(57)【要約】【課題】二次加工の作業性に優れ、施工性が高く、設置前後の意匠性に優れた薄膜太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】  基板、光電変換素子、接着層、バリア層が順次積層され、前記光電変換素子と電気的に接続された集電線を含む薄膜太陽電池モジュールであって、前記接着層と前記集電線とが光電変換素子の受光面の法線方向に重ならないように設けられている薄膜太陽電池モジュール。【選択図】  図１
2016187011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板、光電変換素子、接着層、バリア層が順次積層され、
該光電変換素子と電気的に接続された集電線を含む薄膜太陽電池モジュールであって、
該接着層と該集電線とが光電変換素子の受光面の法線方向に重ならないように設けられている薄膜太陽電池モジュール。
【請求項２】
粘着層、基板、光電変換素子、接着層、バリア層を順次有する、請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項３】
基板、光電変換素子、接着層、バリア層、粘着層を順次有する、請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記集電線が絶縁層と積層されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項５】
接着層が四辺を有する形状であり、該四辺が以下の条件１又は２のいずれかを満たす、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の薄膜太陽電池モジュール。
（条件１）  接着層の端面と集電線とが隣接する
（条件２）  基板の端面と接着層の端面とが略同一面である
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、色素増感型太陽電池や有機薄膜太陽電池などを用いた透明フィルム型太陽電池モジュールの開発が行われている。また、透明フィルム型太陽電池モジュールを応用した製品として、建物の窓ガラスに貼りつける太陽電池一体型ウィンドフィルムが提案されている（特許文献１、２）。このような太陽電池一体型ウィンドフィルムの特徴として、窓に直接貼りつけるため太陽光のエネルギーが効率的に利用できる、適度な透過性を有するため視界や室内の採光を妨げない、遮熱効果を有するため室内の温度上昇を抑えることができるなどが挙げられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−４９４９９号公報
【特許文献２】特開２０１２−１８６３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽電池一体型ウィンドフィルムにおいては、光電変換素子部分から電気を取り出す方法、すなわち電極および集電線の構造と配置にかかわる設計が極めて重要である。通常のウィンドフィルムは数十から百μｍ厚のフィルム積層体からなり、その表面は凹凸がなく平坦である。一方でフィルム型太陽電池では、通常、大きな電流を取り出すために、厚みがある集電線をフィルム内に配置し、その上からバリア層を含むフィルムで封止する構造が一般的である。この場合、集電線付近領域が平坦ではなく凹凸を含んだ構造となり、窓ガラスへ貼る際に障害が生じる可能性がある。また集電線から外部回路へ電気を取り出す部分の構造についても、窓ガラスへの設置時に障害となる可能性がある。
【０００５】
このように、電極および集電線の構造と配置にかかわる設計は重要にもかかわらず、特許文献１には、光電変換素子から電気を取り出す構造については一切記載されていない。また、特許文献２では、光電変換素子と集電線との接続方法が記載されていない。
【０００６】
そこで、本発明者らは薄膜太陽電池モジュールの一方の面に粘着層を設けた太陽電池一体型ウインドフィルムを製造し、窓への設置を検討したところ、幾つかの問題点が見出された。
【０００７】
第一の課題として、薄膜太陽電池モジュールに設けた集電線により、薄膜太陽電池モジュールの表面に凹凸ができるため、粘着層形成等の二次加工の作業性が劣ることが判明した。
第二の課題として、この凹凸により、粘着層追加の加工をしたのちに窓ガラスに貼りつけ設置する際に、スキージ処理の効率が著しく低下し、さらには凹凸の周辺に気泡または水泡が残りやすいため、薄膜太陽電池モジュールが設置された窓ガラスの意匠性が低下することが見出された。
【０００８】
さらに第三の課題として、薄膜太陽電池モジュール自身の意匠性の低下が挙げられる。有機太陽電池素子等の、水分や酸素により劣化しうる素子を用いる場合には、素子をバリア層で封止する必要があり、例えば太陽電池素子に集電線を設置した後に接着層を介してバリア層を設置する必要がある。従って、太陽電池素子と接着層との間の、集電線に沿った領域に気泡が発生しやすい。薄膜太陽電池モジュールは、人の目に晒されやすい場所に設置するため特に意匠性が重要であり、このような気泡はできる限り減らしたい。
【０００９】
本発明は上記問題を解決すべく、二次加工の作業性に優れ、施工性が高く、設置前後の意匠性に優れた薄膜太陽電池モジュールを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、接着層を特定の位置に設置することで上記課題を解決し、本発明を達成するに至った。
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
［１］  基板、光電変換素子、接着層、バリア層が順次積層され、
該光電変換素子と電気的に接続された集電線を含む薄膜太陽電池モジュールであって、
該接着層と該集電線とが光電変換素子の受光面の法線方向に重ならないように設けられている薄膜太陽電池モジュール。
［２］  粘着層、基板、光電変換素子、接着層、バリア層を順次有する、［１］に記載の薄膜太陽電池モジュール。
［３］  基板、光電変換素子、接着層、バリア層、粘着層を順次有する、［１］に記載の薄膜太陽電池モジュール。
［４］  前記集電線が絶縁層と積層されている、［１］〜［３］のいずれか１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
［５］  接着層が四辺を有する形状であり、該四辺が以下の条件１又は２のいずれかを満たす、
［１］〜［４］のいずれか１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
（条件１）  接着層の端面と集電線とが隣接する
（条件２）  基板の端面と接着層の端面とが略同一面である
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、モジュール表面の段差が少なく、粘着剤貼合や窓ガラスへの設置など２次加工性に優れ、またモジュール内に気泡残りのない意匠性に優れた薄膜太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図２】本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池モジュールの平面模式図である。
【図３】本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図４】本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図５】本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図６】本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図７】本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図８】本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図９】本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図１０】本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図１１】本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池モジュールの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定されない。
【００１４】
１．薄膜太陽電池モジュール
１．１  構造
本発明に係る薄膜太陽電池モジュールは、基板、光電変換素子、第一接着層、第一バリア層が順次積層され、該光電変換素子と電気的に接続された集電線を含み、該接着層と該集電線とが光電変換素子の受光面の法線方向に重ならないように設けられている。
【００１５】
本発明の一実施形態に係る薄膜太陽電池モジュールは、図１、２に示すように基板、光電変換層、第一接着層、第一バリア層をこの順に有する。光電変換層は基板上の全面に設けられていてもよいし、その一部に設けられていてもよい。第一接着層および第一バリア層は光電変換層を封止するために設けられる層であり、光電変換層の大部分を覆うように設けられる。第一接着層および第一バリア層の位置関係、相対的大きさに特段の制限はないが、通常は第一接着層と第一バリア層は同一の大きさ、および同一の形状で端部を揃えて積層されるか、あるいは第一バリア層が第一接着層の全面を覆いかつ、第一バリア層が第一接着層よりも大きく積層される。
【００１６】
集電線と第一接着層は、図１および図２に示すように光電変換素子の受光面の法線方向に対して重ならないように設けられる。集電線の端面は接着層の端面と接触していてもよいし、接触していなくてもよいが、封止層をできるだけ広くするために、集電線と接着層は近接していることが好ましく、接触していることがより好ましい。
【００１７】
また、接着層が四辺を有する形状であり、該四辺が以下の条件１又は２のいずれかを満たすことが好ましい。
（条件１）  接着層と集電線とが隣接する
（条件２）  基板の端面と接着層の端面とが略同一面である
【００１８】
本発明の薄膜太陽電池モジュールに用いる光電変換素子の受光面は、通常四角形の形状を有し、その場合、接着層は光電変換素子の形状に合わせて四角形の形状を有する。このとき、接着層は四辺を有することになる。光電変換素子には、通常その一方の端と他方の端にそれぞれ一本の集電線を設置するため、光電変換層を覆うように接着層を設けると、接着層の四辺のうち二辺は集電線に接することになる。残りの二辺は、光電変換素子の形状に合わせて、薄膜太陽電池モジュールの端部近傍に存在することになる。条件１を満たす場合、上記集電線に隣接する二辺が、接着層と集電線とが隣接し、好ましくは接することにより、接着層と集電線との間の空隙を少なくすることで、薄膜太陽電池モジュールの表面の凹凸を抑制することができる。接着層と集電線とが隣接するとは、接着層の端面と集電線の端面との距離が、通常５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下、更に好ましくは１ｍｍ以下、特に好ましくは０．５ｍｍ以下であることを意味する。
【００１９】
条件２は残り二辺の通常薄膜太陽電池モジュールの端部近傍に位置する接着層の端面に関する。薄膜太陽電池の端面には、基板、光電変換素子、接着層およびバリア層が存在しうるが、このうち基板と接着層の端面との位置関係を規定したものである。
上記略同一面とは、基材の端面が存在する平面と接着層の端面が存在する平面との距離が通常５ｍｍ以下、好ましくは３ｍｍ以下、より好ましくは２ｍｍ以下、更に好ましくは１ｍｍ以下、特に好ましくは０．５ｍｍ以下、最も好ましくは０ｍｍであることを意味する。
【００２０】
図１に接着層と集電線が隣接した条件１の具体的態様を示す。このように隣接することで接着層と集電線との間に生じる凹凸を少なくすることができる。図２に基板の端面と接着層の端面とが略同一面である条件２の具体的態様を示す。基板の端面と接着層の端面とを略同一面になるように設定することで、薄膜太陽電池モジュール端面における薄膜太陽電池モジュール表面の段差をなくし、平坦性を向上させることができる。
【００２１】
また有機薄膜太陽電池など光電変換素子に有機層を含む場合は、有機層部分が水分や酸素などの影響により劣化しやすいため、光電変換層のうち有機層が形成された領域に重なるように第一接着層を設け、有機層を含まない電極部分には第一接着層を設けず、第一接着層を設けない電極部分の領域に集電線を設置し、集電線と光電変換素子とを電気的に接続することも好ましい。
【００２２】
図３（ａ）においては、光電変換素子のうち、電流取り出し部分に相当する電極２Ｂが無機層からなり、発電に関与する光電変換層２Ａと接触して発電部分の外側まで延びて設けられている。発電に関与する光電変換層２Ａに重なるように第一接着層３およびバリア層４が積層され、一方で電極に相当する無機層２Ｂに集電線５が設置される。このように配置することにより、光電変換層２Ａを水分や酸素から保護しつつ、モジュールの表面の凹凸を少なくした電気取り出しが達成できる。
【００２３】
上述のとおり、光電変換素子は水や酸素により劣化する場合があるため、基板が水や酸素を透過しやすい場合は、基板の、光電変換素子と反対の面に更にバリア層を設けることが好ましい。この場合、本発明に係る薄膜太陽電池モジュールは、例えば図３（ｂ）に示した通り、第二バリア層４’、第二接着層３’、基板１、光電変換素子２、第一接着層３、第一バリア層４が順次積層された構造とすることができる。
【００２４】
また、基板が水や酸素を通しづらいか、光電変換素子が水や酸素により劣化しづらい場合には、前記第二バリア層および第二接着層は不要となり、この場合、本発明に係る薄膜太陽電池モジュールは、基板、光電変換素子、接着層、バリア層の積層体となる。
【００２５】
また、本発明の薄膜太陽電池モジュールは、その最外層に、被着体に貼着するための粘着層を含み、該粘着層によって窓等の被着体に設置されるのが好ましい。粘着層は薄膜太陽電池モジュールの受光面側、非受光面側どちらに設けることもできるが、受光面側に粘着層を設け、これを介して窓等に設置することが、屋外からの太陽光を効率的に利用できる点で好ましい。
【００２６】
例えば、図４に示した通り、粘着層６は光電変換素子２に対して基板１側に設け、粘着層６、基板１、光電変換素子２、接着層３、バリア層４を順次有する構成とすることができる。この構造は基板のバリア性能を、窓ガラスなどの水蒸気、酸素を通さない被着材で補える点で好ましい。
また、図５に示した通り、粘着層６を光電変換素子２に対して第一バリア層４側に設け、基板１、光電変換素子２、接着層３、バリア層４、粘着層６を順次有する構成とすることもできる。この構造は、薄膜太陽電池モジュールを被着体に設置した際に集電線５が薄膜太陽電池モジュールの表側に露出せず、絶縁被覆部を省略しうる点で好ましい。また、図６に示した通り、粘着層６をバリア層４および集電線５の上部に有してもよい。
【００２７】
本発明に係る薄膜太陽電池モジュールは、その集電線が絶縁層と積層されていてもよい。絶縁層と積層することにより、施工時または施工後に人が集電線に触れ感電する、あるいは集電線部が外部の導体に触れて漏電するリスクを減らすとともに、集電線を外気による腐食から守る効果が得られる。
【００２８】
絶縁層は、集電線に対して、光電変換素子と反対側の面に、集電線を覆うように積層されればよく、その設置領域に特段の制限はない。例えば図７に示したように、絶縁層７の端面と集電線５の端面とが略同一面になるように配置してもよいし、図８に示すように、モジュールの受光面から見たときに絶縁層７の端面が集電線５の端面よりも外側になるように配置してもよい。図７の構造は薄膜太陽電池モジュールの表面の平坦性が向上する点で好ましく、図８の構造は集電線５と絶縁層７を積層させる工程が容易にな点で好ましい。また、図９に示すように、図８の構造に対してさらに絶縁粘着層８を設けた構造をとることもできる。この構造は、集電線が薄膜太陽電池モジュールの端面においても被覆される点で好ましい。
【００２９】
さらに、本発明に係る薄膜太陽電池モジュールは、たとえば図７の構造に対して、基板１側に粘着層６を設けた図１０、もしくは第一バリア層４側に粘着層６を設けた図１１の構成にすることにより、この粘着層を介して窓などに設置することができる。
以下、本発明の薄膜太陽電池モジュールの構成部材を説明する。
【００３０】
１．２  構成部材
１．２．１（素子）基板
基板は光電変換素子を支持する部材である。基板の材料としては、本発明を適用できる限り特に限定されず、無機材料、有機材料、紙材料および複合材料等の公知の材料が使用できる。具体的には、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料；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、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン；セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料；紙又は合成紙等の紙材料；ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料等が挙げられる。これらのうち、有機材料を用いた樹脂基板は、基板に透明性を付与できるため、スーパーストレート構造、サブストレート構造どちらの構造も作成が可能である上、透光性を有するシースルー太陽電池の作成が可能である点で好ましい。
【００３１】
中でも、基板が可とう性を有する（フレキシブル）基板であることが好ましい。基板がフレキシブルであることで、薄膜太陽電池をロール・トゥー・ロール方式により製造することが可能になり、また、薄膜太陽電池の設置の自由度が向上するためである。フレキシブルとは、例えば、曲率半径１７０ｍｍで曲げても破壊（塑性変形）しないことをいう。  フレキシブル基板の材料としては、上記材料の中でも、有機材料、紙材料、複合材料が好ましく、有機材料および複合材料がより好ましく、有機材料が特に好ましい。
【００３２】
有機材料は通常Ｔｍ（溶融温度）およびＴｇ（ガラス転移温度）を有するが、薄膜太陽電池の封止をＴｍ未満、好ましくはＴｇ未満で行うことにより基板の変形による外観の悪化を抑制することができる。
【００３３】
基板が樹脂基板である場合、樹脂基板のガラス転移温度（Ｔｇ）は、通常３０℃以上、好ましくは５０℃以上であり、通常４００℃以下、好ましくは３００℃以下、より好ましくは２００℃以下、更に好ましくは１６０℃以下である。ガラス転移温度（Ｔｇ）が上記範囲であることで樹脂基板を製造する際に成形加工しやすく、かつ太陽電池の製造する際の加工で変形が起きにくい。
【００３４】
本明細書におけるガラス転移温度とは、ＪＩＳ  Ｋ−７１２１  １９８７「プラスチックの転移温度測定方法」に定義された示差走査熱量測定（ＤＳＣ）により求められる値である。
【００３５】
基板の厚さに制限はないが、通常５μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であり、通常２０ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以下である。基板の厚さが５μｍ以上であることは、光電変換素子の強度が不足する可能性が低くなるために好ましい。基板の厚さが２０ｍｍ以下であることは、コストが抑えられ、かつ重量が重くならないために好ましい。基板の材料がガラスである場合の厚さは、通常０．０１ｍｍ以上、好ましくは０．１ｍｍ以上であり、一方、通常１ｃｍ以下、好ましくは０．５ｃｍ以下である。基板の厚さが０．０１ｍｍ以上であることは、機械的強度が増加し、割れにくくなるために、好ましい。また、基板の厚さが０．５ｃｍ以下であることは、重量が重くならないために好ましい。
【００３６】
基板の長さに制限はないが、通常１０ｃｍ以上、好ましくは１ｍ以上、より好ましくは１０ｍ以上、更に好ましくは５０ｍ以上、特に好ましくは１００ｍ以上である。上限は、通常１０ｋｍ以下、好ましくは５ｋｍ以下、より好ましくは１ｋｍ以下、更に好ましくは５００ｍ以下である。
【００３７】
ロール・トゥ・ロール方式により製造する場合は、通常１０ｍ以上、好ましくは２０ｍ以上、より好ましくは５０ｍ以上、更に好ましくは１００ｍ以上、特に好ましくは２００ｍ以上である。上限は特に制限されないが、通常１０ｋｍ以下、好ましくは５ｋｍ以下、より好ましくは１ｋｍ以下である。この範囲の長さにすることで、ロール・トゥ・ロール方式による効率的な生産を行うことができる。ロール・トゥ・ロール方式では、ロールの切り替えに時間がかかるため、ロールの切り替えによる時間のロスを少なくするためには、製造装置が許容する範囲で１つのロールの基板は長い方がよい。一方、ロールが重くなるとハンドリングしづらくなる点にも留意する必要がある。
【００３８】
１．２．２光電変換素子
光電変換素子は、通常基板上に下部電極、光電変換層および上部電極が順次積層された構造を有する。
【００３９】
本発明の薄膜太陽電池モジュールに用いられる光電変換素子の光電変換層の材料は、本発明の効果を損なわない限りどのようなものであっても用いてもよいが、軽量であることおよび可とう性を有することが、窓ガラスなどの建築物への設置の際の施工性を向上させるため、薄膜光電変換素子が好ましい。なお薄膜光電変換素子とは、光電変換素子の厚さが１００μｍ 以下のものをいう。
【００４０】
中でも、光電変換層を塗布により製造可能で、意匠性に優れる点で有機光電変換素子が好ましい。有機光電変換素子の光電変換層の材料は、本発明の効果を損なわない限りどのようなものであっても用いてもよいが、有機色素材料、有機半導体材料等を用いることが好ましい。これらのうち、有機半導体材料を用いることが、生産性に特に優れ、本発明の目的に沿うことから特に好ましい。以下、光電変換層の材料として有機半導体材料を用いた有機薄膜太陽電池素子の構成部材の例を説明する。
【００４１】
１．２．２．１  電極
有機薄膜太陽電池素子は、下部電極および上部電極を有する。これらの電極は、光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有する。したがって、これらの電極として、一方に正孔の捕集に適した電極（以下、アノードと記載する場合もある）を、他方に電子の捕集に適した電極（以下、カソードと記載する場合もある）を用いることが好ましい。下部電極がアノードであり、上部電極がカソードであってもよいし、下部電極がカソードであり、上部電極がアノードであってもよい。下部電極および上部電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。
【００４２】
本発明において透光性があるとは、太陽光線透過率、すなわち太陽光のうち波長３６０〜８３０ｎｍの波長の光が透過する割合が、４０％以上であることを指す。該太陽光線透過率は好ましくは５０％以上、より好ましくは６０％以上、更に好ましくは７０％以上である。
【００４３】
また、透明電極の太陽光線透過率が通常７０％以上であることが、透明電極を透過させて光電変換層に光を到達させるために好ましい。
これらの光線透過率は、ＪＩＳ７３７５：２００８に準拠して測定した値である。
【００４４】
下部電極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；酸化ニッケル、酸化インジウム、酸化タングステン、酸化錫、酸化亜鉛等の金属酸化物、あるいは、インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム−亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、インジウム−タングステン酸化物（ＩＷＯ）等の複合酸化物；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。
【００４５】
なかでも、正孔を捕集する電極には、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。
【００４６】
少なくとも受光面側の電極は、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、上記の金属酸化物、複合酸化物及び金属薄膜などが挙げられ、金属酸化物および複合酸化物が好ましい。また、上部電極の光の透過率は、有機薄膜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。
【００４７】
下部電極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。
本発明においては、上部電極として金属あるいは合金からなる金属薄膜が好ましく例示できる。金属薄膜は導電率が高いため、導電性高分子等他の材料を用いるより必要となる材料の量が少ない点で好ましい。また、真空成膜による成膜が可能であり、塗布工程に比べ下地に与えるダメージを抑制することができる点でも好ましい。
【００４８】
本発明において、上部電極及び下部電極のいずれか一方が透光性の場合には、基板側に形成される下部電極が透光性を有するのが好ましい。すなわち、上部電極として所定の厚さを有する金属または合金を使用することにより、上部電極に対する集電線の設置が容易になり、集電線と電極との間の抵抗を下げやすくなる。
【００４９】
なお、本発明は、集電線を設置する電極が金属または合金を含んで形成されているときに好適に使用することができる。金属あるいは合金、特に金属を含んで形成された電極に対して、金属ペーストを介して集電線を設置すると、電極を形成する金属と、金属ペーストに含まれる成分とが反応して、電極の変形や変色などの問題が生じる場合がある。本発明によれば、このような問題を解決し、外観に優れた有機薄膜太陽電池を提供することができる。
【００５０】
下部電極及び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。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。
【００５１】
上部電極及び下部電極の厚みは、特に制限は無いが、通常５ｎｍ以上、好ましくは１０ｎｍ以上、より好ましくは２０ｎｍ以上、さらに好ましくは、５０ｎｍ以上である。一方、通常４００μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下、さらに好ましくは５００ｎｍ以下である。電極の厚みが上記下限以上であることにより、シート抵抗が抑えられ、また、十分な導通が可能となる。一方、上記上限以下であることにより、柔軟性を維持することができる。電極が透明電極である場合には、光透過率とシート抵抗とを両立できる膜厚を選ぶ必要がある。
【００５２】
電極のシート抵抗は、特段の制限はないが、通常１Ω／□以上、一方、１０００Ω／□以下、好ましくは５００Ω／□以下、さらに好ましくは１００Ω／□以下である。
【００５３】
１．２．２．２  光電変換層
有機薄膜太陽電池素子の光電変換層は、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。
【００５４】
ｐ型半導体の例として、高分子有機半導体化合物や低分子有機半導体化合物等が挙げられる。
高分子有機半導体化合物として、特に限定はなく、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、ポリチエニレンビニレン、ポリアセチレン又はポリアニリン等の共役ポリマー半導体；アルキル基やその他の置換基が置換されたオリゴチオフェン等のポリマー半導体；等が挙げられる。また、二種以上のモノマー単位を共重合させた半導体ポリマーも挙げられる。共役ポリマーとしては、例えば、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ  Ｐｏｌｙｍｅｒｓ，３ｒｄ  Ｅｄ．（全２巻），２００７、Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２００１，３２，１−４０、Ｐｕｒｅ  Ａｐｐｌ．Ｃｈｅｍ．２００２，７４，２０３１−３０４４、Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  ＴＨＩＯＰＨＥＮＥ−ＢＡＳＥＤ  ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ（全２巻），２００９等の公知文献に記載されたポリマーやその誘導体、及び記載されているモノマーの組み合わせによって合成し得るポリマーを用いることができる。ｐ型半導体化合物として用いられる高分子有機半導体化合物は、一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。
【００５５】
低分子有機半導体化合物としては、ｐ型半導体材料として働きうるのであれば特段の制限はないが、具体的には、ナフタセン、ペンタセン又はピレン等の縮合芳香族炭化水素；α−セキシチオフェン等のチオフェン環を４個以上含むオリゴチオフェン類；チオフェン環、ベンゼン環、フルオレン環、ナフタレン環、アントラセン環、チアゾール環、チアジアゾール環及びベンゾチアゾール環のうち少なくとも一つ以上を含み、かつ合計４個以上連結したもの；フタロシアニン化合物及びその金属錯体、又はテトラベンゾポルフィリン等のポルフィリン化合物及びその金属錯体、等の大環状化合物等が挙げられる。好ましくは、フタロシアニン化合物及びその金属錯体又はポルフィリン化合物及びその金属錯体である。低分子有機半導体化合物の分子量は、上限、下限ともに特に制限されないが、通常５０００以下、好ましくは２０００以下であり、一方、通常１００以上、好ましくは２００以上である。なお、ｐ型半導体層の形成を塗布により行う場合、低分子有機半導体化合物前駆体を塗布後に低分子有機半導体化合物に変換することができる。塗布成膜がより容易である点で、低分子有機半導体化合物前駆体を用いる方法がより好ましい。低分子有機半導体化合物前駆体とは、例えば加熱や光照射等の外的刺激を与えることにより、その化学構造が変化し、低分子有機半導体化合物に変換される化合物である。低分子有機半導体化合物前駆体は成膜性に優れる点で好ましい。
【００５６】
また、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も挙げられる。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も挙げられる。
【００５７】
ｎ型半導体としては、特段の制限はないが、具体的にはフラーレン化合物、８−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体；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又はペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類；ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体、アントラセン、ピレン、ナフタセン又はペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全フッ化物；単層カーボンナノチューブ等が挙げられる。
【００５８】
そのなかでも、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、Ｎ−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド及びＮ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体が好ましく、フラーレン化合物、Ｎ−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体及びＮ−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミドがより好ましい。上記のうち一種の化合物を用いてもよいし、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。また、ｎ型半導体としては、ｎ型高分子半導体も挙げられる。
【００５９】
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、光電変換層の具体的な構成は任意である。光電変換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。
【００６０】
光電変換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（ｎ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。
【００６１】
光電変換層の作成方法としては、特に制限はないが、塗布法、中でも湿式塗布法が好ましい。塗布法としては、任意の方法を用いることができるが、例えば、スピンコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法等が挙げられる。光電変換層をロール・トゥ・ロール方式で形成する場合、装置が簡便であり、コストが低く、大量に速く形成できるため、湿式塗布法を適用するのが好ましい。湿式塗布法を行う際には、被塗装層を溶解しない溶媒を選定するのが好ましい。
【００６２】
光電変換層のｐ層、ｉ層、ｎ層各層の厚みは、通常３ｎｍ以上、好ましく１０ｎｍ以上、より好ましくは２０ｎｍ以上、更に好ましくは３０ｎｍ以上、特に好ましくは５０ｎｍ以上であり、通常１０００ｎｍ以下、好ましくは５００ｎｍ以下、より好ましくは３００ｎｍ以下である。層を厚くすることで光電流が増大する傾向にあり、薄くすることで直列抵抗が低下する傾向にある。また、上記下限以上の厚みとすることで、特にセル上に集電線を設置するときは、集電線の設置によるセルの短絡を防止することができる。
【００６３】
１．２．２．３バッファ層
有機薄膜太陽電池素子は、下部電極および／または上部電極と光電変換層との間にバッファ層を含んでいてもよい。バッファ層とは、電子取り出し層および／または正孔取り出し層を指す。バッファ層は、本発明に係る有機薄膜太陽電池素子において必須ではなく、電子取り出し層と正孔取り出し層のいずれか一方のみを含んでも良い。電子取り出し層はカソードと光電変換層との間に存在するのが好ましく、正孔取り出し層はアノードと光電変換層との間に存在するのが好ましい。
【００６４】
すなわち、電子取り出し層と正孔取り出し層とは、一対の電極間に、光電変換層を挟むように配置されることが好ましい。電子取り出し層および正孔取り出し層の積層順は、上部電極と下部電極の機能、すなわちそれぞれの電極がアノードとカソードのどちらかに応じて、前記説明の通り、適切に選択すればよい。
【００６５】
具体的には、上部電極がアノード、下部電極がカソードであり、バッファ層として電子取り出し層と正孔取り出し層をいずれも含むときは、有機薄膜太陽電池素子は、下部電極、電子取り出し層、光電変換層、正孔取り出し層、及び上部電極をこの順に有するのが好ましい。電子取り出し層を含み、正孔取り出し層を含まない場合は、有機薄膜太陽電池素子が下部電極、電子取り出し層、光電変換層、上部電極をこの順に有するのが好ましい。同様に、正孔取り出し層を含み、電子取り出し層を含まない場合は、有機薄膜太陽電池素子が下部電極、光電変換層、正孔取り出し層、及び上部電極をこの順に有するのが好ましい。
また電子取り出し層と正孔取り出し層の少なくとも一方が異なる複数の層により構成されていてもよい。
【００６６】
〔電子取り出し層〕
電子取り出し層の材料は、光電変換層からカソードへ電子の取り出し効率を向上させる材料であれば特段の制限はないが、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。
【００６７】
無機化合物の材料の例としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ又はＣｓ等のアルカリ金属の塩；酸化チタン（ＴｉＯｘ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）のようなｎ型半導体酸化物等が挙げられる。なかでも、アルカリ金属の塩としては、ＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦ又はＣｓＦのようなフッ化物塩が好ましく、ｎ型半導体酸化物としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）が好ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Ａｌ等で構成されるカソードと組み合わされれた際にカソードの仕事関数を小さくし、有機薄膜太陽電池素子内部に印加される電圧を上げる事が考えられる。
【００６８】
有機化合物の材料の例としては、例えば、トリアリールホスフィンオキシド化合物のようなリン原子と第１６族元素との二重結合を有するホスフィン化合物；バソキュプロイン（ＢＣＰ）又はバソフェナントレン（Ｂｐｈｅｎ）のような、置換基を有してもよく、１位及び１０位がヘテロ原子で置き換えられていてもよいフェナントレン化合物；トリアリールホウ素のようなホウ素化合物；（８−ヒドロキシキノリナト）アルミニウム（Ａｌｑ３）のような有機金属酸化物；オキサジアゾール化合物又はベンゾイミダゾール化合物のような、置換基を有していてもよい１又は２の環構造を有する化合物；ナフタレンテトラカルボン酸無水物（ＮＴＣＤＡ）又はペリレンテトラカルボン酸無水物（ＰＴＣＤＡ）のような、ジカルボン酸無水物のような縮合ジカルボン酸構造を有する芳香族化合物等が挙げられる。
【００６９】
電子取り出し層の厚さは特に限定はないが、通常０．０１ｎｍ以上、好ましくは０．１ｎｍ以上、より好ましくは０．５ｎｍ以上である。一方、通常４００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下である。電子取り出し層の厚さが上記下限以上であることで、バッファ材料としての機能を果たすことになる。電子取り出し層の厚さが上記上限以下であることで、電子が取り出しやすくなり、光電変換効率が向上しうる。
【００７０】
電子取り出し層の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。具体的には、例えばアルカリ金属塩を電子取り出し層の材料として用いる場合、真空蒸着、スパッタ等の真空成膜方法を用いて電子取り出し層を成膜することが可能である。なかでも、抵抗加熱による真空蒸着によって、電子取り出し層を形成するのが望ましい。真空蒸着を用いることにより、光電変換層等の他の層へのダメージを小さくすることができる。
【００７１】
また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、前述の光電変換層の作成方法と同様に、スピンコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法等の湿式塗布法等により形成することができる。
【００７２】
一方、ｎ型半導体の金属酸化物については、例えば、酸化亜鉛ＺｎＯを電子取り出し層の材料として用いる場合には、スパッタ法等の真空成膜方法を用いることもできるが、塗布法を用いて電子取り出し層を成膜することが望ましい。例えば、Ｓｏｌ−Ｇｅｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｃ．Ｊ．Ｂｒｉｎｋｅｒ，Ｇ．Ｗ．Ｓｃｈｅｒｅｒ著、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ（１９９０）に記載のゾルゲル法に従って、酸化亜鉛で構成される電子取り出し層を形成できる。この場合の厚さは、通常０．１ｎｍ以上、好ましくは２ｎｍ以上、より好ましくは５ｎｍ以上であり、通常１μｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以下、より好ましくは５０ｎｍ以下である。電子取り出し層が薄すぎると、電子の取り出し効率を向上させる効果が十分でなくなり、厚すぎると、電子取り出し層が直列抵抗成分として作用することにより素子の特性を損なう傾向がある。
【００７３】
電子取り出し層をロール・トゥ・ロール方式で形成する場合、装置が簡便であり、コストが低く、大量に速く形成できるため、湿式塗布法を適用するのが好ましい。湿式塗布法を行う際には、被塗装層を溶解しない溶媒を選定するのが好ましい。  
【００７４】
〔正孔取り出し層〕
正孔取り出し層の材料に特に限定は無く、光電変換層からアノードへの正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スルホン酸及び／又はヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー；スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物；酸化銅、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等の金属酸化物；ナフィオン、後述のｐ型半導体等が挙げられる。その中でも好ましくは、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーであり、より好ましくは、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングした（３，４−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）である。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができる。金属等の薄膜は、単独で形成してもよいし、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。
【００７５】
正孔取り出し層の厚さは特に限定はないが、通常０．２ｎｍ以上である。一方、通常４００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下である。正孔取り出し層の厚さが０．２ｎｍ以上であることで、バッファ材料としての機能を果たすことになる。正孔取り出し層の厚さが４００ｎｍ以下であることで、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上しうる。
【００７６】
正孔取り出し層の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコート法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法、カーテンコート法等の湿式塗布法等により形成することができる。正孔取り出し層は塗布により形成することが好ましい。正孔取り出し層に半導体材料を用いる場合は、後述の有機光電変換層の低分子有機半導体化合物と同様に、前駆体を用いて層を形成した後に前駆体を半導体化合物に変換してもよい。
【００７７】
なかでも、正孔取り出し層の材料としてＰＥＤＯＴ：ＰＳＳを用いる場合、分散液を塗布する方法によって正孔取り出し層を形成することが好ましい。ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳの分散液としては、ヘレウス社製のＣＬＥＶＩＯＳＴＭシリーズや、アグファ社製のＯＲＧＡＣＯＮＴＭシリーズ等が挙げられる。
【００７８】
正孔取り出し層をロール・トゥ・ロール方式で形成する場合、装置が簡便であり、コストが低く、大量に速く形成できるため、湿式塗布法を適用するのが好ましい。湿式塗布法を行う際には、被塗装層を溶解しない溶媒を選定するのが好ましい。
【００７９】
１．２．３  接着層
本発明に係る薄膜太陽電池モジュールは、第一接着層と必要に応じて第二接着層を有する。
【００８０】
第一接着層は、光電変換素子を封止するために、光電変換素子と後述の第一バリア層とを接着するために用いられる層である。また第二接着層は（素子）基板がバリア性を持たない場合、あるいは基板のバリア性を補うために、基板と後述の第二バリア層とを接着するために用いられる層である。第一接着層と第二接着層は、同じ材料、構成からなっていてもよいし、各々異なる材料、構成からなっていてもよい。
【００８１】
第一接着層または第二接着層は、光電変換素子の受光面側に用いられる場合、光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率は、通常７５％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上、なかでも好ましくは９５％以上、特に好ましくは９７％以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。
【００８２】
一方、光電変換素子の受光面と反対側に設けられる第一接着層または第二接着層は、必ずしも可視光を透過させる必要がなく、不透明でもよい。
【００８３】
また、基板、光電変換素子、後述の第一バリア層、第二バリア層に可視光透過性を持たせ、シースルーの薄膜太陽電池モジュールとする場合は、第一接着層および第二接着層はともに可視光を透過させるものが好ましい。
【００８４】
接着層は、有機薄膜太陽電池モジュールの強度保持の観点から機械強度が高いことが好ましい。具体的強度については、接着層以外の層の強度とも関係することになり一概には規定しにくいが、有機薄膜太陽電池モジュール全体が良好な曲げ加工性を有し、折り曲げ部分の剥離を生じないような強度を有するのが望ましい。
【００８５】
さらに、薄膜太陽電池モジュールは光を受けて熱せられることが多いため、接着層も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、封止材の構成材料の融点は、通常１００℃以上、好ましくは１２０℃以上、より好ましくは１３０℃以上であり、また、通常３５０℃以下、好ましくは３２０℃以下、より好ましくは３００℃以下である。融点を高くすることで有機薄膜太陽電池モジュールの使用時に封止材が融解・劣化するのを防ぐことができる。
【００８６】
接着層の厚みは特に規定されないが、通常５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは３０μｍ以上であり、また、通常１０００μｍ以下、好ましくは８００μｍ以下、より好ましくは６００μｍ以下である。厚くすることで有機薄膜太陽電池モジュール全体の強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まり、また可視光の透過率が向上する傾向にある。このため、両方の利点を兼ね備える範囲として、上記範囲とするのが望ましい。
【００８７】
接着層を構成する材料としては、特に限定されず、架橋剤を含む酢酸ビニル−エチレン共重合体組成物、ポリウレタン、エポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリオレフィン、ポリエステル、アクリル樹脂などの熱可塑性樹脂、ブチルゴム、シリコーンゴム等のエラストマー系樹脂、または上記の複合体でもよい。
【００８８】
なお、接着層は１種の材料で形成されていてもよく、２種以上の材料で形成されていても良い。また、接着層は単層により形成されていても良いが、２層以上を備えた積層であってもよい。
【００８９】
接着層の材料はバリア層または基材との接着工程時に液体、またはシート状の固体で供給される。接着層の材料が液体で供給された場合、接着層は塗布などの適当な方法で形成され、被着層を貼り合わせた後に、溶媒揮散、触媒添加（２液混合）による反応、環境中の水分との反応などにより硬化し固体となる。接着層の材料がシート状の固体で供給された場合、接着工程は加熱、加圧またはその両方の工程を含む。接着層は加熱または加圧により、液状化あるいは流体化し、被着層を貼り合わせた後に冷却、減圧あるいは熱硬化などの反応により硬化し固体となる。
【００９０】
また、接着層に、紫外線遮断、熱線遮断、導電性、反射防止、防眩性、光拡散、光散乱、波長変換、ガスバリア性等の機能を付与してもよい。特に、有機薄膜太陽電池の場合は、水や酸素に弱く、太陽光からの強い紫外線にさらされることから、ガスバリア性や紫外線遮断機能を持つことが好ましい。
このような機能を付与する方法としては、機能を有する層を塗布成膜等により接着層上に積層してもよいし、機能を発現する材料を溶解・分散させるなどして接着層に含有させてもよい。
【００９１】
ガスバリア性としては、例えば、以下の水蒸気透過率を満たすものが挙げられる。
水蒸気透過率としては、接着層５０μｍ厚における水蒸気透過率が、４０℃９０％ＲＨ環境下で、通常１００ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、好ましくは２０ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下、さらに好ましくは１０ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下である。水蒸気透過率は、ＪＩＳ  Ｋ７１２９に準じた感湿センサ、赤外線センサ、ガスクロマトグラフを備えた装置による測定、カップ法（ＪＩＳ  Ｚ０２０８）により、４０℃９０％ＲＨ環境で測定する。
【００９２】
１．２．４  バリア層
本発明に係る薄膜太陽電池モジュールは、第一バリア層と必要に応じて第二バリア層を有する。
バリア層は、水及び酸素の透過を防止する層である。バリア層で光電変換素子を被覆することにより、水分や酸素等が、光電変換素子に侵入することを防止することができ、光電変換素子の発電能力を高く維持することができる。
【００９３】
バリア層は、水および酸素の透過を防止できればよい。バリア層に要求される防湿能力は、光電変換素子の種類等に応じて様々であるが、単位面積（１ｍ2）の１日あたりの水蒸気透過率が、４０℃９０％ＲＨ環境下で通常１×１０-1ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることが好ましく、１×１０-2ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることがより好ましく、１×１０-3ｇ／ｍ2／ｄａｙ以下であることが更に好ましい。水蒸気が透過しなければしないほど、光電変換素子と水分との反応に起因する劣化が抑えられるので、発電効率が上がると共に寿命が延びる。
【００９４】
また、バリア層に要求される酸素透過性の程度は、光電変換素子の種類等に応じて様々であるが、単位面積（１ｍ2）の１日あたりの酸素透過率が、通常１×１０-1ｃｃ／ｍ2／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることが好ましく、１×１０-2ｃｃ／ｍ2／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることがより好ましく、１×１０-3ｃｃ／ｍ2／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることが更に好ましい。酸素が透過しなければしないほど、光電変換素子の酸化反応に起因する劣化が抑えられる
【００９５】
第一バリア層または第二バリア層は、光電変換素子の受光面側に用いられる場合、光吸収を妨げない観点から可視光を透過させるものが好ましい。例えば、可視光（波長３６０〜８３０ｎｍ）の光の透過率は、通常７５％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは８５％以上、さらに好ましくは９０％以上、なかでも好ましくは９５％以上、特に好ましくは９７％以上である。太陽光をより多く電気エネルギーに変換するためである。
【００９６】
一方、光電変換素子の受光面と反対側に設けられる第一バリア層または第二バリア層は、必ずしも可視光を透過させる必要がなく、不透明でもよい。
【００９７】
また、基板、光電変換素子、第一接着層、第二接着層に可視光透過性を持たせ、シースルーの薄膜太陽電池モジュールとする場合は、第一バリア層および第二バリア層はともに可視光を透過させるものが好ましい。
【００９８】
バリア層は、光電変換素子を水分や酸素から保護できる限り任意である。ただし、バリア層を透過する水蒸気や酸素の量を少なくできるものほど、製造コストが高くなる傾向があるため、これらの点を総合的に勘案して適切なものを使用することが好ましい。
【００９９】
バリア層の具体的な例としては、薄膜ガラス基材、薄膜金属基材、樹脂層と金属酸化物層との積層基材、又は樹脂層と金属層との積層基材が挙げられる。
【０１００】
なかでも好適なバリア層として、樹脂層と金属酸化物層との積層基材が挙げられる。積層数に制限はないが、層構成としては、通常樹脂層と金属酸化物層の二層構成、もしくは樹脂層と金属酸化物層の密着性を上げるための層が挿入された三層構成などがあげられる。
【０１０１】
樹脂層の樹脂の具体的な例としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）或いはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、ナイロン６等のポリアミドが挙げられ、透明性が高く安価であるという理由でＰＥＴ、耐熱性を考慮するとＰＥＮが好ましい。
【０１０２】
樹脂層の通常５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは１５μｍ以上であり、また、通常２００μｍ以下、好ましくは１８０μｍ以下、より好ましくは１５０μｍ以下である。厚みを厚くすることでガスバリア性が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まりまた可視光の透過率が向上する傾向にある。
金属酸化物層の金属酸化物としては、ＳｉＯｘ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＯｘが挙げられ、高バリア性の確保の容易さ理由でＳｉＯｘが好ましい。
【０１０３】
金属酸化物層の厚さは通常０．０１μｍ以上、好ましくは０．０２μｍ以上、より好ましくは０．０５μｍ以上であり、通常１０μｍ以下、好ましくは５μｍ以下、より好ましくは１μｍ以下である。上記上限以下であることによりコストおよび透明性の確保の点で好ましい。上記下限以上であることにより欠陥の少ないバリア膜形成の点で好ましい。
【０１０４】
１．２．５  集電線
本発明における集電線は光電変換素子で発生した電流を効率よく外部回路に取り出す手段として用いられる。集電線の材料としては特段の制限はないが、金属や合金などがよく用いられ、その中でも抵抗率の低い銅やアルミ、銀、金、ニッケルなどを用いることが好ましい。その中でも銅やアルミが安価であることから、特に好ましい。また、錆防止のため、集電線の周囲をスズや銀などでメッキしたり、表面を樹脂などでコートしてあったり、フィルムをラミネートしてあってもよい。集電線の形状としては、平角線、箔、平板、ワイヤー状のものがあるが、接着面積の確保などの理由から、平角線や、箔、平板状のものを用いることが好ましい。
【０１０５】
なお、本発明でいう「箔」は厚みが１００μｍ未満のものをいい、「板」は厚みが１００μｍ以上のものをいう。また「平角線」とは、断面が円形のワイヤーを圧延して、断面の形状を四角形にしたものをいう。
【０１０６】
また集電線は、接続する上部電極や下部電極よりも電気抵抗値が低いものが好ましく、特に、上部電極や下部電極より厚みを厚くすることによって、電気抵抗値を低減させることが好ましい。集電線の厚みとしては、５μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上である。また、２ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以下、さらに好ましくは３００μｍ以下、特に好ましくは２００μｍ以下である。上記範囲より厚みが薄いと、集電線の抵抗値が上昇し、発電した電力を効率よく外部に取り出すことができなくなる恐れがある。また、上記範囲より厚みが厚いと、本発明の特徴である
モジュール表面の平坦さが損なわれる恐れがある。
【０１０７】
また、集電線の幅としては、０．５ｍｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以上、特に好ましくは２ｍｍ以上である。また、集電線の幅は、５０ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは２０ｍｍ以下、特に好ましくは１０ｍｍ以下である。上記範囲より集電線の幅が狭いと、集電線の電気抵抗値が上昇し、発電した電力を効率よく取り出すことができなくなる恐れがある。また、集電線の機械強度が減少し、破断等の原因になる恐れがある。また、上記範囲より集電線の幅が広いと、モジュール全体における開口率が減少し、モジュールの発電量の低下に繋がる恐れがある。
【０１０８】
また、集電線の形状をエンボス形状にすることもできる。エンボス形状とは、何らかの凹凸形状を型押しする等により施された形状を意味する。集電線をエンボス形状にすることで、接着層を用いても、エンボス形状の凹凸の一部が電極に直接接するか、または極めて近接することができるため導電性が高まる。
【０１０９】
エンボス深さは、通常５〜１００μｍであり、１０〜５０μｍであることが好ましい。なお、エンボス深さとは、エンボス加工によって形成された凸部の高さを意味していて、具体的には凸部を含む厚みから集電線の厚みを差し引いた値である。このようなエンボス深さとすることで、エンボスの凸部が電極に直接接することができるため好ましい。
集電線は、導電接着層を介して電極に接続させる。光電変換層の電極に設置する導電性接着成分として、導電性粒子を含む熱硬化性組成物、導電性粒子を含む熱可塑性塑性物、はんだ、金属ペースト、等が知られており、公知の導電接着層を用いることができる。
【０１１０】
なお、本発明においては、第一バリア層を光電変換素子に積層させるための第一接着層が集電線に重ならない構造をとるため、光電変換素子に対して、第一バリア層を集電線より先に設置することもできるし、また集電線を第一バリア層より先に設置することもできる。設置順は製造工程等を勘案して、任意に選択してよい。
【０１１１】
１．２．６．絶縁層
本発明における絶縁層は、前述の集電線を薄膜太陽電池モジュール外から電気的に絶縁するために設けられる層である。
絶縁層は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に限定されないが、例えば合成樹脂、天然樹脂、セラミック材料、ガラス、これらの積層体などがあげられるが、これらの中でも合成樹脂が好ましい。
【０１１２】
合成樹脂の例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリイミド、塩化ビニル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ＰＴＦＥ・ＥＴＦＥなどフッ素系樹脂、ＡＢＳ、ポリスルホン、ナイロンなどが挙げられる。これらの中でも、ポリイミドフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルムが、高い絶縁破壊電圧、高い耐熱性、高い加工性を持つために、とくに好ましい。
【０１１３】
絶縁層の厚みとしては、５μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上である。また、１ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは０．５ｍｍ以下、さらに好ましくは２００μｍ以下である。上記範囲より厚みが薄いと絶縁効果が薄れ、高電圧印可時に短絡を起こす恐れがあり、また上記範囲より厚みが厚いと、本発明の特徴であるモジュール表面の平坦さが損なわれる恐れがある。
【０１１４】
なお、絶縁層としてフィルム状樹脂を用いる場合は、ラミネーター等により集電線に積層させることができる。絶縁層はあらかじめ集電線に積層させておき、これを光電変換素子に設置することもできるし、あるいは集電線を光電変換素子に設置したのちに、集電線上に絶縁層を設置してもよい。
【０１１５】
２．粘着層
本発明の薄膜太陽電池モジュールは、薄膜太陽電池モジュールを窓ガラスに設置するための粘着層を有するのが好ましい。粘着層は薄膜太陽電池モジュールの最外層に設けられ、薄膜太陽電池モジュールをガラス等の被着体に貼着するための層である。
粘着層としては、公知の透明な粘着剤を用いることができる。例えば、アクリル系粘着剤、ポリエステル系粘着剤、ゴム系粘着剤、シリコーン系粘着剤、及びポリウレタン系粘着剤などが挙げられる。中でも耐候性の観点からアクリル系粘着材が好ましい。
【０１１６】
粘着層は、薄膜太陽電池モジュールの受光面又は非受光面側の最外層に、公知の方法で設けることができる。例えば、剥離紙上に粘着材を設け、太陽電池の最外層にドライラミネートしたのち剥離紙を剥がすことにより設けることができる。   
粘着層は、窓ガラス破損時にガラスが飛び散らないために充分な接着力や粘着力を有することが好ましい。具体的には、ＪＩＳ Ａ５７５９に示された方法で、約４．０Ｎ／２５ｍｍ以上の剥離力を有するものを用いることができる。   
【０１１７】
粘着層の厚さは、とくに限定されないが、例えば通常２０μｍ以上、好ましくは３０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上であり、通常５００μｍ、好ましくは３００μｍ以下、より好ましくは２００μｍ以下である。上記下限以上であることで充分な粘着性が担保され、上記上限以下であることで、窓ガラス等の被着体に設置する際にスキージしやすくなる。
【０１１８】
３．用途
本発明の薄膜太陽電池モジュールは、建物や車両等の、窓、ドア、壁面、又は天井等のガラス等、パーティション等のガラス等の被着体に貼りつけて使用することができる。この際、太陽光、室内の照明、室内の太陽光の散乱光等を利用して発電し、集電線から取り出した電力を、公知の電流電圧変換回路、蓄電池等を利用して充電、利用することができる。特に、太陽電池一体型ウインドフィルムとして好適に利用できる。
【０１１９】
本発明の薄膜太陽電池モジュールは、以下の効果により、加工性、施工性、意匠性に優れる。
第一に、本発明に係る薄膜太陽電池モジュールは、上述のように集電線が第一接着層と重ならないように設けられることにより、モジュール表面の凹凸を少なくあるいは小さくできる。これにより薄膜太陽電池モジュールの一方に粘着層を貼合する際の加工性に優れる。たとえば、表面の凹凸が多いあるいは大きい場合は、凹凸を埋めるため厚い粘着層を用いる必要があるが、凹凸が少ないまたは小さい場合は、こうした制約がなくなる。
【０１２０】
第二に、本発明に係る薄膜太陽電池モジュールは、粘着層付与後の薄膜太陽電池モジュールをウィンドフィルムとして窓ガラス等に設置する際の施工性に優れる。ウィンドフィルムとして設置する際には、スキージなどの道具にてモジュール表面を擦ることにより、窓ガラスに密着・貼合させていくが、この際に凹凸が少ないあるいは小さいと作業が容易になるのみならず、貼合後の気泡、水泡残りを減らすことができる。
第三に、本発明に係る薄膜太陽電池モジュールは、第一接着層と集電線が重ならないため、これらを重ねて設置する際に生じる、集電線に沿った領域の気泡、空壁が生じづらい。
【０１２１】
一方で、本発明に係る薄膜太陽電池モジュールは、光電変換層の大部分について第一接着層を介して第一バリア層で封止されているため、高い耐久性を有する。また、第一接着層と集電線が重ならないため、重なる場合と比較して第一接着層を薄くすることができる。第一接着層を薄くすることにより、封止端部から第一接着層を通して光電変換層に到達する水分、酸素の量を減らすことができ、耐久性向上の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１    基板
２    光電変換素子
２Ａ  光電変換層
２Ｂ  電極
３    第一接着層
３´  第二接着層
４    第一バリア層
４´  第二バリア層
５    集電線
６    粘着層
７    絶縁層
８    絶縁粘着層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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