(57)【要約】【課題】有機薄膜起電力層を有した単位セルの端部同士を導通させた太陽電池において、ホットスポット現象が防止されると共に、単位セルの電極同士の短絡が防止される太陽電池と、そのための単位セルを提供する。【解決手段】太陽電池１は、複数の太陽電池単位セル２が各々の端部同士を重ね合わせるようにして接続されたものである。単位セル２は、導電性基材３と、該導電性基材３上に積層された有機薄膜起電力層４と、該有機薄膜起電力層４上に積層された上部電極５とを備えている。単位セル２の一端側において、有機薄膜起電力層４と上部電極５との間に絶縁層６が設けられている。単位セル２の端部同士は導電性接着剤によって接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基材上に起電力層と光透過性の上部電極とが積層された複数の単位セルを直列に接続してなる太陽電池であって、
隣接する一方の第１の単位セルの上部電極の一端と他方の第２の単位セルの導電性基材の他端とが導通されている太陽電池において、
該起電力層は有機薄膜起電力層であり、
該第１の単位セルの上部電極上に該単位セル同士を導通する導通部が存在しており、
該導通部の存在領域において該有機薄膜起電力層と上部電極との間又は有機薄膜起電力層と導電性基材との間に絶縁層が設けられていることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
請求項１において、隣接する単位セルの端部同士が重ね合わされることにより、第１の単位セルの導電性基材の一端と第２の単位セルの上部電極の他端とが導通されている太陽電池であって、
該単位セル同士の重なり合う領域において該有機薄膜起電力層と上部電極との間又は有機薄膜起電力層と導電性基材との間に前記絶縁層が設けられていることを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
請求項２において、該絶縁層は、該単位セル同士が重なる領域にのみ設けられていることを特徴とする太陽電池。
【請求項４】
請求項１において、該第１の単位セルの導電性基材の一端と第２の単位セルの上部電極の他端とが導通材によって導通されている太陽電池であって、
該導通材は、第１の単位セルの上部電極に重なる第１片部と、第２の単位セルの導電性基材に重なる第２の片部とを有しており、
該第１片部と該第１の単位セルの上部電極とが重なり合う領域において該有機薄膜起電力層と上部電極との間又は有機薄膜起電力層と導電性基材との間に前記絶縁層が設けられていることを特徴とする太陽電池。
【請求項５】
請求項４において、該絶縁層は、該第１片部と第１の単位セルの上部電極とが重なる領域にのみ設けられていることを特徴とする太陽電池。
【請求項６】
導電性基材上に有機薄膜起電力層と光透過性の上部電極が積層して形成された太陽電池用単位セルであって、該単位セルの該一端側において該有機薄膜起電力層と上部電極との間又は有機薄膜起電力層と導電性基材との間に絶縁層が設けられていることを特徴とする太陽電池用単位セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の単位セルを直列に接続してなる太陽電池に係り、特に単位セルの一端と、隣接する単位セルの他端を重ね合わせたり、導通部によって導通させたりすること等により隣接単位セル同士を直列に接続した太陽電池に関する。また、本発明は、この太陽電池の単位セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の太陽電池単位セル（以下、単に単位セルということがある。）を直列に接続してなる太陽電池の該単位セル同士の接続方式として、単位セルの一端に隣接する単位セルの他端を重ね合わせ、一方の単位セルの上部電極と他方の単位セルの下部電極（導電性基材）とを導通させたものが特許文献１及び特許文献２の図２，４に記載されている。
特許文献２の図１，３には、一方の単位セルの上部電極と他方の単位セルの導電性基材とを導電性接続部材で導通することが記載されている。この導電性接続部材の材料としては、銅、アルミニウム等の金属が用いられる（特許文献２の００１２段落）。
【０００３】
なお、特許文献１，２では光起電力層はシリコン層となっているが、近年、光起電力層を有機薄膜にて構成した有機薄膜太陽電池の開発が進められている（例えば特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６２−３６８７９
【特許文献２】特開平１１−１８６５７７
【特許文献３】特開２００９−９９８０５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように単位セルの端部同士を重ね合わせた太陽電池にあっては、単位セルの一端部は隣接単位セルの他端部の下側となり、光が照射されない日陰部となる。太陽電池に光が照射された場合、日陰部は光起電力を生じさせないのに対し、その他の部分で生じた光起電力が該日陰部に印加される。そして、この印加電圧が逆方向耐電圧以下になると逆方向電流が流れ、発電された電力が消費されるだけでなく、ホットスポット現象と称される局所的な加熱を生じさせるおそれがある。
単位セルの端部同士を導電性接続部材（導通材）で導通させた場合も、上部電極に導電性接続部材が重なった領域が日陰部となるので、同様の問題がある。
【０００６】
また、有機薄膜太陽電池の有機薄膜起電力層は、通常の場合、厚さが２０ｎｍ〜２００ｎｍ程度と非常に薄い。そのため、上記のように単位セルの端部同士を重ねたり、金属箔などの導通材と単位セルの端部とを重ねて導電性接着剤等で接続するときに上部電極と導電性基材との間に圧力が加えられることや、接着剤に含まれる溶剤の有機薄膜起電力層への浸透などが原因となって、上部電極と導電性基材との間に電気的な接続（短絡）が発生するおそれがある。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決し、有機薄膜起電力層を有した単位セルの端部同士を導通させた太陽電池において、この単位セル同士の導通部（単位セル同士を重ね合わせた領域、又は単位セルの上部電極と導通材とが重なる領域）におけるホットスポット現象が防止されると共に、この導通部の下側の単位セルにおける電極の短絡が防止される太陽電池と、そのための単位セ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】
【０００８】
請求項１の太陽電池は、導電性基材上に起電力層と光透過性の上部電極とが積層された複数の単位セルを直列に接続してなる太陽電池であって、隣接する一方の第１の単位セルの上部電極の一端と他方の第２の単位セルの導電性基材の他端とが導通されている太陽電池において、該起電力層は有機薄膜起電力層であり、該第１の単位セルの上部電極上に該単位セル同士を導通する導通部が存在しており、該導通部の存在領域において該有機薄膜起電力層と上部電極との間又は有機薄膜起電力層と導電性基材との間に絶縁層が設けられていることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の太陽電池は、請求項１において、隣接する単位セルの端部同士が重ね合わされることにより、第１の単位セルの導電性基材の一端と第２の単位セルの上部電極の他端とが導通されている太陽電池であって、該単位セル同士の重なり合う領域において該有機薄膜起電力層と上部電極との間又は有機薄膜起電力層と導電性基材との間に前記絶縁層が設けられていることを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３の太陽電池は、請求項２において、該絶縁層は、該単位セル同士が重なる領域にのみ設けられていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４の太陽電池は、請求項１において、該第１の単位セルの導電性基材の一端と第２の単位セルの上部電極の他端とが導通材によって導通されている太陽電池であって、該導通材は、第１の単位セルの上部電極に重なる第１片部と、第２の単位セルの導電性基材に重なる第２の片部とを有しており、該第１片部と該第１の単位セルの上部電極とが重なり合う領域において該有機薄膜起電力層と上部電極との間又は有機薄膜起電力層と導電性基材との間に前記絶縁層が設けられていることを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５の太陽電池は、請求項４において、該絶縁層は、該第１片部と第１の単位セルの上部電極とが重なる領域にのみ設けられていることを特徴とするものである。
【００１３】
請求項６の太陽電池用単位セルは、導電性基材上に有機薄膜起電力層と光透過性の上部電極が積層して形成された太陽電池用単位セルであって、該単位セルの該一端側において該有機薄膜起電力層と上部電極との間又は有機薄膜起電力層と導電性基材との間に絶縁層が設けられていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明にあっては、単位セルの一端側において、有機薄膜起電力層と上部電極又は導電性基材との間に絶縁層が介在されている。そのため、単位セルの一端側が日陰部になり、逆方向耐電圧以上の電圧が印加されても、逆方向に電流が流れることがこの絶縁層によって防止され、ホットスポット現象（局部的な加熱）が防止される。
【００１５】
また、この絶縁層を設けたことにより、単位セルの端部同士を重ねて接続したり、金属箔などよりなる導通材を単位セルの上部電極に重ねて接続するときに、該端部において有機薄膜起電力層を挟んで対峙する上部電極と導電性基材とが短絡することが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１の実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る太陽電池における単位セルの積層方式を示す模式的な斜視図である。
【図３】第２の実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【図４】第３の実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
第１図及び第２図を参照して第１の実施の形態に係る太陽電池及び太陽電池セルについて説明する。第１図（ａ）は第１の実施の形態に係る太陽電池の単位セル厚み方向の断面図、（ｂ）図は単位セル同士の接続部の拡大図である。第２図は単位セル同士の重なり合い状況を模式的に示す斜視図である。
【００１８】
第１，２図の通り、太陽電池１は、複数の単位セル２が各々の端部同士を重ね合わせるようにして接続されたものである。単位セル２は、導電性基材３と、該導電性基材３上に積層された有機薄膜起電力層４と、該有機薄膜起電力層４上に積層された上部電極５とを備えている。なお、説明を明瞭とするために、第１図（ｂ）の右側の単位セルの符号を２Ａとし、左側の単位セルの符号を２Ｂとすることがある。
【００１９】
この実施の形態では、単位セル２Ａの一端側（図の左端側）において、有機薄膜起電力層４と上部電極５との間に絶縁層６が設けられている。第２図に示す通り、上部電極５に補助電極７を設けてもよい。
【００２０】
第１図（ｂ）の通り、一方の単位セル２Ａの該一端（左端側）の上に、隣接する他方の単位セル２Ｂの他端（右端側）側が重ね合わされ、該単位セル２Ｂの導電性基材３と該単位セル２Ａの上部電極５とが接続され、導通されている。単位セル２Ａ，２Ｂの端部同士は導電性接着剤によって接着されるのが好ましい。
この実施の形態では、単位セル２Ａ，２Ｂの端部同士が直接的に重なっており、この重なり合った部分が導通部である。絶縁層６は、この導通部の領域Ｓにのみ設けられている。
【００２１】
このように構成された太陽電池１にあっては、各単位セル２の一端において有機薄膜起電力層４と上部電極５との間に絶縁層６が介在されているので、日陰部分となる単位セル２同士の重なり合う領域Ｓに逆方向耐電圧が加えられても、これによる電流が流れず、ホットスポット現象（局所的な加熱）が防止される。また、単位セル２同士を接続するときに重ね合わせ部分に圧力が加えられても、上部電極５と導電性基板３とが導通することが防止される。さらに接着剤に含まれる溶剤が浸透することに起因した上部電極５と導電性基板３との導通も防止される。
【００２２】
なお、絶縁層６は、単位セル２Ａ，２Ｂ同士が重なり合う領域Ｓにのみ設けられるのが好ましい。これは、光が当る部分にまで絶縁層６が設けられていると、その分だけ発電面積が小さくなるからである。この領域Ｓの幅は、０．１〜２０ｍｍ特に５〜１０ｍｍ程度が好適であるが、これに限定されない。
【００２３】
第１図（ａ）では３枚の単位セル２が示されているが、２枚又は４枚以上の単位セル２が直列に接続されてもよい。通常は１０枚以上の単位セルを直列に接続するようにして用いられる。出力端子は第１図（ａ）の最も左側の単位セルの上部電極５と、最も右側の単位セルの導電性基材３からそれぞれ引き出される。
【００２４】
単位セル２の接続体は、合成樹脂シート、ガラスプレート等よりなる基板の上に配置され、これを覆うように透光性の合成樹脂等よりなる封止材を設けて太陽電池製品とされる。
【００２５】
［別の実施の形態］
第１図では、有機薄膜起電力層４と上部電極５との間に絶縁層６を設けているが、第３図に示す第２の実施の形態のように、有機薄膜起電力層４と導電性基材３との間に絶縁層６を設けてもよく、図示は省略するが、有機薄膜起電力層４と上部電極５との間及び有機薄膜起電力層４と導電性基材５との間の双方に絶縁層６を設けてもよい。
第１，２図の実施の形態では、単位セル２の端部同士が重ね合わされることにより、隣接する一方の単位セル２Ａの上部電極５と他方の単位セル２Ｂの導電性基材３とが導通されているが、第４図に示す第３の実施の形態のように、単位セル２Ａの上部電極５と単位セル２Ｂの導電性基材３とを導通材９によって導通してもよい。この導通材９は、単位セル２Ａの上部電極５に重なる第１片部９ａと、単位セル２Ｂの導電性基材３に重なる第２片部９ｂと、該第１片部９ａと第２片部９ｂとを導通する第３片部９ｃとを有する。導通材９は、銅、アルミニウム、銀、金、クロムなどの金属もしくはこれらを主成分とする合金などの箔（厚みは例えば１０〜５００μｍ特に２０〜１００μｍ程度）が好適であるが、これに限定されない。例えば、第３片部９ｃはワイヤなどによって構成されてもよい。
第１片部９ａと上部電極５及び第２片部９ｂと導電性基材３は、それぞれ導電性接着剤によって接着されるのが好ましい。
【００２６】
この第４図の実施の形態では、単位セル２Ａの上部電極５と第１片部９ａとの重なり合う領域Ｓが導通部である。この実施の形態でも、この導通部において、有機薄膜起電力層４と上部電極５との間に絶縁層６が設けられている。このように、第１片部９ａの下側領域において有機薄膜起電力層４と上部電極５との間に絶縁層６が介在されているので、日陰部分となる領域Ｓに逆方向耐電圧が加えられても、これによる電流が流れず、ホットスポット現象（局所的な加熱）が防止される。また、単位セル２Ａと第１片部９ａとを接続するときに重ね合わせ部分に圧力が加えられても、上部電極５と導電性基板３とが導通することが防止される。さらに接着剤に含まれる溶剤が浸透することに起因した上部電極５と導電性基板３との導通も防止される。
【００２７】
なお、前述の通り、有機薄膜起電力層４と導電性基材３との間に絶縁層６を設けてもよく、有機薄膜起電力層４と上部電極５との間及び有機薄膜起電力層４と導電性基材３との間の双方に絶縁層６を設けてもよい。
【００２８】
次に、単位セルの各部分を構成する材料の好適例及び厚さ等について説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２９】
［有機薄膜起電力層］
有機薄膜起電力層は、有機半導体により形成される。有機半導体は半導体特性により、ｐ型、ｎ型に分けられる。ｐ型、ｎ型は、電気伝導に寄与するのが、正孔、電子いずれであるかを示しており、材料の電子状態、ドーピング状態、トラップ状態に依存する。したがって、ｐ型、ｎ型は必ずしも明確に分類できない場合があり、同一物質でｐ型、ｎ型両方の特性を示すものもある。
【００３０】
ｐ型半導体の例として、テトラベンゾポルフィリン、テトラベンゾ銅ポルフィリン、テトラベンゾ亜鉛ポルフィリン等のポルフィリン化合物；フタロシアニン、銅フタロシアニン、亜鉛フタロシアニン等のフタロシアニン化合物；ナフタロシアニン化合物；テトラセンやペンタセンのポリアセン；セキシチオフェン等のオリゴチオフェンおよびこれら化合物を骨格として含む誘導体が挙げられる。さらに、ポリ（３−アルキルチオフェン）などを含むポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリトリアリルアミン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール等の高分子等が例示される。
【００３１】
ｎ型半導体の例として、フラーレン（Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６）；オクタアザポルフィリン；上記ｐ型半導体のパーフルオロ体；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；及び、これら化合物を骨格として含む誘導体などが挙げられる。
【００３２】
少なくともｐ型の半導体およびｎ型の半導体が含有されていれば、有機半導体層の具体的な構成は任意である。有機半導体層は単層の膜のみによって構成されていてもよく、２以上の積層膜によって構成されていてもよい。例えば、ｎ型の半導体とｐ型の半導体とを別々の膜に含有させるようにしても良く、ｎ型の半導体とｐ型の半導体とを同じ膜に含有させても良い。また、ｎ型の半導体及びｐ型の半導体は、それぞれ、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
【００３３】
有機半導体層の具体的な構成例としては、ｐ型半導体とn型半導体が層内で相分離した層（ｉ層）を有するバルクヘテロ接合型、それぞれｐ型半導体を含む層（ｐ層）とｎ型半導体を含む層（ｐ層）が界面を有する積層型（ヘテロｐｎ接合型）、ショットキー型およびそれらの組合せが挙げられる。これらの中でもバルクへテロ接合型およびバルクへテロ接合型と積層型を組み合わせた（ｐ−ｉ−ｎ接合型）が高い性能を示すことから好ましい。
【００３４】
有機半導体層のｐ層、ｉ層、ｎ層各層の厚みは、通常３ｎｍ以上、中でも１０ｎｍ以上、また、通常５００ｎｍ以下、中でも３００ｎｍ以下とすることが好ましい。層を厚くすることで膜の均一性が高まる傾向にあり、薄くすることで透過率が向上する、直列抵抗が低下する傾向にある。
【００３５】
［導電性基材及び上部電極］
導電性基材及び上部電極としては導電性を有する材料により形成することが可能であり、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属あるいはそれらの合金；酸化インジウムや酸化錫等の金属酸化物、あるいはその合金（ＩＴＯ）；ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等の導電性高分子；前記導電性高分子に、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、ＦｅＣｌ３等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子などのドーパントを含有させたもの；金属粒子、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ等の導電性粒子をポリマーバインダー等のマトリクスに分散した導電性の複合材料などが挙げられる。なかでも、正孔を捕集する導電性基材又は電極には、Ａｕ、ＩＴＯ等の深い仕事関数を有する材料が好ましい。一方、電子を捕集する導電性基材又は電極には、Ａｌのような浅い仕事関数を有する材料が好ましい。仕事関数を最適化することにより、光吸収により生じた正孔及び電子を良好に捕集する利点がある。
【００３６】
少なくとも受光面側の上部電極は、光透過性を有しており、好ましくは透明である。但し、電極は、発電性能に著しく悪影響を与えない場合は必ずしも透明でなくてもよい。透明な電極の材料を挙げると、例えば、ＩＴＯ、酸化インジウム亜鉛（ＩＺＯ）等の酸化物；金属薄膜などが挙げられる。また、上部電極の光の透過率は、太陽電池素子の発電効率を考慮すると、光学界面での部分反射によるロスを除き、８０％以上が好ましい。
【００３７】
導電性基材及び上部電極の材料は、１種を単独で用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
【００３８】
上部電極の形成方法に制限はない。例えば、真空蒸着、スパッタ等のドライプロセスにより形成することができる。また、導電性インク等を用いたウェットプロセスにより形成することもできる。この導電性インクとしては、例えば、導電性高分子、金属粒子分散液等を用いることができる。
【００３９】
さらに、電極は２層以上積層してもよく、表面処理による特性（電気特性やぬれ特性等）を改良してもよい。
【００４０】
上部電極の厚さは０．０５〜１０μｍ特に０．１〜１μｍ程度が好適であり、導電性基材の厚さは１０〜１００μｍ特に２０〜５０μｍ程度が好適である。
【００４１】
絶縁層の材料としては、天然ワニスやポリエチレン、ポリエステル、ポリウレタン、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂等の合成高分子、シリカ、アルミナ、サファイヤ等の無機化合物等が好適であり、中でもアクリル樹脂やエポキシ樹脂、フェノール樹脂等の合成高分子等が好適である。絶縁層は、２層以上で構成されてもよい。
【００４２】
絶縁層の厚さは０．０５〜１０μｍ特に０．５〜５μｍ程度が好適である。
【００４３】
単位セル同士又は単位セルと導通材を接着するための導電性接着剤としては、一般に導電フィラーを含有した接着剤が用いられることが多い。導電フィラーとしては、金粉、銀粉、銅粉、ニッケル粉、アルミ粉、カーボン粉などが使用される。接着剤としては二液型、熱硬化型などが使用される。体積抵抗値としては、１Ｅ−１〜１Ｅ−６［Ω・ｃｍ］の範囲であればよい。
【００４４】
導電性接着剤の代わりに導電性両面テープを用いてもよい。導電性両面テープとしては、導電性基材（金属箔等）の両面テープに導電性接着剤が塗布されたものが好適である。
【００４５】
［その他の層］
本発明の太陽電池は、バッファ層、バリア層、水分や酸素の捕捉材層など、上記以外の層を備えてもよい。
【００４６】
バッファ層は、有機半導体層側に面した電極界面に電気特性等の改良のために設ける層である。例えば、ポリ（エチレンジオキシチオフェン）：ポリ（スチレンスルホン酸）（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）、酸化モリブデン、フッ化リチウム、２，９ジメチル−４，７−ジフェニル−１，１０−フェナントロリンなどが挙げられる。
【符号の説明】
【００４７】
１  太陽電池
２  太陽電池単位セル
３  導電性基材
４  有機薄膜起電力層
５  上部電極
６  絶縁層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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