特許 7631573 太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-02-07

(45)【発行日】2025-02-18

(54)【発明の名称】太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H10K 30/57 20230101AFI20250210BHJP

   H10K 30/40 20230101ALI20250210BHJP

   H10K 30/88 20230101ALI20250210BHJP

   H10K 85/50 20230101ALI20250210BHJP

   H10K 85/10 20230101ALI20250210BHJP

【ＦＩ】

H10K30/57

H10K30/40

H10K30/88

H10K85/50

H10K85/10

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024012048

(22)【出願日】2024-01-30

【審査請求日】2024-05-08

【早期審査対象出願】

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】塩川 美雪

(72)【発明者】

【氏名】五反田 武志

(72)【発明者】

【氏名】平野 樹

(72)【発明者】

【氏名】山下 勝也

(72)【発明者】

【氏名】戸張 智博

【審査官】丸橋 凌

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２４８０６１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特表２０２３－５０８２４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２２／１０２１２８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／０５９０１６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１２－０８９６６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００７／０２９５３８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０１９／００８８８０２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国実用新案第２０８９８５９９７（ＣＮ，Ｕ）

【文献】国際公開第２０２３／１３２１３４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００６－１０００６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０４－３１／０７８

Ｈ１０Ｋ ３０／００－３０／８９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１電極、第１光活性層、中間導電層、ペロブスカイト型結晶構造を有する光活性材料からなる第２光活性層、および第２電極が積層されてなる積層体と、
少なくとも前記第２光活性層の端面を被覆する保護層と、
前記保護層を介して前記積層体を封止する封止材と、を備え、
前記保護層の水蒸気透過係数は、前記封止材の水蒸気透過係数よりも小さく、かつ、０．１ｇ・ｍｍ／ｍ ^２ ／ｄａｙ以下であり、
前記保護層の材料は、パラキシリレン系ポリマーまたはアモルファスフッ素ポリマーである、太陽電池モジュール。

【請求項2】

前記第２光活性層と前記保護層の間に、バッファ層および反射防止層の少なくとも一方が設けられる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

前記保護層を２層以上備え、前記保護層の少なくとも１層の材料がパラキシリレン系ポリマーであり、前記パラキシリレン系ポリマーの保護層よりも外側の前記保護層の少なくとも１層がアモルファスフッ素ポリマーである、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項4】

第１電極、第１光活性層、中間導電層、ペロブスカイト型結晶構造を有する光活性材料からなる第２光活性層、および第２電極が積層されてなる積層体と、少なくとも前記第２光活性層の端面を被覆する保護層と、前記保護層を介して前記積層体を封止する封止材と、を備える太陽電池モジュールの製造方法であって、
少なくとも前記第２光活性層の端面に保護層を形成する保護層形成工程と、
真空ラミネートにより、前記保護層を介して前記積層体を封止材で封止する封止工程と、を有し、
前記保護層の水蒸気透過係数は、前記封止材の水蒸気透過係数よりも小さく、かつ、０．１ｇ・ｍｍ／ｍ^２／ｄａｙ以下であり、
前記保護層の材料は、パラキシリレン系ポリマーまたはアモルファスフッ素ポリマーである、太陽電池モジュールの製造方法。

【請求項5】

前記保護層形成工程を、前記封止工程の前に行う、請求項４に記載の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】

本発明の実施形態は、太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

光電変換素子として、光活性層として、ペロブスカイト型結晶構造の材料からなる光活性層（以下、ペロブスカイト層という）を持つものが知られている。

【0003】

ペロブスカイト層を持つ多層接合型光電変換素子では、構造上、その端面にペロブスカイト層が露出している。このため、ペロブスカイト層は、封止時に封止材から発生する水分や、真空かつ過熱状態でダメージを受ける。そこで、一般的に、真空ラミネートは、ペロブスカイト層にダメージを与えないように、低温かつ短時間で実施される。しかしながら、封止材に推奨されているラミネート条件から外れた場合、架橋率やゲル化率が十分でなく、封止材本来の性能が発揮できない場合がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１６／１５８８３８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、外気や水分からペロブスカイト層を保護し、耐久性を高めた太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の太陽電池モジュールは、積層体と、保護層と、封止材と、を持つ。
積層体は、第１電極、第１光活性層、中間導電層、ペロブスカイト型結晶構造を有する光活性材料からなる第２光活性層、および第２電極が積層されてなる。
保護層は、少なくとも第２光活性層の端面を被覆する。
封止材は、保護層を介して積層体を封止する。
保護層の水蒸気透過係数は、封止材の水蒸気透過係数よりも小さい。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】図１は、第１の実施形態の太陽電池モジュールを示す断面模式図。

【図2】図２は、第２の実施形態の太陽電池モジュールを示す断面模式図。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態の太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法を、図面を参照して説明する。

【0009】

［太陽電池モジュール］
（第１の実施形態）
図１に第１の実施形態の太陽電池モジュール１を示す。図１に示す太陽電池モジュール１は、第１電極２、第１光活性層３、中間導電層４、ペロブスカイト型結晶構造を有する光活性材料からなる第２光活性層５、および第２電極６が積層されてなる積層体７と、積層体７を被覆する保護層８と、保護層８を介して積層体７を封止する封止材９とから構成される。第２電極６は、透明電極層１０と金属電極層１１とから構成される。封止材９における第１電極２側の表面９ａには第１基材１２が設けられている。封止材９における第２電極６側の表面９ｂには第２基材１３が設けられている。第１電極２には第１取出電極１４が接続されている。第２電極６の金属電極層１１には第２取出電極１５が接続されている。図１に示す太陽電池モジュール１において、第２電極６側から光を取り込み、第１光活性層３と第２光活性層５でそれぞれ発電し、発生した電流を第１取出電極１４および第２取出電極１５から取り出す。

【0010】

積層体７の端面７ａには、第１光活性層３の端面３ａ、中間導電層４の端面４ａ、第２光活性層５の端面５ａ、および透明電極層１０の端面１０ａが位置している。

【0011】

図１に示す太陽電池モジュール１では、第２光活性層５と保護層８の間、詳細には、中間導電層４と第２光活性層５の間に第１バッファ層１６が設けられていてもよい。

【0012】

図１に示す太陽電池モジュール１では、第２光活性層５と保護層８の間、詳細には、第２電極６と第２光活性層５の間に第２バッファ層１７が設けられていてもよい。

【0013】

図１に示す太陽電池モジュール１では、第２光活性層５と保護層８の間、詳細には、金属電極層１１と透明電極層１０の間に反射防止層１８が設けられていてもよい。

【0014】

積層体７の端面７ａには、第１バッファ層１６の端面１６ａ、第２バッファ層１７の端面１７ａ、および反射防止層１８の端面１８ａが位置している。

【0015】

第１電極２は、導電性を有するものであれば、従来知られている任意の材料から選択することができる。第１電極２の材料は、金、銀、銅、白金、アルミニウム、チタン、鉄、パラジウム等が用いられるが、アルミニウムまたは銀が好ましい。

【0016】

第１光活性層３は、第一導電型の結晶シリコン層から構成される。第１光活性層３を構成する結晶シリコンは、一般的に光電池に用いられるシリコンと同様の構成を採用することができる。具体的には、単結晶シリコン、多結晶シリコン、ヘテロ接合型シリコンなどの結晶シリコンを含む結晶シリコンなどが挙げられる。また、結晶シリコンは、シリコンウェハーから切り出した薄膜であってもよい。シリコンウェハーとしては、リンやヒ素などをドープしたｎ型シリコン結晶、ホウ素やガリウムなどをドーピングしたｐ型シリコン結晶も使用できる。ｐ型シリコン結晶中の電子は長い拡散長を有しているので、第一導電型の結晶シリコンとしてはｐ型の結晶シリコンが好ましい。

【0017】

第１光活性層３の厚さは、５０μｍ～５００μｍであることが好ましく、１００～３００μｍであることがより好ましい。

【0018】

中間導電層４は、第１光活性層３に接するように配置される。中間導電層４は、第１光活性層３を主体とするボトムセルと、第２光活性層５を主体とするトップセルとを隔絶しながら電気的に連結し、かつ第２光活性層５で吸収されなかった光を第１光活性層３に導く機能を有する。

【0019】

中間導電層４の材質は、透明または半透明の導電性を有する材料から選択することができる。このような材料としては、導電性の金属酸化物膜が挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、およびそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛・オキサイド（ＩＺＯ）等が用いられる。このような金属酸化物からなる透明導電層２０４ｂは、一般に知られている方法で形成させることができる。具体的には、スパッタリングにより形成できる。

【0020】

中間導電層４の全厚は、５ｎｍ～７０ｎｍであることが好ましい。５ｎｍよりも薄いと膜欠損が多く、中間導電層４に隣接する層の隔絶が不十分になる。７０ｎｍよりも厚いと、回折効果により光透過性が低下し、第１光活性層３側での発電量の低下を招くことがある。

【0021】

第２光活性層５は、ペロブスカイト型結晶構造を有する光活性材料からなる。ペロブスカイト型結晶構造とは、ペロブスカイトと同じ結晶構造をいう。典型的には、ペロブスカイト構造はイオンＡ、Ｂ、およびＸからなり、イオンＢがイオンＡに比べて小さい場合にペロブスカイト構造をとる場合がある。この結晶構造の化学組成は、下記一般式（１）で表すことができる。

【0022】

ＡＢＸ_３ （１）

【0023】

ここで、Ａは、１級アンモニウムイオンを利用できる。具体的にはＣＨ_３ＮＨ_３ ^＋（以下、ＭＡということがある）、Ｃ_２Ｈ_５ＮＨ_３ ^＋、Ｃ_３Ｈ_７ＮＨ_３ ^＋、Ｃ_４Ｈ_９ＮＨ_３ ^＋、およびＨＣ（ＮＨ_２）_２ ^＋（以下、ＦＡということがある）などが挙げられ、ＣＨ_３ＮＨ_３ ^＋が好ましいがこれに限定されるものではない。また、Ａは、Ｃｓ^＋、１，１，１－トリフルオロ－エチルアンモニウムアイオダイド（ＦＥＡI）も好ましいが、これらに限定されるものではない。

【0024】

また、Ｂは、２価の金属イオンであり、Ｐｂ^２＋またはＳｎ^２＋が好ましいがこれに限定されるものではない。また、Ｘは、ハロゲンイオンが好ましい。例えばＦ^－、Ｃｌ^－、Ｂｒ^－、Ｉ^－、およびＡｔ^－から選択され、Ｃｌ^－、Ｂｒ^－、Ｉ^－が好ましいがこれに限定されるものではない。

【0025】

イオンＡ、ＢまたはＸを構成する材料は、それぞれ単一であっても混合であってもよい。構成するイオンはＡＢＸ_３の化学量論比と必ずしも一致しなくても機能できる。

【0026】

第２光活性層５のペロブスカイトを構成するイオンＡは、原子量または、イオンを構成する原子量の合計（分子量）が４５以上から構成されることが好ましい。更に好ましくは１３３以下のイオンを含むことが好ましい。これらの条件のイオンＡは単体では安定性が低いため、一般的なＭＡ（分子量３２）を混合する場合があるが、ＭＡを混合するとシリコンのバンドギャップ１．１ｅＶに近づいて、波長分割して効率を向上させるタンデムとしては、全体の特性が低下してしまうので好ましくない。また、イオンＡが複数のイオンの組み合わせであり、Ｃｓを含む場合、イオンＡの全体個数に対してＣｓの個数の割合が０．１から０．９であることがより好ましい。

【0027】

この結晶構造は、立方晶、正方晶、直方晶等の単位格子をもち、各頂点にＡが、体心にＢ、これを中心として立方晶の各面心にＸが配置している。この結晶構造において、単位格子に包含される、１つのＢと６つのＸとからなる八面体は、Ａとの相互作用により容易にひずみ、対称性の結晶に相転移する。この相転移が結晶の物性を劇的に変化させ、電子または正孔が結晶外に放出され、発電が起こるものと推定されている。

【0028】

第２光活性層５の厚さを厚くすると光吸収量が増えて短絡電流密度（Ｊｓc）が増えるが、キャリア輸送距離が増える分、失活によるロスが増える傾向にある。このため最大効率を得るためには最適な厚さがある。具体的には、第２光活性層５の厚さは３０～１０００ｎｍが好ましく、６０～６００ｎｍがさらに好ましい。

【0029】

透明電極層１０は、透明または半透明の導電性層である。透明電極層１０は、複数の材料が積層された構造を有していてもよい。また、透明電極は光を透過するので、積層体の全面に形成することができる。

【0030】

透明電極層１０の材料としては、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等が挙げられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、およびそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛・オキサイド（ＩＺＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、インジウム・亜鉛・オキサイド等からなる導電性ガラスを用いて作製された膜（ＮＥＳＡ等）や、アルミニウム、金、白金、銀、銅等が用いられる。特に、ＩＴＯまたはＩＺＯなどの金属酸化物が好ましい。このような金属酸化物からなる透明電極層１０は、一般に知られている方法で形成させることができる。具体的には、スパッタリングにより形成される。

【0031】

透明電極層１０の厚さは、３０～３００ｎｍであることが好ましい。透明電極層１０の厚さが３０ｎｍより薄いと導電性が低下して抵抗が高くなる傾向にある。抵抗が高くなると光電変換効率低下の原因となることがある。一方、透明電極層１０の厚さが３００ｎｍよりも厚いと、電極の可撓性が低くなる傾向にある。この結果、厚さが厚い場合には応力が作用するとひび割れてしまうことがある。透明電極層１０は単層構造であっても、異なる仕事関数の材料で構成される層を積層した複層構造であってもよい。

【0032】

金属電極層１１は、導電性を有するものであればよく、具体的には、金、銀、銅、白金、アルミニウム、チタン、鉄、パラジウムなどの導電性材料を用いることができる。

【0033】

金属電極層１１は、複数の金属線が実質的に平行に配置された形状を有している。金属電極層１１の厚さは例えば３０～３００ｎｍであることが好ましい。金属電極層１１の厚さが３０ｎｍより薄いと導電性が低下して抵抗が高くなる傾向にある。抵抗が高くなると光電変換効率低下の原因となることがある。金属電極層１１の厚さが１００ｎｍ以下であれば、光透過性を有するので、発電効率や発光効率を向上できるために好ましい。金属電極層１１は単層構造であっても、異なる材料で構成される層を積層した複層構造であってもよい。

【0034】

図１に示す太陽電池モジュール１では、保護層８の水蒸気透過係数は、封止材９の水蒸気透過係数よりも小さい。

【0035】

保護層８の水蒸気透過係数は、一般的な封止材よりも小さく、０．１ｇ・ｍｍ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることが好ましく、０．０８ｇ・ｍｍ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることがより好ましく、０．０２ｇ・ｍｍ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることがさらに好ましい。保護層８の水蒸気透過係数が前記上限値を超えると、外気や水分から第２光活性層５を保護することができない。

【0036】

保護層８の材料は、水蒸気透過係数が上記の範囲となるものであれば、特に限定されないが、水蒸気透過係数が低い点、光透過性に優れる点、および第２光活性層５に対する密着性に優れる点から、パラキシリレン系ポリマーまたはアモルファスフッ素ポリマーが好ましい。なお、パラキシリレン系ポリマーの水蒸気透過係数は０．０８ｇ・ｍｍ／ｍ^２／ｄａｙ、アモルファスフッ素ポリマーの水蒸気透過係数は０．０２ｇ・ｍｍ／ｍ^２／ｄａｙである。さらに、水蒸気透過係数はフィルム材料としての透過を定量化したものであるが、それと共に表面エネルギーの高いものを用いることで、外部から水分等の低分子成分、内部からはペロブスカイトの構成成分の流出を防止することができる。表面エネルギーは接触角で測定できる。一般的な封止材であるＥＶＡの接触角は８８．１°に対して、パラキシリレン系ポリマーの接触角は１１４～１４９°、アモルファスフッ素ポリマーの接触角は１１２～１１４°である。

【0037】

パラキシリレン系ポリマーは、下記の式（１）で表され、Ｃは炭素、Ｘは水素またはハロゲンから選択される。ハロゲンは、塩素、フッ素等から１つまたは複数種が選択される。六員環を構成する炭素に結合する水素の一部は、ハロゲンに置換できる。ハロゲンは、塩素、フッ素等から１つまたは複数種が選択される。ｎは繰り返し構造を意味する。下記の式（２）は、Ｘを水素とし、六員環を構成する炭素に結合する水素の一部を塩素に置換した構造であり、パラキシリレン系ポリマーのより好ましい構造を示す。ｎは繰り返し構造を意味する。

【0038】

【化1】

【0039】

【化2】

【0040】

アモルファスフッ素ポリマーは、特に限定されるものではないが、主鎖に下記の式（３）に示した構造を有することが好ましい。Ｘは末端基を意味し、炭素、酸素、水素、窒素、シリコン元素を含み、特に－ＣＦ_３、－ＣＯＯＨ、－ＣＯＮＨ－Ｃ_３Ｈ_６－Ｓｉ（ＯＣ_２Ｈ_５）_３、－ＣＯＮＨ－Ｃ_２Ｈ_４－Ｎ（Ｃ_２Ｈ_４－ＮＨ_２）_２等が好ましい。ｎは繰り返し構造を意味する。

【0041】

【化3】

【0042】

保護層８の材料の水蒸気透過係数の測定方法は、例えば、フィルム状にした対象サンプルの片面に水蒸気を導入し、フィルムを通過して、フィルムの反対面に検出された水蒸気量から計算することができる。

【0043】

保護層８の厚さは、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上４μｍ以下であることがより好ましく、０．４μｍ以上０．９μｍ以下であることがさらに好ましい。保護層８の厚さが前記下限値未満であると、保護層８の厚みの低下によりガスの透過量が増加するだけでなく、ピンホールの発生が顕著となり、十分な水蒸気透過係数が得られない。さらに、真空ラミネート時やその後の発電時に発生する水分等の低分子成分の侵入を防止する効果の低下を招く。また、真空ラミネート時やその後の発電時にペロブスカイトを構成する成分の流出を防止する効果の低下を招く。これらにより封止直後に太陽電池特性の低下を招いたり、発電時間が短命になる。保護層８の厚さが前記上限値を超えると、保護層８の厚みが高い分、ガスの透過量が減少すると共に、ピンホールの発生も少なくなるため、十分な水蒸気透過係数となる一方で、光透過量が減少し、太陽電池の発電量低下を招く。

【0044】

なお、図１に示す太陽電池モジュール１では、積層体７の全体を保護層８が被覆する場合を例示しているが、実施形態の太陽電池モジュールはこれに限定されない。実施形態の太陽電池モジュールでは、保護層が少なくとも第２光活性層の端面を被覆していればよい。

【0045】

封止材９としては、特に限定されないが、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリオレフィンエラストマー（ＰＯＥ）、オレフィン系熱可塑性エラストマー（ＴＰＯ）、ポリエチレン、アイオノマー、シリコーン等が挙げられる。

【0046】

封止材９の水蒸気透過係数は、１０ｇ・ｍｍ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることが好ましく、１ｇ・ｍｍ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることがより好ましく、０．９ｇ・ｍｍ／ｍ^２／ｄａｙ以下であることがさらに好ましい。封止材９の水蒸気透過係数が前記上限値以下であると、封止材９として安価な材料を用いることができる。封止材９は、モジュール全体に使われる材料であるため、モジュールを安価に製造できる。

【0047】

封止材９の水蒸気透過係数は、保護層８の材料の水蒸気透過係数の測定方法と同様の方法で測定することができる。

【0048】

封止材９の厚さは、２０μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましく、２００μｍ以上５００μｍ以下であることがより好ましく、３００μｍ以上５００μｍ以下であることがさらに好ましい。封止材９の厚さが前記下限値以上であると、質量が増加すると共に、モジュールは剛直なものになる。封止材９の厚さが前記上限値以下であると、質量が減少すると共に、モジュールのフレキシブル性が向上する。

【0049】

第１バッファ層１６は、電子またはホールを輸送する優先的に取り出す層であり、正孔輸送層または電子輸送層として機能する。

【0050】

第２バッファ層１７は、電子またはホールを輸送する優先的に取り出す層であり、正孔輸送層または電子輸送層として機能する。

【0051】

第２バッファ層１７を、正孔輸送層または電子輸送層として機能させる場合、第２バッファ層１７を無機酸化物で構成するとよい。第２バッファ層１７を正孔輸送層とする場合は、第２バッファ層１７を酸化チタンで構成するとよい。また、第２バッファ層１７を電子輸送層とする場合は、第２バッファ層１７を酸化スズで構成するとよい。

【0052】

第２バッファ層１７を正孔注入層とする場合、その厚さは３０ｎｍ以下であることが好ましく、１５～２５ｎｍでもよい。これは正孔注入層としての膜抵抗を低くし、変換効率を高めることができるからである。一方で、正孔注入層としての厚さは５ｎｍ以上とすることができる。

【0053】

第２バッファ層１７を電子輸送層とする場合、その厚さは３０ｎｍ以下であることが好ましく、１５～２５ｎｍでもよい。これは電子輸送層としての膜抵抗を低くし、変換効率を高めることができるからである。一方で、電子輸送層としての厚さは５ｎｍ以上とすることができる。

【0054】

反射防止層１８は、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム等のハロゲン化合物、窒化シリコン等から１種または複数から構成される。反射防止層１８を設けることにより、太陽電池モジュール１の受光面側における太陽光の反射を抑制することができる。

【0055】

第１基材１２と第２基材１３は、保護層８および封止材９で被覆された積層体７を挟持し、積層体７を保護する。第１基材１２としては、ガラス基材、太陽電池用のバックシートが挙げられる。第２基材１３としては、ガラス基材が挙げられる。

【0056】

第１取出電極１４、第２取出電極１５は、アルミニウム、銀、銅、炭素等の導電性材料から１種または複数から構成される。

【0057】

図１に示す太陽電池モジュール１では、第２光活性層５の端面５ａを、一般的な封止材よりも水蒸気透過係数が小さい保護層８で被覆している。これにより、外気や水分から第２光活性層５を保護することができる。また、封止材９よりも内側に保護層８を形成し、保護層８の水蒸気透過係数が封止材９の水蒸気透過係数よりも小さいため、封止時に封止材９から発生する水分に第２光活性層５が曝されていない。従って、第２光活性層５が水分によるダメージを受けていない。

【0058】

（第２の実施形態）
図２に第２の実施形態の太陽電池モジュール１００を示す。図２において、図１に示す太陽電池モジュール１と同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。図２に示す太陽電池モジュール１００は、図１に示す太陽電池モジュール１に加えて、保護層（第１保護層）８を被覆する第２保護層１０１が設けられている。

【0059】

第２保護層１０１の材料としては、第１保護層８の材料と同様のものが挙げられる。第１保護層８の材料と第２保護層１０１の材料は、同一であってもよく、異なっていてもよい。第１保護層８の材料と第２保護層１０１の材料が異なる場合、第１保護層８の材料の水蒸気透過係数が、第２保護層１０１の材料の水蒸気透過係数が小さいことが好ましい。例えば、第１保護層８の材料はパラキシリレン系ポリマー、第２保護層１０１の材料はアモルファスフッ素ポリマーが好ましい。この場合、第１保護層８は水蒸気の透過を抑制し、第２保護層１０１は第２光活性層５や積層体７を物理的に保護する。すなわち、第１保護層８に発生したピンホールを第２保護層１０１で覆い隠し構造的に工夫でガスバリア性を高めることができる。

【0060】

第２保護層１０１の厚さは、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であることが好ましく、０．０５μｍ以上４μｍ以下であることがより好ましく、０．４μｍ以上０．９μｍ以下であることがさらに好ましい。第２保護層１０１の厚さが前記下限値未満であると、保護層８の厚みの低下によりガスの透過量が増加するだけでなく、ピンホールの発生が顕著となり、十分な水蒸気透過係数が得られない。さらに、真空ラミネート時やその後の発電時に発生する水分等の低分子成分の侵入を防止する効果の低下を招く。また、真空ラミネート時やその後の発電時にペロブスカイトを構成する成分の流出を防止する効果の低下を招く。これらにより封止直後に太陽電池特性の低下を招いたり、発電時間が短命になる。第２保護層１０１の厚さが前記上限値以下であると、保護層８の厚みが高い分、ガスの透過量が減少すると共に、ピンホールの発生も少なくなるため、十分な水蒸気透過係数が得られる一方で、光透過量が減少し、太陽電池の発電量低下を招く。

【0061】

図２に示す太陽電池モジュール１００において、保護層を３層以上備えていてもよい。保護層を３層以上備える場合、全ての保護層の材料が同一であってもよく、異なっていてもよい。

【0062】

図２に示す太陽電池モジュール１００では、第１保護層８と第２保護層１０１を設けることにより、第１保護層８のピンホールをカバーすることができ、耐久性をより高めることができる。

【0063】

なお、実施形態の太陽電池モジュールは、光活性層が１つのみの場合にも適用できる。

【0064】

［太陽電池モジュールの製造方法］
実施形態の太陽電池モジュールの製造方法は、実施形態の太陽電池モジュールを製造する方法であって、少なくとも前記第２光活性層の端面に保護層を形成する保護層形成工程と、真空ラミネートにより、前記保護層を介して前記積層体を封止材で封止する封止工程と、を有する。

【0065】

図１を参照して、実施形態の太陽電池モジュールの製造方法を説明する。
保護層形成工程では、積層体７の端面７ａに保護層８の材料を塗布し、その材料を硬化させて、保護層８を形成する。

【0066】

保護層８の材料の塗布量は、特に限定されないが、保護層８の厚さが所定の範囲内となるようにする。

【0067】

保護層８の材料の塗布方法としては、例えば、原料の熱分解ガスから合成する方法、ディッピング、スピンコーティング、ダイコーティングを用いることができる。

【0068】

封止工程では、真空ラミネートにより、保護層８を介して積層体７を封止材９で封止する。

【0069】

実施形態の太陽電池モジュールの製造方法では、保護層形成工程を、封止工程の前に行うことが好ましい。第２光活性層５や積層体７を水蒸気透過係数が小さい保護層８で覆った状態で、真空ラミネートにより、保護層８を介して積層体７を封止材９で封止することにより、封止工程で封止材９から発生する水分が第２光活性層５にダメージを与えることを軽減できる。また、第２光活性層５や積層体７を保護層８で覆った状態で、封止工程で第２光活性層５が直接減圧状態に曝されることを防ぎ、真空かつ過熱状態で起こる第２光活性層５へのダメージを軽減することができる。通常、低温、かつ短時間で真空ラミネートされるが、実施形態の太陽電池モジュールの製造方法では、第２光活性層５や積層体７を水蒸気透過係数が小さい保護層８で覆って、水分によるダメージを低減した状態で封止工程を行うため、従来のシリコン太陽電池と同じラミネート条件を使用することができる。また、封止材のラミネート工程に関する制限がなくなり、架橋率やゲル化率が十分でなく、封止材本来の性能を発揮することができる。

【0070】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【符号の説明】

【0071】

１…太陽電池モジュール、２…第１電極、３…第１光活性層、４…中間導電層、５…第２光活性層、６…第２電極、７…積層体、８…保護層、９…封止材、１０…透明電極層、１１…金属電極層、１２…第１基材、１３…第２基材、１４…第１取出電極、１５…第２取出電極、１６…第１バッファ層、１７…第２バッファ層、１８…反射防止層。

【要約】

【課題】外気や水分からペロブスカイト層を保護し、耐久性を高めた太陽電池モジュールおよび太陽電池モジュールの製造方法を提供することである。
【解決手段】実施形態の太陽電池モジュールは、積層体と、保護層と、封止材と、を持つ。積層体は、第１電極、第１光活性層、中間導電層、ペロブスカイト型結晶構造を有する光活性材料からなる第２光活性層、および第２電極が積層されてなる。保護層は、少なくとも第２光活性層の端面を被覆する。封止材は、保護層を介して積層体を封止する。保護層の水蒸気透過係数は、封止材の水蒸気透過係数よりも小さい。
【選択図】図１

【図1】

【図2】