JP2016100357A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高い封止性能を備えた光電変換装置を提供する。
【解決手段】本実施形態の光電変換装置は、基板上に設けられた第１電極と、前記第１電極の第１領域上に設けられ、第１バッファー層、光電変換層、および第２バッファー層がこの順序で積層された積層構造と、前記積層構造の前記第２バッファー層の上面上に設けられた第１部分および前記積層構造の少なくとも一側面に設けられ前記第１部分と接続する第２部分を有する第２電極と、前記第１電極の前記第１領域と異なる第２領域上に設けられた第１配線と、前記第２電極の前記第２部分上に設けられた第２配線と、を備えた光電変換素子と、前記光電変換素子を覆って前記光電変換素子を封止する封止部材であって、前記第１および第２配線が露出するように設けられた切り欠き部を有する封止部材と、を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、光電変換装置に関する。

光電変換層の材料を塗布や印刷で生産できるようになると、従来よりも低コストでデバイスを作製できる可能性がある。有機光電変換層の材料または有機と無機から成る光電変換層の材料を用いた太陽電池、センサーなどが盛んに研究開発されている。

これら光電変換素子は封止して酸素と水を遮断しなければ、太陽光を受けた際に劣化することが知られている。完全な封止を行うためには、強固な構造体にすることで実現できるが、非光電変換素子部が大きくなり、大型化してしまう。必要最小限の構造体で高い封止性能が求められている。

特許第４５５９０６５号公報

本実施形態は、高い封止性能を備えた光電変換装置を提供する。

本実施形態による光電変換装置は、基板上に設けられた第１電極と、前記第１電極の第１領域上に設けられ、第１バッファー層、光電変換層、および第２バッファー層がこの順序で積層された積層構造と、前記積層構造の前記第２バッファー層の上面上に設けられた第１部分および前記積層構造の少なくとも一側面に設けられ前記第１部分と接続する第２部分を有する第２電極と、前記第１電極の前記第１領域と異なる第２領域上に設けられた第１配線と、前記第２電極の前記第２部分上に設けられた第２配線と、を備えた光電変換素子と、前記光電変換素子を覆って前記光電変換素子を封止する封止部材であって、前記第１および第２配線が露出するように設けられた切り欠き部を有する封止部材と、を備えている。

図１（ａ）乃至１（ｃ）は、第１実施形態に係る光電変換素子を示す図。 図２（ａ）乃至２（ｃ）は、第１実施形態による光電変換装置を示す図。 図３（ａ）乃至３（ｃ）は、第２実施形態による光電変換装置を示す図。 図４（ａ）乃至４（ｃ）は、第３実施形態による光電変換装置を示す図。 図５（ａ）乃至５（ｃ）は、第４実施形態による光電変換装置を示す図。 図６（ａ）乃至６（ｃ）は、第５実施形態による光電変換装置を示す図。 実施例による光電変換装置の耐湿性試験結果を示す図。 図８（ａ）乃至８（ｃ）は、比較例による光電変換装置を示す図。 比較例による光電変換装置の耐湿性試験結果を示す図。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
第１実施形態による光電変換装置は、光電変換素子を備え、この光電変換素子が封止された構造を有している。この光電変換素子を図１（ａ）乃至１（ｃ）に示す。図１（ａ）は第１実施形態の光電変換素子１の上面図、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す切断面Ａ−Ａで切断した断面図、図１（ｃ）は図１（ａ）に示す切断面Ｂ−Ｂで切断した断面図である。

第１実施形態に係る光電変換素子１は、基板１０上に、第１電極１１、第１バッファー層１２、光電変換層１３、第２バッファー層１４、第２電極１５が、この順序で積層した積層構造を備えている。なお、図１（ｃ）からわかるように、第１バッファー層１２は、第１電極１１上に設けられた第１部分と、第１電極の一側面に設けられ上記第１部分に接続する第２部分と、を有している。第１電極１１および第２電極１５の一方は陽極となり、他方が陰極となる。光電変換層１３は、基板１０から第１電極１１および第１バッファー層１２を通して入射した光、または第２電極１５から第２バッファー層１４を通して入射した光によって励起される。この励起により光電変換層１３は正孔および電子を発生する。第１電極１１および第２電極１５の一方に電子が引き寄せられ、他方に正孔が引き寄せられる。

第１バッファー層１２および第２バッファー層１４はそれぞれ、光電変換層１３と第１電極との間および光電変換層１３と第２電極１５との間に挟まれている。更に第１バッファー層１２、光電変換層１３、および第２バッファー層１４からなる積層構造が第１電極１１の上面の第１領域上形成される。上記第１領域と異なる第２領域は第１電極１１が露出している。第２電極１５は第２バッファー層１４上に設けられるとともに、第２バッファソー層１４、光電変換層１３、および第１バッファー層１２からなる積層構造の一側面に設けられる。第２電極１５は、第２バッファー層１４の上面に設けられた第１部分１５_１と、第２バッファー層１４および光電変換層１３ならびに第１バッファー層１２の一側面上に設けられた第２部分１５_２と、を有している。この第２部分１５_２は基板１０まで鉛直下方に延在するとともに第２電極１５の上記第１部分１５_１に接続している。第２部分１５_２の両側は、基板１０が露出している。また、第２電極１５の第１部分１５_１は、図１（ａ）乃至１（ｃ）では、第２バッファー層１４の上面を完全に覆っているが、第２バッファー層１４の上面の一部が露出するように設けてもよい。すなわち、第２電極１５の第１部分１５_１の平面のサイズが第２バッファー層１４の上面のサイズよりも小さくてもよい。

以下、本実施形態に係る光電変換素子の構成部材について説明する。

（基板１０）
基板１０は、他の構成部材を支持するためのものである。この基板１０は、電極を形成でき、熱や有機溶媒によって変質しないものが好ましい。基板１０の材料としては、例えば、無アルカリガラス、石英ガラス等の無機材料、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマー等のプラスチック、高分子フィルム、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、シリコン等の基板等が挙げられる。なお、基板１０としてステンレス鋼（ＳＵＳ）等の金属材料が用いられた場合は、第２電極１５の第２部分１５_２と基板１０との間には絶縁膜（図示しない）が設けられる。

基板１０は、光が入射する側に配置される場合、透明なものを使用する。基板とは反対側の電極が透明または半透明である場合、不透明な基板を使用してもよい。基板の厚さは、その他の構成部材を支持するために十分な強度があれば、特に限定されない。基板１０は、光が入射する側に配置される場合、光入射面には、例えばモスアイ構造の反射防止膜を設置することで光を効率的に取り込み、セルのエネルギー変換効率を向上させることが可能である。モスアイ構造は表面に１００ｎｍ程度の規則的な突起配列を有する構造をしており、この突起構造により厚み方向の屈折率が連続的に変化するため、無反射フィルムを媒介させることで屈折率の不連続的な変化面がなくなるため光の反射が減少し、セル効率が向上する。

（第１電極１１および第２電極１５）
第１電極１１および第２電極１５は導電性を有するものであれば特に限定されない。光を透過させる側の電極は透明または半透明の導電性を有する材料が用いられる。両電極は真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等で成膜する。透明または半透明の電極材料としては、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ＩＴＯ（Indium Tin Oxide)、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ（Fluorine-doped Tin Oxide））、またはインジウム、亜鉛、および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酸化スズ膜等）が用いられる。特に、ＩＴＯまたはＦＴＯが好ましい。また、金、白金、銀、銅等の金属を用いてもよい。

また、電極材料として、有機系の導電性ポリマーであるポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体等を用いてもよい。膜厚は、ＩＴＯの場合、３０ｎｍ〜３００ｎｍであることが好ましい。３０ｎｍより薄くすると導電性が低下して抵抗が高くなり、光電変換効率低下の原因となる。３００ｎｍよりも厚くすると、ＩＴＯに可撓性がなくなり、応力がＩＴＯに作用するとひび割れてしまう。シート抵抗は可能な限り低いことが好ましく、１０Ω／□以下であることが好ましい。単層であってもよく、異なる仕事関数の材料で構成される層を積層したものであってもよい。

なお、後述する電子輸送層と接して形成する場合は、仕事関数の低い材料を用いることが好ましい。仕事関数の低い材料としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が挙げられる。具体的には、Ｌｉ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｙｂ、Ｚｒ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、およびＢａからなる群から選択された少なくとも１つの元素を含む単体、および選択された少なくとも１つの元素を含む合金を挙げることができる。電極は単層であってもよく、異なる仕事関数の材料で構成される層を積層したものであってもよい。また、上記仕事関数の低い材料のうちの少なくとも一つと、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫などとの合金であってもよい。合金の例としては、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、マグネシウム−銀合金、カルシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、カルシウム−アルミニウム合金等が挙げられる。膜厚は、１ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜３００ｎｍである。膜厚が上記範囲より薄い場合は、抵抗が大きくなり過ぎ、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できない。膜厚が厚い場合には、電極の成膜に長時間を要するため材料温度が上昇し、他の材料にダメージを与えて性能が劣化してしまう。さらに、材料を大量に使用するため、成膜装置の占有時間が長くなり、コストアップに繋がる。

後述する正孔輸送層と接して形成する場合は、仕事関数の高い材料を用いることが好ましい。仕事関数の高い材料としては、例えばＡｕ，Ａｇ、およびＣｕからなる群から選択された少なくとも１つの元素、および選択された少なくとも１つの元素を含む合金を挙げることができる。単層であってもよく、異なる仕事関数の材料で構成される層を積層したものであってもよい。膜厚は１ｎｍ〜５００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ〜３００ｎｍである。膜厚が上記範囲より薄い場合は、抵抗が大きくなり過ぎ、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できない。膜厚が厚い場合には電極の成膜に長時間を要するため材料温度が上昇し、他の材料にダメージを与えて性能が劣化してしまう。更に、材料を大量に使用するため、成膜装置の占有時間が長くなり、コストアップに繋がる。

（第１バッファー層１２および第２バッファー層１４）
第１バッファー層１２および第２バッファー層１４のうちの一方が正孔輸送層となり、他方が電子輸送層となる。第２バッファー層１４の材料はハロゲン化合物または金属酸化物が好ましい。第１電極１１と光電変換層１３との間に挟まれた第１バッファー層１２の厚みが、第２電極と光電変換層１３との間に挟まれた第２バッファー層よりも厚いことが好ましい。

ハロゲン化合物としてはＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＮａＦ、ＮａＣｌ、ＮａＢｒ、ＮａＩ、ＫＦ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、ＫＩ、ＣｓＦが好適な例として挙げられる。さらに好ましくはＬｉＦが挙げられる。金属酸化物としてはチタン酸化物、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、亜鉛酸化物、ニッケル酸化物、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、セシウム酸化物、アルミニウム酸化物が好適な例として挙げられる。

正孔輸送層の材料としては、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）−ポリ（スチレンスルホネート）等のポリチオフェン系ポリマー、ポリアニリン、ポリピロール等の有機導電性ポリマーを使用することができる。ポリチオフェン系ポリマーの代表的な製品としては、例えば、スタルク社のＣｌｅｖｉｏｓ ＰＨ５００、Ｃｌｅｖｉｏｓ ＰＨ、Ｃｌｅｖｉｏｓ ＰＶＰＡｌ４０８３、Ｃｌｅｖｉｏｓ ＨＩＬ１，１が挙げられる。無機物では酸化モリブデンが好適な材料である。Ｃｌｅｖｉｏｓ ＰＨ５００を使用する場合、膜厚が２０ｎｍ〜１００ｎｍであることが好ましい。薄すぎる場合は、下部電極の短絡を防止する作用が無くなり、ショートが発生してしまう。厚すぎる場合は、膜の抵抗が大きくなり、発生した電流を制限してしまうため、光変換効率が低下する。成膜方法は、薄膜を形成できる方法であれば特に限定されないが、例えばスピンコート等で塗布することが可能である。所望の膜厚に塗布した後、ホットプレート等で加熱乾燥する。１４０℃〜２００℃で数分〜１０分間程度加熱乾燥することが好ましい。塗布する溶液は、フィルターで予め濾過したものを使用することが望ましい。

電子輸送層は、電子を効率的に輸送する機能を有する。電子輸送層の材料としては、金属酸化物、例えばゾルゲル法にてチタンアルコキシドを加水分解して得たアモルファス性の酸化チタンなどが挙げられる。成膜方法は、薄膜を形成できる方法であれば特に限定されないが、例えば、スピンコート法が挙げられる。電子輸送層の材料として酸化チタンを使用する場合、膜厚は５ｎｍ〜２０ｎｍの厚さに成膜することが望ましい。膜厚が上記範囲より薄い場合は、ホールブロック効果が減少してしまうため、発生したエキシトンが電子とホールに解離する前に失活してしまい、効率的に電流を取り出すことができない。膜厚が厚すぎる場合は、膜抵抗が大きくなり、発生した電流を制限してしまうため光変換効率が低下する。塗布溶液は、あらかじめフィルターで濾過したものを使用することが望ましい。規定の膜厚に塗布した後、ホットプレートなどを用いて加熱乾燥する。５０℃〜１００℃で数分〜１０分間程度、空気中にて加水分解を促進しながら加熱乾燥する。無機物では金属カルシウムなどが好適な材料である。

（光電変換層）
光電変換層には有機半導体からなるヘテロ接合型光電変換層またはバルクヘテロ接合型の光電変換層を用いることができる。パルクヘテロ接合型光電変換層は、ｐ型半導体とｎ型半導体が光電変換層中で混合してミクロ層分離構造をとることが特徴である。混合されたｐ型半導体とｎ型半導体が光電変換層内でナノオーダーのサイズのｐｎ接合を形成し、接合面において生じる光電荷分離を利用して電流を得る。ｐ型半導体は、電子供与性の性質を有する材料で構成される。一方、ｎ型半導体は、電子受容性の性質を有する材料で構成される。本発明の実施形態においては、ｐ型半導体およびｎ型半導体の少なくとも一方が有機半導体であってよい。

ｐ型有機半導体としては、例えば、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリピロールおよびその誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、オリゴチオフェンおよびその誘導体、ポリビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、側鎖または主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよびその誘導体等を使用することができ、これらを併用してもよい。また、これらの共重合体を使用してもよく、例えば、チオフェン−フルオレン共重合体、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体等が挙げられる。

好ましいｐ型有機半導体は、π共役を有する導電性高分子であるポリチオフェンおよびその誘導体である。ポリチオフェンおよびその誘導体は、優れた立体規則性を確保することができ、溶媒への溶解性が比較的高い。ポリチオフェンおよびその誘導体は、チオフェン骨格を有する化合物であれば特に限定されない。ポリチオフェンおよびその誘導体の具体例としては、ポリ３−メチルチオフェン、ポリ３−ブチルチオフェン、ポリ３−ヘキシルチオフェン、ポリ３−オクチルチオフェン、ポリ３−デシルチオフェン、ポリ３−ドデシルチオフェン等のポリアルキルチオフェン；ポリ３−フェニルチオフェン、ポリ３−（ｐ−アルキルフェニルチオフェン）等のポリアリールチオフェン；ポリ３−ブチルイソチオナフテン、ポリ３−ヘキシルイソチオナフテン、ポリ３−オクチルイソチオナフテン、ポリ３−デシルイソチオナフテン等のポリアルキルイソチオナフテン；ポリエチレンジオキシチオフェン等が挙げられる。

また近年では、カルバゾール、ベンゾチアジアゾールおよびチオフェンからなる共重合体であるＰＣＤＴＢＴ（ポリ［Ｎ−９”−ヘプタ−デカニル−２，７−カルバゾール−アルト−５，５−（４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアジアゾール）］）などの誘導体が、優れた光電変換効率を得られる化合物として知られている。

これらの導電性高分子は、溶媒に溶解させた溶液を塗布することにより成膜可能である。従って、大面積の有機薄膜太陽電池を、印刷法等により、安価な設備にて低コストで製造できるという利点がある。

ｎ型有機半導体としては、フラーレンおよびその誘導体が好適に使用される。ここで使用されるフラーレン誘導体は、フラーレン骨格を有する誘導体であれば特に限定されない。具体的には、Ｃ_６０、Ｃ_７０、Ｃ_７６、Ｃ_７８、Ｃ_８４等を基本骨格として構成される誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体は、フラーレン骨格における炭素原子が任意の官能基で修飾されていてもよく、この官能基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。フラーレン誘導体には、フラーレン結合ポリマーも含まれる。溶剤に親和性の高い官能基を有し、溶媒への可溶性が高いフラーレン誘導体が好ましい。

フラーレン誘導体における官能基としては、例えば、水素原子；水酸基；フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子；メチル基、エチル基等のアルキル基；ビニル基等のアルケニル基；シアノ基；メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基；フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基、チエニル基、ピリジル基等の芳香族複素環基等が挙げられる。具体的には、Ｃ_６０Ｈ_３６、Ｃ_７０Ｈ_３６等の水素化フラーレン、Ｃ_６０、Ｃ_７０等のオキサイドフラーレン、フラーレン金属錯体等が挙げられる。

上述した中でも、フラーレン誘導体として、６０ＰＣＢＭ（［６，６］−フェニルＣ_６１酪酸メチルエステル）または［７０］ＰＣＢＭ（［６，６］−フェニルＣ_７１酪酸メチルエステル）を使用することが特に好ましい。

未修飾のフラーレンを使用する場合、Ｃ_７０を使用することが好ましい。フラーレンＣ_７０は、光キャリアの発生効率が高く、有機薄膜太陽電池に使用するのに適している。

光電変換層におけるｎ型有機半導体とｐ型有機半導体の混合比率は、ｎ型有機半導体の含有率をｐ型半導体がＰ３ＡＴ系の場合は、およそｎ：ｐ＝１：１とすることが好ましい。またｐ型半導体がＰＣＤＴＢＴ系の場合は、およそｎ：ｐ＝４：１とすることが好ましい。

有機半導体を塗布するためには、溶媒に溶解する必要があるが、それに用いる溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、テトラリン、デカリン、メシチレン、ｎ−ブチルベンゼン、ｓｅｃ−ブチルベンゼン、ｔｅｒｔ−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素系溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル類が挙げられる。特に、ハロゲン系の芳香族溶剤が好ましい。これらの溶剤を単独、もしくは混合して使用することが可能である。

溶液を塗布し成膜する方法としては、スピンコート法、ディップコート法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、スプレー法、スクリーン印刷、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、グラビア・オフセット印刷、ディスペンサー塗布、ノズルコート法、キャピラリーコート法、インクジェット法等が挙げられ、これらの塗布法を単独で、もしくは組み合わせて用いることができる。

光電変換層にはペロブスカイトを用いることができる。ペロブスカイトはイオンＡ，Ｂ，ＸからなるＡＢＸ_３で表せる。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。立方晶系の単位格子をもち、立方晶の各頂点に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。ＢＸ_６八面体の向きは、Ａとの相互作用により容易にひずみやすい。対称性の低下により、モット転移を起こし、イオンＭに局在していた価電子がバンドとして広がることができる。イオンＡはＣＨ_３ＮＨ_３、イオンＢはＰｂまたはＳｎ、イオンＸはＣｌ、Ｂｒ、またはＩが好ましい。イオンＡ、Ｂ、Ｘを構成する材料は単一であっても混合であっても良い。

次に、上記光電変換素子１が封止された第１実施形態の光電変換装置について図２（ａ）乃至２（ｃ）を参照して説明する。図２（ａ）は、光電変換素装置の封止部材２０を示し、図２（ｂ）は光電変換素子１の上面図を示す。第１電極１１の第２領域上に外部との電気的接続を行うための配線１１ａが設けられ、第２電極１５の第２部分１５_２上に外部との電気的接続を行うための配線１５ａが設けられている。配線１１ａおよび配線１５ａは光電変換素子１を上から見たときに、上部および下部のほぼ中央に設けられている。図２（ｃ）は、光電変換素子１上に封止部材２０を貼り合わせた場合の上面図である。

図２（ａ）、２（ｃ）からわかるように、配線１１ａ、１５ａをそれぞれ避けるために、封止部材２０には切り欠き２４ａ、２４ｂが設けられ、封止したときに配線１１ａ、１５ａが露出する。すなわち、封止部材２０は、上から見たとき、Ｈ字形状を有している（図２（ａ））。なお、封止部材２０には光電変換素子と接着面を有しない非接着領域２２が設けられてもよい。非接着領域が窪んでいることがより好ましい。その場合、第２電極１５の第２部分１５_２が彫り込み２２に収納されず、段差が形成される。しかし、この段差は、封止する際に用いられる接着材によって吸収することができる。

封止部材２０と基板１０の貼り合わせ手段は特に制約されない。例えば接着剤を用いることができる。接着剤としては光硬化性エポキシ樹脂、熱硬化性エポキシ樹脂を使うことができる。さらに樹脂にはスペーサー粒子が含まれていても良い。これにより封止部材２０と基板１０の間に位置する接着剤の厚みを制御することができる。

図２（ｃ）から、封止部材２０と基板１０を貼り合わせた場合の位置関係がわかる。光電変換層１３を含む積層構造ら封止部材２０の端部１２までの距離ｄ１と、光電変換層１３を含む積層構造から切り欠き２４までの距離ｄ２を知ることができる。

封止部材２０は、ガラス、金属板、高分子フィルムなどを用いることができる。ガラスは切削研磨などにより所望の形状に加工することができる。金属板や高分子フィルムは押し出し加工により彫り込みを形成できる。封止部材２０は、例えば、無アルカリガラス、石英ガラス等の無機材料、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマー等のプラスチック、高分子フィルム、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、シリコン等の金属基板等が挙げられる。高分子フィルムは金属膜、金属酸化物膜の積層構造でもよい。金属膜としては例えばアルミニウム、金属酸化物膜としては例えばチタン酸化物、モリブデン酸化物、バナジウム酸化物、亜鉛酸化物、ニッケル酸化物、リチウム酸化物、カルシウム酸化物、セシウム酸化物、アルミニウム酸化物、ケイ素酸化物が好適な例として挙げられる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態による光電変換装置について図３（ａ）乃至３（ｃ）を参照して説明する。第２実施形態の光電変換装置は、図３（ｂ）に示す光電変換素子１Ａと、図３（ａ）に示す封止部材２０Ａと、を備えている。図３（ｂ）は、光電変換素子１Ａの上面図である。この光電変換素子１Ａは、図１（ａ）乃至１（ｃ）に示す光電変換素子１において、第２電極１５の第２部分１５_２が図３（ｂ）に示すように、右側の辺まで延在している。なお、第２部分１５_２の延在している部分と、第１電極１１との間には隙間があり、図３（ｂ）に示すように、この隙間では基板１０が露出している。

図３（ａ）は、第２実施形態の光電変換装置の封止部材２０Ａの上面図である。この封止部材２０Ａには、第１バッファー層１２、光電変換層１３、および第２バッファー層１４からなる積層構造を収納するために、封止部材２０Ａの裏面側に非接着領域２２が設けられている。また、この封止部材２０Ａには、上から見たときに上部および下部のそれぞれの右辺に切り欠き２４ａ、２４ｂが設けられている。この図３（ｂ）からわかるように、光電変換素子１Ａには、外部と、第１電極１１および第２電極１５のそれぞれとの電気的接続を取るための配線１１ａ、１５ａが上記切り欠き２４ａ、２４ｂの位置に合うように設けられている。図３（ｃ）は、光電変換素子１上に封止部材２０Ａを貼り合わせた場合の上面図である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態による光電変換装置について図４（ａ）乃至４（ｃ）を参照して説明する。第２実施形態の光電変換装置は、図４（ｂ）に示す光電変換素子１Ａと、図４（ａ）に示す封止部材２０Ｂと、を備えている。図４（ｂ）に示す光電変換素子１Ａは、第２実施形態の光電変換素子１Ａと同じものである。

図４（ａ）は、第３実施形態の光電変換装置の封止部材２０Ｂの上面図である。この封止部材２０Ｂには、第１バッファー層１２、光電変換層１３、および第２バッファー層１４からなる積層構造を収納するために、封止部材２０Ｂの裏面側に非接着領域２２が設けられている。また、この封止部材２０Ｂには、上から見たときに対角線上の角部に切り欠き２４ａ、２４ｂが設けられている。この図４（ｂ）からわかるように、光電変換素子１Ａには、対角線上の角部に第１電極１１および第２電極１５のそれぞれとの電気的接続を取るための配線１１ａ、１５ａが上記切り欠き２４ａ、２４ｂの位置に合うように設けられている。図４（ｃ）は、光電変換素子１上に封止部材２０Ｂを貼り合わせた場合の上面図である。

（第４実施形態）
次に、第４実施形態による光電変換装置について図５（ａ）乃至５（ｃ）を参照して説明する。第４実施形態の光電変換装置は、図５（ｂ）に示す光電変換素子１Ｂと、図５（ａ）に示す封止部材２０Ｃと、を備えている。図５（ｂ）は、光電変換素子１Ｂの上面図である。この光電変換素子１Ｂは、図３（ｂ）に示す光電変換素子１Ａと異なり、第２電極１５の第２部分１５_２が基板１０の右側の辺に到達する途中まで延在している。その代わりに、第１電極１１が上記右側の辺に沿って延びた構成となっている。なお、第２部分１５_２の延在している部分と、第１電極１１との間には隙間があり、図５（ｂ）に示すように、この隙間では基板１０が露出している。

図５（ａ）は、第４実施形態の光電変換装置の封止部材２０Ｃの上面図である。この封止部材２０Ｃには、第１バッファー層１２、光電変換層１３、および第２バッファー層１４からなる積層構造を収納するために、封止部材２０Ｃの裏面側に非接着領域２２が設けられている。また、この封止部材２０Ｃには、上から見たときに上部の右側の角部に切り欠き２４が設けられている。この図５（ｂ）からわかるように、光電変換素子１Ｂには、上部の右側の角部に第１電極１１および第２電極１５との電気的接続を取るための配線１１ａ、１５ａが上記切り欠き２４の位置に合うように設けられている。図５（ｃ）は、光電変換素子１上に封止部材２０Ｃを貼り合わせた場合の上面図である。

（第５実施形態）
次に、第５実施形態による光電変換装置について図６（ａ）および図６（ｂ）を参照して説明する。第５実施形態の光電変換装置は、図６（ｂ）に示す光電変換素子１Ｃと、図６（ａ）に示す封止部材２０Ｄと、を備えている。図６（ｂ）は光電変換素子１Ｃ平面図である。この光電変換素子１Ｃは、図３（ｂ）に示す光電変換素子１Ａとは、配線１１ａの位置が異なっている。

図６（ａ）は、第５実施形態の光電変換装置の封止部材２０Ｄの上面図である。この封止部材２０Ｄには、第１バッファー層１２、光電変換層１３、および第２バッファー層１４からなる積層構造を収納するために、封止部材２０Ｃの裏面側に非接着領域２２が設けられている。また、この封止部材２０Ｄには、上から見たときに上部の右側の角部に切り欠き２４が設けられている。図６（ｃ）は、光電変換素子１Ｃ上に封止部材２０Ｄを貼り合わせた場合の上面図である。この図６（ｃ）からわかるように、封止部材２０Ｄは、光電変換素子１よりも小さく、上から見たとき第１電極１１の一部（図面上の下方部）が露出する。光電変換素子１Ｃには、第１電極１１の上記露出した一部上に、外部との電気的接続を取るための配線１１ａが設けられるとともに、上部の右側の角部に第２電極１５と外部との電気的接続を取るための配線１５ａが上記切り欠き２４の位置に合うように設けられている。

以上説明したように、封止部材の形状は、光電変換素子が形成された基板と同じ大きさ、もしくは基板よりも一回り小さく作ることも可能である。好ましくは、全体もしくは、一部が、基板の外周部と一致することが好ましい。つまり、封止部材と基板との接着面積を最大化することが好ましい。これに酸素と水の浸入経路である接着面を拡大し、光電変換層に到達するまでの時間を延長する効果が期待できる。さらに、切り欠きよりも遠方に封止部材の端部があることにより、封止部材と基板の接着力を高めることができる。これにより、劣化過程での封止部材と基板の剥離を予防して耐久性を高めることができる。

（実施例）
本実施例の光電変換装置について説明する。この光電変換装置は、第１実施形態の光電変換装置である。光電変換素子１の基板１０としてガラス基板を、電極１１としてＩＴＯを用いている。第１バッファー層１２としてＰＥＤＯＴ−ＰＳＳが用いられ、正孔輸送層となる。第２バッファー層１４としてＬｉＦが用いられ、電子輸送層となる。光電変換１３は、ｐ型有機半導体材料として、ｎ型有機半導体材料として［７０］ＰＣＢＭが用いられ、これらのＰＣＥ−１０（１マテリアル社）および［７０］ＰＣＢＭはバルクヘテロ接合を形成する。封止部材として青板ガラスを用いる。

次に、光電変換装置の製造方法について説明する。

まず、ガラス基板１１にＩＴＯをスパッタで成膜した後、ＩＴＯの第１領域に、第１バッファー層１２としてＰＥＤＯＴ−ＰＳＳをスピンコートで成膜した。このときの光受光面は１ｃｍ角であるためＩＴＯの第１領域の長さは１ｃｍである。続いて、１２０℃で１０分間、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳを乾燥した。

次に第１バッファー層１２上に、光電変換層１３としてＰＣＥ−１０と［７０］ＰＣＢＭの溶液をスピンコートした。ＰＣＥ−１０と［７０］ＰＣＢＭは重量比で１：１を作製した。溶解液はＣＢ（クロロベンゼン）を用いた。

次に、光電変換層１３上に蒸着によりＬｉＦを０．０２ｎｍ成膜し、第２バッファー層１４を形成する。続いて、第２バッファー層１４上に、ＡｇＭｇ（Ｍｇ：９０ｗｔ％）を蒸着により１００ｎｍ成膜し、第２電極１５を形成する。ここで成膜するＬｉＦの厚さは、Ｌｉの原子直径０．３４ｎｍよりも小さい。このため、連続膜とは考えにくく、平均膜厚を意味している。

このようにして形成された光電変換素子１の基板１０に図２（ａ）に示した封止部材２０を貼り付けた。貼り付けはＵＶ硬化樹脂を用いた。

ＪＩＳ−Ｃ８９３８アモルファス太陽電池モジュールの環境試験方法及び耐久性試験方法のＢ−２の耐湿性試験に準拠して評価した結果を図７に示す。図７からわかるように初期変換効率を１とした場合、１０００時間後に９０％を維持することができた。

（比較例）
比較例の光電変換装置として、第１実施例で説明した光電変換素子１に、図８（ａ）に示す封止部材２００を貼り付けたものを製作した。図８（ａ）は、比較例の光電変換装置の封止部材２００の上面図を示す。図８（ｂ）は、第１実施例で説明した光電変換素子１の上面図である。図８（ｃ）は、光電変換素子１に封止部材２００を貼り付けた場合の上面図である。

この比較例の光電変換装置を、ＪＩＳ−Ｃ８９３８アモルファス太陽電池モジュールの環境試験方法及び耐久性試験方法のＢ−２の耐湿性試験に準拠して評価した結果を図９に示す。図９からわかるように初期変換効率を１とした場合、１０００時間後に８０％を維持したものが最良結果であった。比較例の構造は配線基板上の配線の一部を露出させるためには、キリカキが無いままでは接着面積が小さくなることがわかる。これにより雰囲気環境の酸素と水の浸入経路が比較的短いため、劣化が進行したと考えられる。

以上説明したように、各実施形態および実施例によれば、必要最小限の構造体で高い封止性能を備えた光電変換装置を提供することができる。

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。これらの実施形態は、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。これらの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。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ 光電変換素子
１０ 基板
１１ 第１電極
１１ａ 配線
１２ 第１バッファー層
１３ 光電変換層
１４ 第２バッファー層
１５ 第２電極
１５ａ 配線
２０ 封止部材
２２ 非接着領域
２４、２４ａ、２４ｂ 切り欠き

Claims (10)

1. 基板上に設けられた第１電極と、前記第１電極の第１領域上に設けられ、第１バッファー層、光電変換層、および第２バッファー層がこの順序で積層された積層構造と、前記積層構造の前記第２バッファー層の上面上に設けられた第１部分および前記積層構造の少なくとも一側面に設けられ前記第１部分と接続する第２部分を有する第２電極と、前記第１電極の前記第１領域と異なる第２領域上に設けられた第１配線と、前記第２電極の前記第２部分上に設けられた第２配線と、を備えた光電変換素子と、
   前記光電変換素子を覆って前記光電変換素子を封止する封止部材であって、前記第１および第２配線が露出するように設けられた切り欠き部を有する封止部材と、
   を備えた光電変換装置。
2. 前記切り欠き部は前記封止部材の外周部分に設けられている請求項１記載の光電変換装置。
3. 前記封止部材は、前記積層構造と、前記第２電極の前記第１部分を非接着領域とする請求項１記載の光電変換装置。
4. 前記封止部材は、前記積層構造と、前記第２電極の前記第１部分を収納するくぼみが設けられている請求項１記載の光電変換装置。
5. 前記封止部材は平面形状が少なくとも対向する一組の辺を有し、前記切り欠き部は前記封止部材の対向する一組の辺の近傍に設けられた第１および第２切り欠きを備えている請求項１乃至４のいずれかに記載の光電変換装置。
6. 前記第１および第２切り欠きは、前記一組の辺の中央部に設けられる請求項５記載の光電変換装置。
7. 前記第１および第２切り欠きは、前記一組の辺の端部に設けられる請求項５記載の光電変換装置。
8. 前記第１および第２切り欠きは、前記封止部材の１つの対角線の端部に設けられる請求項５記載の光電変換装置。
9. 前記切り欠き部は、前記封止部材の１つの角部に設けられる請求項１乃至４のいずれかに記載の光電変換装置。
10. 前記封止部材は、前記光電変換素子と同じかまたは小さな平面形状を有している請求項１乃至９のいずれかに記載の光電変換装置。

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