太阳能电池模块

文档序号:441037 发布日期:2021-12-24 浏览:15次 >En<

阅读说明:本技术 太阳能电池模块 (Solar cell module ) 是由 山本辉明 根上卓之 于 2019-11-13 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种可具有高耐久性的太阳能电池模块。本发明的太阳能电池模块(100)具备:第一基板(1)、设在与第一基板(1)相对置的位置上的第二基板(2)、在第一基板(1)上且设在第一基板(1)与第二基板(2)之间的太阳能电池(3)、充满第一基板(1)与第二基板(2)之间的空间的填充材料(4)及设在太阳能电池(3)的表面中的面向第二基板(2)的主表面(3a)上的保护层(5)。太阳能电池(3)具有层叠结构,其包含含有钙钛矿型化合物的光电转换层(6)、空穴传输层(7)及电子传输层(8)。保护层(5)含有聚酰亚胺。保护层(5)由被覆太阳能电池(3)的主表面(3a)的第一区域(9)和使主表面(3a)露出的第二区域(10)构成。保护层(5)中离散地配置有第一区域(9)或第二区域(10)。(The invention provides a solar cell module which can have high durability. A solar cell module (100) is provided with: the solar cell module includes a first substrate (1), a second substrate (2) provided at a position opposed to the first substrate (1), a solar cell (3) provided on the first substrate (1) and between the first substrate (1) and the second substrate (2), a filler (4) filling a space between the first substrate (1) and the second substrate (2), and a protective layer (5) provided on a main surface (3a) of a surface of the solar cell (3) facing the second substrate (2). The solar cell (3) has a layered structure and includes a photoelectric conversion layer (6) containing a perovskite-type compound, a hole transport layer (7), and an electron transport layer (8). The protective layer (5) contains polyimide. The protective layer (5) is composed of a first region (9) that covers the main surface (3a) of the solar cell (3) and a second region (10) that exposes the main surface (3 a). The protective layer (5) is provided with first regions (9) or second regions (10) in a discrete manner.)

太阳能电池模块

技术领域

本发明涉及一种太阳能电池模块。

背景技术

近年来,正在开展钙钛矿型太阳能电池的研究开发。钙钛矿型太阳能电池将用组成式ABX3(这里,A为1价阳离子,B为2价阳离子,且X为1价阴离子)所表示的具有钙钛矿型晶体结构或与其类似的晶体结构的化合物(以下称为“钙钛矿型化合物”)用作光吸收材料。另外,在本说明书中,将使用钙钛矿型化合物的太阳能电池称为“钙钛矿型太阳能电池”。

非专利文献1公开了钙钛矿型太阳能电池的基本构成。具有基本构成的钙钛矿型太阳能电池依次具备透明电极、电子传输层、进行光吸收和光电荷分离的采用钙钛矿型晶体的光吸收层(以下称为“钙钛矿层”)、空穴传输层及集电极。也就是说,从透明电极侧开始依次层叠有电子传输层(n)、钙钛矿层(i)及空穴传输层(p)。将这样的构成称为n-i-p结构或正向层叠结构。

非专利文献2公开了具有从透明电极侧开始依次层叠空穴传输层、钙钛矿层及电子传输层的构成的钙钛矿型太阳能电池。将这样的构成称为p-i-n结构或反向层叠结构。

太阳能电池是通过接收太阳光而进行发电的装置,即采用太阳光作为能源的装置。所以,太阳能电池通常设在室外使用。因此,太阳能电池为了能够耐受高温及风雨之类的室外环境,需要称为太阳能电池模块的密封结构。

现有技术文献

非专利文献

非专利文献1:Julian Burchcka等6名,“Nature”(英国),2013年7月,第499卷,p.316-319

非专利文献2:Wei Chen等10名,“SCIENCE”(美国),2015年11月,第350卷,第6263号,p.944-948

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于提供一种具有高耐久性的太阳能电池模块。

用于解决课题的手段

本发明涉及一种太阳能电池模块,其中,具备:

第一基板、

设在与所述第一基板相对置的位置上的第二基板、

在所述第一基板上、且设在所述第一基板与所述第二基板之间的太阳能电池、

充满所述第一基板与所述第二基板之间的空间的填充材料、及

设在所述太阳能电池的表面中的面向所述第二基板的主表面上的保护层;

这里,所述太阳能电池具有层叠结构,所述层叠结构包含含钙钛矿型化合物的光电转换层、空穴传输层及电子传输层,

所述保护层含有聚酰亚胺,

所述保护层由被覆所述太阳能电池的所述主表面的第一区域和使所述主表面露出的第二区域构成,且

在所述保护层中,离散地配置有所述第一区域或所述第二区域。

发明效果

本发明提供一种具有高的耐久性的太阳能电池模块。

附图说明

图1A是示意性地表示本发明的实施方式的太阳能电池模块的剖视图。

图1B是图1A所示的太阳能电池模块的I-I点划线上的平面中的保护层的剖视图。

图2A是示意性地表示本发明的实施方式的太阳能电池模块的变形例的剖视图。

图2B是图2A所示的太阳能电池模块的II-II点划线上的平面中的保护层的剖视图。

图3是示意性地表示第一比较方式的太阳能电池模块的剖视图。

图4A是示意性地表示第二比较方式的太阳能电池模块的剖视图。

图4B是图4A所示的太阳能电池模块的III-III点划线上的平面中的保护层的剖视图。

图5A是示意性地表示第三比较方式的太阳能电池模块的剖视图。

图5B是图5A所示的太阳能电池模块的IV-IV点划线上的平面中的保护层的剖视图。

图6是表示第二区域的面积比率和填充因子(FF:fill factor)的维持率的关系的图(graph)。

图7是表示第二区域的面积比率和开路电压(Voc)的维持率的关系的图。

图8是表示第二区域的面积比率和开路电压(Voc)的维持率的关系的图。

图9是表示第二区域的面积比率和开路电压(Voc)的维持率的关系的图。

图10是表示第二区域的面积比率和开路电压(Voc)的维持率的关系的图。

图11是表示第二区域的有效面积比率和开路电压(Voc)的维持率的关系的图。

图12是表示第二区域的有效面积比率和开路电压(Voc)的维持率的关系的图。

具体实施方式

以下,参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。

图1A是示意性地表示本实施方式的太阳能电池模块100的剖视图。图1B是图1A所示的太阳能电池模块100的I-I点划线上的平面中的保护层的剖视图。

如图1A所示,太阳能电池模块100具备第一基板1、第二基板2、太阳能电池3、填充材料4和保护层5。第二基板2设在与第一基板1相对置的位置上。太阳能电池3在第一基板1上,且设在第一基板1与第二基板2之间。填充材料4充满第一基板1与第二基板2之间的空间。保护层5设在太阳能电池3的表面中的面向第二基板2的主表面3a上。

太阳能电池3具有层叠结构,该层叠结构包含含钙钛矿型化合物的光电转换层6、空穴传输层7及电子传输层8。例如,在太阳能电池3中,依次层叠有电子传输层8、光电转换层6及空穴传输层7。太阳能电池3也可以进一步含有其它层。例如,也可以在电子传输层8与光电转换层6之间设有多孔质层。再者,图1中虽未图示,但太阳能电池3进一步包含作为输出端子的电极。也就是说,太阳能电池3也可以具有依次层叠第一电极(未图示)、电子传输层8、光电转换层6、空穴传输层7及第二电极(未图示)而成的层叠结构。

保护层5由被覆太阳能电池3的主表面3a的第一区域9和使主表面3a露出的第二区域10构成。保护层5含有聚酰亚胺。也就是说,保护层5的第一区域9由含有聚酰亚胺的材料构成。

在图1A及图1B所示的例子中,在保护层5中离散地配置有第二区域10。在此种情况下,在保护层5中,第二区域10为在保护层5的厚度方向上贯通、且离散地配置的多个开口部。更具体地讲,在此种情况下,保护层5例如由含有聚酰亚胺的薄膜构成。该薄膜如图1A所示,作为第二区域10,具有在厚度方向上贯通、且离散地配置的多个开口部。开口部的形状没有特别的限定,既可以是图1B所示那样的圆形状,也可以是多边形状等。多个开口部也可以在太阳能电池3的主表面3a上,以大致恒定的间隔配置。

接着,对本实施方式的太阳能电池模块100的各构成的基本的作用效果进行说明。

如果对太阳能电池3照射光,则光电转换层6吸收光,产生激发电子和空穴。该激发电子向电子传输层8移动。另一方面,光电转换层6中产生的空穴向空穴传输层7移动。能够将连接在电子传输层8上的第一电极作为负极,将连接在空穴传输层7上的第二电极作为正极而取出电流。

在太阳能电池模块100中,用填充材料4充满第一基板1与第二基板2之间的空间。通过设置填充材料4,可提高太阳能电池模块100的机械强度及抑制内部构成物的位移。

通过在太阳能电池3的主表面3a上设置保护层5,能够抑制光电转换层6和空穴传输层7的界面或光电转换层6和电子传输层8的界面的剥离。对该作用效果更详细地进行说明。在通过用填充材料4充满第一基板1与第二基板2之间的空间而使整体一体化时,一般来讲,可采用例如加热压接方法。在此种情况下,首先,制作在设有太阳能电池3的第一基板1和与第一基板1相对地配置的第二基板2之间配置了填充材料4的材料的层叠体。接着,通过加热使填充材料4的材料熔化,通过对整个层叠体进行压接,使第一基板1、太阳能电池3、填充材料4及第二基板2一体化。在为太阳能电池3的整个主表面3a与填充材料4相接的构成的情况下,当将填充材料4加热熔化而压接层叠体时,因被填充材料4的流动拖曳等原因,有时在太阳能电池3中的层间的接合力弱的界面发生剥离。该界面剥离容易在光电转换层6和空穴传输层7的界面、或光电转换层6和电子传输层8的界面产生。可是,在本实施方式的太阳能电池模块100中,在太阳能电池3的主表面3a与填充材料4之间设有保护层5。由于保护层5含有聚酰亚胺,所以耐热性优异,而且耐摩擦性也优异。所以,即使在以填充材料4的材料被加热熔化的状态压接层叠体时,保护层5也介于太阳能电池3的主表面3a与填充材料4之间。其结果是,可抑制因被填充材料4的流动拖曳等而产生的太阳能电池3的层间剥离。

在保护层5中,设有离散地配置的使太阳能电池3的主表面3a露出的第二区域10。通过该第二区域10,能够抑制起因于在太阳能电池3的表面以高浓度滞留解吸气体的太阳能电池特性的下降。再者,解吸气体是来自构成保护层5的材料、即构成第一区域9的含有聚酰亚胺的材料的解吸气体。解吸气体例如向整个填充材料4内扩散。

如上所述,保护层5能够兼顾对构成太阳能电池3的多层结构体的各层间的界面剥离进行抑制和对解吸气体导致的劣化进行抑制。

保护层5并不局限于图1A及图1B所示的结构。图2A是示意性地表示本实施方式的太阳能电池模块的变形例即太阳能电池模块200的剖视图。图2B是图2A所示的太阳能电池模块200的II-II点划线上的平面中的保护层的剖视图。保护层也可以是如图2A及图2B所示那样的由离散地配置的第一区域12和第二区域13构成的保护层11。第一区域12可由含有聚酰亚胺的多个薄膜构成。离散地配置的薄膜的形状没有特别的限定,既可以是图2B所示那样的带状,也可以是多边形状等。也可以按大致恒定的间隔在太阳能电池3的主表面3a上配置多个薄膜。

一边参照比较方式的太阳能电池模块,一边对保护层5、11中,因第一区域9、12及第二区域10、13的配置及形成所产生的效果的差异进行说明。图3是示意性地表示第一比较方式的太阳能电池模块300的剖视图。图4A是示意性地表示第二比较方式的太阳能电池模块400的剖视图。图4B是图4A所示的太阳能电池模块400的III-III点划线上的平面中的保护层的剖视图。图5A是示意性地表示第三比较方式的太阳能电池模块500的剖视图。图5B是图5A所示的太阳能电池模块500的IV-IV点划线上的平面中的保护层的剖视图。

图3所示的太阳能电池模块300具有在太阳能电池的主表面上不存在保护层而使太阳能电池和填充材料相接的构成。再者,图3所示的第一基板101、第二基板102、太阳能电池103、填充材料104、光电转换层106、空穴传输层107及电子传输层108分别与太阳能电池模块100、200中的第一基板1、第二基板2、太阳能电池3、填充材料4、光电转换层6、空穴传输层7及电子传输层8相对应。所以,这里将详细的说明予以省略。关于以下的图4及图5也同样。在太阳能电池模块300的构成中,有在光电转换层106和空穴传输层107或电子传输层108的界面上发生剥离的可能性。在发生这样的剥离时,太阳能电池103中的二极管特性下降。所以,这样的剥离的发生成为整流性下降的主要原因。

图4A及图4B所示的太阳能电池模块400具有与图1A及图1B所示的太阳能电池模块100和图2A及图2B所示的太阳能电池模块200不同的保护层109。太阳能电池模块400的保护层109不包含第二区域而只由第一区域构成。也就是说,太阳能电池模块400具有保护层109完全覆盖太阳能电池103的发电区域即主表面全部的构成。在该构成的情况下,来自保护层109的材料的解吸气体以高浓度滞留在太阳能电池103的表面。这样的气体的滞留成为太阳能电池特性下降的主要原因。

图5A及图5B所示的太阳能电池模块500具有与图1A及图1B所示的太阳能电池模块100及图2A及图2B所示的太阳能电池模块200不同的保护层110。太阳能电池模块500的保护层110具有第一区域111及第二区域112。可是,在保护层110中,没有一同离散地配置第一区域111及第二区域112双方。也就是说,第一区域111及第二区域112各自以凑在一起的连续的区域的形式形成。在此种情况下,如图5A及图5B所示,在太阳能电池103的发电区域即主表面中的被第一区域111完全覆盖的凑在一起的区域中,来自构成保护层110的第一区域111的材料的解吸气体在太阳能电池103的表面以高浓度滞留。这样的气体的滞留成为太阳能电池特性下降的主要原因。

在本实施方式的太阳能电池模块100、200中,设在太阳能电池的面向第二基板的主表面上的保护层由被覆太阳能电池的主表面的第一区域和使主表面露出的第二区域构成,且具有离散地配置第一区域或第二区域的构成。通过该构成,太阳能电池模块100、200能够兼顾利用第一区域抑制界面剥离的效果和利用第二区域抑制解吸气体劣化的效果。

本实施方式的太阳能电池模块100、200例如可通过以下方法来制作。

首先,在第一基板1的表面上形成第一电极。接着,在第一基板1的第一电极上通过溅射法等形成电子传输层8。接着,在电子传输层8上通过涂布法等形成光电转换层6。接着,在光电转换层6上通过涂布法等形成空穴传输层7。接着,在空穴传输层7上通过蒸镀等形成第二电极。

通过以上的工序,可在第一基板1上形成太阳能电池3。

接着,在太阳能电池3上形成保护层5、11。在形成保护层5之类的离散地配置第二区域的保护层时,例如,首先,准备含有聚酰亚胺的薄膜,该薄膜形成有在厚度方向上贯通、且离散地配置的多个开口部。通过将该薄膜配置在太阳能电池3上,能够形成保护层5。在形成保护层11之类的离散地配置第二区域的保护层时,例如,准备多个具有规定形状(例如带状)的含有聚酰亚胺的薄膜。通过将该薄膜以形成规定图形的方式配置在太阳能电池3上,能够形成保护层11。

接着,通过采用加热压接等的一体成形,使第一基板1、设在与第一基板1相对置的位置上的第二基板2、配置在第一基板1与第二基板2之间的填充材料4一体化。由此,能够得到太阳能电池模块100、200。

以下,对太阳能电池模块100、200的各构成详细地进行说明。

[第一基板1]

将第一基板1配置在太阳能电池模块100、200的受光面侧。第一基板1例如具有水蒸气阻挡性及透光性。第一基板1也可以是透明的。另外,第一基板1在制作太阳能电池模块100、200时,在物理学上起着将构成太阳能电池3的各层作为膜进行保持的作用。第一基板1的例子有玻璃基板或塑料基板。塑料基板也可以是塑料薄膜。

[第二基板2]

第二基板2设在与太阳能电池模块100、200的第一基板1相对置的位置上。第二基板2具有例如水蒸气阻挡性。第二基板2进而也起到保护太阳能电池3的作用。第二基板2例如能够抑制由砂粒之类的外界因素造成的太阳能电池3的物理性损坏。第二基板2的例子有玻璃基板或塑料基板。塑料基板也可以是塑料薄膜。第二基板2不一定需要透光性。所以,作为第二基板2可使用Al蒸镀薄膜等。

[光电转换层6]

光电转换层6例如作为光吸收材料含有用组成式ABX3表示的具有钙钛矿结构的化合物。A是一价阳离子。作为A的例子,可列举出碱金属阳离子或有机阳离子之类的一价阳离子。更具体地讲,作为A的例子,可列举出甲基铵阳离子(CH3NH3 +)、甲脒鎓阳离子(NH2CHNH2 +)、铯阳离子(Cs+)或铷阳离子(Rb+)。B是2价阳离子。B例如是过渡金属或第13族元素~第15族元素的2价阳离子。更具体地讲,作为B的例子,可列举出Pb2+、Ge2+或Sn2+。X为卤素阴离子等1价阴离子。A、B或X各自的位点也可以被多种离子所占有。具有钙钛矿结构的化合物的具体例子有CH3NH3PbI3、CH3CH2NH3PbI3、NH2CHNH2PbI3、CH3NH3PbBr3、CH3NH3PbCl3、CsPbI3、CsPbBr3、RbPbI3或RbPbBr3等。此外,光电转换层6也可以是与用组成式ABX3表示的具有钙钛矿结构的化合物类似的结构体即钙钛矿型化合物。再者,类似的结构体的例子有钙钛矿型化合物中含有卤素阴离子的缺陷的结构体、或在钙钛矿型化合物中1价阳离子或卤素阴离子由多种元素构成的结构体。

光电转换层6的厚度例如为100nm以上且1000nm以下。光电转换层6的厚度可以依赖于光电转换层6的光吸收的大小。光电转换层6可通过采用溶液的涂布法或共蒸镀法等来形成。此外,光电转换层6也可以是一部分与电子传输层8混合存在之类的形态。

[空穴传输层7]

空穴传输层7例如由有机半导体或无机半导体构成。空穴传输层7既可以具有将由相互相同的构成材料形成的层层叠而成的构成,也可以具有将由相互不同的材料形成的层交替层叠而成的构成。作为有机半导体的例子,可列举出聚三烯丙基胺(PTAA)、2,2',7,7'-四[N,N-二(对甲氧基苯基)氨基]-9,9'-螺二芴(Spiro-OMeTAD)、或聚3,4-乙二氧撑噻吩(PEDOT)。作为无机半导体的例子,可列举出p型无机半导体。作为p型无机半导体的例子,可列举出CuO、Cu2O、CuSCN、氧化钼、或氧化镍。

[电子传输层8]

电子传输层8含有半导体。电子传输层8也可以是禁带宽度(band gap)为3.0eV以上的半导体。通过用禁带宽度为3.0eV以上的半导体形成电子传输层8,能够使可视光及红外光透射到光吸收层6。该半导体的例子有有机的n型半导体及无机的n型半导体。

有机的n型半导体的例子有酰亚胺化合物、醌化合物、富勒烯或富勒烯的衍生物。无机的n型半导体的例子有金属氧化物或钙钛矿型氧化物。金属氧化物的例子有Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga、Si或Cr的氧化物。作为具体的例子,可列举出氧化钛(即TiO2)。钙钛矿型氧化物的例子有SrTiO3或CaTiO3

[填充材料4]

作为填充材料4,可采用公知的太阳能电池模块用填充材料。填充材料4的例子有乙烯-醋酸乙烯酯(EVA)或聚烯烃(PO)。

[保护层5、11]

如上所述,保护层5、11具有被覆太阳能电池3的主表面3a的第一区域9、12和使太阳能电池3的主表面3a露出的第二区域10、13。保护层5、11的材料、即第一区域9、12的材料含有聚酰亚胺。聚酰亚胺具有绝缘性,且柔软性、耐热性及耐药品性优异。由这样的材料形成的第一区域9、12能够降低与填充材料4的位移相伴的应力向太阳能电池3中的各层间的界面的传播。所以,第一区域9、12能够抑制太阳能电池3中的界面剥离。

保护层5、11的第二区域10、13使太阳能电池3的主表面3a露出。换句话说,第二区域10、13是在保护层5、11中没有被覆太阳能电池3的主表面3a的区域。也就是说,第二区域10、13起到主表面3a整体不被第一区域9、12完全被覆而使主表面3a部分露出的作用。所以,通过第二区域10、13,可抑制由来自第一区域9、12的材料的解吸气体在太阳能电池3的表面以高浓度滞留引起的太阳能电池特性的下降。再者,第二区域无论是通过设在薄膜中的开口部而构成的第二区域10及作为除离散地配置的第一区域以外的区域而设置的第二区域13中的哪一种构成,都能实现上述效果。

保护层5、11中的第二区域10、13的面积比率例如也可以为7%以上且60%以下。在第二区域的面积比率为7%以上时,可充分抑制来自第一区域9、12的解吸气体的滞留。在第二区域的面积比率为60%以下时,能够充分抑制太阳能电池3中的界面剥离,且能够确保保护层5、11的充分的机械强度。

保护层5、11中的第二区域10、13的有效面积比率例如也可以为24%以上且91%以下。在第二区域的有效面积比率为24%以上时,可充分抑制来自第一区域9、12的解吸气体的滞留。在第二区域的有效面积比率为91%以下时,可充分抑制太阳能电池3中的界面剥离,且还能确保保护层5、11的良好的机械强度。这里,对第二区域的有效面积进行说明。保护层的第二区域既可以由离散地配置的多个开口部构成,也可以由除离散地配置的第一区域以外的区域部分构成。无论哪种构成,为了从第二区域排出解吸气体,可以认为需要使从该解吸气体的位置到第二区域的距离在一定的距离以下。该一定的距离即为可排出解吸气体的有效距离。有效距离例如可为0.2mm。例如在第二区域为开口部时,可以认为位于到该开口的边缘的距离在有效距离以下的距离的气体能够从该开口排出。所以,与该有效距离相应地扩张而算出第二区域的面积,将所得到的面积定义为第二区域的有效面积。例如在开口部具有圆形状,且有效距离为0.2mm时,将“开口部的直径+0.4mm”作为1个开口部的直径算出的面积为该开口部的有效面积。第二区域为除离散地配置的第一区域以外的区域部分的情况也同样,通过从第二区域的边缘向外侧(即第一区域侧)扩张0.2mm,可求出第二区域的有效面积。采用如此算出的第二区域的有效面积求出相对于保护层的面积比率,得到的值为有效面积比率。

再者,由于在填充材料4与太阳能电池3的主表面3a之间不以高浓度滞留解吸气体,所以填充材料4也可以进入第二区域10、13的一部分或全部中。此外,第二区域10、13的形状只要满足上述要求,就不特别限定。

(实施例)

参照以下的实施例,对本发明更详细地进行说明。

制作实施例1~9及比较例1~3的太阳能电池模块,评价这些太阳能电池模块的特性。

首先,对各实施例及比较例的太阳能电池模块的构成及制作方法进行说明。

[实施例1]

实施例1的太阳能电池模块具有与图1A及图1B所示的太阳能电池模块100相同的结构。以下示出实施例1的太阳能电池模块中的各构成要素的材料、大小及厚度。

第一基板1:带氟掺杂SnO2层的玻璃基板(日本板硝子公司制造、厚度0.7mm、表面电阻10Ω/sq.)

电子传输层8:氧化钛(厚度30nm)、多孔质氧化钛(厚度200nm)

光电转换层6:CH3NH3PbI3(厚度300nm)

空穴传输层7:PTAA(Aldrich公司制造)

第二基板2:Al蒸镀薄膜(PET(厚度50μm)/Al(厚度7μm)/PET(厚度50μm))

填充材料4:聚烯烃(厚度450μm)

保护层5的第一区域9:聚酰亚胺胶带(P-221:日东电工公司制造)(厚度25μm)

保护层5的第二区域10:面积比率10%、有效面积比率24%、开口部的直径0.71mm、开口部的中心间隔2mm

实施例1的太阳能电池模块的制作方法如下所述。

准备主面上具有氟掺杂SnO2层的厚度0.7mm的导电性玻璃基板。将其作为第一基板1使用。再者,将该导电性玻璃基板中的氟掺杂SnO2层作为第一电极使用。

在第一基板1的第一电极上,作为电子传输层8形成厚度大约30nm的氧化钛层和厚度0.2μm的多孔质氧化钛层。利用溅射法在第一基板1的第一电极上形成氧化钛层。多孔质氧化钛层通过在氧化钛层上涂布氧化钛浆料并使其干燥,再将该干燥膜在500℃的空气中烧成30分钟而形成。通过将平均1次粒径20nm的高纯度氧化钛粉末分散在乙基纤维素中来制备氧化钛浆料。

接着,在电子传输层8上形成光电转换层6。制作以1mol/L的浓度含有PbI2及以1mol/L的浓度含有碘化甲基铵的二甲亚砜(DMSO)溶液。通过旋转涂布将该溶液涂布在电子传输层8上,从而形成涂膜。然后,通过在130℃的热板上对形成的涂膜进行热处理,便得到光电转换层6即具有钙钛矿结构的CH3NH3PbI3层。

接着,通过旋转涂布将以10mg/mL的浓度含有PTAA、以5mmol/L的浓度含有双(氟磺酰)亚胺锂(LiTFSI)、以6μL/mL的浓度含有叔丁基吡啶(tBP)的甲苯溶液涂布在光电转换层6上,从而得到空穴传输层7。

作为第二电极在空穴传输层7上蒸镀80nm的金。

通过以上工序,在第一基板1上形成太阳能电池3。

接着,在太阳能电池3上形成保护层5。准备具有在厚度方向上贯通、且离散地配置的多个开口部的聚酰亚胺胶带。各开口部为直径0.71mm的圆形状。多个开口部以开口部的中心间隔为2mm的方式形成。开口部通过将等间隔地配置有圆锥状的突起部的模具推到聚酰亚胺胶带上来形成。保护层5中的开口部的面积比率、即第二区域的面积比率为10%。此外,开口部的有效直径为0.71mm+0.4mm=1.11mm。开口部的有效面积比率、即第二区域的有效面积比率为24%。将形成了这样的开口部的聚酰亚胺胶带配置在太阳能电池3上,从而形成保护层5。

接着,用真空层叠法对由第一基板1、设在与第一基板1相对置的位置上的作为第二基板2的Al蒸镀薄膜、配置在第一基板1与第二基板2之间的作为填充材料4的聚烯烃片材形成的层叠体进行加热压接,由此得到太阳能电池模块100。加压压接通过在130℃脱气180秒,将层叠体加压300秒来实施。

[实施例2~8]

在实施例1的太阳能电池模块中,使保护层5中的开口部的直径、开口部的中心间隔及第二区域的面积比率变更为表1中示出的值,从而制作出实施例2~8的太阳能电池模块。

[实施例9]

实施例9的太阳能电池模块具有与图2A及图2B所示的太阳能电池模块200相同的结构。再者,实施例9的太阳能电池模块的除保护层11以外的构成采用与实施例1的太阳能电池模块同样的方法制作。所以,这里,只对实施例9的太阳能电池模块的保护层11进行说明。

在实施例9的太阳能电池模块的保护层11中,离散地配置有被覆太阳能电池的表面的第一区域12。第一区域12使用与实施例1中用于形成保护层5的材料同样的聚酰亚胺胶带。将该聚酰亚胺胶带以第二区域13的有效面积比率达到33%的方式,以宽6.0mm的带状、且各第一区域12间的离散距离为1.45mm,在太阳能电池3上配置成条纹状。再者,第二区域13的有效面积比率如后所述,为将有效距离设定在0.2mm时的值。

[比较例1]

比较例1的太阳能电池模块具有与图3所示的太阳能电池模块300相同的结构。除了在实施例1的太阳能电池模块中不形成保护层这一点以外,用与实施例1同样的方法制作出比较例1的太阳能电池模块。

[比较例2]

比较例2的太阳能电池模块具有与图4A及图4B所示的太阳能电池模块400相同的结构。除了在实施例1的太阳能电池模块的保护层中不形成开口部这一点以外,用与实施例1同样的方法制作出比较例2的太阳能电池模块。也就是说,在比较例2中,采用无开口部的聚酰亚胺胶带形成保护层。

[比较例3]

比较例3的太阳能电池模块具有与图5A及图5B所示的太阳能电池模块500相同的结构。在中心将太阳能电池的主表面分割成两份,将一方的区域作为第一区域而配置不具有开口部的聚酰亚胺胶带。在另一方的区域上不配置聚酰亚胺胶带而作为保护层的第二区域。

[评价方法]

将太阳能电池模块在85℃、露点-30℃的环境下放置300小时(以下记载为“高温环境下的300小时放置”),对放置前后的太阳能电池特性进行比较。关于太阳能电池特性,采用卤素灯(分光计器株式会社制造的“BPSX300BA”),通过对太阳能电池模块照射100mW/cm2的照度的光,采用BAS株式会社制造的“ALS440B”,测定稳定化后的电流-电压特性。由此,求出各太阳能电池中的开路电压(Voc)、填充因子(FF)及转换效率。所谓各太阳能电池特性的维持率,为将放置前的各参数设为100时的放置后的各参数的相对值。在Voc及FF的两维持率为95%以上时,判定为具有效果。在Voc及FF的两维持率为99%以上时,判定为具有充分的效果。结果示于表1中。

表1

首先,着眼于FF的维持率。在未设置保护层5的比较例1的太阳能电池模块中,FF的维持率为49.8%。在比较例1的太阳能电池模块中,通过高温环境下的300小时的放置,FF大大地下降到一半左右。可以认为其原因在于,由于太阳能电池3的空穴传输层7和填充材料4相接,因而在光电转换层6和空穴传输层7的界面发生了剥离。在实施例1~8的太阳能电池模块中,FF的维持率为95%以上,得到了有关FF的维持率的效果。另外,在第二区域的面积比率满足60%以下的实施例1~7的太阳能电池模块中,FF的维持率为99%以上,得到了FF的维持率的充分的效果。图6是表示第二区域的面积比率和FF的维持率的关系的图。图6的图基于实施例1~4、7及8的太阳能电池模块和比较例1及2的太阳能电池模块的FF的维持率。

接着,着眼于Voc的维持率。在具有第二区域的面积比率为0%、即不设置第二区域的保护层的比较例2的太阳能电池模块中,Voc的维持率低于95%,Voc的维持率并不充分。可以认为其原因在于,由于在保护层中未设置第二区域,因而使解吸气体难通过保护层,解吸气体以高浓度滞留在太阳能电池的表面。在实施例1~8的太阳能电池模块中,Voc的维持率为95%以上,得到了有关Voc的维持率的效果。另外,在第二区域的面积比率满足7%以上的实施例1~6及8的太阳能电池模块中,Voc的维持率为99%以上,得到了Voc的维持率的充分的效果。图7是表示第二区域的面积比率和Voc的维持率的关系的图。图7的图基于实施例1~4、7及8的太阳能电池模块和比较例2的太阳能电池模块的Voc的维持率。

再者,可以认为在比较例1的太阳能电池模块中,之所以尽管第二区域的面积比率为100%,但Voc维持率较大地降低,如上所述是因为界面剥离,其机理与由解吸气体导致的劣化不同。图8是表示第二区域的面积比率和Voc的维持率的关系的图。图8的图基于实施例1~4、7及8的太阳能电池模块和比较例1及2的太阳能电池模块的Voc的维持率。

接着,着眼于开口部即第二区域的离散配置。在一同连续配置第一区域及第二区域双方的比较例3的太阳能电池模块中,尽管第二区域的面积比率为50%,但Voc的维持率低于99%。图9是表示第二区域的面积比率和Voc的维持率的关系的图。图9的图基于实施例1~4、7及8的太阳能电池模块和比较例2及3的太阳能电池模块的Voc的维持率。可以认为其原因在于,在太阳能电池的发电区域中的保护层的被第一区域完全覆盖的区域中,解吸气体以高浓度滞留在太阳能电池的表面。因此,确认了第二区域的离散配置的必要性。

但是,一般认为只要到开口部即第二区域的距离为有效距离以下,就能够抑制解吸气体的滞留。于是,为了调查有效距离,也包括开口部中心的间隔与其它实施例不同的实施例5及6在内,考虑到包含从实际的开口部扩展到有效距离的区域的面积,来算出“有效开口面积率”,确认了与Voc维持率的关系。将有效距离设定为0.2mm来算出有效开口面积率。

图10是表示第二区域的面积比率和Voc的维持率的关系的图。图10的图基于实施例1~8的太阳能电池模块和比较例2及3的太阳能电池模块的Voc的维持率。图11是表示第二区域的有效面积比率和Voc的维持率的关系的图。图11的图基于实施例1~8的太阳能电池模块和比较例2及3的太阳能电池模块的Voc的维持率。如图10所示,开口部中心间隔按2mm固定的实施例1~4和开口部中心间隔不同的实施例5(开口中心间隔1mm)及实施例6(开口中心间隔4mm)在第二区域的面积比率和Voc的维持率的关系中发现了稍微的差异。另一方面,如图11所示,作为有效距离考虑到直至0.2mm的第二区域的有效面积比率和Voc的维持率包括开口部中心间隔不同的实施例5及实施例6在内,示出了非常好的相关关系。因此,可以认为只要到开口部的距离为0.2mm以下,就能够抑制解吸气体的滞留。

图12是表示第二区域的有效面积比率和Voc的维持率的关系的图。图12的图基于实施例1~9的太阳能电池模块及比较例2的太阳能电池模块的Voc的维持率。实施例9的太阳能电池模块和实施例1~8的太阳能电池模块在保护层的形态方面不相同。可是,如图12所示,关于作为有效距离考虑到直至0.2mm的第二区域的有效面积比率和Voc的维持率,实施例9的太阳能电池模块与实施例1~8的太阳能电池模块显示出非常良好的相关关系。

产业上的可利用性

本发明的太阳能电池模块可广泛用作将太阳光进行电转换的发电系统用设备。

符号说明:

1、101 第一基板

2、102 第二基板

3、103 太阳能电池

3a 主表面

4、104 填充材料

5、11、109、110 保护层

6、106 光电转换层

7、107 空穴传输层

8、108 电子传输层

9、12、111 第一区域

10、13、112 第二区域

100、200、300、400、500 太阳能电池模块。

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