(57)【要約】  層間剥離が生じ難く、封止性に優れ、耐衝撃性に優れている、太陽電池を提供する。  第１の電極２上に、太陽電池セルが積層されており、該太陽電池セルが、複数の太陽電池セル部３ａ〜３ｄに第１の絶縁層４により区画されており、複数の太陽電池セル部３ａ〜３ｄが配置されている領域の外周に第２の絶縁層５が設けられており、各太陽電池セル部３ａ〜３ｄが、第１の電極２と、第１の電極２上に積層されており、有機無機ペロブスカイト化合物を含む光電変換層１３に積層された第２の電極１５とを有する、太陽電池１。
2016152705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電極と、
前記第１の電極と対向するように配置されている第２の電極と、
前記第１の電極と、前記第２の電極との間に配置されており、有機無機ペロブスカイト化合物を含む光電変換層とを備える太陽電池であって、
前記太陽電池を、前記第１の電極を共有している複数の太陽電池セル部に区画するように、隣り合う前記太陽電池セル部間を絶縁している第１の絶縁層をさらに備える、太陽電池。
【請求項２】
前記太陽電池の外周側面に設けられた第２の絶縁層をさらに備える、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記各太陽電池セル部の前記第２の電極同士を電気的に接続する補助配線をさらに備える、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１の電極に接続されている第１の端子と、前記補助配線に接続されている第２の端子とをさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記複数の太陽電池セル部が、前記第１の端子と前記第２の端子との間で電気的に並列に接続されている、請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記複数の太陽電池セル部が、マトリクス状に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記第１の絶縁層が、格子状である、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記有機無機ペロブスカイト型化合物が、一般式Ｒ−Ｍ−Ｘ３（但し、Ｒは有機分子、Ｍは金属原子、Ｘはハロゲン原子またはカルコゲン原子である。）で表される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記第１の電極が金属箔からなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機無機ペロブスカイト化合物を含む光電変換層を有する太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機無機ペロブスカイト化合物を含む光電変換層を有する太陽電池が知られている。例えば下記の特許文献１には、この種の太陽電池の一例が開示されている。この太陽電池では、ガラス等からなる基板上に第１の電極が設けられている。第１の電極上に、有機無機ペロブスカイト化合物を主体とする層を含む光電変換層が設けられている。この光電変換層上に、第２の電極が形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−７２３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
有機無機ペロブスカイト化合物等の有機系光電変換層を用いた太陽電池では、柔軟な基材を用いることにより、フレキシブル性を高めることができる。しかしながら、光電変換層の面積が大きくなると、層間剥離が生じやすくなるという問題があった。層間剥離が生じたり、外部からの衝撃等により欠陥が生じたりすると、水分が太陽電池内に浸入することとなる。他方、有機無機ペロブスカイト化合物の金属原子としてＰｂが用いられている場合、上記水分が浸入すると、Ｐｂイオンが外部に溶出するおそれがあった。【０００５】
従って、この種の太陽電池では、層間剥離が生じ難いこと、封止性に優れていること、並びに耐衝撃性に優れていることが求められる。【０００６】
本発明の目的は、層間剥離が生じ難く、封止性に優れており、さらに耐衝撃性に優れている、太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る太陽電池は、第１の電極と、前記第１の電極と対向するように配置されている第２の電極と、前記第１の電極と、前記第２の電極との間に配置されており、有機無機ペロブスカイト化合物を含む光電変換層とを備える太陽電池であって、前記太陽電池を、前記第１の電極を共有している複数の太陽電池セル部に区画するように、隣り合う前記太陽電池セル部間を絶縁している第１の絶縁層を有する。【０００８】
本発明に係る太陽電池のある特定の局面では、前記太陽電池の外周側面に設けられた第２の絶縁層がさらに備えられている。【０００９】
本発明に係る太陽電池の他の特定の局面では、前記各太陽電池セル部の前記第２の電極同士を電気的に接続する補助配線がさらに備えられている。この場合には、補助配線により、全ての太陽電池セル部の第２の電極同士を確実に電気的に接続することができる。よって、補助配線に、外部と接続するための後述の第２の電極同士を接続すればよい。【００１０】
本発明に係る太陽電池のさらに他の特定の局面では、前記第１の電極に接続されている第１の端子と、前記補助配線に接続されている第２の端子とがさらに備えられている。この場合には、第１の端子と第２の端子と外部と電気的に接続することにより容易に電力を取り出すことができる。【００１１】
本発明に係る太陽電池の別の特定の局面では、前記複数の太陽電池セル部が、前記第１の端子と前記第２の端子との間で電気的に並列に接続されている。複数の太陽電池セルが電気的に並列に接続されているため、いくつかの太陽電池セル部が故障したとしても、残りの太陽電池セル部からの起電力により、電力を確実に取り出すことができる。【００１２】
本発明に係る太陽電池のさらに他の特定の局面では、前記複数の太陽電池セル部が、マトリクス状に配置されている。【００１３】
本発明に係る太陽電池のさらに別の特定の局面では、前記第１の絶縁層が、格子状である。【００１４】
本発明に係る太陽電池のさらに他の特定の局面では、前記有機無機ペロブスカイト型化合物が、一般式Ｒ−Ｍ−Ｘ３（但し、Ｒは有機分子、Ｍは金属原子、Ｘはハロゲン原子またはカルコゲン原子である。）で表される。【００１５】
本発明に係る太陽電池の別の特定の局面では、前記第１の電極が金属箔からなる。この場合には、太陽電池のフレキシブル性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明に係る太陽電池によれば、層間剥離を抑制することができ、封止性を高めることができる。また、耐衝撃性も効果的に高められる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の平面図及び（ａ）中の矢印Ｂ−Ｂ線に沿う部分の部分切欠拡大断面図である。
【図２】図２は、図１のＣ−Ｃ線に沿う部分の部分切欠断面図であって、本発明の第１の実形態の太陽電池の外周近傍部分の構造を説明するための部分切欠正面断面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態に係る太陽電池の一部を示す部分切欠正面断面図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る太陽電池を示す模式的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照しつつ、本発明の具体的な実施形態を説明することにより、本発明を明らかにする。
【００１９】
図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態に係る太陽電池の平面図であり、（ｂ）は（ａ）中のＢ−Ｂ線に沿う部分を拡大して示す部分切欠拡大断面図である。
【００２０】
また、図２は、図１のＣ−Ｃ線に沿う部分の部分切欠断面図であって、本発明の第１の実形態の太陽電池の外周近傍部分の構造を説明するための部分切欠拡大断面図である。
【００２１】
図１（ｂ）に示すように、太陽電池１は、金属箔からなる第１の電極２を有する。なお、第１の電極２は、金属箔に限らず、例えばガラス基板等の絶縁性基板上に導電層を設けたものであってもよい。金属箔を構成する金属は、特に限定されず、ステンレス、Ａｌ、Ｃｕ、ＮｉまたはＴｉ等の適宜の金属もしくは合金を用いることができる。金属箔を用いた場合、太陽電池１のフレキシブル性を高めることができる。
【００２２】
もっとも、樹脂フィルム上に金属膜を積層することにより、該金属膜により第１の電極２を構成してもよい。このような樹脂フィルムとしては、特に限定されず、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル、ポリイミド、ポリカーボネート等からなるものを用いることができる。また、金属膜についても、Ａｌ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｔｉまたはこれらを主体とする合金等の適宜の金属を用いることができる。なお、樹脂フィルムに限らず、金属箔上に金属膜を積層することもできる。また、複数の金属膜が積層されていてもよい。更に、後述するような導電性透明材料、導電性透明ポリマーを用いることもできる。柔軟な樹脂フィルム上に金属膜や導電性透明ポリマーを積層した構造を用いた場合においても、太陽電池のフレキシブル性を高めることができる。
【００２３】
第１の電極２上に、複数の太陽電池セル部３ａ〜３ｄが積層されている。太陽電池１では、第１の電極２を共有する複数の太陽電池セル部を有する。具体的には、図１（ｂ）に示す部分では、隣り合う太陽電池セル部、例えば太陽電池セル部３ａと太陽電池セル部３ｂとの間が、第１の絶縁層４により区画されている。同様に、隣り合う太陽電池セル部３ｂ，３ｃ間及び隣り合う太陽電池セル部３ｃ，３ｄ間も第１の絶縁層４により電気的に絶縁され、かつ区画されている。
【００２４】
図１（ａ）は、この太陽電池セル部の区画を模式的に示している。すなわち、図１（ａ）の複数の直線Ｘ１及びＹ１は、上記第１の絶縁層による区画部分を模式的に示している。実際には、第１の絶縁層を覆うように後述の補助配線やガスバリア層が設けられているため、図１（ａ）のような平面視においては、第１の絶縁層４は観察されない。図１（ａ）では、後述のガスバリア層及び補助配線を省略している。
【００２５】
本実施形態の太陽電池１の特徴は、太陽電池セルが図１（ａ）に示すように、マトリクス状に区画されていることにある。すなわち、互いに平行な直線Ｘ１と、直線Ｘ１に直交しており、互いに平行な直線Ｙ１で囲まれた矩形部に、それぞれ、太陽電池セル部が設けられている。よって、複数の太陽電池セルが、マトリクス状に配置されている。また、図２に示すように、太陽電池１の外周側面には、外周縁に位置している太陽電池セル部３ｚの外側側面を封止するように第２の絶縁層５が設けられている。
【００２６】
上記第１の絶縁層４及び第２の絶縁層５を構成する絶縁性材料は特に限定されない。すなわち、有機絶縁性材料を用いてもよい。また、無機絶縁性材料を用いてもよい。このような無機絶縁性材料としては、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ等の無機酸化物、ガラス、クレースト等を挙げることができる。また、耐熱性が充分良好であれば、有機絶縁性材料を用いてもよい。このような有機絶縁性材料としては、例えば熱硬化性ポリイミド等を挙げることができる。
【００２７】
なお、第１の絶縁層４については、上記太陽電池セルの各層の成膜温度に耐え得る必要がある。例えば、太陽電池セルの各層の成膜温度が例えば４００℃程度と高い場合があるため、このような温度に耐え得る材料を用いることが望ましい。よって、第１の絶縁層４は、無機絶縁性材料から成ることが望ましいため、特に、上記無機酸化物の焼き付け膜がより一層好ましい。
【００２８】
また、第１の絶縁層４及び第２の絶縁層５は、絶縁性材料を第１の電極２上に印刷し、焼き付けることにより形成することができる。もっとも、第１及び第２の絶縁層４，５の形成方法はこれに限定されるものではない。上記印刷方法としては、スクリーン印刷、グラビア印刷、オフセットグラビア印刷、フレキソ印刷等の適宜の印刷方法を用いることができる。
【００２９】
なお、第１の絶縁層４は、直線Ｘ１及び直線Ｙ１に沿って延びており、平面視において、全体として格子状の形状をしている。もっとも、第１の絶縁層４は格子状の形状を有するものに限定されるものではない。
【００３０】
また、第１の絶縁層４の幅、すなわち直線Ｘ１，Ｙ１と直交する方向の寸法は、第２の絶縁層５の幅すなわち第２の絶縁層５の延びる方向と直交する方向の寸法よりも小さくされている。それによって、複数の太陽電池セル部が集合されている部分における有効面積を大きくすることが可能とされている。従って、好ましくは、第１の絶縁層４の幅が、第２の絶縁層５の幅よりも小さいことが望ましい。もっとも、第１の絶縁層４の幅は第２の絶縁層５の幅と等しくてもよく、第２の絶縁層５の幅よりも大きくてもよい。
【００３１】
上記第１，第２の絶縁層の具体的な寸法は特に限定されない。もっとも、第１の絶縁層４の高さについては、１μｍ〜１０μｍ程度とすることが好ましい。また、幅方向寸法は５０μｍ〜５ｍｍ、より好ましくは１００μｍ〜３ｍｍ程度とすることが望ましく、隣り合う第１の絶縁層４の中心間距離は、５０μｍ〜２０ｍｍ程度とすることが望ましい。
【００３２】
他方、第２の絶縁層５の高さは、１μｍ〜１０μｍ程度とすることが望ましく、幅は５０μｍ〜５ｍｍ、より好ましくは１００μｍ〜３ｍｍ程度とすることが望ましい。
【００３３】
次に、太陽電池セル部３ｂを代表して積層構造の詳細を説明することとする。
【００３４】
太陽電池セル部３ｂでは、第１の電極２上に、第１の電子輸送層１１、第２の電子輸送層１２、光電変換層１３、ホール輸送層１４、第２の電極１５、平坦化層１６がこの順序で積層されている。
【００３５】
上記光電変換層１３は、有機無機ヘロブスカイト化合物を含む。太陽電池１では、この有機無機ペロブスカイト化合物により、光電変換が行われ、電力が取り出される。なお、上記太陽電池セル部３ｂを構成している各層の詳細は後ほど説明することとする。
【００３６】
太陽電池１の特徴は、このような有機無機ペロブスカイト化合物を用いた複数の太陽電池セル部３ａ〜３ｄがマトリクス状に配置されていることにある。言い換えれば、前述したように、太陽電池セルが、複数の太陽電池セル部に第１の絶縁層４により区画されていることにある。そのため、面積を大きくした場合であっても、複数の太陽電池セル部に区画されているため、層間剥離が生じ難い。よって、封止性を高めることができる。加えて、小さい太陽電池セル部間が第１の絶縁層４で区画されているため、外部からの機械的衝撃が加わった場合であっても、絶縁層４が受光面に対し垂直方向の衝撃を吸収するため、薄膜層に外力が加わることを効果的に抑制することができる。すなわち、耐衝撃性を高めることができる。また、太陽電池セルが区画化されているため、ある区画に浸入した水分が他の区画へ拡散することを効果的に防止することができる。すなわち、封止性も高められる。
【００３７】
図１（ｂ）に示すように、ガスバリア層６が太陽電池１の上面を覆うように設けられている。ガスバリア層６は、水蒸気バリア性に優れている。従って、水蒸気の内部への浸入を効果的に抑制することができる。
【００３８】
上記ガスバリア層６の水蒸気バリア性としては、水蒸気透過度（ＷＶＴＲ：Ｗａｔｅｒ  ｖａｐｏｒ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ  ｒａｔｅ）が、１０−１ｇ／ｍ２／ｄａｙ未満であることが望ましい。このようなガスバリア層６を構成する材料としては、特に限定されないが、例えば、金属酸化物、金属窒化物または金属酸窒化物を含んでいることが好ましい。金属酸化物、金属窒化物または金属酸化物における金属は特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｕもしくはこれらの金属を主体とする合金を挙げることができる。なかでも、水蒸気バリア性及び柔軟性に優れているので、Ｚｎ及びＳｎの双方を含む金属酸化物、金属窒化物が好ましい。
【００３９】
太陽電池１では、上記ガスバリア層６が設けられていることによって、下方の太陽電池セル部への水分の浸入を確実に抑制することができる。もっとも、本発明の太陽電池では、複数の太陽電池セル部に第１の絶縁層４により区画されているため、層間剥離自体が生じ難いため、それによっても、水蒸気の浸入を抑制することができる。より好ましくは、本実施形態のように、ガスバリア層６が設けられていることが望ましい。
【００４０】
層間剥離が生じ難く、封止性が優れているため、有機無機ペロブスカイト化合物がＰｂを含んでいたとしても、Ｐｂイオンの外部への溶出が生じ難い。
【００４１】
さらに、太陽電池１では、耐衝撃性も効果的に高められているので、外部からの衝撃等による破壊や変形が生じ難い。また、区画化されているため、ある区画に浸入した水分の他の区画への拡散を防止することができる。よって、水分の浸入を効果的に抑制することができる。
【００４２】
図１（ｂ）に戻り、第１の絶縁層４の上端は、第２の電極１５及び平坦化層１６よりも上方に位置している。そして、補助配線８が、第１の絶縁層４の上端を覆うように、設けられている。従って、補助配線８も格子状の平面形状を有する。補助配線８は、第１の絶縁層４の上端、かつ側面に至るように設けられている。さらに図１（ａ）では図示を省略しているが、上記補助配線８は図１（ａ）の直線Ｘ１及び直線Ｙ１に沿うように延ばされている。すなわち、格子状の第１の絶縁層４上に、補助配線８が行き渡っている。なお、第１の絶縁層４が格子状ではない場合は、補助配線８も格子状である必要はないが、第１の絶縁層４の形状に追従して形成されていることが好ましい。
【００４３】
そして、図１（ｂ）に示すように、補助配線８の下端は、第２の電極１５の上面に当接されて、電気的に接続されている。よって、全ての太陽電池セル部の第２の電極１５が補助配線８により電気的に接続されている。
【００４４】
他方、上記補助配線８の一部において、上記ガスバリア層６が除去されている。このガスバリア層６が除去されて補助配線８が露出している部分に第２の端子７が接合されている。第２の端子７は、図１（ａ）に示すように複数設けられていることが好ましい。他方、図１（ｂ）に示すように、第２の端子７が設けられている部分の下方に第１の端子９が設けられている。第１の端子９は、第１の電極２と電気的に接合されている。
【００４５】
上記補助配線８、第１の端子９及び第２の端子７を構成する材料としては、導電性材料である限り、特に限定されるものではない。もっとも、好ましくは、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ等の金属もしくは合金を用いることが好ましい。第１の端子９及び第２の端子７は、表面が半田でめっきされていることが好ましい。この種の金属もしくは合金を用いることにより、コストを低減できる。また、電気的接続部分の電気抵抗を低め、より大きな電力を取り出すことができる。
【００４６】
上記格子状の第１の絶縁層４の上端面の全領域に渡って補助配線８を設ける必要は必ずしもなく、複数の太陽電池セル部を電気的に接続し得る限り、補助配線８の配置は適宜変形してもよい。
【００４７】
また、第２の端子７は、上記補助配線８に電気的に接続されておれば、上記補助配線８の上面に接合される必要は必ずしもない。補助配線８の側面等に電気的に接続されるように、第２の端子７を設けてもよい。また、第１の端子９は設けずともよく、第１の電極２自体を外部と電気的に接続してもよい。
【００４８】
第１の実施形態の太陽電池１では、上記水蒸気バリア性を有するガスバリア層６を設けたが、図３に示す第２の実施形態のように上記ガスバリア層６を除去してもよい。また、平坦化層１６も除去してもよい。この場合には、第２の端子７を補助配線８の上面に直接接合すればよい。
【００４９】
図４は、本発明の第１の実施形態の変形例に係る太陽電池を示す模式的平面図である。本変形例の太陽電池１Ａでは、複数種の補助配線８，８Ａ，８Ｂが設けられている。すなわち、第１の実施形態と同様に、幅の細い補助配線８が格子状に配置されている。そして、上記補助配線８よりも太い幅の補助配線８Ａが、図４において横方向に延びるように設けられている。また、上記補助配線８Ａと交差する方向に、さらに幅の太い複数の補助配線８Ｂが延びている。
【００５０】
このように、本発明においては、幅が異なる、複数種の補助配線８，８Ａ，８Ｂを設けてもよい。この場合、太さに限らず、高さが異なる複数種の補助配線を用いてもよい。さらに、太さと、高さや厚みの双方が異なる、複数種の補助配線を用いてもよい。
【００５１】
なお、図４では、図１に示した第２の端子７，７の図示は省略してある。最も幅の太い補助配線８Ｂ，８Ｂには、この第２の端子を接合してもよい。
【００５２】
なお、太陽電池では、複数の太陽電池セル部がマトリクス状に配置されていたが、本発明においては、複数の太陽電池セル部はマトリクス状以外の形態で分散配置されていてもよい。すなわち、太陽電池セルを区画する形態はマトリクス状に限定されない。
【００５３】
上記太陽電池セル部を構成する各層の材料についても特に限定されるものではない。
【００５４】
まず、上記第１の電極２及び第２の電極１５は、適宜の導電性材料を用いて形成すればよい。このような材料としては、例えば、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３混合物、Ａｌ／ＬｉＦ混合物、金等の金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＳｎＯ２、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム亜鉛酸化物）等の導電性透明材料、導電性透明ポリマー、金属箔等が挙げられる。これらの材料は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。前記第１の電極は金属箔が好ましい。この場合には、太陽電池のフレキシブル性を高めることができる。金属箔を構成する金属は、特に限定されず、ステンレス、Ａｌ、Ｃｕ、ＮｉまたはＴｉ等の適宜の金属もしくは合金を用いることができる。また、第２の電極１５は、第１の絶縁層４及び／又は第２の絶縁層５上に形成されていてもよい。
【００５５】
また、上記第１，第２の電子輸送層１１，１２は設けられずともよいが、第１，第２の電子輸送層１１，１２を設けることにより、光電変換効率を高めることができる。電子輸送層１１，１２の材料は特に限定されず、例えば、Ｎ型導電性高分子、Ｎ型低分子有機半導体、Ｎ型金属酸化物、Ｎ型金属硫化物、ハロゲン化アルカリ金属、アルカリ金属、界面活性剤等が挙げられ、具体的には例えば、シアノ基含有ポリフェニレンビニレン、ホウ素含有ポリマー、バソキュプロイン、バソフェナントレン、ヒドロキシキノリナトアルミニウム、オキサジアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、ナフタレンテトラカルボン酸化合物、ペリレン誘導体、ホスフィンオキサイド化合物、ホスフィンスルフィド化合物、フルオロ基含有フタロシアニン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ガリウム、硫化スズ、硫化インジウム、硫化亜鉛等が挙げられる。これらの材料は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００５６】
また、第１の電子輸送層１１を用いてもよいが、多孔質状の第２の電子輸送層１２を設けることがより一層好ましい。特に、上記光電変換層１３が、有機半導体又は無機半導体部位と有機無機ペロブスカイト化合物部位とを複合化した複合膜である場合、より複雑な複合膜（より複雑に入り組んだ構造）が得られ、光電変換効率が高くなることから、多孔質状の第２の電子輸送層１２上に複合膜が成膜されていることが好ましい。
【００５７】
上記電子輸送層の厚みは、好ましい下限が１ｎｍ、好ましい上限が２０００ｎｍである。なお、電子輸送層の厚みとは、第１の電子輸送層１１のみを用いた場合には、第１の電子輸送層１１の厚みを、第２の電子輸送層１２をも用いた場合には、第１，第２の電子輸送層１１，１２の厚みの合計をいうものとする。上記電子輸送層の厚みが１ｎｍ以上であれば、充分にホールをブロックできるようになる。上記厚みが２０００ｎｍ以下であれば、電子輸送の際の抵抗になり難く、光電変換効率が高くなる。上記電子輸送層の厚みのより好ましい下限は３ｎｍ、より好ましい上限は１０００ｎｍであり、さらに好ましい下限は５ｎｍ、さらに好ましい上限は５００ｎｍである。
【００５８】
上記光電変換層１３は、一般式Ｒ−Ｍ−Ｘ３（但し、Ｒは有機分子、Ｍは金属原子、Ｘはハロゲン原子又はカルコゲン原子である。）で表される有機無機ペロブスカイト化合物を含む。上記光電変換層に上記有機無機ペロブスカイト化合物を用いることにより、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。
【００５９】
上記Ｒは有機分子であり、ＣｌＮｍＨｎ（ｌ、ｍ、ｎはいずれも正の整数）で示されることが好ましい。
【００６０】
上記Ｒは、具体的には例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、エチルメチルアミン、メチルプロピルアミン、ブチルメチルアミン、メチルペンチルアミン、ヘキシルメチルアミン、エチルプロピルアミン、エチルブチルアミン、イミダゾール、アゾール、ピロール、アジリジン、アジリン、アゼチジン、アゼト、アゾール、イミダゾリン、カルバゾール及びこれらのイオン（例えば、メチルアンモニウム（ＣＨ３ＮＨ３）等）やフェネチルアンモニウム等が挙げられる。なかでも、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン及びこれらのイオンやフェネチルアンモニウムが好ましく、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン及びこれらのイオンがより好ましい。
【００６１】
上記Ｍは金属原子であり、例えば、鉛、スズ、亜鉛、チタン、アンチモン、ビスマス、ニッケル、鉄、コバルト、銀、銅、ガリウム、ゲルマニウム、マグネシウム、カルシウム、インジウム、アルミニウム、マンガン、クロム、モリブデン、ユーロピウム等が挙げられる。これらの金属原子は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
【００６２】
上記Ｘはハロゲン原子又はカルコゲン原子であり、例えば、塩素、臭素、ヨウ素、硫黄、セレン等が挙げられる。これらのハロゲン原子又はカルコゲン原子は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。なかでも、構造中にハロゲンを含有することで、上記有機無機ペロブスカイト化合物が有機溶媒に可溶になり、安価な印刷法等への適用が可能になることから、ハロゲン原子が好ましい。さらに、上記有機無機ペロブスカイト化合物のエネルギーバンドギャップが狭くなることから、ヨウ素がより好ましい。
【００６３】
上記有機無機ペロブスカイト化合物は、体心に金属原子Ｍ、各頂点に有機分子Ｒ、面心にハロゲン原子又はカルコゲン原子Ｘが配置された立方晶系の構造を有することが好ましい。
【００６４】
上記光電変換層１３は、本発明の効果を損なわない範囲内であれば、上記有機無機ペロブスカイト化合物に加えて、さらに、有機半導体又は無機半導体を含んでいてもよい。なお、ここでいう有機半導体又は無機半導体は、電子輸送層又はホール輸送層としての役割を果たしてもよい。
【００６５】
上記有機半導体として、例えば、ポリ（３−アルキルチオフェン）等のチオフェン骨格を有する化合物等が挙げられる。また、例えば、ポリパラフェニレンビニレン骨格、ポリビニルカルバゾール骨格、ポリアニリン骨格、ポリアセチレン骨格等を有する導電性高分子等も挙げられる。さらに、例えば、フタロシアニン骨格、ナフタロシアニン骨格、ペンタセン骨格、ベンゾポルフィリン骨格等のポルフィリン骨格、スピロビフルオレン骨格等を有する化合物や、表面修飾されていてもよいカーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン等のカーボン含有材料も挙げられる。
【００６６】
上記無機半導体として、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ガリウム、硫化スズ、硫化インジウム、硫化亜鉛、ＣｕＳＣＮ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＩ、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＷＯ３、ＭｏＳ２、ＭｏＳｅ２、Ｃｕ２Ｓ等が挙げられる。
【００６７】
上記光電変換層は、上記有機半導体又は上記無機半導体を含む場合、薄膜状の有機半導体又は無機半導体部位と薄膜状の有機無機ペロブスカイト化合物部位とを積層した積層体であってもよいし、有機半導体又は無機半導体部位と有機無機ペロブスカイト化合物部位とを複合化した複合膜であってもよい。製法が簡便である点では積層体が好ましく、上記有機半導体又は上記無機半導体中の電荷分離効率を向上させることができる点では複合膜が好ましい。
【００６８】
上記薄膜状の有機無機ペロブスカイト化合物部位の厚みは、好ましい下限が５ｎｍ、好ましい上限が５０００ｎｍである。上記厚みが５ｎｍ以上であれば、充分に光を吸収することができるようになり、光電変換効率が高くなる。上記厚みが５０００ｎｍ以下であれば、電荷分離できない領域が発生することを抑制できるため、光電変換効率の向上につながる。上記厚みのより好ましい下限は１０ｎｍ、より好ましい上限は１０００ｎｍであり、さらに好ましい下限は２０ｎｍ、さらに好ましい上限は５００ｎｍである。
【００６９】
上記ホール輸送層１４は用いられずともよいが、上記実施形態のように備えられていることが望ましい。上記ホール輸送層１４の材料は特に限定されず、例えば、Ｐ型導電性高分子、Ｐ型低分子有機半導体、Ｐ型金属酸化物、Ｐ型金属硫化物、界面活性剤等が挙げられ、具体的には例えば、ポリエチレンジオキシチオフェンのポリスチレンスルホン酸付加物、カルボキシル基含有ポリチオフェン、フタロシアニン、ポルフィリン、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、酸化銅、酸化スズ、硫化モリブデン、硫化タングステン、硫化銅、硫化スズ等、フルオロ基含有ホスホン酸、カルボニル基含有ホスホン酸、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＩ等の銅化合物、表面修飾されていてもよいカーボンナノチューブ、グラフェン等のカーボン含有材料等が挙げられる。
【００７０】
上記ホール輸送層の厚みは、好ましい下限は１ｎｍ、好ましい上限は２０００ｎｍである。上記厚みが１ｎｍ以上であれば、充分に電子をブロックできるようになる。上記厚みが２０００ｎｍ以下であれば、ホール輸送の際の抵抗になり難く、光電変換効率が高くなる。上記厚みのより好ましい下限は３ｎｍ、より好ましい上限は１０００ｎｍであり、更に好ましい下限は５ｎｍ、さらに好ましい上限は５００ｎｍである。
【００７１】
なお、第２の電極１５は透明であることが望ましい。それによって光電変換層１３に十分な光を導くことができる。よって第２の電極１５については、ＩＴＯなどの透明性に優れた電極材料を用いることが望ましい。
【００７２】
平坦化層１６は各太陽電池セル部を封止するために設けられており、かつ太陽電池セル部の上面を平坦化するために設けられている。このような平坦化層１６は、例えば、透明な樹脂を用いて形成することができる。このような樹脂としては、例えば脂環式骨格を有する樹脂が好適に用いられる。このような脂環式骨格を有する樹脂としては、例えば、ＴＯＰＡＳ９０１４（Ｐｏｌｙｐｌａｓｔｉｃｓ社製、ノルボルネン骨格を有する）、ライトエステルＩＢ−Ｘ（共栄社化学社製、イソボルネン骨格を有する）の重合物、ＭＡ−ＤＭ（三菱ガス化学社製、アダマンタン骨格を有する）の重合物等が挙げられる。
【００７３】
前述したように、本発明は、太陽電池セルを複数の太陽電池セル部に区画したことにより特徴を有するものであり、従って、上記各太陽電池セル部の個々の積層形態及び各層の材料は特に限定されるものではない。よって、本発明の太陽電池における太陽電池セル部自体の構成は適宜変形することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１…太陽電池
２…第１の電極
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ，３ｚ…太陽電池セル部
４…第１の絶縁層
５…第２の絶縁層
６…ガスバリア層
７…第２の端子
８…補助配線
９…第１の端子
１１…第１の電子輸送層
１２…第２の電子輸送層
１３…光電変換層
１４…ホール輸送層
１５…第２の電極
１６…平坦化層
【図１】
2016152705.tif 000003
【図２】
2016152705.tif 000004
【図３】
2016152705.tif 000005
【図４】
2016152705.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月7日(2016.9.7)
【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の電極と、
前記第１の電極と対向するように配置されている第２の電極と、
前記第１の電極と、前記第２の電極との間に配置されており、有機無機ペロブスカイト化合物を含む光電変換層とを備える太陽電池であって、
前記太陽電池を、前記第１の電極を共有している複数の太陽電池セル部に区画するように、隣り合う前記太陽電池セル部間を絶縁している第１の絶縁層と、
前記太陽電池の上面を覆うように設けられたガスバリア層と、
をさらに備える、太陽電池。
【請求項２】
前記太陽電池の外周側面に設けられた第２の絶縁層をさらに備える、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記各太陽電池セル部の前記第２の電極同士を電気的に接続する補助配線をさらに備える、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１の電極に接続されている第１の端子と、前記補助配線に接続されている第２の端子とをさらに備える、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記複数の太陽電池セル部が、前記第１の端子と前記第２の端子との間で電気的に並列に接続されている、請求項４に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記複数の太陽電池セル部が、マトリクス状に配置されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記第１の絶縁層が、格子状である、請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記有機無機ペロブスカイト型化合物が、一般式Ｒ−Ｍ−Ｘ３（但し、Ｒは有機分子、Ｍは金属原子、Ｘはハロゲン原子またはカルコゲン原子である。）で表される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記第１の電極が金属箔からなる、請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池。
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月27日(2016.12.27)
【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の電極と、
前記第１の電極と対向するように配置されている第２の電極と、
前記第１の電極と、前記第２の電極との間に配置されており、有機無機ペロブスカイト化合物を含む光電変換層とを備える太陽電池であって、
前記太陽電池を、前記第１の電極を共有している複数の太陽電池セル部に区画するように、隣り合う前記太陽電池セル部間を絶縁している第１の絶縁層と、
前記太陽電池の上面を覆うように設けられたガスバリア層と、
前記太陽電池の外周側面に設けられた第２の絶縁層と、
をさらに備え、
前記第１の絶縁層が、前記光電変換層及び前記第１，第２の電極を有する前記太陽電池セル部の前記第２の電極よりも前記光電変換層及び前記第１，第２の電極の積層方向において外側に突出されており、
前記第１の絶縁層の幅が、前記第２の絶縁層の幅よりも小さい、太陽電池。
【請求項２】
前記各太陽電池セル部の前記第２の電極同士を電気的に接続する補助配線をさらに備える、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記第１の電極に接続されている第１の端子と、前記補助配線に接続されている第２の端子とをさらに備える、請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記複数の太陽電池セル部が、前記第１の端子と前記第２の端子との間で電気的に並列に接続されている、請求項３に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記複数の太陽電池セル部が、マトリクス状に配置されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第１の絶縁層が、格子状である、請求項５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記有機無機ペロブスカイト型化合物が、一般式Ｒ−Ｍ−Ｘ３（但し、Ｒは有機分子、Ｍは金属原子、Ｘはハロゲン原子またはカルコゲン原子である。）で表される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記第１の電極が金属箔からなる、請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池。
【国際調査報告】
2016152705.tif 000007
2016152705.tif 000008
2016152705.tif 000009
2016152705.tif 000010