JP2018098509A - 光起電力モジュールの製造方法およびそれによって得られた光起電力モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】光起電力モジュールの新規な製造方法およびそれによって得られた光起電力モジュールを提供する。【解決手段】本発明は、以下の工程を含む光起電力モジュール製造方法に関する：電導性材料の上に。第１（１８Ａ）および第２（１８Ｂ）の下部電極を画定する溝（２０Ａ）を形成する工程、次いでそれぞれの下部電極上に、少なくとも１つの上部電極（３６）および中間の光活性層（３８）を含む積層体（３４）を形成して、第１（１６Ａ）および第２（１６Ｂ）の光起電力セルをそれぞれ形成する工程、次いでセル（１６Ａ、１６Ｂ）の間に電気的接続（１７Ａ）を形成する工程。前記の積層の前に、以下のものが形成される：溝（２０Ａ）中の第１の絶縁細片（２２Ａ）、および第２の下部電極の上のに第２の電気絶縁細片（２４Ｂ）、第２の下部電極は、この第２の電極の上に非活性領域（２４Ｂ）の境界を画定する。第２のセルの上に次いで形成された積層体（３４）が、その非活性領域の外側に配置される。【選択図】図１

Description

本発明は、少なくとも２つの電気的に接続された光起電力セルを含む種類の光起電力モジュールを製造する方法に関し、この方法は、以下の工程、
第１の電導性材料の層で覆われた電気絶縁性基材を準備する工程、
次いで、前記層の上に、第１および第２の下部電極を画定する少なくとも１つの溝を形成する工程、第１および第２の下部電極は、前記溝によって互いに電気的に絶縁されている、
次いで、前記下部電極のそれぞれの上に、第２の電導性材料の層によって形成された少なくとも１つの上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に配置された光活性材料の層とを含む積層体を形成する工程、前記第１及び第２の下部電極のそれぞれは、対応する積層体で第１および第２の光起電力セルをそれぞれ形成する、
次いで、第１の光起電力セルの上部電極と第２の下部電極との間に電気的接続を形成する工程、
を含んでいる。
光起電力モジュールは、光に暴露されると、電気を発生する電子部品である。そのような光起電力モジュールは、典型的には幾つかの電気的に接続された光起電力セルを含んでいる。それぞれのセルは、少なくとも１つの光活性材料を含み、すなわち光から電気を発生することができる。そのような材料は、例えば有機半導体である。
上記の種類の光起電力モジュールが、米国特許第7,932,124号明細書に開示されている。そのような光起電力モジュールのそれぞれのセルは、２つの電極間に光活性層を含む、細片の積層体で形成されており、その細片の積層体は、基材の上に配置されている。
そのような積層体は、活性領域と称され、いわゆる非活性領域によって、隣接する活性領域（複数）へと分離されている。その非活性領域は、２つの隣接するセルの下部電極の電気的な絶縁を可能とし、一方で、それぞれのセルの上部電極を、隣接するセルの下部電極に接続する。光起電力モジュールは、そのように直列に接続されたいくつかのセルを形成することによって得られる。
一般に、大規模な製造方法では、積層体の各層は、湿式法を用いて、すなわち、液体配合物を堆積し、それに続く固体状態への移行によって、作られる。
光起電力モジュールの性能は、特に、活性領域を最大化するために、可能な限り狭い非活性領域を生成することを含んでいる。しかしながら、配合物のレオロジー特性および濡れ性、ならびに基材の物理的性質は、非活性領域の最小限の幅を賦課する。特に、湿式法堆積は、細片に縁効果を引き起こす。
米国特許第7,932,124号明細書中のそれぞれのセルを形成する積層体のそれらの層は、特に、階段上の横方向のオフセットで配置するように、幅を減少させて造られている。そのような製造方法は、大規模な製造で行うことをより複雑化し、そして活性領域の大きさを減少させる原因となる。
米国特許第7,932,124号明細書
本発明は、特に、非活性領域の大きさを最小化することができ、そして活性領域の大きさを最大化することを可能にする、光起電力モジュールの製造方法を提案することを目的としている。
この目的のために、本発明は、以下の工程、溝を形成する工程と、積層工程との間に、その溝の中およびその溝の上に第１の電気絶縁細片を形成する工程、この細片は、第１および第２の下部電極に対して盛り上がり（relief）を形成する、ならびに、第２の下部電極の上に第２の電気絶縁細片を形成する工程、これらの第１および第２の電気絶縁細片は実質的に平行であり、そして第２の下部電極の上に非活性領域の境界を画定する、を含む、上記の種類の製造方法に関する。更に、第２の光起電力セル上に形成された積層体は、非活性領域の外側に配置される。
本発明の他の他の有利な態様によれば、本方法は、単独かまたは全ての技術的に可能な組合わせを考慮して、以下の特徴の１つもしくは２つ以上を含んでいる。
− 非活性領域の幅は、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲である。
− 本方法は、溝を形成する工程と、積層工程の間に、以下の工程、第１の下部電極の上に第３の電気絶縁細片を形成する工程、第１および第３の電気絶縁細片は、実質的に平行であり、第１の下部電極の上に次に形成される積層体は、第１および第３の電気絶縁細片の間に配置される、を更に含んでいる。
− 少なくとも第１の電気絶縁細片は、溝の上および第１の電導材料の上への、絶縁材料の第１の液体配合物の堆積、それに続くその第１の配合物の固体状態への移行、によって形成される。
− 前記基材を被覆する第１の電導性材料の層は、第１の表面エネルギーを有しており、そして第１の液体配合物の堆積は、第１の電導性材料との第１の界面を生成させ、第１の界面の第１の表面張力は、第１の表面エネルギーよりも低く、第１の表面エネルギーと第１の表面張力との間の差異は、好ましくは０．０１５Ｎｍ−１〜０．０２５Ｎｍ−１の範囲である。
− 電気的接続を形成する工程は、第１の光起電力セルの上部電極と、第２の光起電力セルの第２の下部電極との間で、第１の電気絶縁細片の上に、第３の電導性材料の層を堆積させることを含んでいる。
− 第１の電気絶縁細片は、第２の表面エネルギーを有しており、そして電導性材料の第３の層が、第２の液体配合物の堆積によって形成され、第１の電気絶縁細片と、第２の界面を生成し、第２の界面の第２の表面張力は、第２の表面エネルギーよりも低く、第２の表面エネルギーと、第２の表面張力との間の差異は、好ましくは０．０１５Ｎｍ−１よりも大きい。
− 絶縁材料の第１の液体配合物は、少なくとも１種のポリマーおよび少なくとも１種の界面活性剤を含んでおり、この少なくとも１種のポリマーは、好ましくは、アミン、アクリレート、エポキシド、ウレタンおよびそれらの混合物から選択された化合物を基に調製され、そしてこの少なくとも１種の界面活性剤は、好ましくはフッ素化化合物である。
− 第２の電導性材料および光活性材料の層の少なくとも１つは、好ましくはスロットダイ、グラビア印刷、フレキソ印刷および回転式セリグラフィーから選択された、連続の湿式法を用いたコーティングまたは印刷技術によって形成される。
− 電気的接続の形成工程が、第２の電導性材料の層の堆積と同時に行われ、第３の電導性材料は、第２の電導性材料と同じである。
− 上部電極および電気的接続が、可視光を透過する電導性材料から形成される。
− 第３の電導性材料の層の厚さは、１μｍよりも小さく、そして好ましくは６００ｎｍよりも小さい。
本発明は更に、上記の方法による、または上記の方法から誘導することができる、光起電力モジュールに関する。
本発明の１つの有利な態様によれば、このモジュールは、光活性材料の層を含む積層体の面積の合計と、基材の全面積との間の比が、８０％よりも大きく、そして好ましくは８５％よりも大きい。
本発明は、限定するものではない例としてのみ与えられ、そして図面を参照して行われる以下の説明を読むことによってよりよく理解されるであろう。
図１は、本発明の１つの態様による光起電力モジュールの概略断面図である。 図２は、図１の光起電力モジュールの詳細図である。 図３〜６は、本発明の１つの態様による方法を用いて、図１の光起電力モジュールを製造する工程を概略的に示している。 図３〜６は、本発明の１つの態様による方法を用いて、図１の光起電力モジュールを製造する工程を概略的に示している。 図３〜６は、本発明の１つの態様による方法を用いて、図１の光起電力モジュールを製造する工程を概略的に示している。 図３〜６は、本発明の１つの態様による方法を用いて、図１の光起電力モジュールを製造する工程を概略的に示している。
図１は、本発明の１つの態様による光起電力モジュール１０の断面図である。
光起電力モジュール１０は、特に、可視光を透過する電気絶縁材料のフィルムによって形成された、特にはポリマータイプの、基材１２を含んでいる。基材１２は、特には、少なくとも１つの端部１５によって境界を画定された、実質的に平坦な表面１４を有している。
直交基底（Ｘ，Ｙ，Ｚ）が考慮され、表面１４は、平面（Ｘ，Ｙ）を形成する。
光起電力モジュール１０は、基材１２上に配置された、少なくとも２つの光起電力セル１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃを含んでいる。光起電力モジュール１０は、２つの光起電力セルの間に、少なくとも１つの電気的な接続１７Ａ、１７Ｂを更に含んでいる。
それぞれの光起電力セル１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃは、長手方向に方向Ｙに沿った、被覆された細片の積層体によって形成される。Ｙに沿った細片の長さは、数百メートルにまで達することが可能である。
好ましくは、光起電力モジュール１０は、複数の光起電力セル１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、例えば、３つ超の数の光起電力セル、を含んでいる。光起電力モジュール１０は、好ましくは、細片の形態で、４つ、９つまたは２０の光起電力セルを含んでおり、セルの数はそれらの値には限定されない。
光起電力セル１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃは、実質的に同じであり、そして方向Ｘに沿って隣接している。隣接するセルは、電気的接続１７Ａ、１７Ｂによって接続されている。
第１の光起電力セル１６Ａは、Ｘに沿って基材１２の端部１５に隣接している。第２の光起電力セル１６Ｂは、第１の光起電力セル１６Ａと第３の光起電力セル１６Ｃとの間に配置されている。第２のセル１６Ｂは、第１のセル１６Ａと第３のセル１６Ｃのそれぞれと、それぞれ第１の電気的接続１７Ａおよび第２の電気的接続１７Ｂによって、電気的に接続されている。
第１の光起電力セル１６Ａおよび第２の光起電力セル１６Ｂは、以下に同時に説明される。第３の光起電力セル１６Ｃは、図１に部分的に示されているが、第２の光起電力セル１６Ｂと同じであると考えられる。
それぞれの光起電力セル１６Ａ、１６Ｂは、基材１２の表面１４と接触する下部電極１８Ａ、１８Ｂを含んでいる。下部電極１８Ａ、１８Ｂは、可視光を透過する第１の電導性材料１９の層によって形成されている。例えば、下部電極１８Ａ、１８Ｂは、１０ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の、Ｘに沿った幅を有している。
それぞれの下部電極１８Ａ、１８Ｂは、Ｙに沿って延在する溝２０Ａ、２０Ｂによって１つもしくは２つの隣接する下部電極から分離されている。例えば、第１の光起電力セル１６Ａ、および第２の光起電力セル１６Ｂの第１の下部電極１８Ａおよび第２の下部電極１８Ｂは、溝２０Ａによって分離されており、第２の下部電極１８Ｂは、溝２０Ａおよび２０Ｂによって、Ｘに沿って境界を画定されている。
溝２０Ａ、２０Ｂの底部は、電気絶縁性基材１２によって形成されている。従って、それぞれの溝２０Ａ、２０Ｂは、その溝の両方の側面に位置する下部電極を電気的に絶縁する。
下部電極１８Ａ、１８Ｂは、Ｚに沿って、好ましくは１μｍよりも小さい厚さを有している。より好ましくは、この厚さは、５０〜５００ｎｍの範囲である。
それぞれの光起電力セル１６Ａ、１６Ｂは、Ｙに沿って延在する、第１の電気絶縁細片２２Ａ、２２Ｂおよび第２の電気絶縁細片２４Ａ、２４Ｂを更に含んでいる。それらの電気絶縁細片のそれぞれは、下部電極１８Ａ、１８Ｂに対してＺに沿って盛り上がりを形成する。
それぞれの第１の電気絶縁細片２２Ａ、２２Ｂは、溝２０Ａ、２０Ｂ内に、その溝の上に延在している。それぞれの第２の電気絶縁細片２４Ａ、２４Ｂは、溝２０Ａ、２０Ｂから離れて延在している。従って、それぞれの第２の電気絶縁細片２４Ａ、２４Ｂは、対応する下部電極１８Ａ、１８Ｂを、Ｘに沿って隣接する２つの領域２６Ａ、２６Ｂと、２８Ａ、２８Ｂとに分離する。
第１の領域２６Ａ、２６Ｂは、「活性領域」と称され、そして第２の領域２８Ａ、２８Ｂは、「非活性領域」と称される。図１では、第１の光起電力セル１６Ａおよび第２の光起電力セル１６Ｂの活性領域２６Ａおよび２６Ｂのそれぞれは、第１の細片２２Ａおよび第２の細片２４Ａの間、ならびに第１の細片２２Ｂおよび第２の細片２４Ｂの間にそれぞれ構成される。
第２の光起電力セル１６Ｂの非活性領域２８Ｂ（図５）は、第１の光起電力セル１６Ａと第２の光起電力セル１６Ｂとを分離して、第１の細片２２Ａと第２の細片２４Ｂとの間に構成される。第１の光起電力セル１６Ａの非活性領域２８Ａは、基材１２の端部１５と第２の細片２４Ａとの間に構成される。
活性領域２６Ａ、２６ＢのＸに沿った幅３０は（図５）、非活性領域２８Ａ、２８ＢのＸに沿った幅３２よりも大きい。好ましくは、第２の光起電力セル１６Ｂの非活性領域２８Ｂの幅３２は、０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲、より好ましくは０．５ｍｍ〜１．５ｍｍの範囲である。好ましくは、光起電力セル１６Ａおよび１６Ｂの活性領域２６Ａおよび２６Ｂの幅３０は、１０ｍｍ〜１５ｍｍの範囲、より好ましくは１１ｍｍ〜１４ｍｍの範囲である。
参考のために、それぞれの電気絶縁細片２２Ａ、２２Ｂ、２４Ａ、２４ＢのＸに沿った幅３３（図２）は、０．２ｍ〜１ｍｍの範囲である。
活性領域２６Ａ、２６Ｂでは、それぞれの光起電力セル１６Ａ、１６Ｂは、材料の層の積層体３４を含んでいる。積層体３４、または活性領域は、少なくとも上部電極３６および光活性層３８を含んでいる。
上部電極３６は、第２の電導性材料４０の層によって形成され、特には、好ましくは可視光を透過する、金属で造られる。例えば、上部電極３６は、銀ナノ粒子または銀ナノワイヤを基にしたインクを含んでいる。
光活性層３８は、下部電極１８Ａ、１８Ｂと上部電極３６との間に配置され、光活性材料４２で造られている。光活性材料４２は、半導性である。光活性材料４２は、好ましくは有機半導体である。有利には、光活性材料４２は、ｐ材料と称される、電子供与材料と、ｎ材料と称される、電子受容材料との混合物で造られる。光活性材料４２は、例えば、そのようなｐおよびｎ材料の、ナノメートル規模の、緻密な混合物である。あるいは、光活性層３８は、層またはいくつかの層の積層体の形態の、ｐ材料とｎ材料とのヘテロ接合体であることができる。
図１の態様では、活性領域３４は、電子伝達役を担う、または電極１８Ａ、１８Ｂ、３６と光活性層３８との間のバイアとして作用する、第１の界面層４４および第２の界面層４６を更に含んでいる。それぞれの界面層４４、４６は、光活性層３８と、下部電極１８Ａ、１８Ｂまたは上部電極３６の１つとの間に配置される。
活性領域３４の異なる層のそれぞれは、好ましくは５μｍ未満、より好ましくは１μｍ未満の、Ｚに沿った厚さを有している。
光起電力モジュール１０の幾何学的充填率（ＧＦＦ）が考慮される。ＧＦＦは、光起電力セル１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃの活性領域３４の面積の合計と、基材１２の全面積との間の比として規定される。ＧＦＦが大きければ大きい程、光起電力モジュール１０の電気的性能はより優れている。
特に高いＧＦＦを得るには、下記のように、電気的接続１７Ａ、１７Ｂの幾何図形的配列を会得することが必要とされる。
第１の電気的接続１７Ａは、第１の光起電力１６Ａの上部電極３６と第２の下部電極１８Ｂとを接続する。図２は、その第１の電気的接続１７Ａにおける、光起電力モジュール１０の詳細図である。
第１の電気的接続１７Ａは、第３の電導性材料５２の層によって形成される。この層は、第１の電気絶縁細片２２Ａの上に配置され、そして第１の光起電力セル１６Ａの上部電極３６を、第２の下部電極１８Ｂの非活性領域２８Ｂと電気的に接続する。
好ましくは、材料５２の上記の層の厚さ５４は、第１の電気絶縁細片２２Ａによって形成される段差に沿って実質的に均質である。実際に、過度に変わる厚さは、２つの隣接するセルの間の電気的接続の遮断を引き起こす可能性がある。
好ましくは、前記の厚さ５４は、５μｍ未満、より好ましくは１μｍ未満、そしてより好ましくは６００ｎｍ未満である。
好ましくは、第３の電導性材料５２は、第２の電導性材料４０と実質的に同じである。
第２の電気的接続１７Ｂは、第１の電気的接続１７Ａと同様に、第２の光起電力セル１６Ｂと第３の光起電力セル１６Ｃとの間に配置される。
上記の光起電力モジュール１０の製造方法が、図３〜６を基に、ここに説明される。
第１に（図３）、基材１２は、第１の電導性材料１９の層で被覆されて提供される。この材料１９は、例えば基材１２の表面１４上に、固体表面タイプのコーティングをすることによって堆積される。
溝２０Ａ、２０Ｂが、材料１９のその層の上に次いで、特に機械的エッチングまたはレーザーエッチングによって、形成される（図４）。これらの溝は、互いに電気的に絶縁された下部電極１８Ａ、１８Ｂを画定する。
第１の電気絶縁細片２２Ａ、２２Ｂおよび第２の電気絶縁細片２４Ａ、２４Ｂは、次いで前記の下部電極１８Ａ、１８Ｂ上に形成され（図５）、活性領域２６Ａ、２６Ｂおよび非活性領域２８Ａ、２８Ｂを画定する。下記に記載されるように、電気絶縁細片は、絶縁材料の液体配合物を堆積すること、次いでこの配合物を固体状態に移行させることによって形成される。
第１の電気絶縁細片２２Ａ、２２Ｂのそれぞれは、隣接する光起電力セルの間の電気的絶縁を完成させることを可能にする。実際に、溝２０Ａ、２０Ｂ中の電気絶縁細片の形成は、隣接する下部電極１８Ａ、１８Ｂの間のいずらかの短絡を最小化することを可能にする。そのような短絡は、特に、エッチングによる溝の形成の間に発生する残骸によって引き起こされる。
材料の層の積層体３４が、次いでそれぞれの電極１８Ａ、１８Ｂの活性領域２６Ａ、２６Ｂに生成される（図６）。それぞれの層は、広範囲の技術によって形成することができる。大規模生産に適合する製造方法は、好ましくは連続法、例えばスクロール法またはロールツーロール法である。
湿式のスクロール法、すなわち液体状態での堆積は、幾つかの種類に分けられる：印刷法は、高解像度のパターンを生成させることができる。コーティング法は、全体の幅または全体の表面に亘って、パターンなしに材料を堆積することを含んでいる。
印刷法は、特に、フレキソ印刷、写真製版法、グラビア印刷、オフセット印刷、セリグラフィーおよびインクジェット印刷を含んでいる。コーティング法は、特にスロットダイ、カーテンコーティング、およびナイフコーティングを含んでいる。
積層体３４の異なる層３６、３８、４４、４６のそれぞれは、好ましくは、特には、スロットダイ、グラビア印刷、セリグラフィーおよびフレキソ印刷から選ばれた、湿式のスクロールコーティングまたは印刷法によって形成される。
電気絶縁細片は、それぞれの下部電極の活性領域と非活性領域との間の物理的な境界を形成する。この境界が、連続的な層による積層体３４の形成を、それたの層の端部の確定を制御することによって、促進する。特に、電気絶縁細片の存在は、文献、米国特許第7,932,124号明細書中に記載された階段状の方法での各層の横方向のオフセットを回避することを可能にさせる。
駆動するローラーを含む機械、例えばフレキソ印刷、写真製版法、グラビア印刷、セリグラフィーおよびスロットダイ、による印刷またはコーティングの場合には、電気絶縁細片はまた、被覆された表面の軸に沿って物理的な保護を形成する。そのような保護は、駆動ローラーと被覆される基材との間の接触による、種々の被覆された層の上の欠陥の形成を制限することを可能にする。
そのようにして、種々の光起電力セル１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃが得られる。これらの光起電力セルは、図６に示されているように、互いに電気的に絶縁されている。
製造方法の最後の工程は、第１の電気絶縁細片２２Ａ、２２Ｂの上に、第３の電導性材料５２の層を堆積することによって、電気的接続１７Ａ、１７Ｂを形成することを含んでいる。
そのようにして、図１の光起電性モジュール１０が得られる。
好ましくは、電気的接続１７Ａ、１７Ｂの形成および層３６の堆積は、同時に行われる。この場合には、第３の電導性材料５２は、第２の電導性材料４０と同じである。好ましくは、この第３の材料の厚さ５４は、それ故、層３６の厚さと実質的に同じである。
第３の電導性材料５２は、好ましくは、湿式のスクローリングコーティングまたは印刷技術よって、すなわち液体配合物を堆積させ、続いて前記配合物を固体状態に移行させることによって得られる。この工程の間に、その配合物の、先に堆積された層との湿式での接触を最小化するように、可能な最小の厚さ５４、特には約１μｍを得ることが望ましい。実際に、そのような接触は、下側層の再溶解および、溶媒と材料との下側層への拡散を招く可能性がある。このことは、浮遊抵抗および電気的短絡をもたらす。
更に、小さな厚さ５４は、電気的接続１７Ａの湿式コーティングの間に、第１の電気絶縁細片２２Ａと第２の電気絶縁細片２２Ｂの縁効果を、制限することを可能にさせる。従って、光起電力セルの非活性領域２８Ｂの幅３２を最小化することが可能であり、このことがＧＦＦの最適化をもたらす。
更に、先に示したように、電導性の連続性を確実にするために、絶縁細片によって生成された段差で均質な厚さ５４を得ることが望ましい。更に、従来のスクロール堆積法、例えばスロットダイ、グラビア印刷またはフレキソ印刷は、非平面の表面の均質な厚さ、例えば絶縁細片を得るのにはしばしば適切ではない。
気相コーティング法、例えば化学的もしくは物理的蒸気堆積法が、非平面の表面上に均質な厚さの層を得ることを可能にすることが知られている。しかしながら、そのような方法は、特には、それらが非常に多くの材料損失を発生させるので、大きな表面積を有する光起電力モジュールの工業的な生産には極めて適合しない。
また、銀金属粒子を基にしたインクをコーティングすることを可能にするセリグラフィー法も知られている。しかしながら、均質性は、一般に５μｍを超えるコーティング厚さによって確立され、これは目標の厚さ５４に対して大き過ぎる。
本発明の１つの好ましい態様によれば、第３の電導性材料５２の層の形成のための方法は、厚さ５４の値および均質性を実証することを可能にさせる。この方法は、液体状態で堆積される種々の配合物の表面張力を抑制することを含んでいる。
表面張力は、第１の液体の分子と、第２の液体もしくは第１の液体に不溶性である気体物質の分子との間に確立された界面の形態を変更するのに必要なエネルギーとして規定される。表面張力は、ニュートン／メートル（Ｎｍ−１）で測定される。固体物質上の液体の表面張力、または表面張力は、張力計またはゴニオメーターを用いて測定することができる。張力は、検討される液体に関わらず完全な濡れを可能にする、理想的なプローブを用いて測定することができ、このプローブは、精密天秤に取り付けられている。
固体の分子の可動性の不在は、液体と同様に、その表面張力を直接に決定することを可能にさせない。固体の表面張力、または表面エネルギーは、異なる基準液体との接触角を測定することによって間接的に測定することができる。接触角は、分散部分と極性部分を有する３つの標準的な純粋な液体の液滴によって、与えられた表面で形成された角度をモデル化することを可能にする。使用可能な基準液体は、特にはチオジグリコール、エチレングリコールおよびジヨードメタンである。
前述の方法の好ましい実施態様によれば、第１の絶縁細片２２Ａは、第１の液体配合物で、下部電極１８Ａ、１８Ｂおよび溝２０Ａ上に絶縁材料をコーティングし、その後乾燥させることによって生成される。第１の配合物は、例えば、アミン、アクリレート、エポキシド、ウレタン、フェノキシまたはそれらの組み合わせなどの材料から調製されたポリマーを含む。これらの絶縁材料は、溶液で、またはそれらが周囲温度で液体状態である場合には溶媒なしで、堆積される。
基材１２を覆う第１の電導性材料１９の層は、第１の表面エネルギーγＳ１を有している。第１の液体配合物の堆積は、第１の材料１９と第１の界面６０を生成させる（図２）。この第１の界面は、前記の第１の表面エネルギーγＳ１よりも低い第１の表面張力ＴＳ１を有している。好ましくは、この第１の表面張力ＴＳ１とこの第１の表面エネルギーγＳ１との間の差異は、０．０１５Ｎｍ−１〜０．０２５Ｎｍ−１の範囲である。
次いで、第１の配合物は、加熱乾燥によって固化されて、第１の絶縁細片２２Ａを形成する。固体状態で、この第１の細片は、第２の表面エネルギーγＳ２を有している。
積層体または活性領域３４の生成の後に、第３の電導性材料５２が第２の液体配合物の形態で堆積される。前記の第２の液体配合物は、少なくとも１種の伝導性材料を含み、伝導性材料は、電導性の金属および合金、特に金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、白金およびチタン、導電性ポリマー、例えばポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール、ならびに金属酸化物、例えばインジウムおよびスズの酸化物、フッ素化スズ酸化物、酸化スズ、および酸化亜鉛、から選択することができる。
第２の液体配合物の堆積は、第１の絶縁細片２２Ａと第２の界面６２を生成させる。この第２の界面の第２の表面張力ＴＳ２は、第２の表面エネルギーγＳ２よりも低い。好ましくは、第２の表面エネルギーγＳ２と第２の表面張力ＴＳ２との差異は、０．０１５Ｎｍ−１よりも大きい。
次いで、第２の配合物は、加熱乾燥によって固化されて、材料５２の層の形態で、第１の電気的接続１７Ａを形成する。
表面エネルギーγＳ１、γＳ２および表面張力ＴＳ１、ＴＳ２の上記の範囲内での維持は、界面活性剤タイプの少なくとも１種の添加剤の、絶縁材料の第１の配合物中への添加によって得ることができる。界面活性剤の選択は、乾燥の後に形成された固体細片の表面エネルギーγＳ２を低下させることなく、第１の液体配合物の表面張力ＴＳ１を低下させるその能力によって決定される。
界面活性剤タイプの添加剤は、好ましくはフッ素化界面活性剤、そしてより好ましくはエトキシル化ノニオン性フッ素化界面活性剤である。
表面エネルギーγＳ１、γＳ２および表面張力ＴＳ１、ＴＳ２を上記の範囲に維持することは、１μｍ以下の実質的に均質な厚さ５４を得ることを可能にさせる。上記の好ましい態様は、特に、光起電力セルの非活性領域２８Ｂの幅３２を最小化することを可能にさせる。８０％超、または更には８５％超のＧＦＦを、特に光起電力モジュール１０について得ることができる。
以下の例は、本発明の範囲を限定することなく、本発明を説明する。
例１：第１の絶縁細片２２Ａの配合
基材１２は、ポリエチレンテレフタレートプラスチックフィルムである。下部電極１８Ａ、１８Ｂは、第１の電導性材料１９としてのインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）の微細層の、前記基材上への堆積、それに続く溝２０Ａ、２０Ｂのエッチングによって形成される。
下部電極１８Ａ、１８Ｂの第１の表面エネルギーγＳ１は、ゴニオメーターを用いて測定され、３つの基準液体は、ジヨードメタン、エチレングリコールおよびチオジグリコールである。そのようにして測定された、第１の表面エネルギーγＳ１は、３８〜４５ｍＮ／ｍの範囲である。
平行して、第１の液体配合物が調製され、第１の絶縁細片２２Ａを生成する。配合物Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨの幾つかの例が、下記の表１に示されている。
Figure 2018098509
配合物Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨは以下のように調製される。PKHP-80および界面活性剤を秤量し、溶媒を加え、ローラータイプの撹拌器上で１晩に亘って均質化し、BI7963を加え、ローラータイプの撹拌器上で、１時間に亘って均質化する。
次いで、第１の絶縁細片２２Ａが、それぞれの配合物Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨを、上記の下部電極１８Ａ、１８Ｂ上にコーティングすることによって、形成される。このコーティングは、以下のパラメータに従って、Erichsen社による自動塗布器（ＡＡＦ）で行われる。速度：１０ｍｍ／秒、スロット：５０μｍ、体積：６００μＬ。
これらの配合物の第１の表面張力ＴＳ１は、下部電極の上で、Kruess K100張力計を用いて測定される。種々の配合物のＴＳ１の測定結果が、表２に示されている。
Figure 2018098509
次いで、オーブン中での１２０℃で２分間の乾燥が行われる。そのようにして、Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨと呼称される固体の絶縁細片が得られる。
次いで、絶縁細片Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨの第２の表面エネルギーγＳ２が、第１の表面エネルギーについて上記した方法に従って、ゴニオメーターによって測定される。そのようにして測定された種々の表面エネルギーが、下記の例２の表３に示されている。
例２：第１の絶縁細片１７Ａの配合物
第２の液体配合物が、第１の電気的接続１７Ａを生成するように得られる。第２の液体配合物は、銀系のインクタイプの伝導性材料を含んでいる。
次いで、第２の液体配合物の層が、絶縁細片Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨのそれぞれの上にコーティングされる。第２の液体配合物のコーティングは、Erichsenの自動フィルム塗布器（ＡＡＦ）で行われる。堆積された体積およびスロットは、試験に基づいて変化する（試験されたスロット：１２．５μおよび５０μｍ）。
第２の液体配合物の第２の表面張力ＴＳ２が、Kruess K100張力計を用いて、絶縁細片Ｅ、Ｆ、ＧおよびＨのそれぞれについて測定される。全ての場合において、第２の表面張力ＴＳ２は、２１．５〜２１．９ｍＮ／ｍの範囲にある。
種々の絶縁細片についてのγＳ２の測定結果が、表３に示されている。
Figure 2018098509
結論
配合物ＧおよびＨの第１の表面張力ＴＳ１は、（γＳ１−２５ｍＮ／ｍ）〜（γＳ１−１５ｍＮ／ｍ）の値の範囲にはない。同様に、絶縁細片ＧおよびＨの第２の表面エネルギーγＳ２は、（Ｔｓ２＋１５ｍＮ／ｍ）の値未満である。
配合物ＧおよびＨならびにそれらの配合物から誘導された絶縁細片はそれぞれ、過剰に低い表面張力および表面エネルギーを有している。配合物ＧおよびＨから誘導された絶縁細片２２Ａ上への電気的接続１７Ａの形成は、伝導性材料５２の層の貧弱な均質性をもたらし、それが、光起電力セル１６Ａと１６Ｂとの間の電気的接続に破壊を引き起こす可能性がある。
実験的に、電気的接続１７Ａによって被覆された絶縁細片２２Ａの両側の電極３６、１８Ｂ上で測定された電気抵抗は１００Ωより大きい。この抵抗は、２つのセル１６Ａおよび１６Ｂの間の電気的接続の損失を引き起こす。そのようにして得られた光起電力モジュール１０は、従って実用的でない。
これとは反対に、配合物ＥおよびＦならびにそれらの配合物から誘導された絶縁細片は、それぞれ所望の範囲の表面張力および表面エネルギーを有している。配合物ＥおよびＦから誘導された絶縁細片２２Ａ上への電気的接続１７Ａの形成は、伝導性材料５２の均質な層を、従って光起電力セル１６Ａおよび１６Ｂの間の良好な電気的接続をもたらす。そのように得られた光起電力モジュール１０は実用的である。

Claims (12)

  1. 少なくとも２つの電気的に接続された光起電力セル（１６Ａ、１６Ｂ）を含む光起電力モジュール（１０）の製造方法であって、以下の工程、
    ａ）第１の電導性材料（１９）の層で被覆された電気絶縁性基材（１２）を準備する工程、次いで、
    ｂ）前記層の上に、第１の下部電極（１８Ａ）および第２の下部電極（１８Ｂ）を画定する少なくとも１つの溝（２０Ａ）を形成する工程、第１の下部電極（１８Ａ）および第２の下部電極（１８Ｂ）は、該溝によって互いに電気的に絶縁されている、次いで、
    ｃ）該下部電極のそれぞれの上に、少なくとも、第２の電導性材料（４０）の層よって形成された上部電極（３６）ならびに該下部電極と該上部電極との間に配置された光活性材料の層（３８）を含む積層体（３４）を形成する工程、該第１の下部電極および第２の下部電極のそれぞれは、それぞれ対応する該積層体と、第１の光起電力セル（１６Ａ）および第２の光起電力セル（１６Ｂ）を形成する、
    ｄ）該第１の光起電力セルの該上部電極と該第２の下部電極との間に電気的接続（１７Ａ）を形成する工程、を含んでなり、該方法は、工程ｂ）とｃ）との間に以下の工程を含むことを特徴としている、
    ｅ）該溝（２０Ａ）の中および該溝の上に第１の電気絶縁細片（２２Ａ）を形成する工程、該細片は、第１の下部電極および第２の下部電極に対して盛り上がりを形成する、ならびに、
    ｆ）該第２の下部電極の上に、第２の電気絶縁細片（２４Ｂ）を形成する工程、該第１の電気絶縁細片および該第２の電気絶縁細片は、実質的に平行であり、そして該第２の下部電極上に非活性領域（２８Ｂ）の境界を画定する、工程ｃ）で該第２の光起電力セル上に形成された該積層体は、該非活性領域の外に配置される、
    方法。
  2. 前記非活性領域（２８Ｂ）の幅（３２）が、０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲である、請求項１記載の方法。
  3. − 少なくとも前記第１の電気絶縁性細片（２２Ａ、２２Ｂ）が、前記溝（２０Ａ、２０Ｂ）の上および前記第１の電導性材料の上に、絶縁材料の第１の液体配合物の堆積、それに続く該第１の配合物の固体状態への移行によって形成され、
    − 前記基材（１２）を被覆する前記第１の電導性材料（１９）の前記層が、第１の表面エネルギー（γＳ１）を有しており、
    − 該第１の液体配合物の前記堆積が、該第１の電導性材料と第１の界面（６０）を生成し、該第１の界面の第１の表面張力（ＴＳ１）が、該第１の表面エネルギー（γＳ１）よりも小さい、
    − 該第１の表面エネルギーと該第１の表面張力との間の差異が、好ましくは０．０１５Ｎｍ−１〜０．０２５Ｎｍ−１の範囲である、
    請求項１または２記載の方法。
  4. 工程ｄ）が、前記第１の電気絶縁細片（２２Ａ、２２Ｂ）の上で、前記第１の光起電力セル（１６Ａ、１６Ｂ）の前記上部電極（３６）と前記第２の光起電力セル（１６Ｂ、１６Ｃ）の第２の下部電極との間に、第３の電導性材料（５２）の層を堆積させる工程を含む、請求項１〜３のいずれか１項記載の方法。
  5. − 前記第１の電気絶縁細片（２２Ａ、２２Ｂ）が、第２の表面エネルギー（γＳ２）を有しており、
    − 電導性材料の前記第３の層が、第２の液体配合物を堆積することによって形成され、前記第１の電気絶縁細片と第２の界面（６２）を生成させ、該第２の界面の第２の表面張力（ＴＳ２）が該第２の表面エネルギー（γＳ２）よりも小さく、
    該第２の表面エネルギーと該第２の表面張力との間の差異が、好ましくは０．０１５Ｎｍ−１より大きい、請求項４記載の方法。
  6. 絶縁材料の前記第１の液体配合物が、少なくとも１種のポリマーおよび少なくとも１種の界面活性剤を含み、
    該少なくとも１種のポリマーが、好ましくはアミン、アクリレート、エポキシド、ウレタンおよびそれらの混合物から選択された化合物を基に調製され、そして、
    該少なくとも１種の界面活性剤が、好ましくはフッ素化化合物である、
    請求項３〜５のいずれか１項記載の方法。
  7. 第２の電導性材料および光活性材料の前記層（３６、３８）の少なくとも１つが、連続湿式法を用いた、好ましくはスロットダイ、グラビア印刷およびフレキソ印刷から選択された、コーティング技術または印刷技術によって形成される、請求項１〜６のいずれか１項記載の方法。
  8. 工程ｄ）が、工程ｃ）の前記第２の電導性材料（３６）の前記層の前記堆積と同時に行われ、前記第３の電導性材料（５２）が前記第２の電導性材料（４０）と同じである、請求項１〜７のいずれか１項記載の方法。
  9. 前記上部電極（３６）および前記電気的接続（１７Ａ、１７Ｂ）が、可視光を透過する電導性材料（４０）から形成される、請求項１〜８のいずれか１項記載の方法。
  10. 第３の電導性材料の前記層の厚さ（５４）が、１μｍ未満、そして好ましくは６００ｎｍ未満である、請求項４〜９のいずれか１項記載の方法。
  11. 請求項１〜１０のいずれか１項記載の方法から製造された光起電力モジュール（１０）。
  12. 光活性材料の層を含む前記積層体（３４）の面積の合計と、前記基材（１２）の合計面積との比が、８０％超、そして好ましくは８５％超である、請求項１１記載の光起電力モジュール。
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