专利名称：有机薄膜太阳能电池模块的制造方法
技术领域：
本发明涉及在同一基板上集成有多个有机光电转换元件的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法、以及可很好地用于所述的制造方法的制造装置。
背景技术：
有机薄膜太阳能电池模块通常通过包括如下工序的制造方法进行制造(1)准备基板的工序，⑵在基板上形成第1电极的工序，⑶在上述第1电极上形成第1电荷传输层的工序，(4)在上述第1电荷传输层上形成活性层的工序，( 在上述活性层上形成第2 电荷传输层的工序，和(6)在上述第2电荷传输层上形成第2电极的工序。S卩，有机薄膜太阳能电池模块可通过依次使电荷传输层、活性层这样的多层的功能层成膜而进行制造。各功能层可在每次对应的成膜工序分别结束时，通过与各功能层的材料等相应的任意适合的图案形成工序使所述各功能层形成为所需的形状。例如，就制造色素敏化型的太阳能电池而言，已知如下的图案形成工序，即，利用烙铁或加热激光刀(heated rezor blade)之类的加热针(heated stylus)状的刀刃结构体将导电层烧断，从而在基板上将导电层截断的工序(参照专利文献1)。另外，制造具有黄铜矿型的光吸收层的无机薄膜太阳能电池时，已知如下的图案形成工序，即，通过使利用激光照射的加热除去与使用金属针的机械性切削这样的不同的方法组合而进行元件分离的工序(参照专利文献2)。专利文献专利文献1 美国专利公开第20040031520号公报专利文献2 日本特开2007-317885号公报
发明内容
但是，如果将上述现有的、利用热的图案形成工序应用于有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，则活性层这样的功能层所含的有机化合物有时会因热而失活或发生分解， 或者有时会损伤例如基板等位于比图案形成对象的层更下侧的构成。另外，例如有机薄膜太阳能电池模块所具有的、含有有机化合物的有机薄膜与无机膜比较是极其柔软的，并且与下方紧邻的层的密合性低，因此在以往基于机械性切削的图案形成工序中，有时会引起层发生剥离等的层结构的破坏。结果，有机光电转换元件有时发生工作不良的状况。另外， 由于切削会产生大量的粉尘，所以有机光电转换元件有时发生工作不良的状况，另外，为了除去(除尘)粉尘而进一步需要除尘用的设备。本发明人针对有机薄膜太阳能电池模块及其制造方法进行了深入的研究，从而完成了本发明。即，本发明提供下述有机薄膜太阳能电池模块的制造方法及其制造装置。[1] 一种有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其特征在于，是在基板上配置有多个有机光电转换元件的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，所述有机光电转换元件具有包含由第1电极和第2电极构成的一对电极、以及夹持在上述一对电极之间的1层有机薄膜或1层以上有机薄膜的层叠结构；该方法包括切断工序，所述切断工序是在未加热下，使用刀刃结构体将包含1层有机薄膜或1层以上有机薄膜的层叠结构切断，从而形成贯通包含所述1层有机薄膜或所述1层以上有机薄膜的层叠结构而使在其正下方设置的层的表面露出的槽部的工序。[2] 一种有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其特征在于，包括在基板的主面上形成多个第1电极的工序；在形成于基板上的第1电极上形成第1电荷传输层的工序；在多个第1电极彼此之间的区域形成贯通第1电荷传输层而使基板的主面露出的第1槽部的第1切断工序；形成覆盖在上述第1电荷传输层上的活性层、和覆盖在所述活性层上的第2 电荷传输层的工序；形成贯通第1电荷传输层、活性层和第2电荷传输层而使第1电极的一部分露出的第2槽部的第2切断工序；形成覆盖在第2电荷传输层上且填埋第2槽部的第 2电极的工序；以及形成贯通第2电极、第2电荷传输层、活性层和第1电荷传输层而使第1 电极的一部分露出的第3槽部，从而对多个有机光电转换元件进行元件分离的第3切断工序；并且，上述第1切断工序、上述第2切断工序和上述第3切断工序中的至少一种切断工序是在未加热下，使用刀刃结构体而进行的工序。[3]根据[1]或[2]所述的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其中，切断工序是通过使用圆盘状刀刃结构体的压切(push cutting)加工而进行的工序。[4]根据[1]或[2]所述的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其中，切断工序是通过使用针状刀刃结构体的拉切(pull cutting)加工而进行的工序。[5]根据[1]或[2]所述的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其中，切断工序是通过使用平刃状刀刃结构体的拉切(pull cutting)加工而进行的工序。[6]根据[4]或[5]所述的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其中，切断工序是使刀刃结构体与作为切断对象的有机薄膜所成的角成为30° 60°而进行的工序。[7]根据[1] W]中任一项所述的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其中， 刀刃结构体的材料是选自金属、合金、陶瓷和树脂中的材料。[8]根据[1] [7]中任一项所述的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其中， 刀刃结构体的尖端部的曲率半径为5μπι ΙΟΟΟμπι。[9] 一种有机薄膜太阳能电池模块，其特征在于，能够利用[1] [8]中任一项所述的制造方法进行制造。[10] 一种有机薄膜太阳能电池模块制造用的制造装置，其特征在于，具有支承且输送设有有机薄膜的基板的输送辊、和在未加热的状态下接触于被输送辊支承的基板的有机薄膜并将所述有机薄膜切断的刀刃结构体。[11]根据[10]所述的有机薄膜太阳能电池模块制造用的制造装置，其中，刀刃结构体为能够进行压切加工的圆盘状。[12]根据[10]所述的有机薄膜太阳能电池模块制造用的制造装置，其中，刀刃结构体为针状。[13]根据[10]所述的有机薄膜太阳能电池模块制造用的制造装置，其中，刀刃结构体为平刃状。
图1是表示利用本发明的制造方法制造的有机薄膜太阳能电池模块的构成的示意性剖面图。图2-1是表示第1实施方式的制造装置的示意性侧视图。图2-2是表示第1实施方式的制造装置的示意性主视图。图3-1是表示第2实施方式的制造装置的示意性侧视图。图3-2是表示第2实施方式的制造装置的示意性主视图。图4-1是表示第3实施方式的制造装置的示意性侧视图。图4-2是表示第3实施方式的制造装置的示意性主视图。图5-1是表示切断区域的光学显微镜图像的照片(1)。图5-2是表示切断区域的光学显微镜图像的照片(2)。图5-3是表示切断区域的光学显微镜图像的照片(3)。符号说明10 基板IOA 电极形成区域IOB 非电极形成区域22 第 1 电极24 第 2 电极24a 触点32:第1电荷传输层34 第2电荷传输层40 活性层50 层叠结构体50A 第1层叠体50B 第2层叠体60 输送辊70:刀刃结构体70a 尖端部70b 针轴部80 割划区域(切断区域)100 有机薄膜太阳能电池模块100A1 第1元件(形成区域)100A2 第 2 元件100B 元件间隔部(区域)C:中心旋转轴Cl 第1中心旋转轴C2 第2中心旋转轴X 第1槽部Y 第2槽部
Z 第3槽部
具体实施例方式<有机薄膜太阳能电池模块>本发明的有机薄膜太阳能电池模块可采用与以往的太阳能电池模块基本上相同的模块结构。一般而言，有机薄膜太阳能电池模块采取在金属、陶瓷等的基板(支承基板) 上构成多个有机光电转换元件(电池单元)，用填充树脂、保护玻璃等覆盖在所述有机光电转换元件上，从基板的相反侧进行采光的结构；也可以形成在基板中使用强化玻璃等透明材料，且在所述基板上构成有机光电转换元件，从所述基板的透明的基板侧进行采光的结构。作为模块结构的例子，具体而言，已知被称为超直型(Super Straight Type)、衬底型(Substrate Type)、灌封型(Potting Type)的模块结构，在无定形硅太阳能电池等中使用的基板一体型模块结构等。本发明的有机薄膜太阳能电池模块可根据使用目的、使用场所和环境来适当地选择从上述的模块结构。代表性的超直型(Super Straight Type)或衬底型(Substrate Type)的模块结构形成为如下结构在单侧或双侧为透明的且实施了防反射处理的基板之间，以恒定的间隔配置有机光电转换元件，利用触点电极(填埋电极)、金属导线、挠性布线等使相邻的有机光电转换元件彼此相连，在外缘部配置集电电极，使所产生的电输出至模块外部的结构。为了保护有机光电转换元件、提高集电效率，可根据需要在基板与有机光电转换元件之间，以膜或填充树脂的形式使用乙烯醋酸乙烯酯(EVA)等各种塑料材料。另外，在来自外部的冲击少等无需用硬的材料覆盖表面的地方使用所述各种塑料材料的情况下，可利用透明塑料膜构成表面保护层，另外，可通过使上述填充树脂固化而赋予保护功能，从而去掉单侧的基板。为了确保内部的密封和模块的刚性，用金属制的框夹持基板的周围而进行固定，用密封材料对基板与框之间进行密封。另外，如果在有机光电转换元件自身、基板、填充材料和密封材料中使用挠性的材料，则还能够在曲面上构成有机光电转换元件。在使用有聚合物膜等挠性支承体的太阳能电池模块的情况下，可在送出辊状的支承体的同时，依次在支承体上形成光电转换元件，将其切断为所需的尺寸，然后用具有挠性和防湿性的材料密封周边部，从而制作所述太阳能电池模块。另外，还可形成Solar Energy Materials and Solar Cells，48，p383_391 所记载的被称为“SCAF”的模块结构。进而，可以将使用了挠性支承体的太阳能电池模块粘接固定于曲面玻璃等而加以使用。以下，参照附图，对本发明详细地进行说明。在具有上述构成的有机薄膜太阳能电池模块中，对于框、保护部材这样的外装构件而言，它们并不是本发明的要旨，因此，省略对它们的说明，而是以有机光电转换元件及其制造方法为中心进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，各图仅以能够理解发明的程度示意性地表示了构成要素的形状、大小和配置，但是，本发明并不限于此。另外，在各图中，对于相同的构成成分，有时采用相同的符号进行表示，并省略对其重复进行说明。首先，对于可利用本发明的制造方法制造的有机薄膜太阳能电池模块的构成及其制造方法，参照图1进行说明。图1是表示利用本发明的制造方法制造的有机薄膜太阳能电池模块的构成的示意性剖面图。如图1所示，有机薄膜太阳能电池模块100包含具备由第1电极22和第2电极M 构成的一对电极以及夹持在上述一对电极之间的活性层40，并且在基板10上进行排列的多个有机光电转换元件(第1元件100A1和第2元件100A2)。在上述一对电极中，至少使光入射侧的电极，即，至少使一方的电极为能够使发电所需要的波长的入射光(太阳光)透过的透明或半透明的电极。有机光电转换元件具备由例如作为阳极的第1电极22和例如作为阴极的第2电极M构成的一对电极、和夹持在该一对电极之间的活性层40。使第1电极22和第2电极 M的极性成为与元件结构对应的任意适合的极性即可，可以将第1电极22作为阴极且将第 2电极M作为阳极。作为透明或半透明的电极，可举出导电性的金属氧化物膜、半透明的金属薄膜等。 作为电极，具体而言，可使用由氧化铟、氧化锌、氧化锡、以及作为它们的复合体的铟锡氧化物(有时称为ΙΤ0)、铟锌氧化物等形成的导电性材料、NESA等，金、钼、银、铜等的膜；优选为 ΙΤ0、铟锌氧化物、氧化锡的膜。作为电极的制作方法的例子，可举出真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、镀敷法等。另外，作为电极，可使用聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物等的有机的透明导电膜。作为不透明的电极的电极材料，可使用金属、导电性高分子等。作为不透明的电极的电极材料的具体例，可举出锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锶、钡、铝、钪、钒、锌、钇、铟、铈、钐、 铕、铽、镱等金属；上述金属中2种以上的合金；或者1种以上的上述金属与选自金、银、钼、 铜、锰、钛、钴、镍、钨和锡的1种以上的金属的合金；石墨、石墨层间化合物；聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物。作为合金，可举出镁-银合金、镁-铟合金、镁-铝合金、铟-银合金、锂-铝合金、锂-镁合金、锂-铟合金、钙-铝合金等。有机光电转换元件通常在基板上形成。即，在基板10的主面上设置第1元件100A1 和第2元件100A2。所述基板10的材料只要是在形成电极和形成含有有机化合物的有机薄膜时不发生化学性变化的材料即可。作为基板10的材料的例子，可举出玻璃、塑料、高分子膜、硅等。在基板10为不透过入射光的不透明的基板的情况下，优选与第1电极22相对置的、设置于与基板侧相反一侧的第2电极即，距离基板10较远的一方的电极)为透明的电极，或者为能够透过所需的入射光的半透明的电极。活性层40夹持在第1电极22与第2电极M之间。在该例中，活性层40是混合地含有受电子性化合物(η型半导体)和供电子性化合物(P型半导体)的、本体异质结型的有机薄膜，其能够利用入射光的能量生成电荷(空穴和电子)，是本质上具有光电转换功能功能的层。如上所述，有机光电转换元件所含的活性层含有供电子性化合物和受电子性化合物。需要说明的是，供电子性化合物和受电子性化合物由这些化合物的能级的能量水平相对地确定，且1个化合物可成为供电子性化合物、受电子性化合物中的任一者。
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作为供电子性化合物的例子，可举出吡唑啉衍生物、芳胺衍生物、芪衍生物、三苯基二胺衍生物、低聚噻吩及其衍生物、聚乙烯基咔唑及其衍生物、聚硅烷及其衍生物、侧链或主链具有芳香族胺的聚硅氧烷衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯乙炔及其衍生物、聚噻吩乙炔及其衍生物等。作为受电子性化合物的例子，可举出噁二唑衍生物、蒽醌二甲烷及其衍生物、苯醌及其衍生物、萘醌及其衍生物、蒽醌及其衍生物、四氰基蒽醌二甲烷及其衍生物、芴酮衍生物、二氰基二苯乙烯及其衍生物、联苯醌衍生物、8-羟基喹啉及其衍生物的金属络合物、聚喹啉及其衍生物、聚喹喔啉及其衍生物、聚芴及其衍生物、C60富勒烯等富勒烯类及其衍生物、浴铜灵等菲衍生物、氧化钛等金属氧化物、碳纳米管等。作为受电子性化合物，优选为氧化钛、碳纳米管、富勒烯、富勒烯衍生物，特别优选为富勒烯、富勒烯衍生物。作为富勒烯的例子，可举出C6tl富勒烯、C7tl富勒烯、C76富勒烯、(^富勒烯、C84富勒烯等。作为富勒烯衍生物，可举出C6tl富勒烯、C7tl富勒烯、C76富勒烯、(^富勒烯、C84富勒烯各自的衍生物。作为富勒烯衍生物的具体结构的例子，可举出下述的结构。[化1]
权利要求
1.一种有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其是在基板上配置有多个有机光电转换元件的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，所述有机光电转换元件具有包含由第1电极和第2电极构成的一对电极、以及夹持在所述一对电极之间的、1层有机薄膜或者1层以上有机薄膜的层叠结构；其特征在于，包括切断工序，所述切断工序是在未加热下，使用刀刃结构体将包含所述 1层有机薄膜或者1层以上有机薄膜的层叠结构切断，从而形成贯通包含所述1层有机薄膜或者所述1层以上有机薄膜的层叠结构而使在其正下方设置的层的表面露出的槽部的工序。
2.一种有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其特征在于，包括在基板的主面上形成多个第1电极的工序；在形成于基板上的第1电极上形成第1电荷传输层的工序；在多个第1电极彼此之间的区域，形成贯通第1电荷传输层而使基板的主面露出的第 1槽部的第1切断工序；形成覆盖在第1电荷传输层上的活性层以及覆盖在所述活性层上的第2电荷传输层的工序；形成贯通第1电荷传输层、活性层和第2电荷传输层而使第1电极的一部分露出的第 2槽部的第2切断工序；形成覆盖在第2电荷传输层上且填埋第2槽部的第2电极的工序；以及形成贯通第2电极、第2电荷传输层、活性层和第1电荷传输层而使第1电极的一部分露出的第3槽部，从而对多个有机光电转换元件进行元件分离的第3切断工序；其中，所述第1切断工序、所述第2切断工序和所述第3切断工序中的至少一个切断工序是在未加热下，使用刀刃结构体而进行的工序。
3.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其中，切断工序是通过使用圆盘状刀刃结构体的压切加工而进行的工序。
4.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其中，切断工序是通过使用针状刀刃结构体的拉切加工而进行的工序。
5.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其中，切断工序是通过使用平刃状刀刃结构体的拉切加工而进行的工序。
6.根据权利要求4所述的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其中，切断工序是使刀刃结构体与作为切断对象的有机薄膜所成的角成为30° 60°而进行的工序。
7.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其中，刀刃结构体的材料是选自金属、合金、陶瓷和树脂中的材料。
8.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池模块的制造方法，其中，刀刃结构体的尖端部的曲率半径为5 μ m 1000 μ m。
9.一种有机薄膜太阳能电池模块，其特征在于，能够利用权利要求1所述的制造方法进行制造。
10.一种有机薄膜太阳能电池模块制造用的制造装置，其特征在于，具有支承且输送设有有机薄膜的基板的输送辊、和在未加热的状态下与被输送辊支承的基板的有机薄膜接触并将所述有机薄膜切断的刀刃结构体。
11.根据权利要求10所述的有机薄膜太阳能电池模块制造用的制造装置，其中，刀刃结构体为能够进行压切加工的圆盘。
12.根据权利要求10所述的有机薄膜太阳能电池模块制造用的制造装置，其中，刀刃结构体为针状。
13.根据权利要求10所述的有机薄膜太阳能电池模块制造用的制造装置，其中，刀刃结构体为平刃状。
全文摘要
本发明提供一种无需损害功能就可进行层分离的有机薄膜太阳能电池模块。有机薄膜太阳能电池模块的制造方法是在基板上配置有多个有机光电转换元件的有机薄膜太阳能电池模块(100)的制造方法，所述有机光电转换元件具有由第1电极(22)和第2电极(24)构成的一对电极、以及夹持在上述一对电极之间的1层有机薄膜或者夹持在上述一对电极之间的包含1层以上有机薄膜的层叠结构；其中，所述制造方法包括切断工序，所述切断工序是在未加热下，使用刀刃结构体将1层有机薄膜或者包含1层以上有机薄膜的层叠结构(50A)切断，从而形成贯通所述1层有机薄膜或者所述包含1层以上有机薄膜的层叠结构而使在其正下方设置的层的表面露出的槽部的工序。
文档编号H01L51/42GK102598339SQ201080048728
公开日2012年7月18日 申请日期2010年10月26日 优先权日2009年10月29日
发明者清家崇广 申请人:住友化学株式会社