エネルギーと環境 102

彦根藩二代当主である井伊直孝公をお寺の門前で手招き雷雨から救ったと
伝えられる招と、井伊軍団のシンボルとも言える赤備え（戦国時代の井伊
軍団編成の一種、あらゆる武具を朱りにした部隊編成のこと）と兜（かぶ
と）を合体させて生まれたキャラクタ。

　　　　　　　　　　　　　

【季語と短歌：１月10日】

　　　　　　　　　　奥伊吹息子と二人初滑り　

　　　　　　　　　　　　　　　　　高山　宇　（赤鬼）　

🪄新年の挨拶迎え（老友会）の予定が朝から初降雪で凍結防止剤（中国
製）を散布、除雪するも中止。回覧板には町民の訃報（1月6日回付）で告
知あり。スポーツ万能の長男に奥伊吹でスケボの教えを乞と思ってたが当
てが外れ慌ただしい。

 

✅　ペロブスカイト太陽電池の大面積及び耐久性強化⓷
・特開2024-164966　太陽電池及びそれに用いる光学素子を備えるバリア
構造体　マクセル株式会社

【0060】上記引出し配線の幅は特に限定されないが、好ましい下限は５（
μｍ）、好ましい上限は５００（μｍ）である。上記引出し配線の幅が５（
μｍ）以上であれば、上記引出し配線の抵抗を低くすることができる。上記
引出し配線の幅が５００（μｍ）を超えると、入射光が遮られる面積が大き
くなるため、太陽電池の光電変換効率が低くなることがある。上記引出し
配線の幅のより好ましい下限は１０（μｍ）、より好ましい上限は２００
（μｍ）である。上記引出し配線の幅は、例えば、測長機能付き光学顕微鏡、
線幅測定装置等により測定することができる。

【0061】〈バリア層〉
本発明の太陽電池２０は、更に、上記引出し配線５の全体を覆って封止す
る第二バリア層１０と、上記透明電極４上の上記バリア層１０の外側に配
置された取出し電極８とを有する（図６参照）。上記引出し配線５の全体
を覆って封止する第二バリア層１０を設けるとともに、上記第二バリア層
１０の外側に別途上記取出し電極８を設けることにより、上記引出し配線
５からの大気中の水分の浸入を抑制することができる。これにより、大気
中の水分の浸入による上記光電変換層の劣化を抑制することができる。一
方、上記引出し配線５と上記取出し電極８とは繋がっておらず、分離して
いるが、電流は、上記引出し配線５の端部から一旦上記透明電極４を通り、
次いで上記取出し電極８へと流れるため、電流の取出しは問題なく行うこ
とができる。

図５　実施例に係る太陽電池のユニットの引出し配線の端部（取出し部）
がバリア層に覆われた太陽電池構造を模式的に示す上面図と断面図

【0062】図５および図６に示す第一バリア層７および第二バリア層１０の
材料について以下説明する。上記第一バリア層７の材料としては水蒸気バ
リア性を有していれば特に限定されないが、無機材料が好ましい。上記無
機材料としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｉ
、Ｔａ、Ｗ、Ｃｕ若しくはこれらを２種以上含む合金の酸化物、窒化物又
は酸窒化物が挙げられる。なかでも、上記バリア層に水蒸気バリア性及び
柔軟性を付与するために、Ｚｎ、Ｓｎの両金属元素を含む金属元素の酸化
物、窒化物又は酸窒化物が好ましい。





【符号の説明】Ｍ…金属原子　Ｒ…有機分子　Ｘ…ハロゲン原子又はカル
コゲン原子　１…基材　２…絶縁層からなる外枠　３…光電変換層　４…
透明電極　５…引出し配線　５´…端部（取出し部）　６…平坦化層　７…
（第一）バリア層（膜）　８…取出し電極　９…更なる配線　１０…（第二
）バリア層（膜）　Ｌ…引出し配線の端部からバリア層の端部までの距離
２０…太陽電池セル（ユニット）　１００…太陽電池素子　２００…太陽
電池素子　１０１…基材　１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ…光電
変換層（光吸収層）　  Ｌ１０２Ａ、Ｌ１０２Ｂ、Ｌ１０２Ｃ…光電変換層
（光吸収層）の焦点（線）　１０３…第一電極　１０４…第二電極　１０５
…電子輸送層  　１０６…正孔輸送層　１０７…引出し配線　１１０Ａ…超
光学素子　  １１０…バリア層（膜）　２００…微細光学素子　２０１…（
第二）バリア層（膜）　２０２…第一の光吸収層（光電変換層）　２０３…
第二の光吸収層（光電変換層）２０４…第三の光吸収層（光電変換層）　
２１０…微細光学素子

【0063】上記第一バリア層７の材料が無機材料である場合、第一バリア層
７（無機層）の厚みは、好ましい下限が３０ｎｍ、好ましい上限が２５００
（ｎｍ）である。上記厚みが３０（ｎｍ）以上であれば、上記無機層が十
分な水蒸気バリア性を有することができ、太陽電池の耐久性が向上する。上
記厚みが２５００（ｎｍ）以下であれば、上記無機層の厚みが増した場合で
あっても、発生する応力が小さいため、上記無機層と他の層との剥離を抑
制することができる。上記厚みのより好ましい下限は５０（ｎｍ）、より
好ましい上限は１５００（ｎｍ）であり、更に好ましい下限は１００（ｎ
ｍ）、更に好ましい上限は１２００（ｎｍ）である。上記無機層の厚みは、
光学干渉式膜厚測定装置（例えば、大塚電子社製のＦＥ－３０００等）を
用いて測定することができる。

【0064】上記第一バリア層７の材料のうち、上記無機材料で上記引出し配
線５の全体を覆って封止する方法として、特に限定されないが、真空蒸着
法、スパッタリング法、気相反応法（ＣＶＤ）、イオンプレーティング法
が好ましい。なかでも、緻密な層を形成するためにはスパッタリング法が
好ましく、スパッタリング法のなかでもＤＣマグネトロンスパッタリング
法がより好ましい。上記スパッタリング法においては、金属ターゲット、
及び、酸素ガス又は窒素ガスを原料とし、上記引出し配線上に原料を堆積
して製膜することにより、無機材料からなる無機層を形成することができる。

【0065】なお、上記第一バリア層７は、必ずしも形成する必要はないが、
水蒸気バリア性をより向上させる観点からは、上記第一バリア層７を形成
することが好ましい。

【0066】続いて、第二バリア層１０の材料について説明する。上述した太
陽電池の外周部に形成する第二バリア層１０として非特許文献１に示す「
印刷で作成できるガラス並みのウルトラ・ハイバリア」に示された手法に
よりプレカーサーであるＰＨＰＳ（Ｐｅｒｈｙｄｒo－ｐｏｌｙｓｉｌａｚ
aｎｅ：パーヒドロポリシラザン）を塗布してＶＵＶ（Ｖａｃｕｕｍ Ｕｌ
ｔｒａ Ｖｉｏｌｅｔ）光を窒素等の不活性ガス雰囲気中で特定時間照射す
ることで紫外線と近赤外光線に対して透明度の高いガラス並みの遮断性を
有した窒化珪素を含む薄膜を形成する。この第二バリア層１０はスピンコ
ーターやロール・ロールでプレカーサーの膜厚を均一化することでウエッ
トプロセスでの成膜可能であり、ドライ成膜の工程に比べて投資を抑えた
製造工程が実現できるという大きなメリットがある。

【0067】上記第二バリア層１０の形成に用いるプレカーサーの材料として
ＰＨＰＳ（パーヒドロポリシラザン）を例示したが、上記プレカーサーと
してはシラザン骨格を有する化合物、すなわちポリシラザン化合物であれ
ば特に限定されずに用いることができる。ポリシラザンとは、珪素－窒素
結合を有するポリマーであり、セラミック前駆体無機ポリマーである。ポ
リシラザン化合物としてはパーヒドロポリシラザンやＳｉと結合する水素
原子部分の一部がアルキル基等で置換されたオルガノポリシラザン等が挙
げられる。上記アルキル基としては、炭素原子数１～８の直鎖、分岐鎖ま
たは環状のアルキル基が挙げられる。これらの中でも、得られる水蒸気バ
リア層としての緻密性の観点から、パーヒドロポリシラザンが特に好まし
い。

【0068】上記ポリシラザン化合物を含有する塗布液を調製するための溶剤
としては、ポリシラザンを溶解できるものであれば特に限定されないが、
例えば、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、トルエン、キシレン、ソ
ルベッソ、ターベン、塩化メチレン、トリクロロエタン、酢酸エチル、酢
酸ブチル、アセトン、メチルエチルケトン、ジブチルエーテル、ジオキサ
ン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、ジブチルエーテル、モノ
－およびポリアルキレングリコールジアルキルエーテル（ジグライム類）
等を挙げることができる。

【0069】上記ポリシラザン化合物を含有する塗布液は塗布・乾燥された後、
窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気中や真空雰囲気中で真空紫外光（Ｖ
ＵＶ）が照射されることにより改質され、窒化珪素を含む緻密なバリア層
（第二バリア層１０）となる。なお、上記第二バリア層１０は、水蒸気バ
リア層としての性能を妨げない範囲において、酸化窒化珪素を含んでいて
も良い。

【0070】上記第二バリア層１０の厚みは、好ましい下限が１００（ｎｍ）、
好ましい上限が５００（ｎｍ）である。上記厚みが１００（ｎｍ）以上で
あれば、上記バリア層が十分な水蒸気バリア性を有することができ、太陽
電池の耐久性が向上する。上記厚みが５００（ｎｍ）以下であれば、上記
バリア層の厚みが増した場合であっても、発生する応力が小さいため、上
記バリア層と他の層との剥離を抑制することや、バリア層のクラックの発
生を抑制することができる。上記厚みのより好ましい下限は１５０（ｎｍ）、
より好ましい上限は３５０（ｎｍ）である。

【0071】更に本願発明では上述したように塗布によるウエットプロセスで
の成膜により得られる第二バリア層１０では、上記プレカーサーの表面に、
特有の光学性能を付加した極微細なモスアイ形状やレンチキュラーレンズ
形状等のマスター形状をその表面に形成したロールまたはスタンパーを用
いて微細なモスアイ形状やレンチキュラーレンズ形状を転写、賦形した後
にＶＵＶ光を照射して第二バリア層１０表面に新たに光学性能を付加させ
ることで水分や空気の遮断効果に加えて詳細は後述するが、太陽光の反射
損失の低減という新たな価値を付加した。

【0072】〈取り出し電極〉
上記取出し電極は、導電性材料からなる電極であれば特に限定されず、例
えば、上記引出し配線と同様の材料からなる電極が挙げられる。上記取出
し電極は、上記透明電極上の上記バリア層の外側に配置されていればよい
が、太陽電池の４つの辺のうちの少なくとも１つの辺に沿って、線状に配
置されていることが好ましい。更に、線状（複数本の線状）に設けられた
上記引出し配線に対して垂直となるように、線状に配置されていることが
より好ましい。これにより、電流の取出しをより良好に行うことができる。

【0073】図５は、本発明の太陽電池の一例を模式的に示す上面図（図５（
Ａ））及び断面図（図５（Ｂ））である。図５においては、基材１上に、
光電変換層（光吸収層）３と透明電極４とが設けられており、透明電極４
上に引出し配線５が線状（複数本の線状）に設けられており、引出し配線
５を覆って封止する第一バリア層７が設けられている。ここで、引出し配
線５は、第一バリア層７によりその全体が覆われて封止されており、第一
バリア層７に覆われず露出している部分はない。更に太陽電池ユニット２
０の外側外延部には全面を覆う第二バリア層１０を設けることでバリア性
をより高めることができる。


図６　本発明の別の一実施例に係る太陽電池のユニットの引出し配線の端
部（取出し部）がバリア層に覆われた太陽電池構造を模式的に示す上面図
と断面図

【0074】図６（図６（Ａ）：上面図、図６（Ｂ）：断面図）に示す本願発
明の別の実施例においては、透明電極４上の第一バリア層７の外側に取出
し電極８が線状に設けられている。この開口部において引出し配線５と取
出し電極８とは直接繋がっておらず分離しているが、電流は、引出し配線
５の端部から一旦透明電極４を通り、次いで取出し電極８へと流れる。こ
のため、電流の取出しは問題なく行うことができる。なお、図４において
は、後述するような絶縁層からなる外枠２及び平坦化層６も設けられてい
るが、本発明の太陽電池は、必ずしもこれらを有していなくてもよい。

【0075】上述したように、本発明の太陽電池の一実施例においては、引出
し配線５と取出し電極８とは繋がっておらず、分離しているが、電流は、
上記引出し配線５の端部から一旦上記透明電極４を通り、次いで上記取出
し電極８へと流れるため、電流の取出しは問題なく行うことができる。抵
抗を低減する観点からは、引出し配線５の端部の幅が、引出し配線５の他
の部分の幅以上であることが好ましく、他の部分の幅の２倍以上であるこ
とがより好ましい。なお、引出し配線の端部とは、引出し配線の取出し電
極に近い側の端部を意味し、上記引出し配線の他の部分とは、引出し配線
の端部以外の部分を意味する。

図７引出し配線の端部（「端部接続型」）の一例を模式 的に示す上面図


図８　、引出し配線の端部（「Ｔ字型」）の一例を模式的に 示す上面図

【0076】図７および図８は、本発明の太陽電池における引出し配線の端部
の一例を模式的に示す上面図である。図７および図８において、引出し配
線５は、線状（複数本の線状）に設けられており、引出し配線５の端部の
形状は、それぞれ「端部接続型」及び「Ｔ字型」であるということができ
る。図７の「端部接続型」に示すように、引出し配線５は、複数の引出し
配線５同士が端部において接続されるように該複数の引出し配線５に直行
するような又はそれに準じるような配線を有していてもよい。図７および
８において、引出し配線５の端部の幅は、他の部分の幅より大きくしてい
る。この結果、抵抗を低減し、より高い光電変換効率を得ることができる。

【0077】また、上記引出し配線の端部から上記バリア層の端部までの距離
（沿面距離）は、水蒸気バリア性の観点から長い方が好ましく、抵抗を低
減する観点からは短い方が好ましい。上記引出し配線の端部から上記バリ
ア層の端部までの距離が短いほど、上記引出し配線の端部から上記取出し
電極までの距離も短くなるため、電流が上記透明電極を通る距離が短くな
り、この結果、抵抗を低減することができる。水蒸気バリア性と抵抗の低
減とを両立する方法として、例えば、引出し配線の端部からバリア層の端
部までの間に、複数の区画に分離する更なる配線を設ける方法が挙げられ
る。これにより、実質的な沿面距離が延びるため水蒸気バリア性が高まる。
他方、電流が透明電極を通る距離が短くなるため抵抗を低減することがで
きる。上述した配線を複数設けて更なる低抵抗化を実現してもよい。

【0078】上図９は、本発明の太陽電池における、引出し配線５の端部の一
例を模式的に示す上面図（図９（Ａ）および図９（Ｂ））である。図９（
Ｂ）に示すように、本発明の太陽電池は、引出し配線５の端部から第一バ

リア層７の端部までの間に、複数の区画に分離する更なる配線９を有していて
もよい。この時、太陽電池セル２０の最外周部には第二のバリア層１０を
設けることは言うまでもない。

【0079】本発明の太陽電池は、必要に応じて、更に、光電変換層（光吸収
層）３の側面を取り囲むようにして上記透明電極４の下に配置された、絶
縁層からなる外枠２を有していてもよい。上記光電変換層の周囲に上記絶
縁層からなる外枠を配置することにより、上記光電変換層端部からの水分
の浸入を抑制することができるため、太陽電池の信頼性が向上する。

【0080】〈絶縁層〉

上記絶縁層からなる外枠２の材料は、水蒸気バリア性を有していれば特に
限定されず、無機絶縁性材料であってもよいし、有機絶縁性材料であって
もよい。無機絶縁性材料として、例えば、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ
等の無機酸化物、ガラス、グレースト等が挙げられる。有機絶縁性材料は、
耐熱性が充分良好であるものが好ましく、このような有機絶縁性材料として、
例えば、熱硬化性ポリイミド等が挙げられる。

【0081】〈平坦化膜〉
本発明の太陽電池は、必要に応じて、更に、透明電極４とバリア層７との
間に配置された平坦化層６を有していてもよい。上記平坦化層６の材料と
しては、水蒸気バリア性を有していれば特に限定されないが、熱硬化性樹
脂又は熱可塑性樹脂が挙げられる。（中略）この時得られる平坦化層膜は
透明度も高く、無機物（ＳｉＮ_Ｘ）であるため熱や紫外線に対する耐性が
高い平坦化層膜が実現できる。また、太陽電池の外周部に形成するバリア
層として、上述したＰＨＰＳをプレカーサーとして用いた窒化珪素を含む
バリア層を適用する場合、平坦化層６として、シリコーン樹脂（ポリジメ
チルシロキサン）を衝撃緩和層の機能も兼ねて用いることが好ましい。
【0083】（中略）

【0085】〈バリア層に設けた超微細光学素子〉
図４に示す太陽電池素子のバリア層１１０及び図５および図６に示す太陽
電池セルの第二バリア層１０の少なくとも太陽光入射側の表面に設ける超
微細光学素子について、以下詳細に説明する。上述した有機・無機ペロブ
スカイト型太陽電池は材料を所望の厚さに複数層に分けて塗布工程で製膜
できるため、材料コストが低減できるだけでなく、Ｒｏｌｌ ｔｏ Ｒｏｌ
ｌで安価に製造できる。一方、この太陽電池の課題であった水分の遮蔽を
実現する具体的な技術は、非特許文献１で公開された「印刷で作成できる
ガラス並みのウルトラ・ハイバリア」に公開された手法によってプレカー
サーであるＰＨＰＳを塗布してＶＵＶ（Ｖａｃｕｕｍ Ｕｌｔｒａ Ｖｉｏｌ
ｅｔ）光を窒素等の不活性ガス雰囲気中で特定時間照射することで、可視
光と近赤外光線に対しも透明度が高くガラス並みの遮断性と硬度を有した
薄膜を形成する。（中略）

【0087】超微細形状としてはモスアイ形状を、バリア層の少なくとも太陽
光入射面に付与することで図４～６に示す本発明の太陽電池素子２００及
び太陽電池セル２０への太陽光の反射損失を大幅に軽減できる。このモス
アイ形状による反射損失低減効果は広く知られているように、太陽光の入
射角度依存性が小さく波長依存性も同様である。




図１８　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図１９

【0088】太陽の位置の変化により太陽電池への光線入射角度と放射光線の
波長成分の変化により、太陽電池素子または太陽電池セルの表面に一般的
な反射防止膜を成膜しても反射率の角度依存性と波長依存性を無くすこと
はできない。そこでバリア層の表面に賦形する１００～２００ｎｍピッチ
Ｐ_０のモスアイ形状の超微細光学素子を設けることで、図１８および図１９
に破線で示した一般的な反射防止膜とは異なり、実線で示すような入射角
度、波長依存性がほとんど無い反射防止効果を有する太陽電池素子及び太
陽電池セルが実現でき、反射損失を低減することでシステム全体の光電変
換効率を高めることができる。この反射率の波長特性は図１８に示すよう
に光電変換に必要な太陽光の波長範囲においてはほぼゼロであり良好な特
性を得ることができる。
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　この項つづく
●　今日の言葉：　明朝も、除雪・融雪作業だ！