗（attritting）、あるいはボールミリングなどの方法を用いることができる。付着後、コーティングを、約５０℃にて約１分以下の間、加熱した。
【００７２】
次いで、TiO2コーティングを有するPET基材を、チタニウムテトラブトキシドの０．３ｍＭエタノール溶液からなる架橋剤溶液でコーティングし、ナノ粒子を相互接続させた。コーティングされた基材を、約１２０℃にて約３０〜４０秒の間乾燥させた。
【００７３】
相互接続されたナノ粒子層を、シス-ジ（チオシアナト）ビス（2,2’-ビピリジル-4,4’-ジカルボキレート）ルテニウム（II）のエタノール溶液（１ｍｇ／ｍＬ）でコーティングして、色素増感処理した。
【００７４】
レドックス高分子電解質（１０％のポリエチレンオキサイド、９０％の１：１  炭酸エチル：炭酸プロピレン、０．０５Ｍのヨウ素及び０．５ＭのLiI）を、色素増感され、相互接続されている基材上にコーティングし、そして、厚さ約２００ｎｍのITO伝導層及び厚さ約２．５ｎｍの白金触媒層でコーティングされた第２のPET基材によって挟持した。個々の電池は、約５％の太陽光変換効率を示した。
【実施例２】
【００７５】
以下の手順に従って、剛体基材を備える色素増感された太陽電池を製造した。
【００７６】
ITOでコーティングされたガラススライド（表面抵抗  ８オーム／ｃｍ２）を、TiO2分散物のスピンコーティングによって、厚さ約１０ミクロンのTiO2（P25）ナノ粒子フィルムで被覆した。当該被覆スライドを室温にて約３０分の間乾燥させ、そして、オーブン中で約４５０℃にて１時間焼結させることによって相互接続させた。
【００７７】
焼結したスライドを、シス-ジ（チオシアナト）ビス（2,2’-ビピリジル-4,4’-ジカルボキレート）ルテニウム（II）のエタノール溶液（１ｍｇ／ｍＬ）中に一晩浸して、色素増感処理した。
【００７８】
レドックス高分子電解質（１０％のポリエチレンオキサイド、９０％の１：１  炭酸エチル：炭酸プロピレン、０．０５Ｍのヨウ素及び０．５ＭのLiI）を基材上にコーティングし、そして、厚さ約２００ｎｍのITO伝導層及び厚さ約２．５ｎｍの白金触媒層でコーティングされた第２のガラススライドによって挟持した。
【００７９】
当該電池は、約７．３％の太陽光変換効率を示した。当該高分子電解質は、少なくとも１８０日目までは、相分離が確認されることなく、安定であった。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【図１Ａ】本発明の例示的実施形態による、直列接続した太陽電池を含む太陽電池モジュールの断面図
【図１Ｂ】図１Ａ記載の直列接続太陽電池の例示的な一対の電気接続層の断面図
【図２】本発明の例示的実施形態による、平坦でない太陽電池モジュールの透視図
【図３】本発明の例示的実施形態による、並列接続太陽電池を含む太陽電池モジュールの断面図
【図４】本発明の例示的実施形態による、太陽電池を製造する種々の例示的方法を示す流れ図
【図５Ａ−５Ｉ】図４記載の方法に従って製造された太陽電池モジュールの一連の製造の様子
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
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【図５Ｈ】
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【図５Ｉ】
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【国際調査報告】
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