(57)【要約】【課題】生産性、発電特性に優れた有機薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。【解決手段】この有機薄膜太陽電池モジュールは、第１支持基板１０に透明電極１１を形成した後、透明電極１１上に、直接又は他の層を介して、有機半導体を含む第１塗工液を塗布して、第１有機半導体層１２を形成する工程１と、第２支持基板２０に対向電極２１を形成した後、対向電極２１上に、直接又は他の層を介して、有機半導体を含む第２塗工液を塗布して、第２有機半導体層２２を形成する工程２と、第１有機半導体層１２と、第２有機半導体層２２とを接合させて、有機光電変換層３０を形成する工程３とを経て製造する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１有機半導体層と第２有機半導体層とが接合して形成された有機光電変換層と、前記有機光電変換層の第１有機半導体層側の面に、直接又は他の層を介して配置された、第１支持基板上に形成された透明電極と、前記有機光電変換層の第２有機半導体層側の面に、直接又は他の層を介して配置された、第２支持基板上に形成された対向電極とを備えた太陽電池セルを有する有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項２】
隣接する太陽電池セルの透明電極と対向電極との間に低融点金属が配置され、前記低融点金属の一端が、前記透明電極に接合し、前記低融点金属の他端が、前記対向電極に接合して、隣接する太陽電池セルどうしが直列接続している請求項１に記載の有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記１有機半導体層及び前記２有機半導体層のうち、いずれか一方の有機半導体層は、少なくともｐ型有機半導体を含有する層であり、他方の有機半導体層は、少なくともｎ型有機半導体を含有する層である請求項１又は２に記載の有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記ｐ型有機半導体がアモルファス性材料であり、前記ｎ型有機半導体がフラーレン誘導体である請求項３に記載の有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記透明電極及び／又は前記対向電極は、塗布形成法により支持基板上に形成して得られたものである請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項６】
有機半導体により形成される有機光電変換層と、前記有機光電変換層の一方の面側に直接又は他の層を介して配置された透明電極と、前記有機光電変換層の他方の面側に直接又は他の層を介して配置された対向電極とを備えた太陽電池セルを有する有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
第１支持基板に前記透明電極を形成した後、前記透明電極上に、直接又は他の層を介して、有機半導体を含む第１塗工液を塗布して第１有機半導体層を形成する工程１と、
第２支持基板に前記対向電極を形成した後、前記対向電極上に、直接又は他の層を介して、有機半導体を含む第２塗工液を塗布して第２有機半導体層を形成する工程２と、
前記第１有機半導体層と、前記第２有機半導体層とを接合させて、前記有機光電変換層を形成する工程３と含むことを特徴とする有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記工程１及び／又は前記工程２において、前記有機半導体層の形成後に、隣接する太陽電池セルどうしの接続すべき前記透明電極上及び／又は前記対向電極上に、融点が２００℃以下の低融点金属を配置し、
前記工程３において、前記第１有機半導体層と、前記第２有機半導体層とを接合させた後、前記低融点金属を加熱融解して、前記低融点金属の一端を前記透明電極に接合させると共に、他端を前記対向電極に接合させて、隣接する太陽電池セルどうしを直列接続する請求項６に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記第１塗工液及び前記第２塗工液のうち、いずれか一方の塗工液は、少なくともｐ型有機半導体を含有するものを用い、他方の塗工液は、少なくともｎ型有機半導体を含有するものを用いる請求項６又は７に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記ｐ型有機半導体としてアモルファス性材料を用い、前記ｎ型有機半導体としてフラーレン誘導体を用いる請求項８に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記透明電極及び／又は前記対向電極を、塗布形成法により支持基板上に形成する請求項６〜９のいずれか１項に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池の普及のためには、発電コストの低減が、最も重要な課題の一つである。発電コストの低減には、太陽電池モジュールの発電効率を高めることに加えて、材料コストならびにモジュールの製造コストを低く抑えることが重要となる。有機半導体により形成される有機光電変換層を発電層として用いた、有機薄膜太陽電池は、材料と製造プロセスの双方において、大きなコスト低減が期待される。
【０００３】
すなわち、アモルファスＳｉやＣＩＧＳ等の無機材料を用いた、従来の無機薄膜太陽電池では、発電層をスパッタ法などにより形成するので、高価な真空装置を用いる必要がある。これに対し、有機薄膜太陽電池では、有機光電変換層を塗布形成法により形成できるので、安価な塗布装置を用いて発電層を形成でき、製造プロセスにおいて無機薄膜太陽電池よりも、大きなコストダウンが可能となる。更には、発電材料の大量生産により、材料コストも大きく低減できることが期待される。
【０００４】
また、無機薄膜太陽電池においては、発電材料の結晶化を促進させるために、基板を３００℃以上の高温に加熱するプロセスが含まれることが多い。このため、基板には高い耐熱性が要求され、ガラスや特殊な耐熱性樹脂などの、高価な基板材料を用いる必要があった。これに対して、有機薄膜太陽電池は、せいぜい２００℃以下の穏やかな条件で作製することが可能であるので、基板を含めた周辺部材としては、特別に耐熱性の高い材料を用いる必要は無く、安価な材料を選定して用いることが可能である。
【０００５】
また、生産のスループットの観点からは、Ｒｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ工法により、太陽電池モジュールを連続的に生産することが理想的である。上述したように、有機薄膜太陽電池は、耐熱性の低いフレキシブル基板を用いることが可能であるため、Ｒｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ工法を適用することが可能となる。
【０００６】
このように、有機薄膜太陽電池は、発電材料、製造プロセス並びに周辺部材において、従来の無機薄膜太陽電池と比較して、大きな低コスト化が期待できる。また、Ｒｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ工法の適用により、高いスループットで生産できる可能性も有している。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載されるように、有機薄膜太陽電池においても、それに用いる薄膜電極は、スパッタ法等の真空プロセスにより作製することが通常であった。このため、電極を形成するために真空装置が必要とされ、製造コストを要するものであった。また、Ｒｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ工法を適用した場合、長尺のＲｏｌｌ  ｔｏ  Ｒｏｌｌ工法基板に電極を形成するためには、巨大なチャンバーを有する真空装置が必要となり、大きな装置コストが想定される。
【０００８】
この問題を解決する手段として、塗布工法により電極を形成する方法が考えられる。
【０００９】
しかしながら、有機薄膜太陽電池の電極を塗布工法で形成するにあたり、大きな障害が存在する。すなわち、有機薄膜太陽電池は、有機光電変換層が、二つの電極により挟まれた構造をしている。従って、二つの電極のうち、いずれか一方は、有機光電変換層の上に形成する必要がある。有機光電変換層は機械的強度に乏しいため、スクリーン印刷等の手法を用いて、有機光電変換層上に電極を形成することは困難である。また、電極材料の塗布溶媒としては水を用いる場合が多く、水を含んだ電極材料を有機光電変換層上に塗布すると、電極材料中の水分が有機光電変換層内に侵入して、素子の劣化要因となる。このような理由から、有機光電変換層上に電極を塗布形成するのは困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００９−２５２７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
よって、本発明の目的は、生産性、発電特性に優れた有機薄膜太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明の有機薄膜太陽電池モジュールは、第１有機半導体層と第２有機半導体層とが接合して形成された有機光電変換層と、前記有機光電変換層の第１有機半導体層側の面に、直接又は他の層を介して配置された、第１支持基板上に形成された透明電極と、前記有機光電変換層の第２有機半導体層側の面に、直接又は他の層を介して配置された、第２支持基板上に形成された対向電極とを備えた太陽電池セルを有する。
【００１３】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールは、隣接する太陽電池セルの透明電極と対向電極との間に低融点金属が配置され、前記低融点金属の一端が、前記透明電極に接合し、前記低融点金属の他端が、前記対向電極に接合して、隣接する太陽電池セルどうしが直列接続していることが好ましい。
【００１４】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールは、前記１有機半導体層及び前記２有機半導体層のうち、いずれか一方の有機半導体層は、少なくともｐ型有機半導体を含有する層であり、他方の有機半導体層は、少なくともｎ型有機半導体を含有する層であることが好ましい。
【００１５】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールは、前記ｐ型有機半導体がアモルファス性材料であり、前記ｎ型有機半導体がフラーレン誘導体であることが好ましい。
【００１６】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールは、前記透明電極及び／又は前記対向電極は、塗布形成法により支持基板上に形成して得られたものであることが好ましい。
【００１７】
また、本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、有機半導体により形成される有機光電変換層と、前記有機光電変換層の一方の面側に直接又は他の層を介して配置された透明電極と、前記有機光電変換層の他方の面側に直接又は他の層を介して配置された対向電極とを備えた太陽電池セルを有する有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
第１支持基板に前記透明電極を形成した後、前記透明電極上に、直接又は他の層を介して有機半導体を含む第１塗工液を塗布して、第１有機半導体層を形成する工程１と、
第２支持基板に前記対向電極を形成した後、前記対向電極上に、直接又は他の層を介して有機半導体を含む第２塗工液を塗布して、第２有機半導体層を形成する工程２と、
前記第１有機半導体層と、前記第２有機半導体層とを接合させて、前記有機光電変換層を形成する工程３と含むことを特徴とする。
【００１８】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、前記工程１及び／又は前記工程２において、前記有機半導体層の形成後に、隣接する太陽電池セルどうしの接続すべき前記透明電極上及び／又は前記対向電極上に、融点が２００℃以下の低融点金属を配置し、前記工程３において、前記第１有機半導体層と、前記第２有機半導体層とを接合させた後、前記低融点金属を加熱融解して、前記低融点金属の一端を前記透明電極に接合させると共に、他端を前記対向電極に接合させて、隣接する太陽電池セルどうしを直列接続することが好ましい。
【００１９】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、前記第１塗工液及び前記第２塗工液のうち、いずれか一方の塗工液は、少なくともｐ型有機半導体を含有するものを用い、他方の塗工液は、少なくともｎ型有機半導体を含有するものを用いることが好ましい。
【００２０】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、前記ｐ型有機半導体としてアモルファス性材料を用い、前記ｎ型有機半導体としてフラーレン誘導体を用いることが好ましい。
【００２１】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法は、前記透明電極及び／又は前記対向電極を、塗布形成法により支持基板上に形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、透明電極と対向電極とを、それぞれ別の支持基板に形成したのち、各電極上に、直接又は他の層を介して有機半導体層を形成し、各電極上に形成した有機半導体層どうしを接合させて薄膜太陽電池モジュールを製造するので、いずれの電極も有機半導体層が形成される前に支持基板上に形成される。このため、電極を塗布形成法で形成しても、それにより有機半導体層が劣化する恐れは無い。
また、有機半導体層は流動性があるので、有機半導体層どうしを密着性よく接合でき、接合界面における空隙の発生を抑制できる。このため、発電特性に優れた有機光電変換層を形成できる。
また、電極が大気に暴露され続けると、電極表面に水分や酸素が吸着して電極が酸化劣化して発電特性が低下する可能性があるが、本発明では、それぞれの電極上に有機半導体層を形成するので、電極表面が直接大気に触れることを防止でき、電極の酸化劣化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの概略図である。
【図２】本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法の工程図であって、透明電極側の工程図である。
【図３】本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法の工程図であって、対向電極側の工程図である。
【図４】本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法の工程図であって、透明電極と対向電極とを貼り合わせる工程の工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの一実施形態について、図１を用いて説明する。
【００２５】
この有機薄膜太陽電池モジュールは、図１に示されるように、第１有機半導体層１２と第２有機半導体層２２とが接合して形成された有機光電変換層３０と、有機光電変換層３０の第１有機半導体層１２側の面に配置された、第１支持基板１０上に形成された透明電極１１と、有機光電変換層３０の第２有機半導体層２２側の面に配置された、第２支持基板２０上に形成された対向電極２１とを備えた太陽電池セル４０を有する。
【００２６】
透明電極１１には、Ａｌ，Ａｇ等の低抵抗金属からなるパスライン１５が形成されている。
【００２７】
そして、隣接する太陽電池セル４０の透明電極１１と対向電極２１との間に低融点金属３５が配置され、低融点金属３５の一端が、透明電極１１に接合し、低融点金属３５の他端が、対向電極２１に接合して、隣接する太陽電池セル４０どうしが直列接続している。
【００２８】
以下、図１に示す有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法を例に挙げて、本発明の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法を説明する。
【００２９】
本発明において、透明電極形成用の第１支持基板１０、対向電極形成用の第２支持基板２０の種類としては、特に限定されないが、ポリエステル（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）などのプラスチックフィルム基板、ガラス基板等が挙げられる。必要に応じて、基板表面をアルカリ洗剤等で洗浄し、表面に付着するパーティクル等の汚染物の除去処理を行ってもよい。また、基板にＵＶ−Ｏ３、Ｏ２−Ｐｌａｓｍａ等を照射して表面処理を行ってもよい。
【００３０】
なお、基板の種類としてプラスチックフィルム基板を用いる場合は、表面処理後の基板に対し、水分や酸素の進入を防ぐために封止膜を形成することが好ましい。封止膜としては、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂などの有機材料と、ＳｉＯ２，ＳｉＣなどの無機材料とを用いた複合膜を用いると、より効果的な封止が可能となる。
【００３１】
次に、図２，３に示すように各支持基板１０，２０上に、電極１１，２１、有機半導体層１２，２２を順次形成する。
【００３２】
まず、透明電極側の工程について、図２を参照しながら説明する。
【００３３】
図２（ａ）に示すように、第１支持基板１０上に、Ａｌ，Ａｇ等の低抵抗金属からなるパスライン１５形成する。透明電極は、金属電極に比べて抵抗値が高いため集電能力が不十分な場合がある。透明電極１１に、低抵抗金属によるバスラインを導入することにより、透明電極の集電能力を向上できる。なお、透明電極１１へのバスラインの導入が不要な場合は、この工程は省略できる。
【００３４】
次に、図２（ｂ）に示すように、第１支持基板１０上に透明電極１１を形成する。
【００３５】
透明電極１１の材質としては、特に限定は無く、Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ（ＩＴＯ）、Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ（ＺｎＯ）、Ｉｎｄｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ（ＩＺＯ）、Ｇａｌｉｕｍ  ｄｏｐｅｄ  ＺｉｎｃＯｘｉｄｅ（ＧＺＯ）、Ａｌｕｍｉｎｕｍ  ｄｏｐｅｄ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ（ＡＺＯ）等の金属酸化膜や、酸化グラフェン（ＧＯ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）などの炭素原料を用いた膜が挙げられる。
【００３６】
透明電極１１の形成方法は、塗布形成法、スパッタリング法、蒸着法、ＣＶＤ法等が挙げられる。なかでも、安価な装置設備で形成出来るという理由から塗布形成法が好ましい。塗布形成法による電極の形成方法としては、例えば、以下の方法１，２が一例として挙げられる。
【００３７】
方法１：電極材料の微粒子を分散させた液を支持基板に塗布した後、加熱焼結して電極を形成する方法。
方法２：有機金属化合物の前駆体を含む液を支持基板に塗布した後に化学反応によって金属を重合させて電極を形成する方法。
【００３８】
次に、図２（ｃ）に示すように、透明電極１１をパターニングする。パターニング方法としては特に限定は無く、ウェットエッチング、ドライエッチング等が挙げられる。なお、透明電極１１のパターニングが不要な場合は、この工程は省略できる。
【００３９】
次に、図２（ｄ）に示すように、透明電極１１上に、有機半導体を含む塗工液１を塗布し、第１有機半導体層１２を形成する。図２（ｄ）では、透明電極１１上に第１有機半導体層１２を直接形成しており、パターニングされた各透明電極１１の一部が露出している。
【００４０】
塗工液１の塗布方法は、特に限定はなく、スピン塗布、ディップ塗布、スプレー塗布、インクジェット印刷、スクリーン印刷など従来公知の方法を用いることができる。
【００４１】
透明電極１１の一部が露出するように第１有機半導体層１２を形成するには、例えば、スピン塗布、ディップ塗布、スプレー塗布等の塗布方法の場合、マスクを用いて塗工液を塗布し、パターン形成された第１有機半導体層１２を形成すればよい。また、スクリーン印刷やインクジェット印刷等の塗布方法の場合、塗工液をパターニングして塗布し、パターン形成された第１有機半導体層１２を形成すればよい。
【００４２】
塗工液１、及び、後述する塗工液２に用いる有機半導体は、最終的に形成される有機光電変換層の種類により適宜選択できる。
【００４３】
例えば、有機光電変換層として、ｐｉｎ接合型の有機光電変換層を形成する場合は、塗工液１の有機半導体として、ｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体のいずれか一方の有機半導体を用い、後述する塗工液２の有機半導体として、他方の有機半導体を用いる。すなわち、第１有機半導体層１２として、ｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体のいずれか一方の有機半導体を含有する層を形成し、第２有機半導体層２２として他方の有機半導体を含有する層を形成する。第１有機半導体層１２と、第２有機半導体層２２とを接合することで、両者の接合界面において、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体とが混合した混合層（ｉ層）が形成され、ｐｉｎ接合型の有機光電変換層が形成される。
【００４４】
また、有機光電変換層が、ｐ型有機半導体とｎ型有機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である場合は、各塗工液の有機半導体として、ｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体を用いる。すなわち、第１有機半導体層１２及び第２有機半導体層１２としてバルクヘテロ接合層を形成する。本発明者らの研究によれば、バルクヘテロ接合層は、膜内がほぼ均一なミクロ相分離構造を形成しているという結論に到達した。このため、バルクヘテロ接合層どうしを接触融合させても、同じ内部構造を有する膜を得ることができ、後述する実施例に示すように、良好な太陽電池特性が得られる。この場合において、各塗工液中におけるｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合割合は、モル比で、ｐ型有機半導体：ｎ型有機半導体＝１：０．５〜７が好ましく、１：０．７〜３がより好ましい。混合割合が上記範囲内であれば、電子と正孔がバランス良く輸送されるため、高いＦＦ値を得ることが出来る。また、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体の相分離を促進させるために、塗工液の塗布後に適当な温度で加熱処理を行うことも有効である。加熱の条件は、用いる有機半導体材料にも依存するので一概には言えないが、温度にして８０℃〜１８０℃、時間にして１０分〜４０分の加熱処理が好ましい。
【００４５】
ｐ型有機半導体としては、電子供与性を有する任意の有機材料を用いることができる。例えば、チオフェン、フェニレンビニレン、チエニレンビニレン、カルバゾール、ビニルカルバゾール、ピロール、イソチアナフェン、イソチアナフェンおよびヘプタジエンなどの化合物、ならびに水酸基、アルキル基、アミノ基、メチル基、ニトロ基およびハロゲン基などを有する上記化合物の誘導体の重合体が挙げられるが、これらには限定されない。なお、これらは、単独で用いてもよいし、二種以上を組み合わせて用いてもよい。ｐ型有機半導体の重量平均分子量は、用いる材料にも依存し、一概には言及出来ないが、２，０００〜１５０，０００が望ましい。
【００４６】
ｎ型有機半導体は、電子受容性を有する任意の有機材料を用いることができる。例えば、フラーレン誘導体、ペリレン誘導体等が挙げられる。なかでも、フラーレン誘導体は、ｐ型有機半導体からの電子移動が取り分け早いので、特に好ましい。フラーレン誘導体としては、フラーレンＣ６０の誘導体、フラーレンＣ７０の誘導体、フラーレンＣ８０の誘導体等が好ましく挙げられる。具体的な一例としては、Ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−Ｂｕｔｙｒｉｃ−Ａｃｉｄ−Ｍｅｔｈｙｌ  Ｅｓｔｅｒ（以下、「ＰＣＢＭ」ともいう）、Ｂｉｓａｄｄｕｃｔ−Ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−Ｂｕｔｙｒｉｃ−Ａｃｉｄ−Ｍｅｔｈｙｌ  Ｅｓｔｅｒ等が挙げられる。
【００４７】
塗工液１の有機溶媒は、ｐ型有機半導体及びｎ型有機半導体に対して、十分な溶解性を持つものが望ましい。また、有機溶媒の沸点があまり低いと、塗工液の塗布後直ちに溶媒が揮発してしまい、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体の相分離が十分に進行することが出来ないことがある。有機溶媒の好ましい具体例としては、クロロベンゼン（沸点：１３１℃）、アニソール（沸点：１５４℃）、１，２−ジクロロベンゼン（沸点：１８１℃）、１，２，３−トリクロロベンゼン（沸点：２２１℃）等が挙げられる。
【００４８】
塗工液１の有機溶媒の含有量は、７０〜９９．９質量％が好ましく、８０〜９９質量％がより好ましい。有機溶媒の含有量が７０質量％未満であると、溶質である有機半導体同士が凝集して、相分離が生じ難くなる傾向があり、９９．９質量％を超えると溶液の粘度が低下して、塗布工程により適切な膜厚を有する薄膜を形成し難くなる。
【００４９】
塗工液１には、酸化防止剤、相溶化剤、結晶化促進剤等の添加剤を、物性を損なわない範囲で含有できる。
【００５０】
塗工液１の塗布は、乾燥窒素、乾燥アルゴン等の湿度０．０１％以下の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。酸素や水分の存在下で塗膜を形成すると、これらの成分が塗膜中に残存して、高分子材料を劣化させる恐れがある。
【００５１】
このようにして、第１支持基板１０上に、透明電極１１、第１有機半導体層１２を順次形成する。
【００５２】
次に、対向電極側の工程について、図３を参照しながら説明する。対向電極側の工程も、上述した透明電極側の工程と同様である。
【００５３】
まず、図３（ａ）に示すように、第２支持基板２０上に対向電極２１を形成する。
【００５４】
対向電極２１の材質としては、特に限定は無く、Ａｌ、Ｍｇ、Ｃａ等の金属あるいはこれらの合金が挙げられる。
【００５５】
対向電極２１の形成方法は、上述した透明電極１１の形成方法と同様の方法が挙げられる。なかでも、安価な装置設備で形成出来るという理由から塗布形成法が好ましい。
【００５６】
次に、図３（ｂ）に示すように、対向電極２１をパターニングする。パターニング方法としては特に限定は無く、ウェットエッチング、ドライエッチング等が挙げられる。なお、対向電極２１のパターニングが不要な場合は、この工程は省略できる。
【００５７】
次に、図３（ｃ）に示すように、対向電極２１上に、有機半導体と有機溶媒とを含む塗工液２を塗布して、第２有機半導体層２２を形成する。
【００５８】
塗工液２に用いる有機半導体は、上述したように、最終的に形成される有機光電変換層の種類により適宜選択できる。
【００５９】
塗工液２の有機溶媒の種類及び含有量は、上述した塗工液１と同様である。また、塗工液１と同様、物性を損なわない程度で各種添加剤を含有させてもよい。また、塗工液２の塗布方法及び塗布条件は、上述した塗工液１と同様である。
【００６０】
図３（ｄ）では、対向電極２１上に第２有機半導体層２２を直接形成しており、パターニングされた各対向電極２１の一部が露出している。このパターン形成方法も、第１有機半導体層１２と同様である。
【００６１】
このようにして、第２支持基板２０上に、対向電極２１、第２有機半導体層２２を順次形成する。
【００６２】
次に、図４に示すように、対向電極２１の露出した部分、すなわち、隣接する太陽電池セルどうしの接続すべき対向電極２１上に、融点が２００℃以下の低融点金属３５を配置する。なお、低融点金属３５は、隣接する太陽電池セルどうしの接続すべき電極上に配置すればよいので、透明電極１１上に配置してもよく、透明電極１１及び対向電極２１の両方に配置してもよい。
【００６３】
低融点金属３５としては、特に限定は無く、例えば、Ｓｎ（４８％）−Ｚｎ（５２％）合金（融点１１７℃）、Ｓｎ（１７％）−Ｂｉ（５８％）−Ｚｎ（２５％）合金（融点７９℃）等が挙げられる。
【００６４】
低融点金属３５の配置方法は、特に限定は無く、例えば、ディスペンサーによる塗布等が挙げられる。
【００６５】
次に、各支持基板上の有機半導体層どうしが向かい合うように第１支持基板１０と第２支持基板２０とを配置し、熱圧着法、ラミネート法等の方法で両者を貼り合わせて第１有機半導体層１２と第２有機半導体層２２とを接合させて、有機光電変換層３０を形成する。
【００６６】
有機半導体層は流動性があるので、表面に凹凸があっても有機半導体層どうしを密着性よく接合でき、接合界面における空隙の発生を抑制できる。また、有機半導体層は、加熱するとさらに流動性が増すので、接合時に加熱すると、有機半導体層どうしをより一体化しやすくなる。なお、一方の支持基板側に電極、有機半導体層を順次形成し、他方の支持基板側に電極のみを形成した場合、電極は硬い固体膜なので、凹凸は解消されず、支持基板どうしを貼り合わせた際に、電極と有機半導体層との接合界面において空隙が発生する。このため、有機半導体層で発生した電荷が、効率良く電極に注入されず、電流密度が低下する原因となる。
【００６７】
接合時の加熱条件は、低融点金属３５の融点〜１５０℃が好ましい。低融点金属３５の融点以上に加熱することで、透明電極１１上に配置した低融点金属３５が融解して、低融点金属３５の一端が透明電極１１に溶融接合すると共に、他端が対向電極２１に溶融接合し、太陽電池セルを直列接続できる。また、加熱温度が１５０℃未満であれば、有機半導体膜の熱劣化を抑制できる。
【００６８】
このようにして、図１に示す有機薄膜太陽電池モジュールを製造できる。
【００６９】
なお、この実施形態では、各電極上に有機半導体層を直接形成したが、透明電極１１及び対向電極２１のうち、陰極となる電極上に正孔ブロック層を形成し、正孔ブロック層を介して有機半導体層を形成してもよい。この態様によれば、陰極近傍における正孔―電子の再結合を抑制でき、整流性が改善されて短絡電流が向上する。
【００７０】
正孔ブロック層としては、正孔のブロック効果があるものであれば良く、特に限定はない。例えば、フッ化リチウム（ＬｉＦ）膜、Ｂａｔｈｏｃｕｐｒｏｉｎｅ（ＢＣＰ）膜、
ＴｉＯｘ膜、ＴｉＯ２膜、ＺｎＯナノパーティクルなどが挙げられる。
【００７１】
正孔ブロック層の膜厚は、０．１〜１．０ｎｍが好ましく、０．３〜０．５ｎｍがより好ましい。０．１ｎｍ未満であると、正孔のブロック効果が十分に得られない。１．０ｎｍを超えると、絶縁性が高くなって、電荷注入が阻害される傾向にある。
【００７２】
また、透明電極１１及び対向電極２１のうち、陽極となる電極上に正孔輸送層を形成し、正孔輸送層を介して有機半導体層を形成してもよい。この態様によれば、有機光電変換層から陽極への電荷の注入を促進でき、整流性が改善されて短絡電流が向上する。
【００７３】
正孔輸送層としては、ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ／ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅｓｕｌｆｏｎａｔｅ）（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）等が挙げられる。
【実施例】
【００７４】
（実施例１）
ｐ型有機半導体としてポリ３−ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）を２０ｍｇと、ｎ型有機半導体としてＰｈｅｎｙｌ−Ｃ６１−Ｂｕｔｙｒｉｃ−Ａｃｉｄ−Ｍｅｔｈｙｌ  Ｅｓｔｅｒ（ＰＣＢＭ）を１４ｍｇ採取し、溶媒クロロベンゼン（沸点１３１℃）１ｍＬに溶解させて、２０時間攪拌し、塗工液を調製した。
透明電極（ＩＴＯ、厚さ１００ｎｍ）の形成されたガラス基板（基板１）を用意して、酸素プラズマで表面をドライ洗浄した。スピンコーターを用いて、基板上にｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）：ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ  ｓｕｌｆｏｎａｔｅ（ＰＥＤＴ／ＰＳＳ)を塗布した。その後、ホットプレートを用いて加熱処理（１３５℃×１０分）を施して、ＰＥＤＴ／ＰＳＳを乾燥固化させた。
次に、スピンコーターを用いて、基板１の透明電極上に塗工液を塗布して、厚さ５０ｎｍの第１バルクヘテロ接合層を形成した。塗布は乾燥窒素の封入されたグローブボックス内で実施した。
別にもう一枚のガラス基板（基板２）を用意して、その上に、厚さ１００ｎｍのＡｌからなる対向電極を蒸着形成した。そして、スピンコーターを用いて、基板２の対向電極上に塗工液を塗布して、厚さ５０ｎｍの第２バルクヘテロ接合層を形成した。塗布は乾燥窒素の封入されたグローブボックス内で実施した。
次に、第１のバルクヘテロ接合層と、第２バルクヘテロ接合層とを密着させて、基板１と基板２とを貼り合わせ、ホットプレートを用いて加熱処理（１３０℃×３０分）を施して、バルクヘテロ接合層を融合させ、有機薄膜太陽電池を製造した。貼り合せ作業は、大気中で実施した。
【００７５】
（実施例２）
実施例１において、２つの太陽電池セルが基板上に作製されるように、透明電極、対向電極をそれぞれパターニングした。
そして、基板１と基板２とを貼り合わせた時に、隣接する太陽電池セルの透明電極と対向電極とが電気的に接続するように、Ｓｎ−Ｚｎ合金（Ｓｎ４８％、Ｚｎ５２％、融点１１７℃）を、ピンセットで対向電極上に配置した。
そして、第１ヘテロバルク接合層と、第２ヘテロバルク接合層とを密着させて、基板１と基板２とを貼り合わせた後、１２０℃で１５分加熱処理を施して、有機薄膜太陽電池を製造した。貼り合せ作業は、大気中で実施した。
【００７６】
（比較例１）
透明電極（ＩＴＯ、厚さ１００ｎｍ）の形成されたガラス基板（基板１）を用意して、酸素プラズマで表面をドライ洗浄した。スピンコーターを用いて、基板上にＰＥＤＴ／ＰＳＳを塗布した。その後、ホットプレートを用いて加熱処理（１３５℃×１０分）を施して、ＰＥＤＴ／ＰＳＳを乾燥固化させた。
次に、スピンコーターを用いて、基板１の透明電極上に塗工液を塗布して、厚さ１００ｎｍのバルクヘテロ接合層を形成した。塗布は乾燥窒素の封入されたグローブボックス内で実施した。
次に、バルクヘテロ接合層上に、厚さ１００ｎｍのＡｌからなる対向電極を蒸着形成した後に、ホットプレートを用いて加熱処理（１５０℃×１５分）を施して、有機薄膜太陽電池を製造した。
【００７７】
実施例１〜２、比較例１の有機薄膜太陽電池の受光セル（２ｍｍ×２ｍｍ）に、擬似太陽光（ＡＭ１．５）を照射して、太陽電池特性（短絡電流（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、ＦＦ（曲線因子）、エネルギー変換効率（ＰＣＥ））を調べた。擬似太陽光の照射には、分光計器製ＯＴＥ−ＸＬを用いた。電流密度と電圧の測定には、ＫＥＩＴＨＬＥＹ製２４００を用いた。結果を表１にまとめて記す。
【００７８】
【表１】
2013243321.tif 000003
【００７９】
表１に示すように、実施例１と比較例１は、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦ、ＰＣＥの各特性がほぼ同等の値であり、本発明の方法で製造した有機薄膜太陽電池は、蒸着法により金属電極を製膜して製造した有機薄膜太陽電池と、同レベルの性能を再現できることが確認された。
【００８０】
また、実施例２のＶｏｃの値は、実施例１のおよそ２倍であり、ＪｓｃとＦＦの値は、実施例１とほぼ同等の値であった。この結果から、低融点金属により、２つの太陽電池セルは、オーミック的に接合され、直列配線が実現されていることが確認された。
【符号の説明】
【００８１】
１０：第１支持基板
１１：透明電極
１２：第１有機半導体層
１５：バスライン
２０：第２支持基板
２１：対向電極
２２：第２有機半導体層
３０：有機光電変換層
３５：低融点金属
４０：太陽電池セル
【図１】
2013243321.tif 000004
【図２】
2013243321.tif 000005
【図３】
2013243321.tif 000006
【図４】
2013243321.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月5日(2013.4.5)
【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】
有機半導体により形成される有機光電変換層と、前記有機光電変換層の一方の面側に直接又は他の層を介して配置された透明電極と、前記有機光電変換層の他方の面側に直接又は他の層を介して配置された対向電極とを備えた太陽電池セルを有する有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法であって、
第１支持基板に前記透明電極を形成した後、前記透明電極上に、直接又は他の層を介して、有機半導体を含む第１塗工液を塗布して第１有機半導体層を形成する工程１と、
第２支持基板に前記対向電極を形成した後、前記対向電極上に、直接又は他の層を介して、有機半導体を含む第２塗工液を塗布して第２有機半導体層を形成する工程２と、
前記第１有機半導体層と、前記第２有機半導体層とを接合させて、前記有機光電変換層を形成する工程３と含むことを特徴とする有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記工程１及び／又は前記工程２において、前記有機半導体層の形成後に、隣接する太陽電池セルどうしの接続すべき前記透明電極上及び／又は前記対向電極上に、融点が２００℃以下の低融点金属を配置し、
前記工程３において、前記第１有機半導体層と、前記第２有機半導体層とを接合させた後、前記低融点金属を加熱融解して、前記低融点金属の一端を前記透明電極に接合させると共に、他端を前記対向電極に接合させて、隣接する太陽電池セルどうしを直列接続する請求項１に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記第１塗工液及び前記第２塗工液のうち、いずれか一方の塗工液は、少なくともｐ型有機半導体を含有するものを用い、他方の塗工液は、少なくともｎ型有機半導体を含有するものを用いる請求項１又は２に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記ｐ型有機半導体としてアモルファス性材料を用い、前記ｎ型有機半導体としてフラーレン誘導体を用いる請求項３に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記透明電極及び／又は前記対向電極を、塗布形成法により前記支持基板上に形成する請求項１〜４のいずれか１項に記載の有機薄膜太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】
第１有機半導体層と第２有機半導体層とが接合して形成された有機光電変換層と、前記有機光電変換層の第１有機半導体層側の面に、直接又は他の層を介して配置された、第１支持基板上に形成された透明電極と、前記有機光電変換層の第２有機半導体層側の面に、直接又は他の層を介して配置された、第２支持基板上に形成された対向電極とを備えた太陽電池セルを有する有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項７】
隣接する太陽電池セルの透明電極と対向電極との間に低融点金属が配置され、前記低融点金属の一端が、前記透明電極に接合し、前記低融点金属の他端が、前記対向電極に接合して、隣接する太陽電池セルどうしが直列接続している請求項６に記載の有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記第１有機半導体層及び前記第２有機半導体層のうち、いずれか一方の有機半導体層は、少なくともｐ型有機半導体を含有する層であり、他方の有機半導体層は、少なくともｎ型有機半導体を含有する層である請求項６又は７に記載の有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記ｐ型有機半導体がアモルファス性材料であり、前記ｎ型有機半導体がフラーレン誘導体である請求項８に記載の有機薄膜太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記透明電極及び／又は前記対向電極は、塗布形成法により前記支持基板上に形成して得られたものである請求項６〜９のいずれか１項に記載の有機薄膜太陽電池モジュール。