特許 7390668 太陽電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-24

(45)【発行日】2023-12-04

(54)【発明の名称】太陽電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H10K 39/10 20230101AFI20231127BHJP

   H10K 30/50 20230101ALI20231127BHJP

   H10K 30/88 20230101ALI20231127BHJP

【ＦＩ】

H10K39/10

H10K30/50

H10K30/88

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2021513159

(86)(22)【出願日】2019-11-08

(86)【国際出願番号】 JP2019043917

(87)【国際公開番号】W WO2020208854

(87)【国際公開日】2020-10-15

【審査請求日】2022-09-08

(31)【優先権主張番号】P 2019075491

(32)【優先日】2019-04-11

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107641

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 耕一

(74)【代理人】

【識別番号】100143236

【弁理士】

【氏名又は名称】間中 恵子

(72)【発明者】

【氏名】西原 孝史

(72)【発明者】

【氏名】山本 輝明

【審査官】吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１９／０２１６１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許第０６５３７６８８（ＵＳ，Ｂ２）

【文献】特表２００７－５３１２３８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ１０Ｋ ３０／００－９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

太陽電池モジュールであって、
基板、
光電変換層、
前記基板と前記光電変換層との間に位置する第一封止層、
前記基板と前記第一封止層との間に位置する第二封止層、および
前記基板の端部の少なくとも一部と、前記第二封止層の端部とを被覆する端面封止構造、
を具備し、
ここで、
前記光電変換層は、有機材料を含み、かつ光をエネルギーに変換し、
前記第二封止層は、前記第一封止層よりも低い水蒸気透過率を有し、
前記第一封止層の少なくとも一部は、前記端面封止構造から離隔されており、かつ
前記第二封止層の前記端部は、前記端面封止構造中に埋没している、
太陽電池モジュール。

【請求項2】

前記第一封止層の少なくとも前記一部は、前記端面封止構造との間に設けられた空間によって、前記端面封止構造から離隔されている、
請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

前記第一封止層の少なくとも前記一部は、前記端面封止構造よりも低い水蒸気透過率を有する部材を介して、前記端面封止構造から離隔されている、
請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項4】

前記基板と前記第二封止層との間に位置し、かつ前記端面封止構造の少なくとも一部と接している、第三封止層をさらに具備する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。

【請求項5】

前記光電変換層は、前記端面封止構造から離隔されている、
請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。

【請求項6】

前記基板は、前記第一封止層よりも高い水蒸気透過率を有する、
請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。

【請求項7】

前記基板の水分量は、温度６０°C、大気圧の条件下で、０．３ｍｇ／ｃｍ³以上である、
請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。

【請求項8】

前記光電変換層は、ペロブスカイト化合物を含む、
請求項１から７のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、太陽電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、ペロブスカイト太陽電池の研究開発が進められている。ペロブスカイト太陽電池は、組成式ＡＭＸ₃（Ａは１価のカチオンであり、Ｍは２価のカチオンであり、およびＸは１価のアニオンである）で示されるペロブスカイト型結晶構造またはそれに類似する結晶構造を有する化合物（以下、「ペロブスカイト化合物」と呼ぶ）を、光吸収材料として用いている。なお、本明細書では、ペロブスカイト化合物を用いた太陽電池を「ペロブスカイト太陽電池」と呼ぶ。

【0003】

非特許文献１は、ペロブスカイト太陽電池の基本的な構成を開示している。基本的な構成を有するペロブスカイト太陽電池は、透明電極、電子輸送層、光吸収と光電荷分離とを行うペロブスカイト型結晶を用いた光吸収層（以下、「ペロブスカイト層」と呼ぶ）、正孔輸送層、および集電極をこの順に備える。すなわち、透明電極側から、電子輸送層（ｎ）、ペロブスカイト層（ｉ）、および正孔輸送層（ｐ）がこの順に積層されている。このような構成は、ｎ－ｉ－ｐ構造、あるいは順積構造と呼ばれる。

【0004】

非特許文献２は、透明電極側から、正孔輸送層、ペロブスカイト層、および電子輸送層がこの順に積層された構成を有する、ペロブスカイト太陽電池を開示している。このような構成は、ｐ－ｉ－ｎ構造、あるいは逆積構造と呼ばれる。

【0005】

太陽電池は、太陽光を受光して発電するデバイス、すなわち太陽光をエネルギー源として利用するデバイスである。したがって、太陽電池を備えた太陽電池モジュールは、通常は、屋外に設置されて使用される。そのため、雨水および湿度によって太陽電池モジュール内に水分が浸入して、太陽電池の特性の劣化が引き起こされる。このような水分の浸入による特性劣化を防止するため、例えば特許文献１から３は、太陽電池モジュールへの水分浸入を抑制する様々な構成を提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００３－２６４５５号公報

【文献】特開２００４－７９８２３号公報

【文献】特開２０１２－９４６０８号公報

【非特許文献】

【0007】

【文献】Ｊｕｌｉａｎ Ｂｕｒｃｈｃｋａ、他６名、“Ｎａｔｕｒｅ”（英国）、２０１３年７月、第４９９巻、ｐ．３１６－３１９

【文献】Ｗｅｉ Ｃｈｅｎ、他１０名、“ＳＣＩＥＮＣＥ”（米国）、２０１５年１１月、第３５０巻、第６２６３号、ｐ．９４４－９４８

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本開示の目的は、高い耐久性を有しうる太陽電池モジュールを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本開示による太陽電池モジュールは、
基板、
光電変換層、
前記基板と前記光電変換層との間に位置する第一封止層、
前記基板と前記第一封止層との間に位置する第二封止層、および
前記基板の端部の少なくとも一部と、前記第二封止層の端部の少なくとも一部とを被覆する端面封止構造、
を具備し、
ここで、
前記光電変換層は、有機材料を含み、かつ光をエネルギーに変換し、
前記第二封止層は、前記第一封止層よりも低い水蒸気透過率を有し、かつ
前記第一封止層の少なくとも一部は、前記端面封止構造から離隔されている。

【0010】

開示された実施形態の追加的な効果および利点は、明細書および図面から明らかになる。効果および／または利点は、明細書および図面に開示の様々な実施形態または特徴によって個々に提供され、これらの１つ以上を得るために全てを必要とはしない。

【発明の効果】

【0011】

本開示は、高い耐久性を有しうる太陽電池モジュールを提供する。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1A】図１Ａは、本開示の実施形態による太陽電池モジュールを模式的に示す断面図を示す。

【図1B】図１Ｂは、図１Ａに示された太陽電池モジュールの平面図を示す。

【図2】図２は、図１Ａに示された太陽電池モジュールを構成している光電変換層の断面図を示す。

【図3】図３は、本開示の実施形態の変形例による太陽電池モジュールの断面図を示す。

【図4】図４は、加速試験後の実施例１の太陽電池モジュールを示す写真である。

【図5】図５は、加速試験後の比較例２の太陽電池モジュールを示す写真である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本開示の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0014】

＜本開示の基礎となった知見＞
本開示の基礎となった知見は以下のとおりである。

【0015】

ペロブスカイト太陽電池に使用されるペロブスカイト層は、水による変質で特性が劣化する。そのため、太陽電池モジュールに水分が浸入すると、太陽電池の変換効率が低下する。太陽電池の変換効率の低下を抑制するため、太陽電池モジュールに水分浸入を抑制する封止構造を設けることが必要である。

【0016】

太陽電池モジュールにおける封止構造として、支持体と、水蒸気透過率が比較的低い材料からなるフィルムとの間に、エチレン酢酸ビニル共重合体（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ：ＥＶＡ）またはポリオレフィン系樹脂を充填し、さらに端部を透水性が比較的低いブチルゴムで封止する構造が多く用いられる。この構造により、太陽電池モジュールの防水性および耐衝撃性が確保されている。ここで、支持体とは、たとえば薄膜型太陽電池の場合は、積層膜が付着しているガラス基板等である。積層膜は、太陽電池の光電変換層を含む。また、水蒸気透過率が比較的低い材料の例は、金属である。

【0017】

本発明者らが検討したところ、上記のような封止構造をペロブスカイト太陽電池モジュールに適用した場合、ペロブスカイト層の変質が生じ、太陽電池の変換効率が低下することがわかった。この理由は次のように考えられる。

【0018】

端部を封止しているブチルゴムは、透水性が比較的低い材料であるが、完全に水分を透過させないわけではない。このため、ある一定の時間が経過すると、ブチルゴムを通過した水分は、ポリオレフィン系樹脂等からなる充填材に到達する。このような充填材は、水分含有率が高い。したがって、充填材と接しているペロブスカイト太陽電池に水分が到達しやすくなる。

【0019】

本発明者らは、上記の知見に基づいて検討を重ねた結果、太陽電池モジュールにおける太陽電池の水分による劣化、たとえばペロブスカイト太陽電池の場合はペロブスカイト層の水分による劣化を抑制しうる、新規な封止構造を有する太陽電池モジュールを見出した。

【0020】

＜本開示の実施形態＞
以下、本開示の実施形態が、図面を参照しながら詳細に説明される。

【0021】

図１Ａは、本実施形態による太陽電池モジュール１００を模式的に示す断面図を示す。図１Ｂは、図１Ａに示された太陽電池モジュール１００の平面図を示す。図１Ｂの平面図は、図１Ａの太陽電池モジュール１００を透光性基板６側からみた平面図である。

【0022】

図１Ａに示すように、太陽電池モジュール１００は、基板１と、第三封止層２と、第二封止層３と、第一封止層４と、光電変換層５と、透光性基板６と、端面封止構造７とを備える。第一封止層４は、基板１と光電変換層５との間に位置する。第二封止層３は、基板１と第一封止層４との間に位置する。第三封止層２は、基板１と第二封止層３との間に位置する。なお、第三封止層２は、任意の構成であり、設けられていなくてもよい。端面封止構造７は、基板１の端部の少なくとも一部と、第二封止層３の端部の少なくとも一部とを被覆する。第一封止層４の少なくとも一部は、端面封止構造７から離隔されている。

【0023】

まず、太陽電池モジュール１００としての作用を発現するために備えられる、光電変換層５について説明する。

【0024】

光電変換層５は、有機材料を含み、かつ光をエネルギーに変換する。光電変換層５に含まれる有機材料は、たとえば、光を電荷に変換しうる光吸収材料であってもよい。したがって、光電変換層５は、たとえば、ペロブスカイト化合物を含んでもよい。

【0025】

図２は、図１Ａに示された太陽電池モジュール１００を構成している光電変換層５の断面図を示す。

【0026】

図２に示すように、光電変換層５は、たとえば、第１電極１６と、電子輸送層１５と、多孔質層１４と、光吸収層１３と、正孔輸送層１２と、第２電極１１とを有している。光電変換層５では、第１電極１６と、電子輸送層１５と、多孔質層１４と、光吸収層１３と、正孔輸送層１２と、第２電極１１とが、この順に積層されている。

【0027】

透光性基板６は、光電変換層５に対して、第１電極１６側に位置していてもよいし、第２電極１１側に位置していてもよい。すなわち、太陽電池モジュール１００は、透光性基板６、第１電極１６、電子輸送層１５、多孔質層１４、光吸収層１３、正孔輸送層１２、および第２電極１１がこの順で積層されている順積構造を有していてもよい。また、太陽電池モジュール１００は、透光性基板６、第２電極１１、正孔輸送層１２、光吸収層１３、電子輸送層１５、および第１電極１６がこの順で積層されている逆積構造を有していてもよい。

【0028】

太陽電池モジュール１００が順積構造を有する場合、第１電極１６は透光性を有しており、光は透光性基板６側から太陽電池モジュール１００に入射する。したがって、この場合、電子輸送層１５および多孔質層１４が、光吸収層１３に対して光入射側に配置されている。

【0029】

太陽電池モジュール１００が逆積構造を有する場合、第２電極１１は透光性を有しており、光は透光性基板６側から太陽電池モジュール１００に入射する。したがって、この場合、正孔輸送層１２が、光吸収層１３に対して光入射側に配置されている。

【0030】

光吸収層１３は、光を電荷に変換する。光吸収層１３は、例えば、組成式ＡＭＸ₃で示されるペロブスカイト化合物を含む。ここで、Ａは１価のカチオンであり、Ｍは２価のカチオンであり、およびＸは１価のアニオンである。

【0031】

次に、本実施形態の太陽電池モジュール１００、特に光電変換層５の、基本的な作用効果を説明する。

【0032】

太陽電池モジュール１００へ光が照射されると、光は透光性基板６を透過して、光電変換層５に入射する。光吸収層１３が光を吸収し、励起された電子と、正孔とが発生する。この励起された電子は、多孔質層１４および電子輸送層１５を介して第１電極１６に移動する。一方、光吸収層１３で生じた正孔は、正孔輸送層１２を介して第２電極１１に移動する。光電変換層５において、第１電極１６を負極、第２電極１１を正極として、電流を取り出すことができる。

【0033】

以下、光電変換層５および透光性基板６について、各構成要素を説明する。

【0034】

［透光性基板６］
透光性基板６は、光電変換層５を構成する各層を物理的に膜として保持する。透光性基板６の例は、ガラス基板またはプラスチック基板である。プラスチック基板は、プラスチックフィルムであってもよい。

【0035】

［第１電極１６および第２電極１１］
第１電極１６および第２電極１１は、導電性を有する。第１電極１６および第２電極１１の少なくとも一方は透光性を有する。太陽電池モジュール１００が順積構造を有する場合は、少なくとも第１電極１６が透光性を有する。太陽電池モジュール１００が逆積構造を有する場合は、少なくとも第２電極１１が透光性を有する。本明細書において、「電極が透光性を有する」とは、２００ナノメートル以上２０００ナノメートル以下の波長を有する光の１０％以上が、いずれかの波長において電極を透過することを意味する。

【0036】

透光性を有する電極は、例えば、可視領域から近赤外領域までの光を透過させ得る。透光性を有する電極は、透明性かつ導電性を有する金属酸化物および金属窒化物の少なくとも１つから形成され得る。

【0037】

金属酸化物の例は、
（ｉ） リチウム、マグネシウム、ニオブ、およびフッ素からなる群から選択される少なくとも１つによってドープされた酸化チタン、
（ｉｉ） 錫およびシリコンからなる群から選択される少なくとも１つによってドープされた酸化ガリウム、
（ｉｉｉ） インジウム－錫複合酸化物、
（ｉｖ） アンチモンおよびフッ素からなる群から選択される少なくとも１つによってドープされた酸化錫、または
（ｖ） ホウ素、アルミニウム、ガリウム、およびインジウムからなる群から選択される少なくとも１つによってドープされた酸化亜鉛
である。

【0038】

２種以上の金属酸化物が組み合わせられて複合物として用いられ得る。

【0039】

金属窒化物の例は、シリコンおよび酸素からなる群から選択される少なくとも１つによってドープされた窒化ガリウムである。２種以上の金属窒化物が組み合わせられて用いられ得る。

【0040】

金属酸化物および金属窒化物は組み合わせられて用いられ得る。

【0041】

透光性を有する電極は、透明でない材料を用いて、光が透過するパターンを設けて形成することができる。光が透過するパターンとしては、例えば、線状、波線状、格子状、および多数の微細な貫通孔が規則的または不規則に配列されたパンチングメタル状のパターンが挙げられる。電極がこれらのパターンを有すると、電極材料が存在しない部分を光が透過することができる。透明でない材料として、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、チタン、鉄、ニッケル、スズ、亜鉛、およびこれらのいずれかを含む合金を挙げることができる。また、導電性を有する炭素材料を用いることもできる。

【0042】

光電変換層５が電子輸送層１５を具備していない場合、第１電極１６は、光吸収層１３から移動する正孔がブロックされる正孔ブロック性を有する材料で形成される。この場合、第１電極１６は、光吸収層１３とオーミック接触しない。光吸収層１３から移動する正孔がブロックされる正孔ブロック性とは、光吸収層１３で発生した電子のみを通過させ、かつ正孔を通過させないことを意味する。正孔ブロック性を有する材料のフェルミエネルギー準位は、光吸収層１３の価電子帯上端のエネルギーよりも高くてもよい。このような材料として、たとえばアルミニウムが挙げられる。光電変換層５が、光吸収層１３および第１電極１６の間に電子輸送層１５を具備している場合、第１電極１６は、光吸収層１３から移動される正孔がブロックされる正孔ブロック性を有さなくてもよい。したがって、第１電極１６は、光吸収層１３とオーミック接触を形成可能な材料から形成されていてもよい。

【0043】

光電変換層５が正孔輸送層１２を具備していない場合、第２電極１１は、光吸収層１３から移動する電子がブロックされる電子ブロック性を有する材料で形成される。この場合、第２電極１１は、光吸収層１３とオーミック接触しない。光吸収層１３から移動する電子がブロックされる電子ブロック性とは、光吸収層１３で発生した正孔のみを通過させ、かつ電子を通過させないことを意味する。電子ブロック性を有する材料のフェルミエネルギー準位は、光吸収層１３の伝導帯下端のエネルギー準位よりも低い。電子ブロック性を有する材料のフェルミエネルギー準位は、光吸収層１３のフェルミエネルギー準位よりも低くてもよい。具体的には、第２電極１１は、白金、金、またはグラフェンのような炭素材料から形成され得る。これらの材料は、電子ブロック性を有するが、透光性を有さない。したがって、このような材料を用いて透光性の第２電極１１を形成する場合は、上述のように、光が透過するパターンを有する第２電極１１が形成される。光電変換層５が光吸収層１３および第２電極１１との間に正孔輸送層１２を具備している場合、第２電極１１は、光吸収層１３から移動する電子がブロックされる電子ブロック性を有さなくてもよい。したがって、第２電極１１は、光吸収層１３とオーミック接触することが可能な材料から形成されていてもよい。

【0044】

透光性を有する電極の光の透過率は、５０％以上であってもよく、８０％以上であってもよい。電極を透過する光の波長は、光吸収層１３の吸収波長に依存する。第１電極１６および第２電極１１のそれぞれの厚さは、例えば、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。

【0045】

［電子輸送層１５］
電子輸送層１５は、半導体を含む。電子輸送層１５は、バンドギャップが３．０ｅＶ以上の半導体であってもよい。バンドギャップが３．０ｅＶ以上の半導体で電子輸送層１５を形成することにより、可視光および赤外光を光吸収層１３まで透過させることができる。当該半導体の例は、有機のｎ型半導体および無機のｎ型半導体である。

【0046】

有機のｎ型半導体の例は、イミド化合物、キノン化合物、フラーレン、またはフラーレンの誘導体である。無機のｎ型半導体の例は、金属酸化物、金属窒化物、またはペロブスカイト酸化物である。金属酸化物の例は、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｇａ、Ｓｉ、またはＣｒの酸化物である。具体的な例としては、ＴｉＯ₂が挙げられる。ペロブスカイト酸化物の例は、ＳｒＴｉＯ₃またはＣａＴｉＯ₃である。

【0047】

電子輸送層１５は、６．０ｅＶよりも大きなバンドギャップを有する物質を含んでいてもよい。６．０ｅＶよりも大きなバンドギャップを有する物質の例は、（ｉ）フッ化リチウムまたはフッ化カルシウムのようなアルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物、（ｉｉ）酸化マグネシウムのようなアルカリ金属酸化物、または（ｉｉｉ）二酸化ケイ素である。この場合、電子輸送層１５の電子輸送性を確保するために、電子輸送層１５の厚みは、例えば、１０ｎｍ以下である。

【0048】

電子輸送層１５は、互いに異なる材料からなる複数の層を含んでいてもよい。

【0049】

［多孔質層１４］
多孔質層１４は、光吸収層１３を形成するための足場となる。多孔質層１４は、光吸収層１３の光吸収、および、光吸収層１３から電子輸送層１５への電子移動を阻害しない。

【0050】

多孔質層１４は、多孔質体を含む。多孔質体の例は、絶縁性または半導体の粒子が連なった多孔質体である。絶縁性の粒子の例は、酸化アルミニウムの粒子または酸化ケイ素の粒子である。半導体の粒子の例は、無機半導体の粒子である。無機半導体の例は、金属酸化物（ペロブスカイト酸化物を含む）、金属硫化物、または金属カルコゲナイドである。金属酸化物の例は、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｇａ、Ｓｉ、またはＣｒの酸化物である。具体的な例としては、ＴｉＯ₂が挙げられる。ペロブスカイト酸化物の例は、ＳｒＴｉＯ₃またはＣａＴｉＯ₃である。金属硫化物の例は、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｉｎ₂Ｓ₃、ＳｎＳ、ＰｂＳ、Ｍｏ₂Ｓ、ＷＳ₂、Ｓｂ₂Ｓ₃、Ｂｉ₂Ｓ₃、ＺｎＣｄＳ₂、またはＣｕ₂Ｓである。金属カルコゲナイドの例は、ＣｄＳｅ、ＣｓＳｅ、Ｉｎ₂Ｓｅ₃、ＷＳｅ₂、ＨｇＳ、ＳｎＳｅ、ＰｂＳｅ、またはＣｄＴｅである。なお、本明細書において、「多孔質」とは、内部に細孔が存在する物質を意味する。

【0051】

多孔質層１４の厚さは、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であってもよく、０．１μｍ以上１μｍ以下であってもよい。多孔質層１４の表面粗さは大きくてもよい。具体的には、実効面積／投影面積の値で与えられる表面粗さ係数が１０以上であってもよく、１００以上であってもよい。なお、投影面積とは、物体を真正面から光で照らしたときに、後ろにできる影の面積である。実効面積とは、物体の実際の表面積のことである。実効面積は、物体の投影面積および厚さから求められる体積と、物体を構成する材料の比表面積および嵩密度とから計算することができる。比表面積は、例えば窒素吸着法によって測定される。

【0052】

なお、図２では、多孔質層１４のある形態が示されているが、光電変換層５は、多孔質層１４を含んでいなくてもよい。

【0053】

［光吸収層１３］
光吸収層１３は、例えば、組成式ＡＭＸ₃で示されるペロブスカイト構造を有する化合物を光吸収材料として含む。Ａは１価のカチオンである。Ａの例としては、アルカリ金属カチオンまたは有機カチオンのような一価のカチオンが挙げられる。具体的には、Ａの例として、メチルアンモニウムカチオン（ＣＨ₃ＮＨ₃ ⁺）、ホルムアミジニウムカチオン（ＮＨ₂ＣＨＮＨ₂ ⁺）、セシウムカチオン（Ｃｓ⁺）、またはルビジウムカチオン（Ｒｂ⁺）が挙げられる。

【0054】

組成式ＡＭＸ₃において、Ｍは２価のカチオンである。Ｍは、例えば、遷移金属または第１３族元素～第１５族元素の２価のカチオンである。さらに具体的には、Ｍの例として、Ｐｂ²⁺、Ｇｅ²⁺、またはＳｎ²⁺が挙げられる。組成式ＡＭＸ₃において、Ｘはハロゲンアニオンなどの１価のアニオンである。

【0055】

Ａ、Ｍ、またはＸのそれぞれのサイトは、複数種類のイオンによって占有されていてもよい。ペロブスカイト構造を有する化合物の具体例は、ＣＨ₃ＮＨ₃ＰｂＩ₃、ＣＨ₃ＣＨ₂ＮＨ₃ＰｂＩ₃、ＮＨ₂ＣＨＮＨ₂ＰｂＩ₃、ＣＨ₃ＮＨ₃ＰｂＢｒ₃、ＣＨ₃ＮＨ₃ＰｂＣｌ₃、ＣｓＰｂＩ₃、ＣｓＰｂＢｒ₃、ＲｂＰｂＩ₃、またはＲｂＰｂＢｒ₃等である。

【0056】

光吸収層１３の厚さは、例えば１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。光吸収層１３の厚さは、光吸収層１３の光吸収の大きさに依存し得る。光吸収層１３は、溶液による塗布法または共蒸着法などによって形成され得る。また、光吸収層１３は、第２電子輸送層１４と一部で混在するような形態であってもよい。

【0057】

［正孔輸送層１２］
正孔輸送層１２は、有機物または無機半導体によって構成される。正孔輸送層１２は、互いに異なる材料からなる複数の層を含んでいてもよい。

【0058】

有機物としては、例えば、３級アミンを骨格内に含む、フェニルアミン、トリフェニルアミン誘導体、ポリトリアリルアミン（Ｐｏｌｙ（ｂｉｓ（４－ｐｈｅｎｙｌ）（２，４，６－ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｐｈｅｎｙｌ）ａｍｉｎｅ：ＰＴＡＡ）、および、チオフェン構造を含むＰＥＤＯＴ（ｐｏｌｙ（３，４－ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）化合物、が挙げられる。分子量は、特に限定されず、高分子体であってもよい。有機物で正孔輸送層１２を形成する場合、膜厚は、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってもよく、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。膜厚がこの範囲内であれば、十分な正孔輸送性を発現できる。また、膜厚がこの範囲内であれば、低抵抗を維持できるので、高効率に光発電を行うことができる。

【0059】

無機半導体としては、ＣｕＯ、Ｃｕ₂Ｏ、ＣｕＳＣＮ、酸化モリブデン、または酸化ニッケルのようなｐ型の半導体を用いることができる。無機半導体で正孔輸送層１２を形成する場合、膜厚は、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってもよく、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であってもよい。膜厚がこの範囲内であれば、十分な正孔輸送性を発現できる。また、膜厚がこの範囲内であれば、低抵抗を維持できるので、高効率に光発電を行うことができる。

【0060】

正孔輸送層１２の形成方法としては、塗布法または印刷法を採用することができる。塗布法の例は、ドクターブレード法、バーコート法、スプレー法、ディップコーティング法またはスピンコート法である。印刷法の例は、スクリーン印刷法である。また、必要に応じて、複数の材料を混合して正孔輸送層１２を形成し、次いで正孔輸送層１２を加圧または焼成してもよい。正孔輸送層１２の材料が有機の低分子体または無機半導体である場合には、真空蒸着法などによって正孔輸送層１２が形成され得る。

【0061】

正孔輸送層１２は、支持電解質および溶媒を含んでいてもよい。支持電解質および溶媒は、正孔輸送層１２中の正孔を安定化させる。

【0062】

支持電解質の例は、アンモニウム塩またはアルカリ金属塩である。アンモニウム塩の例は、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、六フッ化リン酸テトラエチルアンモニウム、イミダゾリウム塩、またはピリジニウム塩である。アルカリ金属塩の例は、過塩素酸リチウムまたは四フッ化ホウ素カリウムである。

【0063】

正孔輸送層１２に含まれる溶媒は、高いイオン伝導性を有していてもよい。水系溶媒および有機溶媒のいずれも使用できる。溶質をより安定化させるため、溶媒は、有機溶媒であってもよい。有機溶媒の例は、ｔｅｒｔ-ブチルピリジン、ピリジン、またはｎ-メチルピロリドンなどの複素環化合物である。

【0064】

正孔輸送層１２に含有される溶媒は、イオン液体であってもよい。イオン液体は、単独でまたは他の溶媒と混合されて用いられ得る。イオン液体は、低い揮発性および高い難燃性の点で望ましい。

【0065】

イオン液体の例は、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムテトラシアノボレートのようなイミダゾリウム化合物、ピリジン化合物、脂環式アミン化合物、脂肪族アミン化合物、またはアゾニウムアミン化合物である。

【0066】

本明細書において、各層の厚さは、任意の複数の点（例えば５点）で測定された値の平均値でありうる。各層の厚さは、断面の電子顕微鏡像を用いて測定されうる。

【0067】

ここまで、図２を用いて光電変換層５の構成要素を説明した。図２に示された構造は、光電変換層５の多層膜構造をわかりやすく説明するためのものである。以下、より実際的な光電変換層５の構造の具体例が説明される。

【0068】

図３は、集積型太陽電池モジュール２００を模式的に示す断面図である。集積型太陽電池モジュール２００は、図２に示された光電変換層５が複数のユニットセル２０に分割され、かつ複数のユニットセル２０が直列に接続された構成を有する。なお、図３には示されていないが、集積型太陽電池モジュール２００は、図１Ａに示された太陽電池モジュール１００と同様に、基板１、第三封止層２、第二封止層３、第一封止層４、および端面封止構造７をさらに備える。なお、集積型太陽電池モジュール２００は、第三封止層２を備えていなくてもよい。

【0069】

集積型太陽電池モジュール２００は、図３に示すように、透光性基板６と、第１電極１６と、電子輸送層１５と、多孔質層１４と、光吸収層１３と、正孔輸送層１２と、第２電極１１とを有している。

【0070】

第１電極１６、電子輸送層１５、および多孔質層１４は、第１分割溝１７によって、それぞれ、複数の第１電極２６、複数の電子輸送層２５、および複数の多孔質層２４に分割されている。光吸収層１３および正孔輸送層１２は、第２分割溝１８によって、それぞれ、複数の光吸収層２３および複数の正孔輸送層２２に分割されている。第２電極１１は、第３分割溝１９によって、複数の第２電極２１に分割されている。なお、第３分割溝１９は、光吸収層１３および正孔輸送層１２にも形成されていてもよい。第１分割溝１７、第２分割溝１８、および第３分割溝１９は、例えばストライプ状に延びていてもよい。これらの溝は、互いに略平行に形成されていてもよい。

【0071】

複数のユニットセル２０のそれぞれは、第１電極２６、電子輸送層２５、多孔質層２４、光吸収層２３、正孔輸送層２２、および第２電極２１がこの順に積層された積層構造を有する。透光性基板６の法線方向から見て、第１電極２６、電子輸送層２５、および多孔質層２４と重なるように、第２分割溝１８が配置されている。第２分割溝１８内には、隣接するユニットセル２０の第２電極２１が配置されている。第１電極２６は、第２分割溝１８内において、隣接するユニットセル２０の第２電極２１と電気的に接続されている。すなわち、第２分割溝１８は、セル接続用溝として機能する。

【0072】

このように、各ユニットセル２０は、ｎ－ｉ－ｐ接合を形成する電子輸送層２５、多孔質層２４、光吸収層２３、および正孔輸送層２２と、出力端子である第１電極２６および第２電極２１とを有する独立した太陽電池である。

【0073】

ここで、あるユニットセル２０（第１ユニットセル２０Ａ）と、第１ユニットセル２０Ａに隣接する第２ユニットセル２０Ｂおよび第３ユニットセル２０Ｃとを用いて、複数のユニットセル２０の電気的接続が説明される。

【0074】

第１ユニットセル２０Ａの第１電極２６は、両側に隣接する第２ユニットセル２０Ｂおよび第３ユニットセル２０Ｃのうちの第３ユニットセル２０Ｃの第２電極２１と電気的に接続されている。第１ユニットセル２０Ａの第２電極２１は、第２ユニットセル２０Ｂの第１電極２６と電気的に接続されている。このようにして、複数のユニットセル２０は、直列に接続されている。また、このような複数のユニットセル２０を有する集積型太陽電池モジュール２００では、多孔質層２４上に形成される光吸収層２３は、多孔質層２４の下層である第１電極２６および電子輸送層２５と第１分割溝１７において接する。

【0075】

太陽電池モジュール１００および集積型太陽電池モジュール２００が最終的に屋外で使用される場合、特に水分に弱い材料を含む光吸収層１３を含む光電変換層５の劣化が防止される必要がある。そのため、図１Ａに示されている構造を備えた、耐候性を有する太陽電池モジュール１００によって、光電変換層５への水分の浸入を抑制する必要がある。

【0076】

基板１は、光電変換層５を保持する。基板１は、機械的な強度を確保するため、例えば、５ｍｍ以上の厚みを有していてもよく、１０ｍｍ以上の厚みを有していてもよい。また、太陽電池モジュールは屋外で使用されることから、建物の外壁材または屋根材を基板１として使用してもよい。外壁材または屋根材の例は、金属板、セラミック板、セメント（例えば、モルタル、コンクリート、またはスレート等）、レンガ、タイル、または漆喰等である。これらの中でも特に、基板１としてセメント系材料のモルタルまたはスレートが使用される場合は、基板１が水分を透過、且つ保持する材料で形成されることになる。このように、基板１は、水分を透過、且つ保持する材料で形成される場合がある。例えば、基板１の水分量は、温度６０℃、大気圧の条件下で、０．３ｍｇ／ｃｍ³以上であってもよい。また、基板１は、第一封止層４よりも高い水蒸気透過率を有していてもよい。そのような場合であっても、第一封止層４と比べて低い水蒸気透過率を有する第二封止層３が、基板１と光電変換層５との間に配置されているので、基板１を透過した水分が、光電変換層５に到達しにくくなる。なお、水蒸気透過率は、例えば、等圧法（モコン法）によって測定される。

【0077】

第二封止層３は、第一封止層４よりも低い水蒸気透過率を有する。第二封止層３の例は、金属フィルム、または、金属膜もしくは酸化物膜を有する樹脂フィルムである。金属膜もしくは酸化物膜を有する樹脂フィルムの例は、ポリエチレン（ＰＥ）またはポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等の樹脂フィルムに、Ａｌ等の金属膜またはＳｉＯ₂等の酸化物膜が成膜されたフィルムである。成膜されるＡｌ膜またはＳｉＯ₂膜等の厚みは、例えば、フィルムの水蒸気透過率が温度４０℃、相対湿度９０％ＲＨの条件下で０．１ｇ／ｍ²／日以下を満たすように決定されればよい。Ａｌ膜の場合、厚みは、例えば７μｍ程度である。

【0078】

基板１と第二封止層３とを接着させるため、基板１と第二封止層３との間に第三封止層２が配置されてもよい。第三封止層２は、基板１が外部からの衝撃を受けた際の割れを防ぐため、端面封止構造７の少なくとも一部と接していてもよい。また、第二封止層３と光電変換層５が形成された透光性基板６とを接着させるため、第二封止層３と光電変換層５との間に第一封止層４が配置される。第三封止層２および第一封止層４の材料の例は、エチレン－酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）、ポリオレフィン（ＰＯ）樹脂、またはポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）等の樹脂である。

【0079】

太陽電池モジュール１００において、基板１、第三封止層２、第二封止層３、第一封止層４、光電変換層５、および透光性基板６を備えた積層体の周縁部には、端面封止構造７が配置される。端面封止構造７は、基板１の端部の少なくとも一部と、第二封止層３の端部の少なくとも一部とを被覆する。この構成により、端面封止構造７は、太陽電池モジュール１００の端面からの水分浸入を抑制する。基板１の端部とは、すなわち基板１の周縁部である。第二封止層３の端部とは、すなわち第二封止層３の周縁部である。

【0080】

端面封止構造７は、基板１の端部全体、すなわち基板１の周縁部全体の少なくとも９５％以上を被覆していてもよく、基板１の周縁部全体を被覆していてもよい。この構成により、端面封止構造７は、太陽電池モジュール１００の端面からの水分浸入をより確実に抑制し得る。

【0081】

端面封止構造７は、第二封止層３の端部全体、すなわち第二封止層３の周縁部全体の少なくとも９５％以上を被覆していてもよく、第二封止層３の周縁部全体を被覆していてもよい。この構成により、端面封止構造７は、太陽電池モジュール１００の端面からの水分浸入をより確実に抑制し得る。例えば、基板１および第三封止層２が高い水蒸気透過率を有する材料によって形成されている場合、光電変換層５への水分浸入は、第二封止層３および端面封止構造７によって抑制される必要がある。そのため、図１Ａに示すように、第二封止層３の周縁部は、端面封止構造７によって完全に被覆されて、端面封止構造７に埋没されていてもよい。なお、第二封止層３の周縁部が端面封止構造７に埋没されている構造は、言い換えると、端面封止構造７が第二封止層３の周縁部に侵入している構造と言うことができる。この構成により、端面封止構造７は、太陽電池モジュール１００の端面からの水分浸入をより確実に抑制し得る。ここで、高い水蒸気透過率を有する材料とは、温度４０℃、相対湿度９０％ＲＨの条件下で、１ｇ／ｍ²／日以上の水蒸気透過率を有する材料である。

【0082】

端面封止構造７は、例えば、図１Ａに示すように、太陽電池モジュール１００の端面全体を、空隙無く連続して囲うように設けられてもよい。

【0083】

端面封止構造７には、たとえば、水蒸気透過率が低い材料が用いられる。端面封止構造７の材料の例は、例えばブチルゴムである。ここで、低い水蒸気透過率を有する材料とは、温度４０℃、相対湿度９０％ＲＨの条件下で、０．５ｇ／ｍ²／日以下の水蒸気透過率を有する材料である。

【0084】

上記のような、端面封止構造７が基板１の端部の少なくとも一部および第二封止層３の端部の少なくとも一部を被覆する構造によって、太陽電池モジュール１００への水分の浸入が抑制される。しかし、端面封止構造７には、基板１および第二封止層３との境界面に加えて、第一封止層４との境界面も存在する。そのため、端面封止構造７が基板１の端部の少なくとも一部および第二封止層３の端部の少なくとも一部を被覆する構造だけでは、屋外での長期曝露により太陽電池モジュール１００に徐々に水分が浸入すると考えられる。ここで、第一封止層４に用いられるＥＶＡ等の樹脂は、水分含有率が高い材料である。そのため、端面封止構造７を透過した水分が第一封止層４に到達すると、その水分が第一封止層４に蓄積される。第一封止層４に蓄積された水分により、光電変換層５の劣化が促進してしまうことになる。そこで、第一封止層４への水分の到達を抑制するため、図１Ａに示すように、第一封止層４の少なくとも一部は、端面封止構造７から離隔される。

【0085】

ここで、水分含有率が高い材料とは、空間内が水分を含まない空気（すなわち、ドライエアー）で満たされていると仮定すると、その空間内において、温度６０℃、大気圧の条件下で、含まれる水分量が０．３ｍｇ／ｃｍ³以上である材料である。

【0086】

第一封止層４は、端面封止構造７から完全に離隔されていてもよい。この構成によれば、端面封止構造７を透過した水分が第一封止層４により到達しにくくなるので、第一封止層４に蓄積された水分による光電変換層５の劣化をより確実に抑制できる。

【0087】

第一封止層４が端面封止構造７から離隔される幅（以下、「第一封止層と端面封止構造との離隔幅」と呼ぶ）は、例えば１ｍｍ以上であり、５ｍｍ以上であってもよい。なお、「第一封止層と端面封止構造との離隔幅」は、端面封止構造７の第一封止層４に対向する表面から、第一封止層４の外縁までの距離である。

【0088】

第一封止層４と同様に、光電変換層５も、端面封止構造７から離隔されていてもよい。この構成により、端面封止構造７を透過した水分が光電変換層５に到達することが抑制されるので、水分による光電変換層５の劣化が抑制される。光電変換層５が端面封止構造７から離隔される幅（以下、「光電変換層と端面封止構造との離隔幅」と呼ぶ）は、第一封止層と端面封止構造との離隔幅よりも広くてもよい。光電変換層と端面封止構造との離隔幅を広くすることにより、端面封止構造７を透過した水分が光電変換層５に到達することがより確実に抑制されるので、水分による光電変換層５の劣化がより抑制され得る。

【0089】

なお、離隔した空間内が水分を含まない空気（すなわち、ドライエアー）で満たされていると仮定すると、その空間内に存在できる飽和水蒸気量は、温度６０℃、大気圧の条件で０．１２ｍｇ／ｃｍ³程度であり、樹脂またはセメントに含まれる水分量（同一条件下で０．３ｍｇ／ｃｍ³以上）よりも小さい。したがって、第一封止層４は、端面封止構造７との間に設けられた空間によって、端面封止構造７から離隔されていてもよい。第一封止層４が端面封止構造７から空間によって離隔されることにより、第一封止層４に水分が到達することをより抑制できる。

【0090】

第一封止層４は、端面封止構造７よりも低い水蒸気透過率を有する部材を介して、端面封止構造７から離隔されていてもよい。端面封止構造７よりも低い水蒸気透過率を有する部材によって端面封止構造７から離隔されることにより、第一封止層４に水分が到達することをより抑制できる。端面封止構造７よりも低い水蒸気透過率を有する部材は、たとえば、水分を吸着し得る材料で構成されていてもよい。

【0091】

離隔した空間は、水分を含まない空気だけでなく、端面封止構造７から第一封止層４に向かって浸入する水分の流れを阻止する構造を有していてもよい。

【0092】

（実施例）
以下の実施例を参照しながら、本開示はより詳細に説明される。

【0093】

実施例１～５および比較例１～３の太陽電池モジュールが作製され、それら太陽電池モジュールの耐候性が評価された。

【0094】

まず、各実施例および比較例の太陽電池モジュールの構成および作製方法が説明される。

【0095】

［実施例１］
実施例１の太陽電池モジュールは、図１Ａおよび図１Ｂに示された太陽電池モジュール１００および図２に示された光電変換層５と、実質的に同じ構造を有する。実施例１の太陽電池モジュールにおける各構成要素の材料、大きさ、及び厚さが以下に示される。

【0096】

基板１：モルタル板、大きさ１００ｍｍ角、厚さ６ｍｍ、水蒸気透過率５０ｇ／ｍ²／日、
第三封止層２：ポリオレフィン樹脂シート、大きさ９０ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍ
第二封止層３：Ａｌ蒸着フィルム（ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴ）、大きさ１００ｍｍ角、厚さＰＥＴ（５０μｍ）／Ａｌ（７μｍ）／ＰＥＴ（５０μｍ）、水蒸気透過率０．１ｇ／ｍ²／日
第一封止層４：ポリオレフィン樹脂シート、大きさ８６ｍｍ角、厚さ０．５ｍｍ、水蒸気透過率１．６ｇ／ｍ²／日
光電変換層５：後述
透光性基板６：ガラス基板、大きさ１００ｍｍ角、厚さ１ｍｍ
端面封止構造７：ブチルゴム、幅７ｍｍで太陽電池モジュールの周縁部封止（基板１、第二封止層３、及び透光性基板６の端部から内部５ｍｍ幅までが埋没）、水蒸気透過率０．２／ｍ²／日

【0097】

光電変換層５の各構成要素の材料および厚さが以下に示される。

【0098】

第１電極１６：フッ素ドープＳｎＯ₂層（表面抵抗：１０Ω／ｓｑ．）
電子輸送層１５：ＴｉＯ₂、厚さ３０ｎｍ
多孔質層１４：ＴｉＯ₂、厚さ：１５０ｎｍ
光吸収層１３：（Ｒｂ_0.03Ｃｓ_0.05（ＣＨ₃ＮＨ₃）_0.16（ＣＨ₃（ＮＨ）₂）_0.76）Ｐｂ（Ｉ_0.95Ｂｒ_0.05）₃、厚さ３５０ｎｍ
正孔輸送層１２：ＰＴＡＡ、厚さ４０ｎｍ
第２電極１１：Ａｕ、厚さ２００ｎｍ

【0099】

実施例１の太陽電池モジュールの作製方法は以下の通りである。

【0100】

まず、第１電極１６として機能する透明導電層を表面に有する導電性基板が用意された。導電性基板は、透光性基板６と第１電極１６とが一体化された基板である。本実施例では、導電性基板として、フッ素ドープＳｎＯ₂層を表面に有する厚さ１ｍｍの導電性ガラス基板（日本板硝子製）が用いられた。

【0101】

次に、第１電極１６であるフッ素ドープＳｎＯ₂層上に、電子輸送層１５として、厚さが約３０ｎｍのＴｉＯ₂層が形成された。ＴｉＯ₂層は、チタンジイソプロポキシドビス（アセチルアセトナート）２－プロパノール溶液（７５ｗｔ％、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製）が、２－プロパノールで１０倍希釈された０．２ｍｏｌ／Ｌのチタンジイソプロポキシドビス（アセチルアセトナート）溶液を用いて、スプレー法により形成された。溶液スプレー中の基板温度は、４００℃であった。これにより、電子輸送層１５が形成された。

【0102】

続いて、電子輸送層１５であるＴｉＯ₂層上に、多孔質層１４として、厚さが約１５０ｎｍの多孔質ＴｉＯ₂層が形成された。粒径が約３０ｎｍのＴｉＯ₂ナノ粒子をペースト状にしたＴｉＯ₂ペースト（３０ＮＲ－Ｄ、ｇｒｅａｔｃｅｌｌｓｏｌａｒ製）１.５ｇを、１０ｍＬのエタノールで懸濁した溶液を用意した。この溶液が、スピンコート法により、ＴｉＯ₂層上に塗布された。なお、多孔質層１４の厚さが約１５０ｎｍとなるように、スピンコートの回転数が設定された。その後、８５℃のホットプレート上で熱処理を行い、さらに電気炉で５００℃の熱処理を行った。これにより、多孔質層１４が形成された。

【0103】

次に、多孔質層１４である多孔質ＴｉＯ₂層上に、光吸収層１３として、（Ｒｂ_0.03Ｃｓ_0.05（ＣＨ₃ＮＨ₃）_0.16（ＣＨ₃（ＮＨ）₂）_0.76）Ｐｂ（Ｉ_0.95Ｂｒ_0.05）₃層が形成された。具体的には、まず、ペロブスカイト溶液が用意された。ペロブスカイト溶液は、ヨウ化鉛（ＰｂＩ₂、東京化成工業製）と臭化鉛（ＰｂＢｒ₂、東京化成工業製）との混合物（ＰｂＩ₂：ＰｂＢｒ₂＝９５：５（モル比率））を１．２６ｍｏｌ／Ｌで含み、且つヨウ化ルビジウム（ＲｂＩ、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製）、ヨウ化セシウム（ＣｓＩ、Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製）、ヨウ化メチルアンモニウム（ＣＨ₃ＮＨ₃Ｉ、東京化成工業製）、およびヨウ化ホルムアミジニウム（ＣＨ₃（ＮＨ）₂Ｉ、東京化成工業製）の混合物（ＲｂＩ：ＣｓＩ：ＣＨ₃ＮＨ₃Ｉ：ＣＨ₃（ＮＨ）₂Ｉ＝３：５：１６：７６（モル比率））を１．２ｍｏｌ／Ｌで含んでいた。ペロブスカイト溶液における溶媒は、Ｎ，Ｎ－ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）とジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）とが４：１の体積比率で混合された混合溶媒であった。次いで、スピンコート法により、多孔質ＴｉＯ₂層が形成された透光性基板６上に、ペロブスカイト溶液が塗布された。この後、１２０℃のホットプレート上で熱処理を行うことによって、光吸収層１３を得た。なお、光吸収層１３の厚さが約３５０ｎｍとなるように、スピンコートの回転数が設定された。また、熱処理時の光吸収層１３の結晶化を促進するため、スピンコート開始から約４０秒後に、回転中の透光性基板６上にトルエンが滴下された。

【0104】

続いて、光吸収層１３である（Ｒｂ_0.03Ｃｓ_0.05（ＣＨ₃ＮＨ₃）_0.16（ＣＨ₃（ＮＨ）₂）_0.76）Ｐｂ（Ｉ_0.95Ｂｒ_0.05）₃層上に、正孔輸送層１２として、厚さが約４０ｎｍのＰＴＡＡ層が形成された。ＰＴＡＡ層は、１００ｍｇのＰＴＡＡ（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製）が１０ｍＬのトルエンに溶解された溶液に、４－ｔｅｒｔ-ブチルピリジン（Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ製）を６０μＬと、ビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミドリチウム（Ｌｉ－ＴＦＳＩ、東京化成工業製）を１．８ｍｏｌ／Ｌの濃度でアセトニトリルに溶かした溶液４８μＬとを添加した液を用い、スピンコート法により形成した。

【0105】

次に、正孔輸送層であるＰＴＡＡ層上に、第２電極１１として厚さが約２００ｎｍのＡｕ層が抵抗加熱蒸着によって形成された。

【0106】

以上のようにして透光性基板６上に形成された光電変換層５の周囲が、７ｍｍ幅で切削して除去されて、１００ｍｍ角の大きさを有する透光性基板６上に８６ｍｍ角の大きさを有する光電変換層５が形成された。なお、形成された光電変換層５の太陽電池としての性能を評価するため、第１電極１６および第２電極１１に、幅３ｍｍ、厚さ０．１ｍｍの銅リボンをボンディングし、太陽電池モジュール１００の封止部の外側に電極を取り出せるようにした。

【0107】

次に、光電変換層５が形成された透光性基板６上に、第一封止層４、第二封止層３、第三封止層２、基板１を順番に重ね合わせた。第一封止層４は、大きさ８６ｍｍ角および厚さ０．５ｍｍのポリオレフィン樹脂シートであった。第二封止層３は、大きさ１００ｍｍ角および総厚１０７μｍのＡｌ蒸着フィルム（ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴ）であった。第三封止層２は、大きさ９０ｍｍ角および厚さ０．５ｍｍのポリオレフィン樹脂シートであった。基板１は、大きさ１００ｍｍ角および厚さ６ｍｍのモルタル板であった。なお、透光性基板６と第二封止層３との間、および、第二封止層３と基板１との間には、幅７ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのブチルゴムシートをそれぞれの周縁部に幅５ｍｍ挿入した。このとき、外部へ電極を取り出すために設けた銅リボンの上下には、厚さ０．２ｍｍのブチルゴムシートを配置し、銅リボンと合わせた厚さが、周囲の厚さ０．５ｍｍのブチルゴムシートと揃うようにした。その後、真空ラミネート装置を用いて１５０℃でポリオレフィン樹脂シートを架橋および硬化させた。最後に、２００℃程度に昇温した半溶融のブチルゴムを、透光性基板６、第二封止層３、及び基板１の周縁部にはみ出たブチルゴムシートと一体化するように塗布し、アルミ製の型枠をはめ込むことで、図１Ａに示すような形状を有する、実施例１の太陽電池モジュールが得られた。

【0108】

なお、実施例１の太陽電池モジュールを作製するプロセスは全て、露点が－４０℃以下のドライルーム内で行われた。

【0109】

［実施例２］
光電変換層５の周囲の切削幅を６ｍｍ幅として、１００ｍｍ角の大きさの透光性基板６上に８８ｍｍ角の大きさの光電変換層５を形成した点以外は、実施例１と同様の方法で実施例２の太陽電池モジュールが作製された。

【0110】

［実施例３］
光電変換層５の周囲の切削幅を５ｍｍ幅として、１００ｍｍ角の大きさの透光性基板６上に９０ｍｍ角の大きさの光電変換層５を形成した点以外は、実施例１と同様の方法で実施例３の太陽電池モジュールが作製された。

【0111】

［実施例４］
光電変換層５の周囲の切削幅を４ｍｍ幅として、１００ｍｍ角の大きさの透光性基板６上に９２ｍｍ角の大きさの光電変換層５を形成した点以外は、実施例１と同様の方法で実施例４の太陽電池モジュールが作製された。

【0112】

［実施例５］
第一封止層４の大きさを８８ｍｍ角とした点以外は、実施例１と同様の方法で実施例５の太陽電池モジュールが作製された。

【0113】

［比較例１］
第一封止層４の大きさを９０ｍｍ角とした点以外は、実施例１と同様の方法で比較例１の太陽電池モジュールが作製された。

【0114】

［比較例２］
第一封止層４の大きさを９０ｍｍ角、及び光電変換層５の周囲の切削幅を５ｍｍ幅として、１００ｍｍ角の大きさの透光性基板６上に９０ｍｍ角の大きさの光電変換層５を形成した点以外は、実施例１と同様の方法で比較例２の太陽電池モジュールが作製された。

【0115】

［比較例３］
第二封止層３の大きさを９０ｍｍ角とした点以外は、実施例１と同様の方法で比較例３の太陽電池モジュールが作製された。

【0116】

［太陽電池の評価］
実施例１～５および比較例１～３の太陽電池に対し、まず、太陽電池モジュール作製直後の光電変換特性が評価された。

【0117】

まず、ソーラーシミュレータ（セリック株式会社製）を用いて１００ｍＷ／ｃｍ²の照度を有する光を太陽電池モジュールに照射して、電流－電圧特性が測定された。このとき、安定化後の電流－電圧特性から、各太陽電池における開放電圧（Ｖ）、短絡電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）、曲線因子、および変換効率（％）が求められた。

【0118】

その後、太陽電池モジュールが温度８５℃、相対湿度８５％（８５％ＲＨ）の恒温恒湿槽に投入され、加速試験が行われた。１０００ｈｒ経過後に太陽電池モジュールが取り出され、前述の方法で加速試験後の光電変換特性が評価された。

【0119】

また、加速試験前後の太陽電池モジュールの透光性基板６側からの光学反射率が、分光光度計で測定された。また、目視による劣化部位が無いかも同時に観察された。

【0120】

実施例１～５、及び比較例１～３の光電変換特性の維持率、光学反射率の変化率、及び劣化部位の有無を調べた評価結果が、表１に示される。光電変換特性の維持率は、太陽電池モジュール作製直後の光電変換特性の変換効率に対する、８５℃、８５％ＲＨ、１０００ｈｒ加速後の変換効率の維持率である。また、光学反射率の変化率は、太陽電池モジュール作製直後の光学反射率に対する、８５℃、８５％ＲＨ、１０００ｈｒ加速後の光学反射率の変化率である。なお、表１では、第二封止層３が端面封止構造７にどの程度被覆されているのか（すなわち、「被覆の程度」）が、「第二封止層３の端部を基準とする端面封止構造７の侵入深さ」で示されている。すなわち、第二封止層３において、端面封止構造７が第二封止層３の端部から内部へと侵入している距離で、被覆の程度が示されている。

【0121】

【表1】

【0122】

表１に示すように、端面封止構造７と第一封止層４とが離隔し、且つ第二封止層３の端部が端面封止構造７に被覆された構造を有する実施例１～５の耐候性太陽電池モジュールにおいて、８５℃、８５％ＲＨ、１０００ｈｒ加速後の変換効率の維持率は８８％以上と高かった。さらに、実施例１～５の耐候性太陽電池モジュールでは、光学反射率の変化率も５％以下と小さかった。一方、端面封止構造７と第一封止層４とが離隔していない構造を有する比較例１および２の太陽電池モジュールでは、光学反射率の変化は比較的小さいものの、変換効率の維持率が８０％未満と悪いことが分かった。また、第二封止層３が端面封止構造７に被覆されていない構造を有する比較例３では、変換効率の維持率が５０％と比較的悪く、且つ光学反射率の変化も２０％以上であることが分かった。

【0123】

また、劣化部位の有無について、実施例１～５の太陽電池モジュールには、目視でも劣化部位が観察されなかったが、比較例２および比較例３の太陽電池モジュールには、目視で劣化部位が観察された。なお、目視において黒色から黄色に変化した場合、劣化部位が観察されたと判断した。図４は、加速試験後の実施例１の太陽電池モジュールを示す写真である。図５は、加速試験後の比較例２の太陽電池モジュールを示す写真である。実施例１の太陽電池モジュールにおける光電変換層５は、加速試験後でも変色せず、加速試験前と同様の黒色であった。一方、比較例２の太陽電池モジュールにおける光電変換層５は、加速試験後に周縁部が黄色に変色した。すなわち、比較例２の太陽電池モジュールでは、第一封止層４が端面封止構造７から離間していなかったため、端面封止構造７を透過した水分が第一封止層４に到達し、その水分によって光電変換層５の光吸収層１３が変質したと考えられる。

【0124】

以上の結果、太陽電池モジュールにおいて、端面封止構造７と第一封止層４とが離隔し、且つ第二封止層３の端部の少なくとも一部が端面封止構造７に被覆された構造とすることにより、耐候性を向上できることが分かった。また、端面封止構造７と光電変換層５が離隔した構造とすることにより、さらに耐候性を向上できることを確認した。

【産業上の利用可能性】

【0125】

本開示の太陽電池モジュールは、例えば、建物の壁面材、及び屋根材として設置する建材一体型の太陽電池モジュールとして特に有用である。

【符号の説明】

【0126】

１ 基板
２ 第三封止層
３ 第二封止層
４ 第一封止層
５ 光電変換層
６ 透光性基板
７ 端面封止構造
１１、２１ 第２電極
１２、２２ 正孔輸送層
１３、２３ 光吸収層
１４、２４ 多孔質層
１５、２５ 電子輸送層
１６、２６ 第１電極
１７ 第１分割溝
１８ 第２分割溝
１９ 第３分割溝
２０ ユニットセル
２０Ａ 第１ユニットセル
２０Ｂ 第２ユニットセル
２０Ｃ 第３ユニットセル
１００ 太陽電池モジュール
２００ 集積型太陽電池モジュール

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】