(57)【要約】本発明は、第１太陽電池サブモジュールと、第１太陽電池サブモジュール上に積層された第２太陽電池サブモジュールとを含む多重接合太陽電池モジュールに関し、第１太陽電池サブモジュールは、第１基板の上にモノリシックに集積された複数の第１太陽電池サブセルを含み、第２太陽電池サブモジュールは、第２基板の上にモノリシックに集積された複数の第２太陽電池サブセルを含み、複数の第１太陽電池サブセルは実質的に同一であり、複数の第２太陽電池サブセルは実質的に同一であり、複数の第１太陽電池サブセルは電気的に直列に接続され、複数の第２太陽電池サブセルは電気的に直列に接続され、第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールとは電気的に並列に接続される。
2011526737.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１太陽電池サブモジュールと、第１太陽電池サブモジュール上に積層された第２太陽電池サブモジュールとを含む多重接合太陽電池モジュールであって、
第１太陽電池サブモジュールは、第１基板の上にモノリシックに集積された複数の第１太陽電池サブセルを含み、第２太陽電池サブモジュールは、第２基板の上にモノリシックに集積された複数の第２太陽電池サブセルを含み、
複数の第１太陽電池サブセルは実質的に同一であり、
複数の第２太陽電池サブセルは実質的に同一であり、
複数の第１太陽電池サブセルは電気的に直列に接続され、
複数の第２太陽電池サブセルは電気的に直列に接続され、
第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールとは電気的に並列に接続された多重接合太陽電池モジュール。
【請求項２】
第１太陽電池サブセルおよび第２太陽電池サブセルは、有機サブセルである請求項１に記載の多重接合太陽電池モジュール。
【請求項３】
複数の第１太陽電池サブセルは、複数の第２太陽電池サブセルとは異なる請求項１または２に記載の多重接合太陽電池モジュール。
【請求項４】
複数の第１太陽電池サブセルは第１活性材料を含み、複数の第２太陽電池サブセルは第１活性材料とは異なる第２活性材料を含む請求項１〜３のいずれかに記載の多重接合太陽電池モジュール。
【請求項５】
複数の第１太陽電池サブセルは、第１活性領域サイズを有し、複数の第２太陽電池サブセルは、第２活性領域サイズを有し、第１活性領域サイズは、実質的に第２活性領域サイズとは異なる請求項１〜４のいずれかに記載の多重接合太陽電池モジュール。
【請求項６】
照射した場合に、第１太陽電池サブモジュールにより形成された第１光電圧は、第２太陽電池サブモジュールにより形成された第２光電圧と実質的に等しい請求項１〜５のいずれかに記載の多重接合太陽電池モジュール。
【請求項７】
第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールとが、それらのデバイス側が互いに向き合う配置で積層された請求項１〜６のいずれかに記載の多重接合太陽電池モジュール。
【請求項８】
多重接合太陽電池モジュールの製造方法であって、
複数の第１太陽電池サブセルを含む第１太陽電池サブモジュールを作製する工程と、
複数の第２太陽電池サブセルを含む第２太陽電池サブモジュールを作製する工程と、
第１太陽電池サブモジュールの上に、第２太陽電池サブモジュールを積層する工程と、を含む方法。
【請求項９】
第１太陽電池サブモジュールを作製する工程は、第１基板の上に、複数の実質的に同一のモノリシックに集積された第１太陽電池サブセルを形成する工程を含み、第２太陽電池サブモジュールを作製する工程は、第２基板の上に、複数の実質的に同一のモノリシックに集積された第２太陽電池サブセルを形成する工程を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
更に、第１太陽電池サブモジュールを、第２太陽電池サブモジュールに電気的に接続する工程を含む請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
更に、多重接合太陽電池モジュールを封止する工程を含む請求項８〜１０のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多重接合太陽電池モジュールおよびそのようなモジュールの製造方法に関する。
【０００２】
特に、本発明は、有機多重接合モジュールのような、薄膜の多重接合太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００３】
一般に有機太陽電池セルの活性層に用いられる有機材料の狭い吸収スペクトルのために、単一接合の太陽電池セルのエネルギー変換効率は、比較的低い。それゆえに、有機太陽電池セルにおいて、一般には、入射光の小さな部分のみが吸収されて、電力に変換される。入射光の残りの部分は吸収されず、それゆえに電力形成には寄与しない。
【０００４】
入射光から電力への変換を改良するために、多くのアプローチが行われ、有機太陽電池セルが、２またはそれ以上の有機太陽電池サブセル（sub-cell）の相互接続により形成される。
【０００５】
２またはそれ以上の有機太陽電池サブセルを交互に積層配置することにより、上部サブセル、即ち光源に最も近いサブセルで吸収されなかった入射光が、更に下部のサブセルに伝達できる。そのような下部サブセルは、一般に上部サブセルとは異なる他に活性層材料を含み、上部サブセルに伝達された入射光の一部を吸収する。そのような構造は、２またはそれ以上のサブセルの、光学的な直列接続に対応する。
【０００６】
サブセルは、電気的に直列または並列に接続されても良く、または直列接続と並列接続の組み合わせが用いられてもよい。
【０００７】
例えば、異なるスペクトル領域で動作する少なくとも２つのサブセルが、交互に積層された有機太陽電池セルのような太陽電池セルの積層は、入射光のスペクトルのより広い部分がうまく吸収され、サブセルの積層により変換されるため、改良された特性を得ることができる。
【０００８】
しかしながら、（積層されたサブセルが電気的に直列に接続される場合に特に関連して）異なるサブセルの短絡電流のマッチングが保証されず、変化する照射条件と同様に、（例えば、サブセル間で部分的に重なった吸収スペクトル、光学的な干渉効果、電気導電性、または温度依存ばらつきのような）相互作用により強く影響される。
【０００９】
同様に、（積層されたサブセルが並列に電気的に接続された場合に、特に関連して）積層されたサブセル開回路電圧が保証されずに、変化する照射条件と同様に、相互作用により強く影響される。
【００１０】
一般に、積層されたセルが最適化されて、標準化された照明条件で操作される。しかしながら、現実の照明条件の下では、スペクトラムのばらつきとセルの部分的な影により、最適化されていない積層された太陽電池セルの特性となる。
【００１１】
更に、同一でないサブセル（即ち、セルの間の電流のミスマッチおよび／または電圧のミスマッチ）の場合、積層されたセルの特性は、積層中の最も弱いサブセルにより大きく規定される（即ち、制限される）。
【本発明の目的】
【００１２】
本発明は、電力を形成する（即ち、光パワーを電気パワーに変換する）ための、従来のデバイスの欠点が存在しない太陽電池多層接合デバイスの供給を目的とする。
【００１３】
本発明の目的は、モジュールの電力出力が、従来の解決に比較して変化する照射条件により影響されない、そしてモジュールの電力出力が、従来の解決に比較して、積層されたサブセルの厳しい電流マッチングおよび／または電圧マッチングにより影響されない多層接合有機太陽電池モジュールを提供することである。
【００１４】
本発明の更なる目的は、そのような多重接合太陽電池モジュールの製造方法を提供することである。
【発明の概要】
【００１５】
本発明は、第１太陽電池サブモジュールと、第１太陽電池サブモジュールの上に積層された第２太陽電池サブモジュールとを含み、第１太陽電池サブモジュールは第１基板上にモノリシックに集積された複数の第１太陽電池サブセルを含み、第２太陽電池サブモジュールは第２基板上にモノリシックに集積された複数の第２太陽電池サブセルを含む、多層接合太陽電池モジュールに関する。
【００１６】
上述の多重接合太陽電池モジュールでは、第１太陽電池サブセルと第２太陽電池サブセルは、有機サブセルである。
【００１７】
上述の多重接合太陽電池モジュールでは、複数の第１太陽電池サブセルは実質的に同一であり、複数の第２太陽電池サブセルは実質的に同一である。
【００１８】
上述の多重接合太陽電池モジュールでは、複数の第１太陽電池サブセルは、複数の第２太陽電池サブセルとは実質的に異なる。
【００１９】
上述の多重接合太陽電池モジュールでは、複数の第１太陽電池サブセルは、第１活性材料を含み、複数の第２太陽電池サブセルは、第１活性材料とは異なる第２活性材料を含む。
【００２０】
上述の多重接合太陽電池モジュールでは、複数の第１太陽電池サブセルは、第１活性面積サイズを有し、複数の第２太陽電池サブセルは、第２活性面積サイズを有し、第１活性面積サイズは実質的に第２活性面積サイズとは異なる。
【００２１】
上述の多重接合太陽電池モジュールでは、照射された場合、第１太陽電池サブモジュールにより形成された第１光電圧は、第２太陽電池サブモジュールにより形成された第２光電圧と実質的に等しい。
【００２２】
上述の多重接合太陽電池モジュールでは、複数の第１太陽電池サブセルは電気的に直列に接続され、複数の第２太陽電池サブセルは電気的に直列に接続される。
【００２３】
上述の多重接合太陽電池モジュールでは、第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールとは電気的に並列に接続されている。
【００２４】
上述の多重接合太陽電池モジュールでは、少なくとも１つの第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールとは、サブモジュール中に集積された電子デバイスを含む。
【００２５】
上述の多重接合太陽電池モジュールでは、第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールは、それらのデバイス側が互いに向かって配置されるように積層される。
【００２６】
多重接合太陽電池モジュールの製造方法は、複数の第１太陽電池サブセルを含む第１太陽電池サブモジュールを形成する工程と、複数の第２太陽電池サブセルを含む第２太陽電池サブモジュールを形成する工程と、第１太陽電池サブモジュールの上に第２太陽電池サブモジュールを積層する工程と、を含む。
【００２７】
上述の方法では、第１太陽電池サブモジュールを形成する工程は、第１基板上に複数の実質的に同一のモノリシックに集積された第１太陽電池サブセルを提供する工程を含み、第２太陽電池サブモジュールを形成する工程は、第２基板上に複数の実質的に同一のモノリシックに集積された第２太陽電池サブセルを提供する工程を含む。
【００２８】
上述の方法では、更に、第１太陽電池サブモジュールを、第２太陽電池サブモジュールに、電気的に接続する工程を含む。
【００２９】
上述の方法では、更に、多重接合太陽電池モジュールを封止する工程を含む。
【００３０】
特に、本発明は、第１太陽電池サブモジュールと、第１太陽電池サブモジュール上に積層された少なくとも第２太陽電池サブモジュールを含み、サブモジュールは、電気的に並列に接続されるとともに、光学的に直列に接続された多重接合太陽電池モジュールに関し、
第１太陽電池サブモジュールは、電気的に直列に接続された複数のＮ個の第１太陽電池セルであって、第１太陽電池セルは（実質的に）同一であり、光学的に並列に接続され、
第２太陽電池サブモジュールは、少なくとも部分的に透明であり、電気的に直列に接続された複数のＭ個の第２太陽電池セルであって、第２太陽電池セルは（実質的に）同一であり、光学的に並列に接続される。
【００３１】
特徴的には、照射された場合、第１太陽電池セルは開回路電圧Ｖｏｃ１を有し、第２太陽電池セルは開回路電圧Ｖｏｃ２を有し、ＮＶｏｃ１は、ＭＶｏｃ２から、１０％より大きくは、好適には５％より大きくは、より好適には２％より大きくは、更に好適には１％より大きくは異ならない。
【００３２】
好適には、第１太陽電池セルと第２太陽電池セルは、有機セルである。
【００３３】
特徴的には、複数の第１太陽電池セルは、（実質的に）複数の第２太陽電池セルとは異なる。
【００３４】
好適には、複数の第１太陽電池セルは第１活性材料を含み、複数の第２太陽電池セルは第１活性材料とは異なる第２活性材料含む。
【００３５】
好適には、第１太陽電池セルのそれぞれは第１活性面積（サイズ）を有し、第２太陽電池セルのそれぞれは第２活性面積（サイズ）を有し、第１活性面積（サイズ）は（実質的に）第２活性面積（サイズ）とは異なる。
【００３６】
特徴的には、第１太陽電池セルは、第１基板上にモノリシックに集積される。第１サブモジュールは、次に、基板側とデバイス側を有する。
【００３７】
特徴的には、第２太陽電池セルは、第２基板上にモノリシックに集積される。第２サブモジュールは、次に基板側とデバイス側を有する。
【００３８】
好適には、第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールは、デバイス側が互いに向かって配置されように積層される。
【００３９】
代わりに、第１および第２の基板は、１つの透明な基板の２つの側でも良い。
【００４０】
特徴的には、多重接合太陽電池モジュールは、更に、第１および第２のサブモジュールと電気的に直列な、追加のサブモジュールを含み、追加のモジュールのそれぞれは、直列に接続された複数のｋｉ追加太陽電池セルを含み、追加の太陽電池セルは（実質的に）同一であり、追加の基板上に提供される。
【００４１】
好適には、照射された場合、追加のサブモジュールのそれぞれは、開回路電圧Ｖｏｃｉを有し（示し）、ｋｉ・ＶｏｃｉはＮ・Ｖｏｃ１から、１０％より大きくは、好適には５％より大きくは、より好適には２％より大きくは、更に好適には１％より大きくは異ならない。
【００４２】
好適には、追加の太陽電池セルは、それぞれの追加の基板の上に、モノリシックに集積される。
【００４３】
多重接合太陽電池モジュールは、３つまでの追加のサブのジュールを含む。
【００４４】
本発明は、また、多重接合太陽電池モジュールの製造方法であって、
複数の（実質的に）同一の第１太陽電池セルを含む第１太陽電池サブモジュールを形成する工程と、
複数の（実質的に）同一の第１太陽電池セルを直列に接続する工程と、
複数の（実質的に）同一の第２太陽電池セルを含む第２太陽電池サブモジュールを形成する工程と、
複数の（実質的に）同一の第２太陽電池セルを直列に接続する工程と、
第１太陽電池サブモジュール上に、第２太陽電池サブモジュールを積層する工程と、
第１と第２の太陽電池サブモジュールを並列に電気的に接続し、これにより太陽電池モジュールを得る工程と、を含む。
【００４５】
好適には、多重接合太陽電池モジュールの製造方法では、複数の第１太陽電池セルは、第１基板上にモノリシックに集積される。
【００４６】
好適には、多重接合太陽電池モジュールの製造方法では、複数の第２太陽電池セルは、第２基板上にモノリシックに集積される。
【００４７】
特徴的には、多重接合太陽電池モジュールの製造方法は、更に、
照射された場合の第１太陽電池セルの開回路電圧を規定する工程と、
照射された場合の第２太陽電池セルの開回路電圧を規定する工程と、
第１サブモジュール中の第１セル太陽電池セルの数Ｎと、第１および第２のサブモジュールの間の電圧のミスマッチを最小にする第２サブモジュール中の第２セル太陽電池セルの数Ｍと、を規定する（および提供する）工程と、を含む。
【００４８】
好適には、多重接合太陽電池モジュールの製造方法は、
サブモジュールの全面積（サイズ）を、サブモジュール中のセル数で割ることにより、サブモジュール中のセルの面積（サイズ）を計算する工程を含む。
【００４９】
好適には、多重接合太陽電池モジュールの製造方法は、更に、多重接合太陽電池モジュールを封止する工程を含む。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１ａ】基板上に、第１電極、活性層、及び第２電極を含む有機太陽電池セルを示す。
【図１ｂ】追加の正孔伝導層と追加の電子伝導層を含む有機太陽電池セルを示す。
【図２】照射された太陽電池セルのＩＶカーブを示し、短絡電流、開回路電圧、および最大電力点を示す。
【図３ａ】電気的に直列接続された２つの太陽電池セルを示す。
【図３ｂ】電気的に並列接続された２つの太陽電池セルを示す。
【図４ａ】電気的に接続された２つの太陽電池セルのＩＶカーブに対する影響であって、電気的に直列接続された２つの同一セルの影響を示す。
【図４ｂ】電気的に接続された２つの太陽電池セルのＩＶカーブに対する影響であって、電気的に直列接続された２つの異なるセルの影響を示す。
【図４ｃ】電気的に接続された２つの太陽電池セルのＩＶカーブに対する影響であって、電気的に並列接続された２つの同一セルの影響を示す。
【図４ｄ】電気的に接続された２つの太陽電池セルのＩＶカーブに対する影響であって、電気的に並列接続された２つの異なるセルの影響を示す。
【図５】サブセルの積層を示す。
【図６】本発明にかかる有機太陽電池サブモジュールを模式的に示す。
【図７】本発明にかかる２つの積層されたサブモジュールを含む有機太陽電池モジュールを模式的に示す。
【発明の詳細な説明】
【００５１】
本発明は、分離して形成され交互に積層された少なくとも２つの（有機）太陽電池サブモジュールを含む、太陽電池モジュール、特に有機太陽電池モジュールについて記載する。（有機）太陽電池サブモジュールは、基板上にモノリシックに集積され、好適には電気的に直列に接続される、複数の実質的に同一の（サブ）セルを含む。
【００５２】
異なる太陽電池サブモジュールは、互いに集積され、即ち、光学的に直列に接続され、電気的に並列に接続される。
【００５３】
それぞれのサブモジュール中の（サブ）セルが実質的に同一であり、これにより実質的に電流がマッチし電圧がマッチすることが、本発明の（有機）太陽電池モジュールの利点である。
【００５４】
異なるサブモジュールの（サブ）セルの間の電流マッチングの必要性が回避できることが、電気的にサブモジュールを並列に接続することの利点である。
【００５５】
異なるサブモジュールの（サブ）セルの面積が異なり、それぞれのサブモジュール中の（サブ）セルの数が独立して選択できることが、分離して作製されたサブモジュールを用いる利点である。
【００５６】
それゆえに、それぞれのサブモジュールの（サブ）セルの数を適当に独立して選択することにより、異なるサブモジュールの出力電圧を実質的に等しくでき、これにより電圧マッチングが得られる。
【００５７】
サブモジュール中のサブセルは同一で直列に接続された場合に、サブモジュールの出力電圧は、サブモジュールの個々のサブセルの出力電圧に、サブモジュールに含まれるセルの数をかけることにより、計算される。
【００５８】
サブモジュールの間の電圧マッチングを得るために、ＤＣ−ＤＥ電圧変換が不要であることが、本発明の優位点である。それゆえに、本発明にかかる多重接合太陽電池サブモジュールは、好適には、個々のサブモジュールに電気的に直列接続されたＤＣ−ＤＣコンバータを含まない。そのようなコンバータの使用は、パワーエレクトロニクスに使用する場合に、デバイスの複雑さを増加させ、コンバータでの電力損失によりデバイスの総効率を下げる。
【００５９】
好適には、本発明にかかる多重接合太陽電池モジュールは、第１太陽電池サブモジュールと、第１太陽電池サブモジュールの上に積層された第２太陽電池サブモジュールとを含み、第１太陽電池サブモジュールは第１基板上にモノリシックに集積された複数の第１太陽電池（サブ）セルを含み、第２太陽電池サブモジュールは第２基板上にモノリシックに集積された複数の第１太陽電池（サブ）セルを含む。第１太陽電池（サブ）セルと第２太陽電池（サブ）セルは、有機（サブ）セルでも良い。
【００６０】
選択的に、多重接合太陽電池モジュールは、２つ以上の太陽電池サブモジュールを含んでも良い。
【００６１】
好適には、複数の第１太陽電池（サブ）セルは、実質的に同一であり、複数の第２太陽電池（サブ）セルは、実質的に同一である。複数の第１太陽電池（サブ）セルは、複数の第２太陽電池（サブ）セルと、実質的に異なっても良い。
【００６２】
好適には、複数の第１太陽電池（サブ）セルは、第１活性材料を含み、複数の第２太陽電池（サブ）セルは、第１活性材料とは異なる第２活性材料を含む。
【００６３】
特徴的には、第１活性材料は、第２活性材料により吸収されない光の、良好な（最適の）吸収（および変換）を提供するように選択される。
【００６４】
複数の第１太陽電池（サブ）セルは、第１活性領域サイズを有し、複数の第２太陽電池（サブ）セルは第２活性領域サイズを有し、第１活性領域サイズは、好適には第２活性領域サイズと実施知的に異なる。
【００６５】
有利には、第１活性領域サイズと第２活性領域サイズは、異なるサブモジュールが実質的に同一出力電圧となるように選択される。
【００６６】
サブモジュール中の（サブ）セルの数が、個々のサブセルの面積でサブモジュールの総面積を割った値と等しくなるように、個々の（サブ）セルの面積は、サブモジュール中のそれらの数を決定する。
【００６７】
好適いは、照射した場合、第１太陽電池サブモジュールで形成された第１光電圧と、第２太陽電池サブモジュールで形成された第２光電圧とは、実質的に等しい。
【００６８】
複数の第１太陽電池（サブ）セルは、好適には電気的に直列接続され、複数の第２太陽電池（サブ）セルは、好適には電気的に直列接続される。第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールとは、好適には電気的に並列接続される。
【００６９】
好適には、第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールとの少なくとも１つは、例えば電力制御デバイス、ダイオード、インバータのような、サブモジュール内に集積された電子デバイスを含む。
【００７０】
有利には、第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールは、それらのデバイス側が互いに向き合うように、または第１太陽電池サブモジュールの基板側が第２太陽電池サブモジュールのデバイス側に向くか、またはその逆になるように、積層される。
【００７１】
本発明は、更に、例えば多重接合有機太陽電池モジュールのような多重接合太陽電池モジュールの製造方法を提供し、この方法は、複数の第１太陽電池（サブ）セルを含む第１太陽電池サブモジュールを作製する工程と、複数の第２太陽電池（サブ）セルを含む第２太陽電池サブモジュールを作製する工程と、第１太陽電池サブモジュールの上に第１太陽電池サブモジュールを積層する工程と、を含む。
【００７２】
好適には、複数の第１太陽電池（サブ）セルは、電気的に直列接続され、複数の第２太陽電池（サブ）セルは、電気的に直列接続される。
【００７３】
有利には、第１太陽電池サブモジュールを作製する工程は、第１基板上に、複数の実質的に同一のモノリシックに集積された第１太陽電池（サブ）セルを提供する工程を含み、第２太陽電池サブモジュールを作製する工程は、第２基板上に、複数の実質的に同一のモノリシックに集積された第２太陽電池（サブ）セルを提供する工程を含む。
【００７４】
好適には、複数の第１太陽電池（サブ）セルは、複数の第２太陽電池（サブ）セルとは実質的に異なる。
【００７５】
好適には、この方法は、更に、第１太陽電池サブモジュールを、第２太陽電池サブモジュールに、例えばサブモジュールを並列接続するように、電気的に接続する工程を含む。
【００７６】
有利には、多重接合太陽電池モジュールは、例えばモジュールを外部負荷に接続するように、封入されて電気的に接続される。
【００７７】
以下の詳細な説明では、多くの特定の詳細が、本発明の全体の理解ために、そして特定の具体例でそれがどうのように実施されるかが示される。しかしながら、本発明は、それらの特定の詳細を有することなく実施できることが理解される。他の例では、本発明を不明確にしないために、公知の方法、手順、および技術は詳細には示さない。本発明は、特定の具体例について所定の図面を参照しながら記載されるが、参照はこれらに限定されない。
【００７８】
ここに含められ、記載された図面は模式的であり、本発明の範囲を限定するものではない。図面において、表示目的のために、幾つかの要素の大きさは誇張され、それゆえに縮尺通りではない。
【００７９】
更に、本説明中の上、下、上に、下に等の用語は、記載目的で使用され、必ずしも相対的な位置を記載するものではない。そのように使用される用語は、所定の状況下で入れ替え可能であること、およびここに記載された本発明の具体例は、ここに記載され示されたものと異なる方向で動作可能であることが理解される。
【００８０】
本発明の文脈では、太陽電池サブセルまたは太陽電池セルの、または太陽電池サブモジュールまたは太陽電池モジュールの、表面は、光源に向かって取り付けられ、照射を受ける面または側である。
【００８１】
太陽電池サブセル、太陽電池セル、太陽電池サブモジュール、または太陽電池モジュールの裏面または裏側は、表面または表側と対向する面または側である。
【００８２】
本発明では、太陽電池（サブ）セルが、有機活性材料を含むことが好ましい。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば薄膜材料のような他の活性層材料を含む太陽電池（サブ）セルにも使用できる。
【００８３】
本発明は、多重接合（有機）太陽電池モジュールおよびそのようなモジュールを製造する方法に関する。
【００８４】
好適には、多重接合太陽電池モジュールは、多重接合有機太陽電池モジュールである。
【００８５】
本発明では、それぞれが複数の実質的に同一の（有機）太陽電池（サブ）セルを基板上に含む、少なくとも２つの、分離して形成された（有機）太陽電池サブモジュールが、互いに積層され（即ち、光学的に直列接続され）、互いに電気的に接続される。
【００８６】
サブモジュールは、好適には電気的に並列接続される。
【００８７】
それぞれの太陽電池サブモジュール中の太陽電池（サブ）セルは、好適には電気的に直列接続される。
【００８８】
（サブ）セルは、一重接合または多重接合の（有機）太陽電池セルでも良い。
【００８９】
複数の実質的に同一の（有機）太陽電池（サブ）セルを含むそれぞれの太陽電池サブモジュールは、それぞれのサブモジュール中で、複数の（サブ）セルが実質的に同一であることを意味する。
【００９０】
しかしながら、異なる（有機）太陽電池サブモジュールの間では、好適には（サブ）セルは実質的に異なる。
【００９１】
下部サブモジュール、即ち太陽電池モジュールの裏面に最も近く設けられたサブモジュールは、少なくとも１つの透明電極を有する太陽電池（サブ）セルを含む。更に、サブモジュールの表面に最も近いこの下部サブモジュールの少なくとも電極は、透明電極である。
【００９２】
好適には、他のサブモジュールは、透明基板上に形成され、２つの透明電極を有する太陽電池（サブ）セルを含み、透明サブモジュールを形成する。
【００９３】
透明サブモジュールは、先のサブモジュールで吸収されない入射光の（実質的に）一部を、更に次の（下にある）サブモジュール中で電気的に変換するために、層を通って通過させる。
【００９４】
ダイオードや整流器のような他の素子（デバイス）は、本発明の太陽電池モジュール中に集積しても良い。
【００９５】
インバータは、有利には、出力ＤＣ電流を標準ＡＣ電流に変換するために、本発明の太陽電池モジュール中に集積されても良い。
【００９６】
本発明の（有機）太陽電池モジュールの利点は、それぞれのサブモジュール中の（サブ）セルが実質的に同一であり、これにより実質的に電流マッチおよび電圧マッチとなることである。
【００９７】
異なるサブモジュールの（サブ）セルの間の電流マッチングの必要が無くなることが、サブモジュールを電気的に並列接続する利点である。
【００９８】
それぞれのサブモジュール中の（サブ）セルの数が独立して選択できるような、異なるサブモジュールの（サブ）セルの面積が異なることは、分離して作製されたサブモジュールを使用する利点である。
【００９９】
有利には、それぞれのサブモジュールの（サブ）セルの数を、適当に独立して選択することにより、異なるサブモジュールの出力電圧が実質的に等しくでき、これにより電圧マッチングが容易に得られる。
【０１００】
好適には、（有機）太陽電池サブモジュールは、基板上に形成された、複数の（有機）太陽電池（サブ）セルを含む。
【０１０１】
更なる記載では、（サブ）セルが形成される基板の側が、サブモジュールの「デバイス側」として表示され、基板の反対側がサブモジュールの「基板側」と呼ばれる。
【０１０２】
本発明にかかる多重接合（有機）太陽電池モジュールを形成するために基板モジュールを交互に積層する場合、続くサブモジュールは、その基板側が互いに向き合うように、デバイス側が互いに向き合うように、または一のサブモジュールのデバイス側が続くサブモジュールの基板側に向き合うようにまたはその逆に、積層できる。
【０１０３】
本発明は、更に、２つのサブモジュールを含む（有機）多重接合太陽電池モジュールのために記載される。しかしながら、本発明は、これに限定されるものではなく、２より覆いサブモジュールを含む（有機）多重接合太陽電池モジュールにも適用できる。
【０１０４】
本発明は、更に、（例えば図７に示すように）２つのサブモジュールが、そのデバイス側が互いに向き合うように積層される場合について記載する。
【０１０５】
好適には、それぞれのサブモジュール中の（有機）太陽電池の（サブ）セルは、電気的に直列接続され、２つのサブモジュールは電気的に並列接続される。
【０１０６】
本発明にかかる（有機）多重接合太陽電池モジュールは、第１（有機）太陽電池サブモジュールと第２（有機）太陽電池サブモジュールとを含み、第１（有機）太陽電池サブモジュールは、モジュールの裏面に最も近く配置されるように取り付けられ、第２（有機）太陽電池サブモジュールは、モジュールの表面に最も近く配置されるように取り付けられる。
【０１０７】
好適には、第１（有機）太陽電池サブモジュールは、モノリシックに互いに直列に相互接続され、例えば太陽スペクトルのような入射光スペクトルの第１の決められた部分を吸収するために取り付けられる、複数の、例えばアレイのような、第１（有機）太陽電池（サブ）セルまたは太陽電池サブセルスタックを含む。
【０１０８】
第１サブモジュールの（有機）太陽電池セルは、第１活性領域サイズを有する。それは、少なくとも１つの透明電極を有する。特に、少なくとも表側電極、即ち表面側に最も近い電極は透明である。
【０１０９】
第１サブモジュールの（有機）太陽電池セルは、透明基板上または不透明基板上に形成されても良い。第１（有機）太陽電池サブモジュールは、整流デバイスや切替デバイスのような他の素子を含んでも良い。
【０１１０】
第２（有機）太陽電池サブモジュールは、複数の、例えばアレイのような、第２（有機）太陽電池（サブ）セルまたは太陽電池サブセルスタックを含み、好適にはモノリシックに互いに直列に相互接続され、太陽スペクトルの第２の決められた部分を吸収するために取り付けられる、太陽スペクトルの第２の決められた部分は太陽スペクトルの第１の決められた部分とは異なる。
【０１１１】
第２サブモジュールの（有機）太陽電池セルは、好適には第１活性領域サイズとは異なる第２活性領域サイズを有する。それは、２つの透明電極を有し、透明基板の上に形成される。
【０１１２】
第２（有機）太陽電池サブモジュール中は、例えば整流デバイスや切替デバイスのような他の素子を含んでも良い。
【０１１３】
本発明にかかる太陽電池モジュールの製造は、第１基板上に、複数の第１（有機）太陽電池（サブ）セルを含む第１（有機）サブモジュールを作製する工程と、光学的に透明な第２基板上に、複数の第２（有機）太陽電池（サブ）セルを含む第２（有機）サブモジュールを作製する工程と、第１（有機）サブモジュールの上に第２（有機）サブモジュールを機械的に積層する工程と、第１（有機）サブモジュールを第２（有機）サブモジュールに電気的に相互接続する工程と、を含む。
【０１１４】
（有機）太陽電池サブモジュールは、少なくとも１つの（有機）太陽電池サブセルを含み、好適には、基板上に複数の（有機）太陽電池（サブ）セルを含む。
【０１１５】
好適な具体例では、図１（ａ）に示すように、有機太陽電池サブセル２０は、一般には基板１０の上の第１電極１１と、第１電極１１と隣り合う活性層１３と、活性層１３と隣り合い、第１電極１１に比べて活性層と反対側にある第２電極１２を含む。
【０１１６】
基板１０は、例えばガラスやＰＥＴやＰＥＮのような重合体の箔のような光学的に透明な材料は含む。基板１０は可撓性のある基板でも良い。
【０１１７】
本発明の有機太陽電池モジュールの裏面の最も近くに配置された、第１太陽電池サブモジュールとして、例えばセラミック基板や非導電性表面を有する金属箔のような、非透明基板１０を用いても良い。これは、本発明にかかる有機太陽電池モジュールを形成するために太陽電池サブモジュールを積層した後に、第１有機太陽電池サブモジュールが、その基板側がモジュールの裏面に最も近いように配置され、そのデバイス側がモジュールの表側に最も近いように配置される場合である。
【０１１８】
第１電極１１と第２電極１２は、選択的に、例えばＴｉＯｘ、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＺｎＯ、ＡＺＯ（アルミニウムドープＺｎＯ）、ＦＴＯ（フッ素ドープスズ酸化物）のような光学的に透明な導電層、または例えばＡｕ、Ａｇ、またはＣｕを含む層や例えばＭｇ：Ａｇのような金属化合物層のような薄い金属層を含んでも良い。第１電極１１と第２電極１２は、例えばＰＥＤＯＴ（poly(3,4-ethylenedioxythiophene)）またはＰＡＮＩ（Polyaniline）のような導電性ポリマーを含んでも良い。それらの導電性ポリマーは、導電性を増加させるためにドープされても良く、例えば、それらはアニオン、金属ナノ粒子、ナノチューブ、または当業者に知られた他の適当な材料を用いてドープされても良い。
【０１１９】
更に、例えば金属グリッド（例えばＣｕまたはＡｇを含む）のような電気的な導電性グリッドが、第１電極１１および／または第２電極１２と隣り合って形成され、光学的な透明性の大きな損失無しに導電性を更に大きくできる。
【０１２０】
第１電極１１および第２電極１２の材料は、例えば真空中での熱蒸発、スパッタ、化学気相堆積、または例えばスピンコート、ドクターブレード、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、スロットダイコーティング、スプレイコーティング等のプロセスで用いられるような、適当な量の適当な溶液中に堆積される材料が溶かされた溶液処理のような、様々な技術の手段により、基板上に例えば堆積されて形成される。
【０１２１】
本発明の有機太陽電池モジュールの裏側に配置される第１太陽電池サブモジュールの（サブ）セルは、例えばＢａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ａｇ、またはＣｕ、または２またはそれ以上の金属を含む金属合金のような光学的に不透明な第１電極１１を含んでも良い。これは、本発明にかかる有機太陽電池モジュールを形成するために太陽電池サブモジュールを積層した後に、第１有機太陽電池サブモジュールが、その基板側がモジュールの裏面に最も近いように配置され、そのデバイス側がモジュールの表側に最も近いように配置される場合である。
【０１２２】
有機太陽電池サブセル２０の活性層１３は、少なくとも１つの光吸収層を含み、光吸収は、電荷を発生させる。
【０１２３】
活性層１３は、それらの光吸収、電荷発生層が電荷再結合層によって互いに分離される場合に、１より多くの光吸収、電荷発生層を含んでも良い。
【０１２４】
活性層１３は、入射光を吸収し、電荷の発生や隣接する電極１１、１２への電荷の輸送に適した材料を含む。それは、単層または異なる有機共役材料の２つの隣接する層を含む。異なる材料の２つの層が使用された場合、２つの材料の界面近傍で、それらの２つの材料の意図的なまたは意図しない混合がある。
【０１２５】
活性像１３は、単層中の２またはそれ以上の異なる有機共役材料の混合を含む。活性層１３は、また、金属または半導体非共役材料と、有機共役材料との混合を含む。
【０１２６】
有機共役材料は、ポリフェニレン（polyphenylene）、ポリフェニレンビニレン（polyphenylenvinylene）、ポリチオフェン（polythiophene）、ポリフロレン（polyfluorene）、およびそれらの派生物のようなポリマー、または低分子重量分子（low molecular weight molecular）例えばペンタセン（pentacene）、ペリレン（perylene）、アントラセン（anthracene）、ナフタレン（naphthalene）、フタロシアニン（phthalocyanine）、およびそれらの派生物、または例えばＣ６０、Ｃ７０およｂにそれらの派生物のようなフラーレン（fullerene）、または例えばＳＷＣＮＴ（Single Walled Carbon Nanotubes）、ＮＷＣＮＴ（Multi Walled Carbon Nanotubes）およびそれらの派生物のような材料を含んでも良い。
【０１２７】
活性層１３の材料は、例えば窒素やアルゴンのような追加の不活性キャリアガスが結局導入されて電極上に効果的に材料を導く、例えば真空中での熱蒸発のような様々な技術の手段により堆積されても良い。
【０１２８】
活性層１３の材料を供給する代わりの方法は、ＯＶＰＤ（有機気相堆積）である。活性層１３の材料は、例えばスピンコート、ドクターブレード、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、スロットダイコーティング、スプレイコーティング等のプロセスで用いられる、適当な量の適当な溶液中に堆積される材料が溶かされた溶液処理のような、様々な技術の手段により、堆積されてもよい。
【０１２９】
図１（ｂ）は、図１（ａ）に示す構造と比較して、２つの追加の層１４、１５が存在する有機太陽電池サブセルの構造を示す。それらの追加の層１４、１５は、選択的であり、即ち、それらは太陽電池サブセル中に有っても無くても良く、それらの層の一方がサブセル中に形成されて他方が形成されなくても良い。
【０１３０】
基板１０と第１電極１１は、図（ａ）に示される対応する層と同じである。層１４は、正孔伝導層（ＨＴＬ）として働き、活性層１３中で発生した正電荷の第１電極１１による収集を容易にする。層１５は、電子伝導層（ＥＴＬ）として働き、活性層１３中で発生した負電荷の第２電極１２による収集を容易にする。
【０１３１】
２つの追加の層１４、１５の材料の選択は、所定の構造で光学的な透明性の必要性により決定される。また、層１４、１５の価電子帯、導電帯、ＨＯＭＯ（最高被占分子軌道）およびＬＵＭＯ（最低被占分子軌道）のようなエネルギーレベルの値は、活性層１３または電極１１、１２中の材料のエネルギーレベルに対応する。更に、層１４、１５の材料の選択基準は、正または負の電荷キャリアのための電気的な伝導性である。層１４、１５のための材料の適当な選択は、当業者により行われる。
【０１３２】
正孔伝導層１４は、例えばポリアニリン（polyaniline）、ポリチオフェン（polythiophene）、またはポリフェニレン（polyphenylene）、およびそれらの派生物のような共役材料を含む。正孔伝導層は、また、カーボンナノチューブおよびそれらの派生物のような他の材料が分散した共役材料を含む。正孔伝導層は、例えば、ペリレン（perylene）、ナフタレン（naphthalene）、およびそれらの派生物、またはＺｎＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、ＩＴＯのような低分子量分子を含んでも良い。
【０１３３】
電子伝導層１５は、例えばＣ６０、Ｃ７０、およびそれらの派生物のようなフラーレン、またはＳＷＣＮＴ、ＮＷＣＮＴおよびそれらの派生物のようなナノチューブを含んでも良い。電子伝導層は、また、例えばＢＣＰ、Ａｌｑ３、ＴＰＤのような低分子量分子、またはＺｎＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯ、ＩＴＯのような材料を含んでも良い。
【０１３４】
正孔伝導層１４および電子伝導層１５は、例えば真空中での熱蒸発、化学気相堆積、または例えばスピンコート、ドクターブレード、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、フレキソ印刷、スロットダイコーティング、スプレイコーティング等のプロセスで用いられるような、適当な量の適当な溶液中に堆積される材料が溶かされた溶液処理のような、様々な技術の手段により堆積される。
【０１３５】
太陽電池セルまたはサブセルの性能を規定する基本パラメータは、電流電圧（ＩＶ）のグラフから引き出せる。これは、外部の電流が、外部に与えられた電圧の関数として測定される測定の結果である。照射された太陽電池の一般的なＩＶ特性を図２に示す。照射の結果、電荷キャリアが形成されて、ＩＶカーブは第４象限を通り、電力Ｐ＝Ｉ・Ｖがデバイスから引き出されることがわかる。この電力出力がその最大値となる点（Ｖｍｐ、Ｉｍｐ）は、最大電力点Ｐｍｐと呼ばれ、以下のように与えられる。
【０１３６】
2011526737.tif 000003
【０１３７】
この積は、図２に示されるより小さな矩形の面積に対応する。短絡電流Ｉｓｃは、外部電圧が与えられない（Ｖ＝０Ｖ）場合に、照射されたデバイスを通って流れる電流である。実際に測定された短絡電流は、太陽電池デバイスの活性面積に依存し、短絡電流密度Ｊｓｃを使用することがしばしばより一般的である。これは、測定された短絡電流を、太陽電池セルの活性面積Ａで割った結果である。開回路電圧Ｖｏｃは、照射されたデバイス中を外部電流が流れない場合（Ｉ＝０Ａ）の、外部バイアスの値である。
【０１３８】
最大電力点の座標と類似して、ＩｓｃおよびＶｓｃは、図２に示された第２の矩形を決定する。この図面から、ＩＶカーブはより矩形形状になった場合、２つの矩形の面積の違いがより小さくなることが分かる。２つの矩形の面積比は、それゆえにＩＶ特性の形状の質の測定と見なせる。これは、以下に示すような、曲線因子（ＦＦ）と呼ばれる
【０１３９】
2011526737.tif 000004
【０１４０】
ＩｓｃとＶｏｃの積は、外部負荷に伝えられる全電力の理論的な上限と考えられる。曲線因子ＦＦは、それゆえに、引き出された実際の最大電力の、この理論的な上限に対する比と考えられる。更に、エネルギー変換効率に関するそれらのパラメータηｅは以下の通りである。
【０１４１】
2011526737.tif 000005
【０１４２】
これは、太陽電池セルの活性面積上への光の入射の全電力Ｐｉｎのどれ位が、電力Ｐｍｐに変換されたかを示す。
【０１４３】
図３（ａ）は、基板１０の上に、互いに並んだ２つの有機太陽電池セル２１、２２を示す。第１有機太陽電池セル２１の電極１１１、１２１と、第２有機太陽電池セル２２の電極１１２、１２２は、セルの活性層１３１、１３２の面積より大きな面積を有する。これは、例えば配線による電気的接続を実現できるようにし、これにより、互いにまたは外部負荷８０とともに、セル２１、２２を電気的に接続する。図３（ａ）に示すように、セル２１、２２を並べて配置することにより、これらは、太陽電池セル上への光の入射に対して、光学的に並列に配置される。個々の基板上に作製される太陽電池セルが、セルが光学的に並列となるような構成に配置できることは明らかである。
【０１４４】
図３（ａ）は、第１太陽電池セル２１の第２電極１２１と、第２太陽電池セル２２の第１電極１１２との間の電気配線、および第２太陽電池セル２２の第２電極１２２と、第１太陽電池セル２１の第１電極１１１との間の電気配線を示す。この配線は、第１太陽電池セル２１と第２太陽電池セル２２の電気的な直列接続に対応する。
【０１４５】
２つの実質的に同一の太陽電池セルが電気的に直列接続された場合、短絡条件において、外部に引き出された電流が、単体セルの光発生電流と等しくなる。一方、開回路条件では、開回路電圧が、２つの分離した太陽電池セルの開回路電圧の和となる。それゆえに、２つの実質的に同一の太陽電池セルの直列接続は、図４（ａ）に示すようなＩＶ特性となる。直列接続された２つのセルにより発生する最大電力は、それぞれ発生した電力の和と実質的に等しくなり、出力電圧は２倍となる。
【０１４６】
同一でない直列接続された太陽電池セルのために、即ち例えば異なる短絡電流を有する太陽電池セルを直列接続するために、状況は更に複雑になる。電流がミスマッチするそのような場合、最も弱いセル、即ち最も小さい短絡電流を形成するセルは、全体の性能を強く制限する。全体の開回路電圧が電流のミスマッチングに大きく影響される一方で、この場合の全体の電流は、完全に弱いセルによって決定される。
【０１４７】
もし、個々のセルのＩＶ特性が知られている場合、直列に配線されたセルのカーブは予測できる。図４（ｂ）に示すように、それぞれの電流に対して、個々のセルの異なった電圧が加えられる。明らかに、２つのミスマッチのセルにより発生した全電力は、個々のセルにより生じた電力の和より、実質的に小さくなる。それゆえに、太陽電池セルの直列接続は、実質的に等しい短絡電流を有するセルに対してのみ有利である。
【０１４８】
図３（ｂ）は、単体の基板１０の上に互いに並ぶ２つの有機太陽電池セル２３、２４を示す。第１有機太陽電池セル２３の電極１１３、１２３と、第２有機太陽電池セル２４の電極１１４、１２４は、それらの活性層１３３、１３４の面積より広い面積を有する。これは、例えば配線による電気的な接続を実現できるようにし、それゆえに、互いに、または外部負荷８０とともに、セルを電気的に接続する。
【０１４９】
図３（ｂ）に示すように、互いに並ぶようにセルを配置することにより、これらは電気的に並列に配置される。個々の基板上に作製される太陽電池セルが、セルが光学的に並列となるような構成に配置できることは明らかである。
【０１５０】
第１有機太陽電池セル２３の第１電極１１３と、第２有機太陽電池セル２４の第１電極１１４との間の電気的接続、および第１有機太陽電池セル２３の第２電極１２３と、第２有機太陽電池セル２４の第２電極１２４との間の電気的接続が、図３（ｂ）に示され、第１太陽電池セル２３と第２太陽電池セル２４の電気的な並列接続に対応する。
【０１５１】
２つの実質的に同一の太陽電池セルが電気的に並列接続される場合、全開回路電圧は、実質的に単体セルの開回路電圧に等しい。短絡条件で、外部に引き出された電流は、２つの個々のセル２３、２４の光発生電流の和と実質的に等しい。それゆえに、２つの同一の太陽電池セルの並列接続は、図４（ｃ）に示すようなＩＶ特性となる。この場合、並列接続された２つの実質的に同一のセルにより生成される最大電力は、ここに発生した電力の和に実質的に等しく、出力電流は２倍になる。
【０１５２】
また、同一でない太陽電池セルについては、状況はより複雑である。２つの同一でない太陽電池セルの並列接続のＩＶ特性は、それぞれの電圧における個々のセルの電流の和により求められる。同一でない太陽電池セルの結果を図４（ｄ）に示す。これは同一でないセルの並列接続は、最も低い出力電圧を生じるセルにより制限されることを示す。それゆえに、太陽電池セルの並列接続は、実質的に等しい開回路電圧を有するセルに対してのみ興味深い。
【０１５３】
ここから、電気的に接続されたセルの電流ミスマッチおよび／または電圧ミスマッチは、そのような接続されたセルを含むシステムの全体性能に対して有害な影響を有することは明らかである。
【０１５４】
それにもかかわらず、有機太陽電池セルの分野では、入射光から電力への変換を改良するために、太陽電池セルを互いに接続した後に、様々なアプローチが行われてきた。この主な理由は、活性層で一般に使用される有機材料の狭い吸収スペクトルである。この理由のために、有機太陽電池セルでは、一般に、入射光の小さな部分のみが吸収され、電力に変換される。入射光の残りは変換されず、失われる。
【０１５５】
多くの有機太陽電池（サブ）セルを互いに積層することにより、第１サブセルで吸収されなかった入射光の一部が、更に活性層中に他の材料を含む次にサブセルを通り、第１サブセルを透過した入射光の一部を吸収することができる。
【０１５６】
これは、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、２またはそれ以上のサブセル２５、２６が光学的に直列に配置されることを意味する。図５（ａ）は、１つの基板１０の上の２つの太陽電池サブセル２５、２６の積層を示し、サブセルは、互いに直列または並列に電気的に接続されている。サブセル１５は基板１０の上に形成され、第１電極１１１、活性層１３１、および第２電極１２１を含む。層４０は、次のサブセル２６の積層を容易にするために形成される任意の層である。層４０は、光学的に透明であり、電気的に絶縁性である。それは、例えばポリフルオロエチレン（polyfluoroethylene）のような材料を含んでも良い。それは、また電気的に伝導性であり、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、またはＴｉＯｘ、ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＡＺＯ、ＦＴＯのような材料を含んでも良い。サブセル２６は、第１電極１１２、活性層１３２、および第２電極１２２を含む。図５（ｂ）は、分離された基板１０１、１０２の上に形成された２つの有機太陽電池サブセル２５、２６の積層を示し、サブセルは互いに直列または並列に電気的に接続されている。
【０１５７】
図５（ａ）および図５（ｂ）に描かれたコンセプトは、単体の有機太陽電池セルに比較してエネルギー変換効率が全体に改良された従来技術の構成に対応する。なぜならば、入射光のより広い部分のスペクトルが、積層された有機太陽電池セルにより、即ち光学的に直列されたサブセルにより、うまく吸収されるからである。しかしながら、異なるサブセルの短絡電流のマッチング（これは特に、積層されたサブセルが電気的に直列接続の場合に意味がある）が保証されず、照射条件の変化とともに、相互の反応により強く影響される。同様に、積層されたサブセルの開回路電圧のマッチング（これは特に、積層されたサブセルが電気的に並列接続の場合に意味がある）が保証されず、照射条件の変化とともに、相互の反応により強く影響される。
【０１５８】
そのような従来のセルでは、サブセルは実質的に整列し、セル中の全てのサブセルは実質的に同じ面積を有する。変化する照射条件、およびサブセルの間で部分的に重なる吸収スペクトルや温度効果のような相互作用を考えると、常に同じ短絡電流を有するサブセルを設計することは困難であり、サブセルの直列接続は最良ではないと見なされる。他方、光スペクトルの異なる部分で吸収が最適化され、このため異なる材料を含むサブセルでは、これらは常に異なる開回路電圧を生じ、サブセルの直列接続は最良ではないと見なされる。
【０１５９】
これらの問題を解決するために、本発明では、（太陽電池サブセルの積層に対向して）少なくとも２つの（有機）太陽電池サブモジュールの積層により形成された（有機）太陽電池モジュールが提供され、太陽電池（サブ）セルの、開回路電圧のミスマッチングおよび／または短絡電流のミスマッチングに関する従来技術の問題が解決される。
【０１６０】
第１（有機）太陽電池サブモジュールは、第１基板上に互いに並んで配置された、複数の実質的に同一の第１（有機）太陽電池（サブ）セルを含み、複数の第１（有機）太陽電池（サブ）セルは直列に接続される。この方補では、（サブ）セルの直列接続により、実質的に同一の第１（有機）太陽電池（サブ）セルの開回路電圧を、第１開回路電圧に加えることになる。
【０１６１】
更に、実質的に同一の（サブ）セルが形成されるため、第１（有機）太陽電池（サブ）セルのための短絡電流のマッチングは、良好（最適）である。
【０１６２】
全ての第１（有機）太陽電池（サブ）セルが実質的に同一の場合、これらはすべて（照射条件下で）同一の開回路電圧Ｖｃｏ１により特徴づけられる。第１サブモジュール中の第１（有機）太陽電池（サブ）セルが直列接続された場合、それらの電圧は合計される。第１サブモジュールが、Ｎ個の同一の第１（有機）太陽電池（サブ）セルを含む場合、開回路電圧はＮ・Ｖｃｏ１となる。
【０１６３】
第２（有機）太陽電池サブモジュールは、第２基板上に互いに並んで配置された、直列接続された複数の第２（有機）太陽電池（サブ）セルを含む。
【０１６４】
複数の第２（有機）太陽電池（サブ）セルは、実質的に互いに同一であるが、例えば、材料や寸法を選択することにより、第１基板上の第１（サブ）セルとは異なっても良い。
【０１６５】
実質的に同一の第２（有機）セルが形成されるため、第２基板上の第２（有機）太陽電池（サブ）セルの短絡電流のマッチングは良好（最適）である。
【０１６６】
更に、第２（有機）太陽電池（サブ）セルの活性領域の寸法を適合させることにより、第２基板上の第２（有機）太陽電池（サブ）セルの数が、直列接続された第２（有機）太陽電池（サブ）セルの開回路電圧の和から得られる第２開回路電圧が、第１基板上の第１（有機）太陽電池セルの直列接続の第１開回路電圧とマッチするように、選択されても良い。
【０１６７】
第２開回路電圧は、直列接続された第２（サブ）セルの数により主に決定され、大方の場合、入射光のスペクトルには依存しない。
【０１６８】
全ての第２（有機）太陽電池（サブ）セルが同一の場合、それらは、（照射条件の下で）同じ開回路電圧Ｖｃｏ２により特徴づけられる。
【０１６９】
第２サブモジュール中の第２（有機）太陽電池（サブ）セルは直列接続され、それらの電圧は加算される。第２モジュールが、Ｍ個の同一の第２（有機）太陽電池（サブ）セルを含む場合、開回路電圧はＭ・Ｖｃｏ２となる。
【０１７０】
それゆえに、それぞれのサブモジュール中に、必要な数の同一の（サブ）セルを形成することにより、電圧マッチングが得られ、即ち、（２つのサブモジュールに対して）ＮおよびＭのそれぞれは：Ｎ・Ｖｃｏ１＝Ｍ・Ｖｃｏ２となる。
【０１７１】
通常、Ｖｃｏ１とＶｃｏ２は実数であり、ＮとＭは整数であり、完全な品質の達成は困難であるが、１０％より小さな差は、既に満足な結果を与えている。好適には、サブモジュールの間の電圧マッチングは、５％より上で、より好適には２％より上で、更に好適には１％より上である。
【０１７２】
（有機）太陽電池サブモジュールは、更に、同じ基板上に、例えばパワーダイオードやインバータのような電子デバイスを含み、例えば太陽電池サブモジュールにより形成された電力の収集を最適化する。
【０１７３】
例えば、パワーダイオードは、太陽電池（サブ）セルに逆流する電流を、外部負荷に流す代わりに、防止できる。太陽電池（サブ）モジュールからの直流を交流に変換するために、インバータが、例えば設けられ、これが、例えば外部の電子デバイスのような負荷に電力を供給するためにより適している。
【０１７４】
第２基板上に第２（有機）太陽電池（サブ）セルを電気的に直列接続することにより実現される第２（有機）太陽電池サブモジュールが、第１基板上に第１（有機）太陽電池（サブ）セルを電気的に直列接続することにより実現される第１（有機）太陽電池サブモジュールの上に、例えば積層するように積み重ねることができる。
【０１７５】
第１サブモジュールの第１開回路電圧と、第２サブモジュールの第２開回路電圧とが実質的にマッチするため、電圧マッチングの問題に患わされることなく、第１太陽電池サブモジュールが、第２太陽電池サブモジュールに、有利に電気的に並列接続できる。
【０１７６】
（有機）太陽電池サブモジュールを積層する前に、それらは、例えば酸化物、窒化物、ポリフルオロエチレンまたはパリレン、または均等材料を含む絶縁性で光学的に透明な層により被覆されるのが好ましい。
【０１７７】
それらの結果の層は、更に、エラストマーや熱可塑性物質のような、光学的に透明な接着層により覆われても良い、サブモジュールの積層は、第１および第２の（有機）太陽電池サブモジュールを互いに重ねて配置し、接着層により互いに物理的に接着する工程を含む。
【０１７８】
第１（有機）太陽電池サブモジュール中の第１（有機）太陽電池（サブ）セルの活性層の材料および膜厚は、好適には、第２（有機）太陽電池サブモジュールの（有機）（サブ）セルにより吸収されない光の光学的吸収が最適化するように選択される。もし、第３（有機）太陽電池サブモジュールが積層中に含まれる場合、第１（有機）太陽電池サブモジュール中の（有機）太陽電池（サブ）セルの材料は、好適には、第２および第３の（有機）太陽電池サブモジュールの（有機）太陽電池セルにより吸収されない光の光学的吸収が最適化するように選択され、第２（有機）太陽電池サブモジュール中の（有機）太陽電池セルの材料は、好適には、第３の（有機）太陽電池サブモジュールの（有機）太陽電池セルにより吸収されない光の光学的吸収が最適化するように選択される。
【０１７９】
図７は、本発明にかかる２つのサブモジュールを含む有機太陽電池モジュールを模式的に示す。図６において、第１有機太陽電池サブモジュールの例が示される。基板１０３の上に、第１電極１１５、第２電極１２５、および活性層１３５を含む複数の第１有機太陽電池（サブ）セルが、互いに並んで形成される。層１１５、１２５、１３５は、有機太陽電池サブセルの第２電極１２５が、隣り合う有機太陽電池サブセルの第１電極１１５と直接電気的に接触するような方法で形成される。この方法では、有機太陽電池サブセルの直列接続が実現される。
【０１８０】
更に、有機太陽電池サブモジュールは、例えばＡｇ、Ａｕ、Ａｌ、またはＣｕのような金属を含む電気的伝導層３１を含み、第１有機太陽電池サブセルにより生じた電流の外部での収集を可能にする。第１の電気的伝導層３１は、第１太陽電池サブセルの第１電極１１５に接続され、第２の電気的伝導層３１は、第１太陽電池サブセルの第２電極１２５に接続されても良い。電流の収集を制御するために、電子デバイス７１が形成され、電気的伝導層３１に電気的に接続される。電子デバイス７１は、例えばパワーダイオードやインバータを含む。例えば。パワーダイオードは、外部負荷に流す代わりに、電流が太陽電池（サブ）セルに逆流するのを防止できる。インバータは、例えば太陽電池サブモジュールからの直流を交流に変換するために形成され、これは例えば外部電子デバイスのような負荷に電力を供給するのにより適している。
【０１８１】
第１有機太陽電池サブモジュールは、更に、例えば窒化物、酸化物、ポリフルオロエチレンまたはパリレンを含む層４１を含み、第１有機太陽電池サブモジュールと、この上に積層される他のサブモジュールとの電気的な絶縁を確実にする。
【０１８２】
第２有機太陽電池サブモジュールは、第１有機太陽電池サブモジュールと同じ方法で形成され、図７に示すように、第１有機太陽電池サブモジュールの上に積層される。この積層は、機械的な積層を強化するために、追加の層５０を必要とする。
【０１８３】
追加の層５０は、例えばエラストマー、熱可塑性物質、熱硬化性の接着剤を含む。積層工程は、サブモジュールを互いに重ねて配置する工程と、例えば、昇温、または加圧、または双方の組み合わせを含むプロセスの手段により、それらを互いに機械的に接続する工程を含む。
【０１８４】
上述のように、第１有機太陽電池サブモジュールは、基板１０３の上に形成され、第１電極１１５、第２電極１２５、および活性層１３５を有する複数の第１有機太陽電池（サブ）セル、電気的伝導層３１、絶縁層４１、および電子デバイス７１を含む。
【０１８５】
第２有機太陽電池サブモジュールは、基板１０４を有する同一構造を有し、第１電極１１６、第２電極１２６、および活性層１３６を有する複数の第２有機太陽電池（サブ）セル、電気的伝導層３２、絶縁層４２、および電子デバイス７２を有する。
【０１８６】
第２有機太陽電池サブモジュールの異なる層は、第１有機太陽電池サブモジュールの等価な層と比較して、異なる材料を含み、第１有機太陽電池サブモジュールのそれぞれの層と異なる技術で作製しても良い。有機太陽電池サブモジュールの積層は、サブモジュールを光学的に直列接続するようになる。
【０１８７】
（有機）太陽電池サブモジュールを積層した後、結果の多重接合太陽電池モジュールは封止され、例えばモジュールと外部負荷とを電気的に接続するために、封止容器を通って電気的接続が形成される。モジュールは封止されて、例えば、水分、酸素の湿度の侵入を防止する。
【０１８８】
封止は、例えば裏側にＡｌのような金属層を含み、および例えば表側に、透明層や交互のポリマー層と無機酸化物層の積み重ねのような積層を含む、可撓性のある封止容器でも良い。
【０１８９】
本発明にかかる太陽電池モジュールは、入射光の異なる部分のスペクトルが、第１（有機）太陽電池サブモジュールの太陽電池（サブ）セル中と、第２（有機）太陽電池サブモジュールの太陽電池（サブ）セル中で吸収できる。更に、第１（有機）太陽電池サブモジュールの（有機）太陽電池（サブ）セルは、第２（有機）太陽電池サブモジュールの太陽電池（サブ）セルとは独立して形成できる。それゆえに、太陽電池（サブ）セルの電力変換効率は、それぞれの太陽電池（サブ）セルにより吸収できる入射光のスペクトルに部分に対して最適化できる。この独立した作製は、例えば、材料、層の膜厚、堆積技術等の選択を含む。この独立した作製は、また、基板１０３上への層１１５、１２５、１３５の配置、基板１０４上への層１１６、１２６、１３６のそれぞれの配置を含む。異なるサブモジュールのためのそれらの層に、異なる技術が用いられるため、例えばサブモジュール中の層の方位と同様に堆積の精度および／または分析が、独立して選択できる。この独立した作製は、第１太陽電池サブモジュール中の太陽電池（サブ）セルの大きさおよび数、即ち第１基板１０３の上に形成された第１太陽電池（サブ）セルの大きさと数、および第２基板１０４の上に形成された第２太陽電池（サブ）セルの大きさと数を、それぞれ含む。
【０１９０】
本発明にかかる積層された太陽電池サブモジュールの構成を提供することにより、光電圧と光電流の従来のマッチングの問題に取り込める。第１基板１０３上で、複数の実質的に同一の第１（有機）太陽電池（サブ）セルが互いに隣り合って形成され、電気的に直列接続される。この直列接続は、異なる第１（有機）太陽電池（サブ）セルにより形成される光電圧の加算／重ね合わせとなり、第１サブモジュールの光電圧が得られる。
【０１９１】
更に、実質的に同一の第１（サブ）セルが形成されるため、基板１０３上の異なる第１有機太陽電池（サブ）セルの光電流の実質的なマッチングが得られる。
【０１９２】
第２基板１０４上で、複数の実質的に同一の第２有機太陽電池（サブ）セルが、互いに並び、電気的に直列接続されて形成される。それらの第２有機太陽電池（サブ）セルは、互いに実質的に同一であるが、例えばそれらが異なる材料を含み、異なる寸法を持つように、第１基板１０３上の第１有機太陽電池（サブ）セルと異なって異なっても良い。実質的に同一の第２（サブ）セルが形成されるため、この基板１０４上の異なる第２有機太陽電池（サブ）セルの光電流の実質的なマッチングも得られる。
【０１９３】
更に、第２（有機）太陽電池（サブ）セルの寸法を適用することにより、第２基板上の第２（有機）太陽電池（サブ）セルの数が加えられ、この第２基板上の第２（有機）太陽電池（サブ）セルの直列接続による光電圧の加算からの第２サブモジュールの光電圧は、第１基板上の第１（有機）太陽電池（サブ）セルの直列接続による光電圧の加算からの第１サブモジュールの光電圧に実質的にマッチする。
【０１９４】
第２基板上の第２（有機）太陽電池（サブ）セルの直列接続により実現された、第２（有機）太陽電池サブモジュールは、続いて第１基板上の第１（有機）太陽電池（サブ）セルの直列接続により実現された、第１（有機）太陽電池サブモジュールの上に積層される。
【０１９５】
２つのサブモジュールにより生じる光電圧は良好にマッチングするため、続いて２つの（有機）太陽電池サブモジュールが、互いに電気的に並列に接続される。
【発明の好ましい具体例の説明】
【０１９６】
基板としてガラスシートを用いた場合、第１電極は、真空蒸着により堆積されるＡｌ層により形成される。シャドーマスクを用いることにより、このＡｌ層中にパターンが形成され、複数の、隣り合う、より小さな大きさの基板の領域がＡｌ層に覆われる。それらのそれぞれの複数の領域は、第１サブモジュールのセルの電極として形成される。シャドーマスクはまた、それらの複数の領域の隣り合う分離された線を形成する。それらの線は、最後に電気的伝導体となり、生じた電流を、同じ基板上または外部のキャリア上のいずれかに集積された電気回路に導く。
【０１９７】
更に、真空蒸着と、同様のシャドーマスクにより、サブモジュールのそれぞれのＡｌ電極の上に、活性層が堆積される。この活性層は、バックミンスターフラレン（Ｃ６０）とサブフタロシアニン（ＳｕｂＰｃ）の連続する堆積からなる。
【０１９８】
モリブデン酸化物（ＭｏＯｘ）の正孔伝導層が、続いて活性層の上に、同じシャドーマスクを用いた真空蒸着により堆積される。
【０１９９】
第１サブモジュールのセルを仕上げるために、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）がスパッタされる。また、ここでシャドーマスクが形成され、活性層と正孔伝導層と同じ領域を確実に被覆する。図６に描くように、隣り合うセル間の直列接続を形成するための、それに続く層の堆積中に、位置のわずかなずれが起きるように、注意が払われる。この直列接続は、このように、１つのセルのＩＴＯ層が隣り合うセルのＡｌ層と直接電気的に接続するのを確実にすることにより、形成される。
【０２００】
更に、基板上に堆積され、互いに直列接続される有機太陽電池セルのこの構成中に形成される材料は、続いて光学的に透明で、電気的に絶縁性の、パリレンのような材料により覆われる。
【０２０１】
このパリレン層の堆積に続いて、光学的に透明で、粘着性の層が、スプレイコーティングで形成される。
【０２０２】
第２基板として、ポリ（エチレンテレフタレート）（ＰＥＴ）のシートが使用された場合、他のサブモジュールの第１電極は、ＩＴＯ層をスパッタすることで形成される。シャドーマスクを用いることにより、複数の、隣り合う、同じ大きさの基板の領域が、ＩＴＯ層により覆われるように、このＩＴＯ層のパターンが形成される。それらの多数の領域のそれぞれは、第２サブモジュールのセルの電極を形成する。
【０２０３】
更に、スプレイコーティングや類似のシャドーマスキングにより、正孔伝導層が、サブモジュールのそれぞれのＩＴＯ電極上に堆積される。この正孔伝導層は、堆積に先立ってその中にポリ（スチレン）スリフォネート（ＰＳＳ）が分散されるポリ（エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）層からなる。
【０２０４】
ポリ（３ヘキルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）と（６、６）フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）との混合物からなる活性層が、スプレイコーティングや類似のシャドーマスキングを用いて、正孔伝導層の上に堆積される。
【０２０５】
更に、チタン酸化物（ＴｉＯｘ）が、スプレイコーティングや類似のシャドーマスキングを用いて形成され、電子伝導層が形成される。
【０２０６】
第２サブモジュールのセルを仕上げるために、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）層がスパッタされる。ここではシャドーマスキングが適用され、電子伝導層と同様の領域を確保するために、活性層および正孔伝達層が覆われる。図６に描くように、隣り合うセル間の直列接続を形成するための、それに続く層の堆積中に、位置のわずかなずれが起きるように、注意が払われる。
【０２０７】
この直列接続は、このように、電子伝導層の後に堆積された１つのセルのＩＴＯ層が、基板上に直接堆積された隣り合うセルのＩＴＯ層と、直接電気的に接続するのを確実にすることにより、形成される。
【０２０８】
更に、基板上に堆積され、互いに直列接続される有機太陽電池セルのこの構成中に形成される材料は、続いて光学的に透明で、電気的に絶縁性の、パリレンのような材料により覆われる。
【０２０９】
先に堆積させた接着層を使用することにより、双方のサブモジュールが、機械的に互いに接続される。
【図１（ａ）】
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【図１（ｂ）】
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【図３（ａ）】
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【図３（ｂ）】
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【図５（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６】
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【図７】
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【図２】
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【図４ａ】
2011526737.tif 000015
【図４ｂ】
2011526737.tif 000016
【図４ｃ】
2011526737.tif 000017
【図４ｄ】
2011526737.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月9日(2011.3.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１太陽電池サブモジュールと、第１太陽電池サブモジュール上に積層された第２太陽電池サブモジュールとを含む多重接合太陽電池モジュールであって、
第１太陽電池サブモジュールは、第１基板の上にモノリシックに集積されたＮ個の第１太陽電池サブセルを含み、第２太陽電池サブモジュールは、第２基板の上にモノリシックに集積されたＭ個の第２太陽電池サブセルを含み、
複数の第１太陽電池サブセルは実質的に同一であり第１活性領域サイズを有し、
複数の第２太陽電池サブセルは実質的に同一であり第１活性領域サイズとは実質的に異なる第２活性領域サイズを有し、
複数の第１太陽電池サブセルは電気的に直列に接続され、
複数の第２太陽電池サブセルは電気的に直列に接続され、
第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールとは電気的に並列に接続され、
照射した場合に、全ての第１太陽電池サブセルは、同一の開回路電圧Ｖｃｏ１で特徴づけられ、全ての第２太陽電池サブセルは、同一の開回路電圧Ｖｃｏ２で特徴づけられ、
照射した場合に、第１太陽電池サブモジュールで形成された第１光電圧は、第２太陽電池サブモジュールで形成された第２光電圧と実質的に等しい多重接合太陽電池モジュール。
【請求項２】
第１太陽電池サブセルおよび第２太陽電池サブセルは、有機サブセルである請求項１に記載の多重接合太陽電池モジュール。
【請求項３】
複数の第１太陽電池サブセルは、複数の第２太陽電池サブセルとは異なる請求項１または２に記載の多重接合太陽電池モジュール。
【請求項４】
複数の第１太陽電池サブセルは第１活性材料を含み、複数の第２太陽電池サブセルは第１活性材料とは異なる第２活性材料を含む請求項１〜３のいずれかに記載の多重接合太陽電池モジュール。
【請求項５】
第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールとが、それらのデバイス側が互いに向き合う配置で積層された請求項１〜４のいずれかに記載の多重接合太陽電池モジュール。
【請求項６】
多重接合太陽電池モジュールの製造方法であって、
第１基板上にモノリシックに集積され第１活性領域サイズを有する複数の実質的に同一の第１太陽電池サブセルを含む第１太陽電池サブモジュールを作製する工程と、
複数の実質的に同一の第１太陽電池サブセルを直列に接続する工程と、
第２基板上にモノリシックに集積され第２活性領域サイズを有する複数の実質的に同一の第２太陽電池サブセルを含む第２太陽電池サブモジュールを作製する工程と、
複数の実質的に同一の第２太陽電池サブセルを直列に接続する工程と、
第１太陽電池サブモジュールの上に、第２太陽電池サブモジュールを積層する工程と、
第１太陽電池サブモジュールと第２太陽電池サブモジュールとを並列に電気的に接続して、太陽電池モジュールを得る工程と、
照射した場合の、第１太陽電池サブセルの開回路電圧Ｖｃｏ１を決定する工程と、
照射した場合の、第２太陽電池サブセルの開回路電圧Ｖｃｏ２を決定する工程と、
第１サブモジュール中の第１サブセルの個数Ｎと、第１サブモジュールと第２サブモジュールとの間の電圧ミスマッチを最小にする、第２サブモジュール中の第２サブセルの個数Ｍとを、決定し提供する工程と、を含む方法。
【請求項７】
更に、サブモジュールの全活性領域サイズをサブモジュール中のセルの数で割ることにより、サブモジュール中のサブセルの活性領域サイズを計算する工程を含む請求項６に記載の方法。
【請求項８】
更に、多重接合太陽電池モジュールを封止する工程を含む請求項６または７のいずれかに記載の方法。
【国際調査報告】
2011526737.tif 000019
2011526737.tif 000020
2011526737.tif 000021