太阳能电池、太阳能电池模块及太阳能电池的制造方法
【技术领域】
[0001]本文描述的实施例一般地涉及太阳能电池、太阳能电池模块以及用于制造太阳能电池的方法。
【背景技术】
[0002]存在使用包含导电聚合物、富勒烯等的组合的有机半导体的太阳能电池。存在包含多个太阳能电池的太阳能电池模块。在使用有机半导体的太阳能电池中，可以使用诸如涂布法或印刷法之类的简单方法形成光电转换膜。存在对使用有机半导体的太阳能电池中提高光电转换效率的需求。
[0003]现有技术文献
[0004]专利文献
[0005]专利文献1: JP特开2011-243970号公报
【发明内容】
[0006]技术问题
[0007]本发明的实施例提供了具有高光电转换效率的太阳能电池、太阳能电池模块以及用于制造太阳能电池的方法。
[0008]问题的解决方案
[0009]根据一个实施例，太阳能电池包括基板和层叠体。基板包括上表面。层叠体包括下部电极、光电转换膜和上部电极。下部电极被设置在上表面上。光电转换膜被设置在下部电极上并且包括有机半导体。上部电极被设置在光电转换膜上。层叠体包括第一区域和第二区域。第一区域在下部电极和光电转换膜之间包括异物。第二区域在下部电极和光电转换膜之间没有异物。异物在平行于上表面的第一方向上的端部与上部电极之间在与上表面相交的第二方向上的距离大于第二区域中的下部电极和上部电极之间在第二方向上的距离。
【附图说明】
[0010][图1]图1是示出根据第一实施例的太阳能电池的示意截面图。
[0011][图2]图2是示出根据第一实施例的太阳能电池的示意截面图。
[0012][图3]图3(a)至3(c)是示出根据第一实施例的其它太阳能电池的示意截面图。
[0013][图4]图4(a)至4(c)是示出根据第一实施例的其它太阳能电池的示意截面图。
[0014][图5]图5(a)至5(e)是示出根据第一实施例的其它太阳能电池的示意截面图。
[0015][图6]图6(a)至6(c)是示出根据第一实施例的其它太阳能电池的示意截面图。
[0016][图7]图7是示出根据第一实施例的另一太阳能电池的示意截面图。
[0017][图8]图8是示出根据第一实施例的另一太阳能电池的部分的示意截面图。
[0018][图9]图9(a)至9(d)是示出制造根据第一实施例的太阳能电池的过程的示例的示意截面图。
[0019][图10]图10(a)至10(d)是示出制造根据第一实施例的太阳能电池的过程的示例的示意截面图。
[0020][图11]图11(a)至11(c)是示出用于制造根据第一实施例的另一太阳能电池的过程的示例的示意截面图。
[0021][图12]图12(a)至12(c)是示出用于制造根据第一实施例的另一太阳能电池的过程的示例的示意截面图。
[0022][图13]图13(a)和13(b)是示出用于制造根据第一实施例的另一太阳能电池的过程的示例的示意截面图。
[0023][图14]图14(a)和14(b)是根据第二实施例的太阳能电池模块的示意图。
[0024][图15]图15是根据第三实施例的光伏发电板的示意性平面图。
【具体实施方式】
[0025]以下将参考附图描述各种实施例。
[0026]附图是示意性或概念性的。例如，每个部分的厚度和宽度之间的关系以及各部分之间的尺寸比例不必与实际上的相同。此外，取决于附图，相同部分可以用不同尺寸或比例示出。
[0027]在本说明书和附图中，与先前参考较早附图描述的那些组件类似的组件被标有相似的附图标记，并且它们的详细描述被适当地省略。
[0028](第一实施例)
[0029]图1是示出根据第一实施例的太阳能电池的示意截面图。
[0030]如图1中示出的，太阳能电池110包括基板5和层叠体SB。基板5包括上表面5a和下表面5b。下表面5b在上表面5a的相反面。在该示例中，下表面5b基本平行于上表面5a。下表面5b也可以不平行于上表面5a。
[0031]层叠体SB包括下部电极10、上部电极20以及光电转换膜30。下部电极10设置在上表面5a上。光电转换膜30设置在下部电极10之上。上部电极20设置在光电转换膜30之上。
[0032]在该示例中，层叠体SB还包括下部中间层40和上部中间层50。下部中间层40设置在下部电极10和光电转换膜30之间。上部中间层50设置在光电转换膜30和上部电极20之间。换言之，在该示例中，下部中间层40设置在下部电极10上，光电转换膜30设置在下部中间层40上，上部中间层50设置在光电转换膜30上，并且上部电极20设置在上部中间层50上。
[0033]太阳能电池110是用于生成与下部电极10和上部电极20之间的入射光的量相当的电荷的光电转换装置。光电转换膜30包括有机半导体。太阳能电池110例如是有机光伏电池。对由太阳能电池110进行的发电作出贡献的光不限于太阳光。太阳能电池110例如也可以使用诸如灯泡的光源发出的光进行发电。
[0034]在该示例中，基板5和下部电极10具有光透过性。基板5和下部电极10例如是透明的。下部电极1例如是透明电极。在该示例中，入射到下表面5b的光透过基板5和下部电极10上，并且入射到光电转换膜30。光也可以从上部电极20侧入射到光电转换膜30上。在这种情况中，上部电极20是透明电极。如本文中使用的，术语“光透过性”指的是使能够由于被光电转换膜30吸收而生成激子的各种波长的光的至少70%通过的特性。
[0035]此处，平行于上表面5a的一个方向被定义为X轴方向。平行于上表面5a并且垂直于X轴方向的方向被定义为Y轴方向。垂直于X轴方向和Y轴方向的方向被定义为Z轴方向。换言之，Z轴方向是垂直于上表面5a的方向。
[0036]基板5、下部电极10、下部中间层40、光电转换膜30、上部中间层50以及上部电极20例如在Y轴方向上延伸。当投影到平行于上表面5a的平面(X-Y平面)上时(S卩，当从Z轴方向观察时)，太阳能电池110例如是矩形形状。投影到X-Y平面上时的太阳能电池110的形状不限于矩形，并且可以是任何形状。
[0037]基板5支持其它配置部件。用于形成下部电极10等的例如对热、有机溶剂等基本不会展现出变性的材料被用于基板5。例如，诸如无碱玻璃或石英玻璃的无机材料被用作基板5的材料。基板5的材料可以是例如聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、液晶聚合物、诸如环烯烃聚合物的树脂材料、或聚合物膜。具有光透过性的材料被用于基板5。如果光从上部电极20侧入射，则不具有光透过性的材料可以用于基板5。在这种情况中，基板5的材料可以是诸如不锈钢(SUS)的金属基板或硅。对基板5的厚度(沿着Z轴方向的长度)没有特殊限制。基板5的厚度可以是能够给予基板5支持其它配置部件所必需的强度的任何厚度。
[0038]可以将用于抑制入射光反射的反射防止层例如设置在下表面5b上或者设置在基板5和下部电极10之间。反射防止层可以是例如反射防止涂层、反射防止膜或反射防止片。诸如钛氧化物的无机材料可以用作反射防止层的材料。反射防止层的材料也可以是诸如例如丙烯酸树脂或聚碳酸酯树脂的有机材料。
[0039]在该示例中，下部电极10例如是阳极。具有光透过性和导电性的材料被用于下部电极1。例如，导电的金属氧化物膜或半透明的金属薄膜被用于下部电极1。金属氧化物膜的示例包括利用例如铟锡氢化物(I TO )、氟掺杂的锡氧化物(FTO)或铟锌氧化物制成的导电玻璃制造的膜(NESA等KITO是包括铟氧化物、锌氧化物以及锡氧化物的复合物。用于金属薄膜的材料的示例包括金、铂、银以及铜。ITO或FTO尤其优选作为下部电极1的材料。作为有机导电聚合物的聚苯胺或其衍生物或者聚噻吩或其衍生物可以用作下部电极10的材料。
[0040]如果ITO被用于下部电极10，则下部电极10的厚度优选为从30nm到300nm。如果厚度小于30nm，则导电性会降低并且电阻会增加，这会导致光电转换效率的下降。如果厚度大于300nm，IT0的柔性会降低，这会促使压力下形成裂纹。下部电极10的方块电阻优选为尽可能低。下部电极1的方块电阻优选为例如1 Ω /平方或更小。
[0041]可以例如通过使用真空沉积法、溅射法、离子镀法、镀法、涂布法等形成上面列出的材料的膜来形成下部电极10。下部电极10可以是单层或者是由具有不同功函数的材料制成的多个层堆叠而成的层叠体。如果光从上部电极20侧入射，则下部电极10的材料不需要具有光透过性。换言之，只要下部电极10具有导电性，则对下部电极10的材料没有特殊限制。
[0042]下部中间层40例如是第一电荷传输层。在该示例中，下部中间层40是空穴传输层。例如，下部中间层40有效地传输空穴并且阻挡电子。下部中间层40抑制例如在其与光电转换膜30的界面附近生成的激子的煙灭。下部中间层40例如还拉平(平坦化)下部电极10中的不平坦并且阻止太阳能电池110的短路。
[0043]例如，聚噻吩聚合物或诸如聚苯胺或聚吡咯的有机导电聚合物被用于下部中间层40。可用的聚噻吩聚合物的示例是PED0T/PSS (聚(3，4-亚乙基二氧基噻吩)-聚(苯乙烯磺酸))。聚噻吩聚合物产品的代表性示例包括Clev1s? PH500、Clev1s? PH.Clev1s? PVP Al 4083和Clev1s? HIL 1.1，这些都是由H.C.Starck GmbH生产的。优选的非有机材料是钼氧化物。
[0044]如果Clev1s?500被用作下部中间层40的材料，则下部中间层40的厚度优选为例如从20nm到lOOnm。如果下部中间层40太薄，其阻止下部电极10中短路的作用就会下降，这会增加短路发生的可能性。如果下部中间层40太厚，膜的电阻会增加，这会限制光电转换膜30生成的电流的量并且导致光电转换效率的下降。
[0045]只要用于形成下部中间层40的方法能够形成薄膜，则对该方法没有特殊限制。下部中间层40可以例如使用旋涂法等涂覆为涂层。涂覆了所需厚度的下部中间层40的材料后，使用热板等加热下部中间层40并使其干燥。加热和干燥例如优选地以140°C到200°C的温度执行从几分钟到大约10分钟的任何时间。涂层溶液优选地在