(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重ね合わせて導通させた太陽電池において、この重ね合わせた部分における一方の単位セルの導電性基材と他方の単位セルの上部電極との間の抵抗を小さくすることができる太陽電池と、その製造方法を提供する。【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、その上の補助電極７とを備えている。単位セル２の一端側を隣接する単位セルの他端側の補助電極集電部７ａの上に重ねて導電性接着剤によって接着する。【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、
隣接する単位セルの端部同士が重ね合わされることにより、一方の単位セルの導電性基材の一端と上部電極の他端とが接続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、該上部電極上に補助電極が設けられており、該補助電極の一端が該単位セル同士の重なり合う部分に介在し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、該補助電極は集電部を備えており、該集電部は、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３】
請求項２において、該集電部は開口を有しており、この開口部分に導電性接着剤が付着され、この導電性接着剤によって単位セルの端部同士が接着されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の太陽電池を製造する方法であって、一つづきの導電性基材の原反上に有機薄膜起電力層と上部電極とが成膜され、該上部電極上に複数の補助電極が設けられることにより複数の単位セル部を有した単位セル原反を製造する工程と、
単位セル原反の一端から１枚の単位セルを切り離す工程と、
切り離された単位セルを残余の単位セル原反の一端側の補助電極上に重ね合わせて接合する工程と、
単位セル原反から該一端側の単位セル部を切り離して単位セル接続体と残余の単位セル原反とに分離する工程と、
単位セル接続体を残余の単位セル原反の一端側の補助電極上に重ね合わせて接合する工程と、
単位セル原反から該一端側の単位セル部を切り離して単位セル接続体と残余の単位セル原反とに分離する工程と、
を有することを特徴とする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に、隣接する単位セルの他端を重ね合わせるようにして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、この太陽電池の製造方法に関する。
【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１，２に記載されている。
【０００３】
特許文献１には、ＩＴＯよりなる上部電極の上にアルミニウムよりなる補助電極を設けることが記載されている（第３頁右上欄）。
【０００４】
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】
【０００５】
【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】
【０００６】
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、一方の単位セルの導電性基材と他方の単位セルの上部電極との間の抵抗が小さいことが望ましい。
【０００７】
本発明は、有機薄膜を有した単位セルの端部同士を重ね合わせて導通させた太陽電池において、この重ね合わせた部分における一方の単位セルの導電性基材と他方の単位セルの上部電極との間の抵抗を小さくすることができる太陽電池と、その製造方法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、隣接する単位セルの端部同士が重ね合わされることにより、一方の単位セルの導電性基材の一端の上部電極の他端とが接続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、該上部電極上に補助電極が設けられており、該補助電極の一端が該単位セル同士の重なり合う部分に介在し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、該補助電極は集電部を備えており、該集電部は、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。
【００１０】
請求項３の太陽電池は、請求項２において、該集電部は開口を有しており、この開口部分に導電性接着剤が付着され、この導電性接着剤によって単位セルの端部同士が接着されていることを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４の太陽電池の製造方法は、請求項２又は３に記載の太陽電池を製造する方法であって、一つづきの導電性基材の原反上に有機薄膜起電力層と上部電極とが成膜され、該上部電極上に複数の補助電極が設けられることにより複数の単位セル部を有した単位セル原反を製造する工程と、単位セル原反の一端から１枚の単位セルを切り離す工程と、切り離された単位セルを残余の単位セル原反の一端側の補助電極上に重ね合わせて接合する工程と、単位セル原反から該一端側の単位セル部を切り離して単位セル接続体と残余の単位セル原反とに分離する工程と、単位セル接続体を残余の単位セル原反の一端側の補助電極上に重ね合わせて接合する工程と、単位セル原反から該一端側の単位セル部を切り離して単位セル接続体と残余の単位セル原反とに分離する工程と、を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の太陽電池にあっては、単位セルの上部電極上に補助電極が設けられており、この補助電極の一端が単位セル同士の重なり合い部分に介在しているので、一方の単位セルの導電性基材と他方の単位セルの上部電極との間の抵抗が小さい。
【００１３】
特に、上部電極の一端側に集電部を設け、この集電部を単位セル同士の重なり合い部分に介在させることにより、一方の単位セルの導電性基材と該集電部との間の抵抗が小さいものとなる。
【００１４】
この集電部に開口を設け、この開口部分を介して単位セル同士を接合してもよい。このようにすれば、接合時に導電性接着剤がはみ出して上部電極と下部電極が導通してしまう問題を防止することが可能になるという効果が得られる。
【００１５】
本発明の太陽電池を製造する場合、個々の単位セル同士を上記のように端部同士を重ね合わせて接続してもよく、単位セルが一続きとなった単位セル原反の単位セル部に単位セルを接続し、この接続された単位セル部を単位セル原反の他の部分と切り離すようにしてもよい。後者のようにすれば、可撓性のある単位セルをハンドリングするというような自動化が困難な作業手順を用いることなく、長尺の積層体を両端からテンションをかけることによって容易に位置あわせ等の作業が可能になるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【図２】実施の形態に係る太陽電池の積層方式を示す模式的な斜視図である。
【図３】別の実施の形態に係る単位セルの平面図である。
【図４】太陽電池の製造方法の説明図である。
【図５】太陽電池の製造方法の説明図である。
【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の実施の形態について説明する。第１図は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、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、該上部電極５上に設けられた補助電極７とを備えている。
【００１９】
第１図の通り、一方の単位セル２の一端（第１，２図では左端側）の上に、隣接する他方の単位セル２の他端（右端側）側が重ね合わされ、各単位セル２の導電性基材３と隣接単位セル２の上部電極５とが接続され、導通されている。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るのが好ましい。
【００２０】
補助電極７は、単位セル２の一端辺に沿う集電部７ａと、この集電部７ａから直交状に延在した櫛状部７ｂとを備えている。この集電部７ａが、単位セル２同士の重なり合い部分に介在している。集電部７ａは、該重なり合い部分にのみ設けられている。
【００２１】
この太陽電池１にあっては、上部電極５の上に補助電極７を設け、この補助電極７の集電部７ａを単位セル２，２同士の重なり合い部分に介在させているので、一方の単位セル２の上部電極と他方の単位セル２の導電性基材３との間の抵抗が小さい。特に、この実施の形態では、重なり合い部分に沿って延在する集電部７ａを設け、この集電部７ａを単位セル２同士の重なり合い部分に介在させているので、補助電極７と導電性基材３との接触面積が大きく、両者間の抵抗が小さい。
【００２２】
このようなことから、本発明の太陽電池１は、単位セル同士の間の接続抵抗が小さく、効率よく電力を取り出すことができる。
【００２３】
第１図では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10〜200枚特に20〜100枚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】
［補助電極の別形状例］
本発明では、第３図に示す補助電極７Ａのように、枠状の集電部７ｃを備え、枠状部の内側の開口部８に導電性接着剤を付着させて単位セル２同士を接合してもよい。このようにすれば、接合時に導電性接着剤がはみ出して上部電極と下部電極が導通してしまう問題を防止することが可能になるという効果が得られる。なお、この実施の形態では、枠状の集電部７ｃは、その中間部に横断部７ｄを有した「日」字形状となっているが、横断部７ｄは省略されてもよい。また２本以上の横断部を設けてもよく、例えば２本の横断部を設けることにより「目」字形状の集電部としてもよい。
【００２６】
［太陽電池の製造方法］
本発明の太陽電池を製造する方法の一例を第４図に示す。
【００２７】
まず、（ａ）図のように原反ロール等から巻き出された導電性基材の原反上に有機薄膜起電力層と上部電極とを成膜し、この上部電極上に各補助電極７を成膜する。これにより、一枚の原反上に複数の単位セル部２Ａが形成された単位セル原反１０が得られる。そこで、（ｂ）図の通り、単位セル原反１０を各単位セル部２Ａ毎に切断して単位セル２を製造する。得られた単位セル２を第１，２図のように端部同士を重ね合わせて接続することにより太陽電池１が得られる。
【００２８】
第４図では、単位セル原反１０を個々の単位セル２に分断してから単位セル２を順次に接続しているが、第５図のように、単位セル原反１０から１個の単位セル２を切り出してこれを残余の単位セル原反１０の一端側の単位セル部２Ａに接続し、この工程を繰り返すことにより太陽電池を製造するようにしてもよい。
【００２９】
即ち、第５図（ａ）のように、複数の単位セル部２Ａを有した単位セル原反１０の左端側から１枚の単位セル２を切り離す。この単位セル２の右端側を第５図（ｂ）のように残余の単位セル原反１０の左端側の単位セル部２Ａの集電部７ａの上に重ね合わせ、導電性接着剤で接合する。次に、第５図（ｃ）の通り、この左端側の単位セル部２Ａを単位セル原反１０から切り離す。
【００３０】
これにより、単位セル２が２枚接続された接続体と残余の単位セル原反が得られるので、この接続体の右端側を残余の単位セル原反１０の左端側の単位セル部２Ａの集電部７ａの上に重ね合わせ、導電性接着剤で接合し、次いで単位セル原反１０の左端側の単位セル部２Ａを単位セル原反１０から切り離す。これにより第５図（ｄ）の通り、３枚の単位セル２が接続された接続体と残余の単位セル原反となる。
【００３１】
以下、同様の手順を繰り返すことにより、所要枚数の単位セル２が接続された太陽電池が得られる。
【００３２】
この第５図の方法によれば、可撓性のある単位セルをハンドリングするというような自動化が困難な作業手順を用いることなく、長尺の積層体を両端からテンションをかけることによって容易に位置あわせ等の作業が可能になるという効果が得られる。
【００３３】
上記説明では、単位セル２同士は導電性接着剤で接着されているが、超音波溶着などによって接合されてもよい。
【００３４】
図示は省略するが、補助電極集電部７ａと上部電極５の端縁との間に、集電部と同様の膜よりなる電極を該端縁に沿うように設けてもよい。
【００３５】
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。
【００３６】
［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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。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。
【００４０】
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。
【００４１】
有機半導体層のｐ層、ｉ層、ｎ層各層の厚みに制限はないが、通常３ｎｍ以上、中でも１０ｎｍ以上、また、通常２００ｎｍ以下、中でも１００ｎｍ以下とすることが好ましい。層厚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。
【００４２】
［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。
【００４３】
少なくとも受光面側の上部電極は、発電のために光透過性を有していることが好ましい。但し、電極が透明でなくても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、この際、光の透過率の具体的範囲に制限は無いが、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。
【００４４】
なお、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。
【００４５】
なお、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、例えば、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。この際、導電性インクとしては任意のものを使用することができ、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。
【００４６】
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。
【００４７】
［その他の層］
本発明の太陽電池は、バッファ層など、上記以外の層を備えてもよい。
【００４８】
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】
【００４９】
１  太陽電池
２  単位セル
２Ａ  単位セル部
３  導電性基材
４  有機薄膜起電力層
５  上部電極
７  補助電極
７ａ，７ｃ  集電部
７ｂ  櫛状部
８  開口部
１０  単位セル原反
【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】
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