JP4461657B2 - Photoelectric conversion element - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、環境にやさしい電源として、シリコンを用いた太陽電池(光電変換素子)が注目を集めている。シリコンを用いた太陽電池の中には、人工衛星等に用いられる単結晶シリコン型の太陽電池もあるが、実用的なものとしては、特に多結晶シリコンを用いた太陽電池や、アモルファスシリコンを用いた太陽電池が、産業用や家庭用として実用化が始まっている。
【0003】
しかしながら、これらのシリコンを用いた太陽電池は、いずれも、製造コストが高く、また、製造に多大なエネルギーを必要とし、必ずしも省エネルギーな電源とは言えなかった。
【0004】
また、特開平01−220380号公報、特開平05−504023号公報や特開平06−511113号公報に示されるような色素増感型湿式太陽電池は、蒸気圧の高い電解液を用いているため、電解液が揮発するという問題があった。
【0005】
また、このような欠点を補うものとして、完全固体型色素増感型太陽電池の発表(K. Tennakone, G.R.R.A. Kumara, I.R.M. Kottegoda, K.G.U. Wijiayantha, and V.P.S. Perera: J. Phys. D: Appl. Phys. 31(1998)1492)がされている。この太陽電池は、TiO層が積層された電極と、TiO層上に設けられたp型半導体層とを有する構成とされている。しかしながら、このような太陽電池は、p型半導体層が、TiO層を突き抜けて前記電極とショートしてしまうという欠点があった。
【0006】
また、この発表では、p型半導体層の構成材料としてCuIが用いられている。このCuIを用いた太陽電池は、CuIの結晶粒の増大等を理由とする劣化により発生電流が低下するという問題があった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、安価に製造ができ、光電変換効率に優れる固体型色素増感型光電変換素子を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、下記(1)〜(19)の本発明により達成される。
【0009】
(1) 第1の電極と、
該第1の電極と対向して設置された第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に位置し、その少なくとも一部が多孔質な受光層と、
該受光層と前記第2の電極との間に位置する正孔輸送層とを有し、
前記受光層と前記正孔輸送層との界面に整流障壁が形成されている光電変換素子であって、
前記第1の電極と前記正孔輸送層との間での短絡を防止または抑制する短絡防止手段として、前記第1の電極と前記受光層との間に、前記受光層と同等の電気伝導性を有する、空孔率が2%以下であるバリヤ層を有し、
前記バリヤ層と前記受光層との厚さの比率は、1:99〜40:60であり、かつ、前記受光層の空孔率より前記バリヤ層の空孔率が小さくなるように、前記バリヤ層の空孔率をA[%]とし、前記受光層の空孔率をB[%]としたとき、B/Aが10以上となっており、
前記バリヤ層は、チタンアルコキシドを含むバリヤ層材料を用いたゾル・ゲル法により形成された、主として酸化チタンで構成されるものであり、
前記受光層は、チタンアルコキシドと、酸化チタン粉末とを含む受光層材料を用いたゾル・ゲル法により形成された、主として酸化チタンで構成され、
前記正孔輸送層は、主としてイオン伝導特性を有する物質であるヨウ化金属化合物で構成され、かつ、前記イオン伝導特性を有する物質を含む正孔輸送層材料を塗布法により、前記色素層上に塗布して形成され、
前記正孔輸送層材料は、前記ヨウ化金属化合物が結晶化するとき、結晶サイズが増大するのを抑制する機能を有する結晶サイズ粗大化抑制物質として、チオシアン酸塩を含有することを特徴とする光電変換素子。
(2) 前記結晶サイズ粗大化抑制物質は、前記ヨウ化金属化合物の金属原子に結合することにより、前記ヨウ化金属化合物が結晶化する際に、結晶サイズが増大するのを抑制する上記(1)に記載の光電変換素子。
(3) 第1の電極と、
該第1の電極と対向して設置された第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に位置し、その少なくとも一部が多孔質な受光層と、
該受光層と前記第2の電極との間に位置する正孔輸送層とを有し、
前記受光層と前記正孔輸送層との界面に整流障壁が形成されている光電変換素子であって、
前記第1の電極と前記正孔輸送層との間での短絡を防止または抑制する短絡防止手段として、前記第1の電極と前記受光層との間に、前記受光層と同等の電気伝導性を有する、空孔率が2%以下であるバリヤ層を有し、
前記バリヤ層と前記受光層との厚さの比率は、1:99〜40:60であり、かつ、前記受光層の空孔率より前記バリヤ層の空孔率が小さくなるように、前記バリヤ層の空孔率をA[%]とし、前記受光層の空孔率をB[%]としたとき、B/Aが10以上となっており、
前記バリヤ層は、チタンアルコキシドを含むバリヤ層材料を用いたゾル・ゲル法により形成された、主として酸化チタンで構成されるものであり、
前記受光層は、チタンアルコキシドと、酸化チタン粉末とを含む受光層材料を用いたゾル・ゲル法により形成された、主として酸化チタンで構成され、
前記正孔輸送層は、主としてイオン伝導特性を有する物質であるヨウ化金属化合物で構成され、かつ、前記イオン伝導特性を有する物質を含む正孔輸送層材料を塗布法により、前記色素層上に塗布して形成され、
前記正孔輸送層材料は、正孔の輸送効率を向上させる機能を有する正孔輸送効率向上物質として、ハロゲン化アンモニウムを含有することを特徴とする光電変換素子。
【0017】
) 前記バリヤ層は、MOD(Metal Organic DepositionまたはMetal Organic Decomposition)法により形成されたものである上記(1)ないし(3)のいずれかに記載の光電変換素子。
【0018】
) 前記MOD法により前記バリヤ層を形成する際に用いられるバリヤ層材料は、チタンアルコキシドと、該チタンアルコキシドを安定化させる機能を有する添加物とを含むものである上記()に記載の光電変換素子。
【0019】
) 前記添加物は、前記チタンアルコキシドのアルコキシル基に置換し、前記チタンアルコキシドのチタン原子に配位することにより、前記チタンアルコキシドの加水分解を抑止する加水分解抑止剤である上記()に記載の光電変換素子。
【0020】
) 前記バリヤ層と前記受光層との全体における厚さ方向の抵抗値が100Ω/cm以上である上記(1)ないし()のいずれかに記載の光電変換素子。
【0022】
) 前記バリヤ層と前記受光層との界面は、不明確である上記(1)ないし()のいずれかに記載の光電変換素子。
【0023】
) 前記バリヤ層と前記受光層とは、一体的に形成される上記(1)ないし()のいずれかに記載の光電変換素子。
【0024】
10) 前記受光層の一部が、前記バリヤ層として機能する上記(1)ないし()のいずれかに記載の光電変換素子。
【0027】
11) 前記受光層は、可視光領域の波長の光の吸収を可能とする可視化処理が施されている上記(1)ないし(10)のいずれかに記載の光電変換素子。
【0028】
12) 前記受光層は、膜状をなしている上記(1)ないし(11)のいずれかに記載の光電変換素子。
【0031】
13) 前記酸化チタン粉末は、平均粒径が1nm〜1μmのものである上記(1)ないし(12)のいずれかに記載の光電変換素子。
【0033】
14) 前記酸化チタン粉末の前記受光層材料中の含有量は、0.1〜10重量%である上記(1)ないし(13)のいずれかに記載の光電変換素子。
【0034】
15) 前記受光層は、主として二酸化チタンで構成される上記(1)ないし(14)のいずれかに記載の光電変換素子。
【0039】
16) 前記正孔輸送層は、前記受光層を加熱しつつ、前記正孔輸送層材料を前記受光層上に塗布して形成されたものである上記(1)ないし(15)のいずれかに記載の光電変換素子。
【0050】
17) 前記第1の電極を支持する基板を有する上記(1)ないし(16)のいずれかに記載の光電変換素子。
【0051】
18) 前記第1の電極が正、前記第2の電極が負となるようにして、0.5Vの電圧を印加したとき、抵抗値が100Ω/cm以上となる特性を有する上記(1)ないし(17)のいずれかに記載の光電変換素子。
【0053】
19) 太陽電池である上記(1)ないし(18)のいずれかに記載の光電変換素子。
【0054】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光電変換素子を添付図面に示す好適な実施形態について詳細に説明する。
【0055】
<第1実施形態>
図1は、本発明の光電変換素子を太陽電池に適用した場合の第1実施形態を示す部分断面図、図2は、第1実施形態の太陽電池の厚さ方向の中央部付近の断面を示す拡大図である。
【0056】
図1に示す太陽電池1Aは、電解質溶液を必要としない、いわゆる乾式太陽電池と呼ばれるものであり、基板2と、基板2の上面に設置された第1の電極3と、第1の電極3の上面に設置されたバリヤ層8と、バリヤ層8の上面に設置された受光層4と、受光層4の上面に設置された正孔輸送層5と、正孔輸送層5の上面に設置された第2の電極6とを有している。
【0057】
以下、各構成要素について説明する。なお、以下の説明では、図1および図2中、各層(各部材)の上側の面を「上面」、下側の面を「下面」と言う。
【0058】
基板2は、第1の電極3、バリヤ層8、受光層4、正孔輸送層5および第2の電極6を支持するためのものであり、平板状の部材で構成されている。
【0059】
本実施形態の太陽電池1Aでは、図1に示すように、基板2および後述する第1の電極3側から、例えば、太陽光等の光(以下、単に「光」と言う。)を入射させて(照射して)使用するものである。このため、基板2および第1の電極3は、それぞれ、好ましくは実質的に透明(無色透明、着色透明または半透明)とされる。これにより、光を受光層4の受光面に効率よく到達させることができる。
【0060】
この基板2の構成材料としては、例えば、各種ガラス材料、各種セラミックス材料、ポリカーボネート(PC)、ポリエチレンテレフタレート(PET)のような各種樹脂材料、または、アルミニウムのような各種金属材料等が挙げられる。
【0061】
基板2の平均厚さとしては、材料、用途等により適宜設定され、特に限定されないが、例えば、次のようにすることができる。
【0062】
基板2を、例えばガラス材料のような硬質材料で構成する場合、その平均厚さとしては、0.1〜1.5mm程度であるのが好ましく、0.8〜1.2mm程度であるのがより好ましい。
【0063】
また、基板2を、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)のようなフレキシブル素材(可撓性材料)で構成する場合、その平均厚さとしては、0.5〜150μm程度であるのが好ましく、10〜75μm程度であるのがより好ましい。
なお、基板2は、必要に応じて、省略することもできる。
【0064】
基板2の上面には、層状(平板状)の第1の電極3が設置されている。換言すれば、第1の電極3は、後述する受光層4の受光面側に、この受光面を覆うようにして設置されている。この第1の電極3は、受光層4で発生した電子を、バリヤ層8を介して受け取り、これに接続された外部回路100へ伝達する。
【0065】
第1の電極3の構成材料としては、例えば、インジウムティンオキサイド(ITO)、フッ素ドープした酸化錫(FTO)、酸化インジウム(IO)、酸化錫(SnO2)のような金属酸化物、アルミニウム、ニッケル、コバルト、白金、銀、金、銅、モリブデン、チタン、タンタルのような金属またはこれらを含む合金、あるいは、黒鉛のような各種炭素材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0066】
第1の電極3の平均厚さとしては、材料、用途等により適宜設定され、特に限定されないが、例えば、次のようにすることができる。
【0067】
第1の電極3を前記の金属酸化物(透明導電性金属酸化物)で構成する場合、その平均厚さとしては、0.05〜5μm程度であるのが好ましく、0.1〜1.5μm程度であるのがより好ましい。
【0068】
また、第1の電極3を前記の金属またはこれらを含む合金、あるいは、各種炭素材料で構成する場合、その平均厚さとしては、0.01〜1μm程度であるのが好ましく、0.03〜0.1μm程度であるのがより好ましい。
【0069】
なお、第1の電極3は、図示の構成のようなものに限定されず、例えば、複数の櫛歯を有する形状のもの等であってもよい。この場合、光は、複数の櫛歯同士の間を通過して、受光層4の受光面に到達するので、第1の電極3は、実質的に透明でなくてもよい。これにより、第1の電極3の構成材料や形成方法(製造方法)等の選択の幅を拡大することができる。また、この場合、第1の電極3の平均厚さとしては、特に限定されないが、例えば、1〜5μm程度とするのが好ましい。
【0070】
また、第1の電極3としては、このような櫛歯状の電極と、ITO、FTO等からなる透明な電極とを組み合わせて(例えば、積層等して)用いることもできる。
【0071】
第1の電極3の上面には、膜状(層状)のバリヤ層(短絡防止手段)8が設置されている。なお、このバリヤ層の詳細については、後述する。
【0072】
バリヤ層8の上面には、好ましくは膜状(層状)をなす受光層4が設置されている。すなわち、受光層4は、第1の電極3と後述する第2の電極6との間に位置している。受光層4は、受光により電子と正孔とを発生する。
【0073】
受光層4の構成材料としては、例えば、二酸化チタン(TiO)、一酸化チタン(TiO)、三酸化二チタン(Ti)等の酸化チタン、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO)のようなn型酸化物半導体材料や、その他のn型半導体材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、この中でも、酸化チタン、特に、二酸化チタンを用いるのが好ましい。すなわち、受光層4は、主として二酸化チタンで構成されているのが好ましい。
【0074】
二酸化チタンは、光に対する感受性が高いので、酸化チタンとして、主として二酸化チタンを用いた受光層4では、光の利用効率がより向上する。
【0075】
また、二酸化チタンは、その結晶構造が安定しているので、二酸化チタンを主とする受光層4では、過酷な環境下に曝された場合でも、経年変化(劣化)が少なく、安定した性能が長期間継続して得られるという利点を有する。
【0076】
さらに、二酸化チタンとしては、結晶構造がアナターゼ型の二酸化チタンを主とするもの、ルチル型の二酸化チタンを主とするもの、アナターゼ型の二酸化チタンとルチル型の二酸化チタンとの混合物を主とするもののいずれであってもよい。
【0077】
結晶構造がアナターゼ型の二酸化チタンは、比較的不安定であることに起因して、アナターゼ型の二酸化チタンを主とする受光層4では、電子を発生し易いという利点を有する。
【0078】
なお、ルチル型の二酸化チタンとアナターゼ型の二酸化チタンとを混合する場合、ルチル型の二酸化チタンとアナターゼ型の二酸化チタンとの混合比は、特に限定されないが、例えば、重量比で95:5〜5:95程度であるのが好ましく、80:20〜20:80程度であるのがより好ましい。
【0079】
受光層4は、多孔質なものであり、複数の孔(細孔)41を有している。図3は、受光層4に、光が入射している状態を模式的に示している。図3に示すように、バリヤ層8を通過した光(図3中の矢印)は、受光層4の内部まで侵入し、受光層4内を透過、または、孔41内で任意の方向に反射(乱反射、拡散等)する。これにより、光は、高い頻度で電子を発生させることができる。
【0080】
この受光層4の空孔率としては、特に限定されないが、例えば、5〜90%程度であるのが好ましく、15〜50%程度であるのがより好ましく、20〜40%程度であるのがさらに好ましい。
【0081】
また、受光層4は、比較的厚さの大きなものであってもよいが、前述したように、膜状(層状)をなすものが好ましい。これにより、太陽電池1Aの薄型化(小型化)、製造コストの削減を図ることができ有利である。
【0082】
この場合、受光層4の平均厚さ(膜厚)としては、特に限定されないが、例えば、0.1〜300μm程度であるのが好ましく、0.5〜100μm程度であるのがより好ましく、1〜25μm程度であるのがさらに好ましい。
【0083】
さらに、このような受光層4には、可視化処理が施され、可視光領域(通常、400〜750nm程度)の広い範囲の波長の光の吸収が可能とされているのが好ましい。これにより、受光層4は、光の利用効率がより向上し、より確実に電子を発生することができる。
【0084】
このような可視化処理の方法としては、例えば、▲1▼酸素欠陥を形成する酸素欠陥形成法、▲2▼チタン原子の一部をチタン原子と異なる金属原子で置換する原子置換法等が挙げられ、これらの1種または2種を併用することができる。以下、これら▲1▼および▲2▼の方法について、それぞれ、詳述する。
【0085】
▲1▼ 酸素欠陥形成法
酸素欠陥形成法としては、特に限定されないが、例えば、酸化チタン粉末、あるいは、後述する受光層材料(ゾル液、塗布液)を膜状に成形した膜状体(以下、単に「膜状体(塗膜)」と言う。)を、水素雰囲気(還元雰囲気)中で熱処理する方法、真空(例えば1×10-5〜1×10-6Torr)下で熱処理する方法、低温プラズマ処理する方法等が挙げられる。この中でも、酸素欠陥形成法としては、酸化チタン粉末あるいは膜状体を、水素雰囲気中で熱処理する方法が好ましい。
【0086】
▲2▼ 原子置換法
原子置換法としては、例えば、前記の金属原子あるいはその酸化物からなる無機増感剤が添加された受光層材料の膜状体を焼成(焼結)する方法、膜状体に対して前記の金属原子をイオン化したものを注入する(打ち込む)方法等が挙げられる。この中でも、原子置換法としては、無機増感剤が添加された受光層材料の膜状体を焼成する方法がより好ましい。
なお、このような原子置換法は、酸化チタン粉末に施すこともできる。
【0087】
また、可視化処理としては、前記▲1▼および▲2▼の方法に限定されず、受光層4の可視化が可能な方法であれば、如何なる方法を用いてもよく、例えば、色素を用いる方法が挙げられる。
【0088】
かかる方法としては、例えば、色素(例えば、ルテニウム錯体系化合物、フタロシアニン系化合物、ポルフィリン系化合物等)を、受光層4の外面および孔41の内面に沿って層状に形成する方法や、受光層4中に分散する方法等が挙げられる。なお、かかる方法は、前記▲1▼および/または▲2▼の方法と併用してもよい。
【0089】
受光層4の上面には、層状(平板状)の正孔輸送層5が設置されている。すなわち、正孔輸送層5は、受光層4と後述する第2の電極6との間に位置している。この正孔輸送層5は、受光層4で発生した正孔を捕捉し、輸送する機能を有する。換言すれば、この正孔輸送層5は、後述する第2の電極6を介して、または、正孔輸送層5自体が電極となり外部回路100へ正孔を輸送する機能を有する。
【0090】
正孔輸送層5の平均厚さとしては、特に限定されないが、例えば、1〜500μm程度であるのが好ましく、10〜300μm程度であるのがより好ましく、10〜30μm程度であるのがさらに好ましい。
【0091】
正孔輸送層5の構成材料としては、例えば、各種イオン伝導特性を有する物質、トリフェニルジアミン(モノマー、ポリマー等)、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、フタロシアニン化合物(例えば、銅フタロシアニン)またはこれらの誘導体のような各種p型半導体材料、または、アルミニウム、ニッケル、コバルト、白金、銀、金、銅、モリブデン、チタン、タンタルのような金属またはこれらを含む合金等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0092】
正孔輸送層5の上面には、層状(平板状)の第2の電極6が設置されている。第2の電極6の平均厚さとしては、材料、用途等により適宜設定され、特に限定されない。
【0093】
また、第2の電極6の構成材料としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、コバルト、白金、銀、金、銅、モリブデン、チタン、タンタルのような金属またはこれらを含む合金、あるいは、黒鉛のような各種炭素材料等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
なお、この第2の電極6は、必要に応じて、省略することもできる。
【0094】
太陽電池1Aでは、正孔輸送層5と受光層4との界面にダイオード特性を有する整流障壁が形成され、整流作用が生じている。
【0095】
太陽電池1Aでは、受光層4に、光が入射すると、この受光層4において、電子が励起され、電子と正孔とが発生する。また、整流障壁には、界面電位により電場が存在している。このため、これらの電子と正孔とは、界面の電場により引き分けられ、第1の電極3と第2の電極6との間に、電位差(光起電力)が生じて、外部回路100に、電流(光励起電流)が流れる。
【0096】
この様子を等価回路で表すと、図4に示すようなダイオード200を有する電流の循環回路が形成されているものとなる。
【0097】
このような整流障壁を得る場合には、正孔輸送層5の構成材料としては、前述した材料の中でも、特に、イオン伝導特性を有する物質が好ましく用いられる。すなわち、正孔輸送層5は、主としてイオン伝導特性を有する物質で構成されているのが好ましい。これにより、正孔輸送層5は、受光層4で発生した正孔(ホール)をより効率よく輸送することができる。
【0098】
また、このイオン伝導特性を有する物質としては、例えば、CuI、AgIのようなヨウ化金属化合物、AgBrのような臭化金属化合物等のハロゲン化金属化合物、CuSCNのようなチオシアン酸金属塩(ロダン化金属化合物)等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0099】
これらの中でも、イオン伝導特性を有する物質としては、ヨウ化金属化合物、臭化金属化合物等のハロゲン化金属化合物が好ましい。ハロゲン化金属化合物は、イオン伝導特性に特に優れている。
【0100】
さらに、イオン伝導特性を有する物質としては、CuI、AgIのようなヨウ化金属化合物のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いるのが、特に好ましい。ヨウ化金属化合物は、イオン伝導特性に極めて優れている。このため、正孔輸送層5の主材料として、ヨウ化金属化合物を用いることにより、太陽電池1Aの光電変換効率(エネルギー変換効率)をより向上することができる。
【0101】
また、正孔輸送層5は、図2に示すように、受光層4の孔41内に入り込んで形成されている。これにより、整流障壁の形成領域を増大させることができ、受光層4で発生した正孔(ホール)を、より効率よく正孔輸送層5へ伝達することができる。その結果、太陽電池1Aは、発電効率をさらに向上することができる。
【0102】
なお、整流障壁は、受光層4と第1の電極3との界面にも形成されていてもよい。
【0103】
なお、光の照射(受光)により、受光層4では、電子および正孔が同時に発生するが、以下の説明では、便宜上、「電子が発生する」と記載する。
【0104】
さて、本発明では、第1の電極3と正孔輸送層5との間での短絡(リーク)を防止または抑制する短絡防止手段を設けたことに特徴を有している。
【0105】
以下、この短絡防止手段について、詳述する。
本実施形態では、短絡防止手段として、膜状(層状)をなし、第1の電極3と受光層4との間に位置するバリヤ層8が設けられている。このバリヤ層8は、受光層4の空孔率より、その空孔率が小さくなるよう形成されたものである。
【0106】
太陽電池1Aを製造する際には、後述するように、例えば、正孔輸送層材料を塗布法により、受光層4の上面に塗布することが行われる。
【0107】
この場合、仮に、バリヤ層8が設けられない太陽電池では、受光層4の空孔率を大きくすると、正孔輸送層材料が受光層4の孔41内を浸透していき、第1の電極3に到達してしまうことがある。すなわち、バリヤ層8を有さない太陽電池では、第1の電極3と正孔輸送層5との間で接触(短絡)が生じることにより、漏れ電流が多くなり、発電効率(光電変換効率)の低下を招く場合がある。
【0108】
これに対し、バリヤ層8が設けられた太陽電池1Aでは、前述のような不都合が防止され、発電効率の低下が好適に防止または抑制される。
【0109】
また、バリヤ層8の空孔率をA[%]とし、受光層4の空孔率をB[%]としたとき、B/Aが、例えば、1.1以上程度であるのが好ましく、5以上程度であるのがより好ましく、10以上程度であるのがさらに好ましい。これにより、バリヤ層8と受光層4とは、それぞれ、それらの機能をより好適に発揮することができる。
【0110】
より具体的には、バリヤ層8の空孔率Aとしては、例えば、20%以下程度であるのが好ましく、5%以下程度であるのがより好ましく、2%以下程度であるのがさらに好ましい。すなわち、バリヤ層8は、緻密層であるのが好ましい。これにより、前記効果をより向上することができる。
【0111】
さらに、バリヤ層8と受光層4との厚さの比率は、特に限定されないが、例えば、1:99〜60:40程度であるのが好ましく、10:90〜40:60程度であるのがより好ましい。換言すれば、バリヤ層8と受光層4との全体におけるバリヤ層8の占める厚さの割合は、1〜60%程度であるのが好ましく、10〜40%程度であるのがより好ましい。これにより、バリヤ層8は、第1の電極3と正孔輸送層5との接触等による短絡を、より確実に防止または抑制することができるとともに、受光層4への光の到達率が低下するのを好適に防止することができる。また、受光層4は、好適に電子を発生することができる。
【0112】
より具体的には、バリヤ層8の平均厚さ(膜厚)としては、例えば、0.01〜10μm程度であるのが好ましく、0.1〜5μm程度であるのがより好ましく、0.5〜2μm程度であるのがさらに好ましい。これにより、前記効果をより向上することができる。
【0113】
このバリヤ層8の構成材料としては、特に限定されないが、例えば、受光層4の主たる構成材料である酸化チタンの他、例えば、SrTiO、ZnO、SiO、Al、SnOのような各種金属酸化物、CdS、CdSe、TiC、Si、SiC、BN、BNのような各種金属化合物等の1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、この中でも、受光層4と同等の電気伝導性を有するものであるのが好ましく、特に、酸化チタンを主とするものがより好ましい。バリヤ層8をこのような材料で構成することにより、受光層4で発生した電子をより効率よく、バリヤ層8へ伝達することができ、その結果、太陽電池1Aの発電効率をより向上することができる。
【0114】
このバリヤ層8および電子輸送層4の厚さ方向の抵抗値は、それぞれ、特に限定されないが、バリヤ層8と電子輸送層4との全体における厚さ方向の抵抗値、すなわち、バリヤ層8と電子輸送層4との積層体の厚さ方向の抵抗値は、100Ω/cm2以上程度であるのが好ましく、1kΩ/cm2以上程度であるのがより好ましい。これにより、第1の電極3と正孔輸送層5との間でのリーク(短絡)をより確実に防止または抑制することができ、太陽電池1Aの発電効率の低下を防ぐことができるという利点がある。
【0115】
また、バリヤ層8と受光層4との界面は、明確でなくても、明確であってもよいが、明確でない(不明確である)のが好ましい。すなわち、バリヤ層8と受光層4とは、一体的に形成され、互いに部分的に重なっているのが好ましい。これにより、バリヤ層8と受光層4との間での電子の伝達を、より確実に(効率よく)行うことができる。
【0116】
さらに、バリヤ層8と受光層4とは、同一の組成の材料(例えば、二酸化チタンを主とする材料)を用いて作成し、それらの空孔率のみが異なる構成、すなわち、受光層4の一部が、前記バリヤ層8として機能するような構成であってもよい。
【0117】
この場合、受光層4は、その厚さ方向に、密な部分と粗な部分とを有し、このうち、密な部分がバリヤ層8として機能する。
【0118】
また、この場合、密な部分は、受光層4の第1の電極3側に形成されているのが好ましいが、厚さ方向の任意の位置に形成することもできる。
【0119】
また、この場合、受光層4は、密な部分で粗な部分を挟んだ部分を有する構成のものや、粗な部分で密な部分を挟んだ部分を有する構成のもの等であってもよい。
【0120】
このような太陽電池1Aでは、受光層4への光の入射角が90°での光電変換効率をR90とし、光の入射角が52°での光電変換効率をR52としたとき、R52/R90が0.8以上程度となるような特性を有しているのが好ましく、0.85以上程度であるのがより好ましい。このような条件を満たすということは、受光層4が光に対する指向性が低い、すなわち、等方性を有するということである。したがって、このような太陽電池1Aは、太陽の日照時間のほぼ全域に渡って、より効率良く発電することができる。
【0121】
さらに、太陽電池1Aでは、第1の電極3が正、第2の電極6(正孔輸送層5)が負となるようにして、0.5Vの電圧を印加したとき、その抵抗値が、例えば、100Ω/cm2以上程度となる特性を有するのが好ましく、1kΩ/cm2以上程度となる特性を有するのがより好ましい。このような特性を有するということは、太陽電池1Aでは、第1の電極3と正孔輸送層5との間での接触等による短絡(リーク)が好適に防止または抑制されていることを示すものである。よって、このような太陽電池1Aでは、発電効率(光電変換効率)をより向上することができる。
【0122】
このような太陽電池1Aは、例えば、次のようにして製造することができる。まず、例えばソーダガラス等で構成された基板2を用意する。この基板2には、厚さが均一で、たわみのないものが好適に用いられる。
【0123】
<1> まず、第1の電極3を基板2の上面に形成する。
第1の電極3は、例えばFTO等で構成される第1の電極3の材料を、例えば、蒸着法、スパッタリング法、印刷法等を用いることにより、形成することができる。
【0124】
<2> 次に、バリヤ層8を第1の電極3の上面に形成する。
バリヤ層8は、例えば、ゾル・ゲル法、蒸着(真空蒸着)法、スパッタリング法(高周波スパッタリング、DCスパッタリング)、スプレー熱分解法、ジェットモールド(プラズマ溶射)法、CVD法等により形成することができるが、この中でも、ゾル・ゲル法により形成するのが好ましい。
【0125】
このゾル・ゲル法は、その操作が極めて簡単であり、例えば、ディッピング、滴下、ドクターブレード、スピンコート、刷毛塗り、スプレー塗装、ロールコーター等の各種塗布法と組み合わせて用いることにより、大掛かりな装置も必要とせず、好適にバリヤ層8を膜状(厚膜および薄膜)に形成することができる。
【0126】
また、塗布法によれば、例えばマスク等を用いて、マスキングを行うことにより、所望のパターン形状のバリヤ層8を容易に得ることができる。
【0127】
このゾル・ゲル法としては、バリヤ層材料中での後述するチタン化合物(有機または無機)の反応(例えば、加水分解、重縮合等)を許容しない(防止する)方法(以下、「MOD(Metal Organic DepositionまたはMetal Organic Decomposition)法」と言う。)、あるいは、これを許容する方法が挙げられるが、特に、MOD法を用いるのが好ましい。
【0128】
このMOD法によれば、バリヤ層材料中でのチタン化合物(有機または無機)の安定性が維持され、また、バリヤ層8をより容易かつ確実に(再現性よく)、緻密なもの(前記範囲内の空孔率)とすることができる。
【0129】
特に、チタンテトライソプロポキシド(TPT)、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラブトキシドのような化学的に非常に不安定な(分解しやすい)チタンアルコキシド(金属アルコキシド)等の有機チタン化合物を用いて、緻密なTiO層(本発明のバリヤ層8)を形成する場合には、このMOD法は最適である。
【0130】
以下、バリヤ層8のMOD法による形成方法について説明する。
[バリヤ層材料の調製]
例えば、チタンテトライソプロポキシド(TPT)、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラブトキシドのようなチタンアルコキシド(金属アルコキシド)等の有機チタン化合物のうちの1種または2種以上組み合わせたものを用いる場合には、まず、この有機チタン化合物(またはこの溶液)を、例えば、無水エタノール、2−ブタノール、2−プロパノール、2−n−ブトキシエタノール等の有機溶媒(またはこれらの混合溶媒)に溶解する。
【0131】
これにより、有機チタン化合物の前記溶液中の濃度(含有量)を調製(例えば0.1〜10mol/L程度)して、得られるバリヤ層材料の粘度を調製する。このバリヤ層材料の粘度としては、前記塗布法の種類等により、適宜設定され、特に限定されないが、スピンコートを用いる場合には、好ましくは高粘度(例えば0.5〜20cP(常温)程度)とされ、スプレーコートを用いる場合には、好ましくは低粘度(例えば0.1〜2cP(常温)程度)とされる。
【0132】
次に、この溶液に、例えば、四塩化チタン、酢酸、アセチルアセトン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン等の前記チタンアルコキシド(金属アルコキシド)を安定化する機能を有する添加物を添加する。
【0133】
これらの添加物を加えることにより、これらの添加物がチタンアルコキシド中のチタン原子に配位するアルコキシド(アルコキシル基)と置換して、チタン原子に配位する。これにより、チタンアルコキシドの加水分解を抑止して、安定化させる。すなわち、これらの添加物は、チタンアルコキシドの加水分解を抑止する加水分解抑止剤として機能するものである。この場合、この添加物とチタンアルコキシドとの配合比は、特に限定されないが、例えば、モル比で1:2〜8:1程度とするのが好ましい。
【0134】
より具体的には、チタンアルコキシドにジエタノールアミンを配位させた場合、チタンアルコキシドのアルコキシド(アルコキシル基)に換わり(置換して)、チタン原子にジエタノールアミンが2分子配位する。このジエタノールアミンにより置換された化合物は、チタンアルコキシドよりも二酸化チタンを生成する上で安定化した化合物となる。
他の場合の組み合わせでも同様である。
【0135】
これにより、バリヤ層材料(バリヤ層形成用のゾル液:MOD用ゾル液)を得る。
【0136】
また、四塩化チタン(TTC)等の無機チタン化合物を用いる場合には、この無機チタン化合物(またはこの溶液)を、無水エタノール、2−ブタノール、2−プロパノール、2−n−ブトキシエタノール等の有機溶媒(またはこれらの混合溶媒)に溶解することにより、有機溶媒がチタンに配位し、添加物を加えないで安定した化合物となる。
【0137】
さらに、チタンオキシアセチルアセトナート(TOA)等の有機チタン化合物を用いる場合には、この有機チタン化合物(またはこの溶液)が単独で安定なものであるので、前記有機溶媒に溶解することで安定したバリヤ層材料を得ることができる。
【0138】
なお、本発明において、MOD法でバリヤ層8を形成する場合には、上述した3つの溶液のうち、次の方法により調整された溶液を用いるのが最適である。すなわち、チタンテトライソプロポキシド(TPT)、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラブトキシドのようなチタンアルコキシド等の有機チタン化合物(またはこの溶液)を溶媒で溶解(または希釈)し、この溶液に、四塩化チタン、酢酸、アセチルアセトン、トリエタノールアミン、ジエタノールアミン等の添加物を添加する方法により調整された溶液を用いるのが最適である。この方法によれば、チタンアルコキシドのチタン原子に、前記添加物を配位させ、二酸化チタンを生成する上で安定化した化合物を得ることができる。
【0139】
これによって、化学的に不安定なチタンアルコキシドを、化学的に安定な化合物にすることができる。かかる化合物は、本実施形態のバリヤ層8、すなわち、二酸化チタンを主材料とする緻密なバリヤ層8を形成する場合において、極めて有用である。
【0140】
[バリヤ層8の形成]
第1の電極3の上面に、塗布法(例えば、スピンコート等)により、バリヤ層材料を塗布して膜状に形成する。塗布法としてスピンコートを用いる場合、回転数を500〜4000rpm程度で行うのが好ましい。
【0141】
次いで、かかる塗膜に対して、熱処理を施す。これにより、有機溶媒を揮発、除去する。この熱処理条件としては、好ましくは50〜250℃程度で1〜60分間程度、より好ましくは100〜200℃程度で5〜30分間程度とされる。
【0142】
かかる熱処理は、例えば、大気中、窒素ガス中で行うことができる他、例えば、各種不活性ガス、真空、減圧状態(例えば、1×10−1〜1×10−6Torr)のような非酸化性雰囲気中で行うようにしてもよい。
【0143】
なお、バリヤ層材料の第1の電極3の上面への塗布は、第1の電極3を加熱しつつ行うようにしてもよい。
【0144】
さらに、塗膜に対して、前記熱処理より高温で熱処理を施す。これにより、塗膜中に残存する有機成分を除去するとともに、二酸化チタン(TiO)を焼結させ、アモルファスまたはアナターゼ型の結晶構造の二酸化チタンからなるバリヤ層8を形成する。この熱処理条件としては、好ましくは300〜700℃程度で1〜70分間程度、より好ましくは400〜550℃程度で5〜45分間程度とされる。
【0145】
なお、かかる熱処理の雰囲気は、前記熱処理と同様の雰囲気とすることができる。
【0146】
以上のような操作を、好ましくは1〜20回程度、より好ましくは1〜10回程度行って、前述したような平均厚さのバリヤ層8を形成する。
【0147】
この場合、1回の前記操作により得られる塗膜の厚さ(膜厚)は、100nm以下程度とするのが好ましく、50nm以下程度とするのがより好ましい。このような薄膜を積層してバリヤ層8を形成することにより、バリヤ層8をより均一で密度の高いものとすることができる。また、1回の前記操作により得られる膜厚の調整は、バリヤ層材料の粘度を調製することで、容易に行うことができる。
【0148】
なお、バリヤ層8の形成に先立って、第1の電極3の上面には、例えば、O2プラズマ処理、EB処理、有機溶剤(例えばエタノール、アセトン等)での洗浄処理等を行うことにより、第1の電極3の上面に付着した有機物を除去するようにしてもよい。この場合、バリヤ層8を形成する部分を残し、第1の電極3の上面にマスク層を形成し、マスキングしておく。また、このマスク層は、バリヤ層8の形成後に除去するようにしてもよく、太陽電池1Aの完成後に除去するようにしてもよい。
【0149】
<3> 次に、バリヤ層8の上面に、受光層4を形成する。
受光層4は、例えば、ゾル・ゲル法、蒸着法、スパッタリング法等により形成することができるが、この中でも、ゾル・ゲル法により形成するのが好ましい。
【0150】
このゾル・ゲル法は、その操作が極めて簡単であり、例えば、ディッピング、滴下、ドクターブレード、スピンコート、刷毛塗り、スプレー塗装、ロールコーター等の各種塗布法と組み合わせて用いることにより、大掛かりな装置も必要とせず、好適に受光層4を膜状(厚膜および薄膜)に形成することができる。
【0151】
また、塗布法によれば、例えばマスク等を用いて、マスキングを行うことにより、所望のパターン形状の受光層4を容易に得ることができる。
【0152】
この受光層4の形成には、受光層材料の粉末を含有するゾル液を用いるのが好ましい。これにより、受光層4をより容易かつ確実に多孔質とすることができる。
【0153】
受光層材料の粉末の平均粒径としては、特に限定されないが、例えば、1nm〜1μm程度であるのが好ましく、5〜50nm程度であるのがより好ましい。受光層材料の粉末の平均粒径を前記の範囲内とすることにより、受光層材料の粉末のゾル液中での均一性を向上することができる。また、このように受光層材料の粉末の平均粒径を小さくすることにより、得られる受光層4の表面積(比表面積)をより大きくすることができ、太陽電池1Aの発電効率の向上に寄与する。
【0154】
以下に、受光層4の成形方法の一例について説明する。なお、以下の説明では、可視化処理の方法(<3A>、<3B>酸素欠陥形成法、<3C>原子置換法)の相違により区別して説明するが、同様の事項については、後に説明するものでは省略する。さらに、酸素欠陥形成法については、<3A>酸化チタン粉末に施す場合と、<3B>膜状体に施す場合とに分けて説明する。
【0155】
<3A>:酸素欠陥形成法(酸化チタン粉末に施す場合)
[酸化チタン粉末(受光層材料の粉末)の調製]
<A0> ルチル型の二酸化チタン粉末とアナターゼ型の二酸化チタン粉末とを所定の配合比(ルチル型の二酸化チタン粉末のみの場合も含む)にて、配合し混合しておく。
【0156】
これらのルチル型の二酸化チタン粉末の平均粒径と、アナターゼ型の二酸化チタン粉末の平均粒径とは、それぞれ異なっていてもよいし、同じであってもよいが、異なっている方が好ましい。
なお、酸化チタン粉末全体としての平均粒径は、前述の範囲とする。
【0157】
また、後述する酸素欠陥形成法による熱処理で、二酸化チタンの結晶構造がアナターゼ型からルチル型へ転移(変化)することを想定している場合には、アナターゼ型の二酸化チタン粉末のみを用いてもよい。
【0158】
次に、前記配合された酸化チタン粉末に、酸素欠陥形成法による熱処理を施す。このときの熱処理条件としては、水素雰囲気中で、好ましくは温度800〜1200℃程度で、0.2〜3時間程度、より好ましくは温度900〜1200℃程度で、0.5〜1時間程度とされる。
【0159】
このとき、酸化チタン粉末がアナターゼ型の二酸化チタン粉末を含有している場合、前記の熱処理温度、熱処理時間によっては、アナターゼ型の二酸化チタンは、その結晶構造の一部または全部がルチル型へ転移することがある。
【0160】
なお、酸素欠陥形成法は、本工程<A0>前に、ルチル型の二酸化チタン粉末および/またはアナターゼ型の二酸化チタン粉末に施し、かかる二酸化チタン粉末を配合して、酸化チタン粉末を調製するようにしてもよい。
【0161】
[ゾル液(受光層材料)の調製]
<A1> まず、例えば、チタンテトライソプロポキシド(TPT)、チタンテトラメトキシド、チタンテトラエトキシド、チタンテトラブトキシドのようなチタンアルコキシド、チタンオキシアセチルアセトナート(TOA)等の有機チタン化合物や、四塩化チタン(TTC)等の無機チタン化合物のうちの1種または2種以上組み合わせたものを、例えば、無水エタノール、2−ブタノール、2−プロパノール、2−n−ブトキシエタノール等の有機溶媒(またはこれらの混合溶媒)に溶解する。
【0162】
このとき、チタン化合物(有機または無機)の溶液中の濃度(含有量)としては、特に限定されないが、例えば、0.1〜3mol/L程度とするのが好ましい。
【0163】
次に、必要に応じて、この溶液中に各種添加物を添加する。有機チタン化合物として、例えばチタンアルコキシドを用いる場合には、チタンアルコキシドは、化学的安定性が低いので、例えば、酢酸、アセチルアセトン、硝酸等の添加物を添加するようにする。これにより、チタンアルコキシドを化学的に安定な化合物とすることができる。この場合、この添加物とチタンアルコキシドとの配合比は、特に限定されないが、例えば、モル比で1:2〜8:1程度とするのが好ましい。
【0164】
<A2> 次に、この溶液に、例えば、蒸留水、超純水、イオン交換水、RO水等の水を混合する。この水とチタン化合物(有機または無機)との配合比は、モル比で1:4〜4:1程度とするのが好ましい。
【0165】
<A3> 次いで、かかる溶液に、前記工程<A0>で調製した酸化チタン粉末を混合して懸濁(分散)液を得る。
【0166】
<A4> さらに、この懸濁液を前記の有機溶媒(または、混合溶媒)で希釈する。これにより、ゾル液を調製する。この希釈倍率としては、例えば、1.2〜3.5倍程度が好ましい。
【0167】
また、酸化チタン粉末(受光層材料の粉末)のゾル液中の含有量としては、特に限定されないが、例えば、0.1〜10wt%(重量%)程度であるのが好ましく、0.5〜5wt%程度であるのがより好ましい。これにより、受光層4の空孔率を好適に前記範囲内とすることができる。
【0168】
[受光層4の形成]
<A5> バリヤ層8を好ましくは加熱しつつ、バリヤ層8の上面に、塗布法(例えば、滴下等)により、ゾル液を塗布して膜状体を得る。この加熱温度としては、特に限定されないが、例えば、80〜180℃程度であるのが好ましく、100〜160℃程度であるのがより好ましい。
【0169】
以上のような操作を、好ましくは1〜10回程度、より好ましくは5〜7回程度行って、前述したような平均厚さの受光層4を形成する。
【0170】
次いで、この受光層4に、必要に応じて、例えば、温度250〜500℃程度で0.5〜3時間程度、熱処理(例えば、焼成等)を施してもよい。
【0171】
<A6> 前記工程<A5>で得られた受光層4には、必要に応じて、後処理を行うことができる。
【0172】
この後処理としては、例えば、形状を整えるための、研削、研磨等のような機械加工(後加工)や、その他、洗浄、化学処理のような後処理等が挙げられる。
【0173】
<3B>:酸素欠陥形成法(膜状体に施す場合)
[酸化チタン粉末(受光層材料の粉末)の調製]
<B0> ルチル型の二酸化チタン粉末とアナターゼ型の二酸化チタン粉末とを所定の配合比(ルチル型の二酸化チタン粉末のみの場合も含む)にて、配合し混合しておく。なお、後述する酸素欠陥形成法による熱処理で、二酸化チタンの結晶構造がアナターゼ型からルチル型へ転移(変化)することを想定している場合には、アナターゼ型の二酸化チタン粉末のみを用いてもよい。
【0174】
[ゾル液(受光層材料)の調製]
<B1>〜<B4> 前記工程<A1>〜<A4>と同様の工程を行う。
【0175】
[受光層4の形成]
<B5> 前記工程<A5>と同様の工程を行った後、膜状体に酸素欠陥形成法による熱処理を施して受光層4を得る。この熱処理条件としては、水素雰囲気中で、好ましくは温度800〜1200℃程度で、0.2〜3時間程度、より好ましくは温度900〜1200℃程度で、0.5〜1時間程度とされる。
【0176】
なお、この場合、前記工程<A5>における熱処理(例えば、焼成等)は、この酸素欠陥形成法による熱処理で兼用することもできる。
【0177】
<B6> 必要に応じて、前記工程<A6>と同様の工程を行う。
【0178】
<3C>:原子置換法
[酸化チタン粉末(受光層材料の粉末)の調製]
<C0> ルチル型の二酸化チタン粉末とアナターゼ型の二酸化チタン粉末とを所定の配合比(ルチル型の二酸化チタン粉末のみの場合も含む)にて、配合し混合しておく。なお、後述する原子置換法による焼成で、二酸化チタンの結晶構造がアナターゼ型からルチル型へ転移(変化)することを想定している場合には、アナターゼ型の二酸化チタン粉末のみを用いてもよい。
【0179】
[ゾル液(受光層材料)の調製]
<C1>〜<C2> 前記工程<A1>〜<A2>と同様の工程を行う。
【0180】
<C3> 前記工程<A3>と同様の工程において、懸濁液中に、無機増感剤を添加する。
【0181】
この無機増感剤としては、特に限定されないが、例えば、クロム、バナジウム、ニッケル、鉄、マンガン、銅、亜鉛、ニオブ、またはこれらの酸化物等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0182】
また、無機増感剤の含有量としては、特に限定されないが、例えば、酸化チタン粉末(受光層材料の粉末)1gに対して、0.1〜2.5μmol程度であるのが好ましく、0.5〜2.0μmol程度であるのがより好ましい。
【0183】
なお、酸化チタン粉末がアナターゼ型の二酸化チタン粉末を含有し、アナターゼ型の二酸化チタンの結晶構造がルチル型へ転移するのを防止したい場合には、焼結助剤を添加するようにする。
【0184】
焼結助剤としては、融点が900℃以下の金属酸化物であるのが好ましい。この金属酸化物としては、特に限定されないが、例えば、三酸化モリブデン、三酸化二ビスマス、酸化鉛、酸化パラジウム、三酸化二アンチモン、二酸化テルル、三酸化二タリウム等が挙げられ、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0185】
この場合、焼結助剤と酸化チタン粉末(受光層材料の粉末)との配合比としては、特に限定されないが、例えば、体積比で1:99〜40:60程度であるのが好ましく、5:95〜20:80程度であるのがより好ましい。
【0186】
これにより、膜状体を、900℃以下の温度で焼成(焼結)できるので、二酸化チタンの結晶構造がアナターゼ型からルチル型へ転移するのをより確実に防止(抑制)することができる。
【0187】
<C4> 前記工程<A4>と同様の工程を行う。これにより、ゾル液(受光層材料)を調製する。
【0188】
[受光層4の形成]
<C5> 前記工程<A5>と同様の工程を行った後、膜状体を、例えば、大気、窒素ガス、または各種不活性ガス、真空、減圧状態(例えば、1×10-1〜1×10-6Torr)のような非酸化性雰囲気中で焼成(焼結)する。
このときの焼成条件としては、例えば、次のようにすることができる。
【0189】
▲1▼ 酸化チタン粉末がアナターゼ型の二酸化チタン粉末を含有しない場合、もしくは、二酸化チタンの結晶構造がアナターゼ型からルチル型へ転移することを想定している場合、好ましくは温度1000〜1200℃程度で0.5〜10時間程度とされる。
【0190】
▲2▼ 二酸化チタンの結晶構造がアナターゼ型からルチル型へ転移することを想定していない(防止したい)場合、好ましくは温度900℃以下程度で1〜26時間程度とされる。
【0191】
なお、この場合、前記工程<A5>における熱処理(例えば、焼成等)は、この原子置換法による焼成で兼用することもできる。
【0192】
また、このような原子置換法は、酸化チタン粉末(受光層材料の粉末)の調製前に、ルチル型の二酸化チタン粉末および/またはアナターゼ型の二酸化チタン粉末に施すようにしてもよいし、酸化チタン粉末の調製後に、かかる酸化チタン粉末に施すようにしてもよい。なお、これらの場合、本工程<C5>における原子置換法による焼成は、省略することができる。
【0193】
<C6> 必要に応じて、前記工程<A6>と同様の工程を行う。
【0194】
また、受光層4は、例えば、次のようにして形成することもできる。以下、受光層4の他の形成方法について説明する。なお、以下の説明では、前記の形成方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。また、以下の説明でも、可視化処理の方法(<3A’>、<3B’>酸素欠陥形成法、<3C’>原子置換法)の相違により区別して説明するが、同様の事項については、後に説明するものでは省略する。さらに、酸素欠陥形成法については、<3A’>酸化チタン粉末に施す場合と、<3B’>膜状体に施す場合とに分けて説明する。
【0195】
<3A’>:酸素欠陥形成法(酸化チタン粉末に施す場合)
[酸化チタン粉末(受光層材料の粉末)の調製]
<A’0> 前記工程<A0>と同様の工程を行う。
【0196】
[塗布液(受光層材料)の調製]
<A’1> まず、前記工程で調製した酸化チタン粉末を適当量の水(例えば、蒸留水、超純水、イオン交換水、RO水等)に懸濁する。
【0197】
<A’2> 次に、かかる懸濁液に、例えば硝酸等の安定化剤を添加し、メノウ製(またはアルミナ製)の乳鉢内で十分に混練する。
【0198】
<A’3> 次いで、かかる懸濁液に、前記の水を加えてさらに混練する。このとき、前記安定化剤と水との配合比は、体積比で好ましくは10:90〜40:60程度、より好ましくは15:85〜30:70程度とし、かかる懸濁液の粘度を、例えば0.2〜30cP(常温)程度とする。
【0199】
<A’4> その後、かかる懸濁液に、例えば、最終濃度が0.01〜5wt%程度となるように界面活性剤を添加して混練する。これにより、塗布液(受光層材料)を調製する。
【0200】
なお、界面活性剤としては、カチオン性、アニオン性、両イオン性、非イオン性のいずれであってもよいが、好ましくは非イオン性のものが用いられる。
【0201】
また、安定化剤としては、硝酸に代わり、酢酸やアセチルアセトンのような酸化チタンの表面修飾試薬を用いることもできる。
【0202】
また、塗布液(受光層材料)中には、必要に応じて、例えばポリエチレングリコールのようなバインダー、可塑剤、酸化防止剤等の各種添加物を添加してもよい。
【0203】
[受光層4の形成]
<A’5> 第1の電極3の上面に、塗布法(例えば、ディッピング等)により、塗布液を塗布・乾燥して膜状体(塗膜)を形成する。また、塗布・乾燥の操作を複数回行って積層するようにしてもよい。これにより、受光層4を得る。
【0204】
次いで、この受光層4に、必要に応じて、例えば、温度250〜500℃程度で0.5〜3時間程度、熱処理(例えば、焼成等)を施してもよい。これにより、単に接触するのに止まっていた酸化チタン粉末(受光層材料の粉末)同士は、その接触部位に拡散が生じ、酸化チタン粉末同士がある程度固着(固定)するようになる。
【0205】
<A’6> 前記工程<A6>と同様の工程を行う。
【0206】
<3B>:酸素欠陥形成法(膜状体に施す場合)
[酸化チタン粉末(受光層材料の粉末)の調製]
<B’0> 前記工程<B0>と同様の工程を行う。
【0207】
[塗布液(受光層材料)の調製]
<B’1>〜<B’4> 前記工程<A’1>〜<A’4>と同様の工程を行う。
【0208】
[受光層4の形成]
<B’5> 前記工程<A’5>と同様の工程を行った後、前記工程<B5>と同様にして熱処理を行う。
【0209】
<B’6> 必要に応じて、前記工程<A’6>と同様の工程を行う。
【0210】
<3C’>:原子置換法
[酸化チタン粉末(受光層材料の粉末)の調製]
<C’0> 前記工程<C0>と同様の工程を行う。
【0211】
[塗布液(受光層材料)の調製]
<C’1>〜<C’3> 前記工程<A’1>〜<A’3>と同様の工程を行う。
【0212】
<C’4> 前記工程<A’4>と同様の工程において、懸濁液中に、前記工程<C3>と同様にして、前記無機増感剤、および、必要に応じて、前記焼結助剤を添加して混練する。これにより、塗布液(受光層材料)を調製する。
【0213】
[受光層4の形成]
<C’5> 前記工程<A’5>と同様の工程を行った後、前記工程<C5>で記載した操作と同様にして焼成を行う。
以上のような工程を経て、受光層4が得られる。
【0214】
<4> 次に、受光層4の上面に、正孔輸送層5を形成する。
正孔輸送層5は、例えばCuI等のイオン伝導特性を有する物質を含む正孔輸送層材料(電極材料)を、受光層4の上面に、例えば、ディッピング、滴下、ドクターブレード、スピンコート、刷毛塗り、スプレー塗装、ロールコーター等の各種塗布法により、塗布して形成するのが好ましい。
【0215】
このような塗布法によれば、正孔輸送層5を受光層4の孔41内により確実に浸透するようにして形成することができる。
【0216】
また、塗膜形成後に、かかる塗膜に熱処理を施すようにしてもよいが、正孔輸送層材料の受光層4の上面への塗布は、受光層4を加熱しつつ行うのが好ましい。これにより、より迅速に正孔輸送層5を形成すること、すなわち、太陽電池1Aの製造時間の短縮に有利である。
【0217】
この加熱温度としては、好ましくは温度50〜150℃程度とされる。なお、塗膜形成後、熱処理を行う場合には、かかる熱処理の前に、塗膜の乾燥を行ってもよい。
また、以上のような操作は、複数回繰り返して行うようにしてもよい。
【0218】
より具体的には、80℃程度に加熱したホットプレート上に、基板2、第1の電極3、バリヤ層8および受光層4の積層体を設置し、正孔輸送層材料を、受光層4の上面に滴下して、乾燥する。この操作を複数回行って、前述したような平均厚さの正孔輸送層5を形成する。
【0219】
正孔輸送層材料に用いる溶媒としては、特に限定されないが、例えば、アセトニトリル、エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール等の有機溶剤、あるいは、各種水等の1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0220】
なお、イオン伝導特性を有する物質を溶解する溶媒としては、アセトニトリルが好適に使用される。また、イオン伝導特性を有する物質のアセトニトリル溶液中には、バインダーとして、例えばシアノレジン等のシアノエチル化物を添加するとよい。この場合、イオン伝導特性を有する物質に対しシアノエチル化物を、質量比(重量比)で、5〜0.5wt%で混合(配合)するのが好ましい。
【0221】
また、正孔輸送層材料は、正孔の輸送効率を向上させる機能を有する正孔輸送効率向上物質を含有しているのが好ましい。正孔輸送層材料がこの正孔輸送効率向上物質を含有していると、正孔輸送層5は、イオン伝導特性の向上により、キャリア移動度がより大きくなる。その結果、正孔輸送層5は、その電気伝導性が向上する。
【0222】
正孔輸送効率向上物質としては、特に限定されないが、例えば、ハロゲン化アンモニウム等のハロゲン化物が挙げられ、特に、テトラプロピルアンモニウムヨーダイド(TPAI)等のハロゲン化アンモニウムを用いるのが好ましい。正孔輸送効率向上物質として、ハロゲン化アンモニウム、特に、テトラプロピルアンモニウムヨーダイドを用いることにより、正孔輸送層5は、イオン伝導特性がより向上することにより、キャリア移動度がさらに大きくなる。その結果、正孔輸送層5は、その電気伝導性がさらに向上する。
【0223】
この正孔輸送効率向上物質の正孔輸送層材料中の含有量は、特に限定されないが、1×10-4〜1×10-1wt%(重量%)程度であるのが好ましく、1×10-4〜1×10-2wt%程度であるのがより好ましい。このような数値範囲内において、前記の効果がさらに顕著となる。
【0224】
また、正孔輸送層5を、イオン伝導特性を有する物質を主材料として構成する場合には、正孔輸送層材料は、イオン伝導特性を有する物質が結晶化する際に、その結晶サイズが増大するのを抑制する結晶サイズ粗大化抑制物質を含有しているのが好ましい。
【0225】
この結晶サイズ粗大化抑制物質としては、特に限定されないが、例えば、前述したシアノエチル化物、正孔輸送効率向上物質の他、チオシアン酸塩(ロダン化物)等が挙げられる。また、結晶サイズ粗大化抑制物質は、これらのうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0226】
なお、チオシアン酸塩としては、例えば、チオシアン酸ナトリウム(NaSCN)、チオシアン酸カリウム(KSCN)、チオシアン酸銅(CuSCN)、チオシアン酸アンモニウム(NHSCN)等が挙げられる。
【0227】
また、結晶サイズ粗大化抑制物質として、正孔輸送効率向上物質を用いる場合には、ハロゲン化アンモニウムが好適である。正孔輸送効率向上物質の中でも、ハロゲン化アンモニウムは、イオン伝導特性を有する物質の結晶サイズが増大するのを抑制する機能が、特に優れている。
【0228】
ここで、正孔輸送層材料が、この結晶サイズ粗大化抑制物質を含有していないと、イオン伝導特性を有する物質の種類、前述した加熱温度等によっては、イオン伝導特性を有する物質が結晶化する際に、その結晶サイズが大きくなり過ぎ、結晶の体積膨張が過度に進む場合がある。特に、かかる結晶化がバリヤ層8の孔(微少孔)内で生じると、バリヤ層8にクラックが発生し、その結果、正孔輸送層5と第1の電極3との間で、部分的に接触等による短絡が生じる場合がある。
【0229】
また、イオン伝導特性を有する物質の結晶サイズが大きくなると、イオン伝導特性を有する物質の種類等によっては、受光層4との接触性が低下してしまう場合がある。その結果、受光層4から、イオン伝導特性を有する物質、すなわち、正孔輸送層5が剥離してしまう場合ある。
【0230】
よって、このような太陽電池は、光電変換効率等のデバイスとしての特性が低下してしまうことがある。
【0231】
これに対し、正孔輸送層材料が、この結晶サイズ粗大化抑制物質を含有していると、イオン伝導特性を有する物質は、結晶サイズの増大が抑制され、結晶サイズが極小または比較的小さいものとなる。
【0232】
例えば、CuIのアセトニトリル溶液中に、チオシアン酸塩を添加すると、飽和状態で溶解しているCuIのうちのCu原子のまわりにチオシアン酸イオン(SCN)が吸着し、Cu−S(硫黄、Sulfor)結合が生じる。これにより、飽和状態で溶解しているCuI分子同士の結合が著しく阻害され、結果として、CuIの結晶成長を防止することができるので、微細に成長したCuI結晶を得ることができる。
【0233】
このようなことから、太陽電池1Aは、前述したようなイオン伝導特性を有する物質の結晶サイズの粗大化による不都合を好適に抑制することができる。
【0234】
また、この結晶サイズ粗大化抑制物質の正孔輸送層材料中の含有量としては、特に限定されないが、1×10- 〜10wt%(重量%)程度であるのが好ましく、1×10-4〜1×10-2wt%程度であるのがより好ましい。このような数値範囲内において、前記の効果がさらに顕著となる。
【0235】
また、正孔輸送層5を、前述したようなp型半導体材料で構成する場合には、このp型半導体材料を、例えば、アセトン、イソプロピルアルコール(IPA)、エタノール等の各種有機溶媒(またはこれらを含む混合溶媒)に溶解(または懸濁)して、正孔輸送層材料を調製するようにする。この正孔輸送層材料を用いて、前記と同様にして、正孔輸送層5を成膜(形成)する。
【0236】
<5> 次に、第2の電極6を、正孔輸送層5の上面に形成する。
第2の電極6は、例えば白金等で構成される第2の電極6の材料を、例えば、蒸着法、スパッタリング法、印刷法等を用いることにより、形成することができる。
以上のような工程を経て、太陽電池1Aが製造される。
【0237】
次に、太陽電池1Aの他の製造方法について説明する。
図5は、第1実施形態の太陽電池の他の製造方法を説明するための図(受光層と正孔輸送層とを接合する前の状態を示す拡大断面図)である。なお、以下の説明では、図5中、各層(各部材)の上側の面を「上面」、下側の面を「下面」と言う。
【0238】
以下、太陽電池1Aの他の製造方法について、前記の製造方法との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【0239】
この方法では、図5に示すように、第2の電極6の下面(一方の面)に正孔輸送層材料を塗付した塗膜の積層体12Aと、基板2、第1の電極3および受光層4の積層体11Aとを、受光層4と正孔輸送層5とを接触するように接合して、太陽電池1Aを製造する。
【0240】
<1’>〜<3’> 前記工程<1>〜<3>と同様の工程を行う。これにより、積層体11Aが得られる。
【0241】
<4’> 一方、例えば白金等からなる第2の電極6の一方の面に、正孔輸送層材料を塗付する。
【0242】
これは、前記工程<4>と同様にして行うことができる。なお、この場合、塗膜への熱処理は省略され、正孔輸送層材料の塗膜は、固化していない状態となっている。これにより、積層体12Aが得られる。
【0243】
以下、この固化してない状態の正孔輸送層材料の塗膜を、正孔輸送層5と言う。
【0244】
なお、このとき、正孔輸送層5の下面(図5中下側の面)には、複数の凸部51が形成され、凸凹状態となっている。
【0245】
<5’> 次に、前記積層体11Aと、前記積層体12Aとを、受光層4と正孔輸送層5とを接触するようにして接合する。
【0246】
ここで、仮にバリヤ層8が設置されない太陽電池では、特に、受光層4の空孔率(多孔質の度合い)を大きくすると、正孔輸送層5は、各凸部51から受光層4の孔41内にめり込み(浸透し)、さらには、受光層4を突き抜けて、各凸部51のほぼ全て(正孔輸送層5の一部)が第1の電極3と接触してしまうことがある。これにより、このような太陽電池では、漏れ電流が多くなり、発電効率が低下する。
【0247】
これに対し、太陽電池1Aでは、バリヤ層(短絡防止手段)8が設けられているので、図5に示す状態から、積層体12Aを積層体11Aに接近させると、正孔輸送層5は、各凸部51から、受光層4の孔41内にめり込む(浸透する)ように進入していく。しかし、正孔輸送層5は、バリヤ層8に到達すると、バリヤ層8により、それ以上、第1の電極3への接近が阻止される。
【0248】
また、正孔輸送層5が、受光層4の孔41内に浸透する(埋入する)ようにして、これらを接合することにより、前述したような整流障壁の表面積(形成領域)を増大させることができる。このため、受光層4で発生した正孔の正孔輸送層5への伝達をより効率よく行うことができる。
【0249】
よって、このような太陽電池1Aでは、漏れ電流の発生が防止または抑制され、発電効率(光電変換効率)が向上する。
【0250】
<第2実施形態>
次に、第2実施形態の太陽電池について説明する。
【0251】
図6は、第2実施形態の太陽電池の構成を示す断面図、図7は、第2実施形態の太陽電池の製造方法を説明するための図(受光層と正孔輸送層とを接合する前の状態を示す拡大断面図)である。なお、以下の説明では、図6および図7中、各層(各部材)の上側の面を「上面」、下側の面を「下面」と言う。
【0252】
以下、図6に示す太陽電池1Bについて、前記第1実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略する。
【0253】
第2実施形態の太陽電池1Bでは、短絡防止手段として、バリヤ層に代わり、スペーサが設けられ、それ以外は、前記第1実施形態の太陽電池1Aと同様である。
【0254】
すなわち、第1の電極3と第2の電極6との間には、受光層4と正孔輸送層5とを囲むようにスペーサ7が設置されている。
【0255】
このスペーサ7は、第1の電極3と正孔輸送層5との間隔を規定する(一定に保持する)ものである。
【0256】
このようなスペーサ7は、絶縁材料で構成されている。この絶縁材料としては、例えば、紫外線硬化性樹脂のような光硬化性樹脂、エポキシ樹脂のような熱硬化性樹脂等のうちの1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。
【0257】
なお、スペーサ7は、第1の電極3と正孔輸送層5との間隔を規定できるものであれば、受光層4および正孔輸送層5の全周を覆うような構成でなくてもよく、例えば、球体、棒状体(例えば、断面形状が円形、楕円形、あるいは、三角形、四角形のような多角形等)等を、これらの周囲に配設するような構成のものであってもよい。
【0258】
この太陽電池1Bは、前記第1実施形態の太陽電池1Aとほぼ同様の製造工程(第1実施形態の他の製造方法を参照)を経て製造することができ、この場合、最終工程において、基板2、第1の電極3、受光層4およびスペーサ7からなる積層体11Bと、正孔輸送層材料の塗膜(正孔輸送層5)および第2の電極6からなる積層体12Bとを、受光層4と正孔輸送層材料の塗膜とを接触するようにして接合する。
【0259】
ここで、仮にスペーサ7が設置されない太陽電池では、特に、受光層4の空孔率(多孔質の度合い)を大きくすると、正孔輸送層5は、各凸部51から受光層4の孔41内にめり込み(浸透し)、さらには、受光層4を突き抜けて、各凸部51のほぼ全て(正孔輸送層5の一部)が第1の電極3と接触してしまうことがある。これにより、このような太陽電池では、漏れ電流が多くなり、発電効率が低下する。
【0260】
これに対し、太陽電池1Bでは、スペーサ(短絡防止手段)7が設けられているので、図7に示す状態から、積層体12Bを積層体11Bに接近させると、正孔輸送層5は、各凸部51から、受光層4の孔41内にめり込む(浸透する)ように進入していく。しかし、スペーサ7の上面と第2の電極6の下面とが当接すると、それ以上、積層体12Bと積層体11Bとが接近するのが阻止される。このとき、正孔輸送層5は、受光層4の孔41内に、十分に浸透した状態となる。
【0261】
また、スペーサ7の平均厚さ(図7中長さH)は、正孔輸送層5(凸部51)が第1の電極3へ接触しない程度の大きさに設定されている。
【0262】
このようなことから、太陽電池1Bでは、正孔輸送層5の第1の電極3への接触が防止または抑制される。よって、このような太陽電池1Bでは、漏れ電流の発生が防止または抑制され、発電効率(光電変換効率)が向上する。
【0263】
このような観点からは、スペーサ7の平均厚さHと、正孔輸送層5の最大厚さ(図7中長さh1)および受光層4の最大厚さ(図7中長さh2)とは、例えば、h1+h2>H≧h1なる関係を満たすのが好ましく、1.1h1≧H≧h1なる関係を満たすのがより好ましい。スペーサ7の平均厚さHを前記範囲内とすることにより、第1の電極3と正孔輸送層5との間での接触等による短絡を好適に防止または抑制しつつ、正孔輸送層5と受光層4との接触面積を十分に確保することができる。
【0264】
なお、本実施形態においても、前記第1実施形態で記載したバリヤ層8と同様の構成のバリヤ層を、受光層4の下部(受光層4と第1の電極3との間)に設けることにより、前記効果をより向上することができる。
【0265】
以上、本発明の光電変換素子を図示の各実施形態に基づいて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。光電変換素子を構成する各部は、同様の機能を発揮し得る任意の構成のものと置換することができる。
【0266】
本発明の光電変換素子は、前記第1および第2実施形態のうちの、任意の2以上の構成を組み合わせたものであってもよい。
【0267】
なお、本発明の光電変換素子は、太陽電池のみならず、例えば、光センサー、光スイッチのような、光を受光して電気エネルギーに変換する各種素子(受光素子)に適用することができるものである。
【0268】
また、本発明の光電変換素子では、光の入射方向は、図示のものとは異なり、逆方向からであってもよい。すなわち、光の入射方向は、任意である。
【0269】
【実施例】
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
【0270】
(実施例1)
次のようにして、図1に示す太陽電池を製造した。
【0271】
まず、寸法:縦30mm×横35mm×厚さ1.0mmのソーダガラス基板を用意した。次に、このソーダガラス基板を85℃の洗浄液(硫酸と過酸化水素水との混合液)に浸漬して洗浄を行い、その表面を清浄化した。
【0272】
−1− 次に、ソーダガラス基板の上面に、蒸着法により、寸法:縦30mm×横35mm×厚さ1μmのFTO電極(第1の電極)を形成した。
【0273】
−2− 次に、形成したFTO電極の上面の縦30mm×横30mmの領域に、バリヤ層を形成した。これは、次のようにして行った。
【0274】
[バリヤ層材料の調製]
まず、チタンテトライソプロポキシド(有機チタン化合物)を、2−n−ブトキシエタノールに0.5mol/Lとなるように溶解した。
【0275】
次いで、この溶液に、ジエタノールアミン(添加物)を添加した。なお、ジエタノールアミンとチタンテトライソプロポキシドとの配合比は、2:1(モル比)となるようにした。
【0276】
これにより、バリヤ層材料を得た。なお、バリヤ層材料の粘度は、3.3cP(常温)であった。
【0277】
[バリヤ層の形成]
バリヤ層材料をスピンコート(塗布法)により塗布し、塗膜を得た。なお、このスピンコートは、回転数を1500rpmで行った。
【0278】
次いで、ソーダガラス基板、FTO電極および塗膜の積層体を、ホットプレート上に設置して、160℃で10分間、熱処理を施すことにより塗膜を乾燥した。
【0279】
さらに、かかる積層体を、480℃で30分間、オーブン内で熱処理を施すことにより、塗膜中に残存する有機成分を除去した。
かかる操作を10回繰り返して積層するようにした。
【0280】
これにより、空孔率が1%未満のバリヤ層を得た。なお、このバリヤ層の平均厚さは、1.2μmであった。
【0281】
−3− 次に、バリヤ層の上面(全体)に受光層を形成した。これは、次のようにして行った。
【0282】
[酸化チタン粉末の調製]
水素雰囲気中で、1000℃で0.5時間、熱処理を行うことにより酸素欠陥形成法を施したルチル型の二酸化チタン粉末と、アナターゼ型の二酸化チタン粉末との混合物からなる酸化チタン粉末を用意した。なお、酸化チタン粉末の平均粒径は、40nmであり、ルチル型の二酸化チタン粉末とアナターゼ型の二酸化チタン粉末との配合比は、重量比で60:40とした。
【0283】
[ゾル液(受光層材料)の調製]
まず、チタンテトライソプロポキシドを、2−プロパノールに1mol/Lとなるように溶解した。
【0284】
次いで、この溶液に、酢酸(添加物)と、蒸留水とを混合した。なお、酢酸とチタンテトライソプロポキシドとの配合比は、1:1(モル比)となるように、また、蒸留水とチタンテトライソプロポキシドとの配合比は、1:1(モル比)となるようにした。
【0285】
次いで、かかる溶液に、調製した酸化チタン粉末を混合した。さらに、この懸濁液を2−プロパノールで2倍に希釈した。これにより、ゾル液(受光層材料)を調製した。
なお、酸化チタン粉末のゾル液中の含有量を、3wt%とした。
【0286】
[受光層の形成]
ソーダガラス基板、FTO電極およびバリヤ層の積層体を、140℃に加熱したホットプレート上に設置し、バリヤ層の上面に、ゾル液(受光層材料)を滴下(塗布法)し、乾燥した。この操作を7回繰り返し行って積層するようにした。
【0287】
これにより、空孔率が36%の受光層を得た。なお、この受光層の平均厚さは、8.5μmであった。
【0288】
なお、バリヤ層と受光層との全体における厚さ方向の抵抗値は、1kΩ/cm2以上であった。
【0289】
−4− 次いで、ソーダガラス基板、FTO電極および受光層の積層体を、80℃に加熱したホットプレート上に設置し、受光層の上面に、CuIのアセトニトリル溶液(正孔輸送層材料)を滴下し、乾燥した。この操作を繰り返し行って積層するようにして、寸法:縦30mm×横30mm×厚さ30μmのCuI層(正孔輸送層)を形成した。
【0290】
なお、アセトニトリル溶液中には、正孔輸送効率向上物質として、テトラプロピルアンモニウムヨーダイドを1×10-3wt%となるように添加した。
【0291】
また、アセトニトリル溶液中には、CuIのバインダーとして、シアノレジン(シアノエチル化物)を添加した。なお、CuIとシアノレジンとが、質量比(重量比)で、97:3となるように配合した。
【0292】
さらに、アセトニトリル溶液中には、結晶サイズ粗大化抑制物質として、チオシアン酸ナトリウム(NaSCN)を1×10-3wt%となるように添加した。
【0293】
−5− 次いで、CuI層の上面に、蒸着法により、寸法:縦30mm×横30mm×厚さ0.1mmの白金電極(第2の電極)を形成した。
【0294】
(実施例2)
以下に示すバリヤ層材料を用いて、バリヤ層の形成における操作を2回繰り返したこと、および、以下に示す酸化チタン粉末を用いたこと以外は、前記実施例1と同様にして太陽電池を製造した。
【0295】
−2− バリヤ層の形成
[バリヤ層材料の調製]
まず、四塩化チタン(無機チタン化合物)を、無水エタノールに1.0mol/Lとなるように溶解した。
【0296】
これにより、バリヤ層材料を得た。なお、バリヤ層材料の粘度は、1.2cP(常温)であった。
【0297】
また、得られたバリヤ層は、空孔率が1%未満であり、平均厚さが2.0μmであった。
【0298】
−3− 受光層の形成
[酸化チタン粉末の調製]
ルチル型の二酸化チタン粉末と、アナターゼ型の二酸化チタン粉末との混合物からなる酸化チタン粉末を用意した。なお、酸化チタン粉末の平均粒径は、40nmであり、ルチル型の二酸化チタン粉末とアナターゼ型の二酸化チタン粉末との配合比は、重量比で60:40とした。
【0299】
次いで、酸化チタン粉末に、水素雰囲気中で、1000℃で0.5時間、熱処理を行うことにより酸素欠陥形成法を施した。
【0300】
なお、得られた受光層は、空孔率が34%であり、平均厚さが7.5μmであった。
【0301】
また、得られた受光層には、ルチル型の二酸化チタンとアナターゼ型の二酸化チタンとが、70:30で存在した。
【0302】
また、バリヤ層と受光層との全体における厚さ方向の抵抗値は、1kΩ/cm2以上であった。
【0303】
(実施例3)
以下に示すバリヤ層材料を用いて、バリヤ層の形成における操作を3回繰り返したこと、および、酸化チタン粉末に代わり、膜状体(塗膜)に酸素欠陥形成法を施したこと以外は、前記実施例1と同様にして太陽電池を製造した。
【0304】
−2− バリヤ層の形成
[バリヤ層材料の調製]
まず、チタンオキシアセチルアセトナート(有機チタン化合物)を、2−ブタノールに1.5mol/Lとなるように溶解した。
【0305】
これにより、バリヤ層材料を得た。なお、バリヤ層材料の粘度は、1.5cP(常温)であった。
【0306】
なお、得られたバリヤ層は、空孔率が1%未満であり、平均厚さが3.4μmであった。
【0307】
−3− 受光層の形成
[ゾル液(受光層材料)の調製]
前記実施例1と同様にしてゾル液(受光層材料)を調製した。
【0308】
なお、膜状体(塗膜)に対して酸素欠陥形成法を施すため、酸化チタン粉末への酸素欠陥形成法による熱処理は、省略した。
【0309】
[受光層の形成]
前記実施例1と同様にして膜状体(塗膜)を形成し、次いで、膜状体に、水素雰囲気中で、1000℃で0.5時間、熱処理(酸素欠陥形成法)を行うことにより受光層を得た。
【0310】
なお、得られた受光層は、空孔率が32%であり、平均厚さが6.7μmであった。
【0311】
また、得られた受光層には、ルチル型の二酸化チタンとアナターゼ型の二酸化チタンとが、75:25で存在した。
【0312】
また、バリヤ層と受光層との全体における厚さ方向の抵抗値は、1kΩ/cm2以上であった。
【0313】
(実施例4)
以下に示すバリヤ層材料を用いて、バリヤ層の形成における操作を5回繰り返したこと、および、酸素欠陥形成法に代わり、原子置換法を用いたこと以外は、前記実施例3と同様にして太陽電池を製造した。
【0314】
−2− バリヤ層の形成
[バリヤ層材料の調製]
まず、チタンテトライソプロポキシド(有機チタン化合物)を、2−プロパノールに2.0mol/Lとなるように溶解した。
【0315】
次いで、この溶液に、酢酸(添加物)を添加した。なお、酢酸とチタンテトライソプロポキシドとの配合比は、1:1(モル比)となるようにした。
【0316】
これにより、バリヤ層材料を得た。なお、バリヤ層材料の粘度は、1.7cP(常温)であった。
【0317】
なお、得られたバリヤ層は、空孔率が1%未満であり、平均厚さが4.5μmであった。
【0318】
−3− 受光層の形成
[ゾル液(受光層材料)の調製]
前記実施例1と同様にして調製した希釈前の懸濁液に、三酸化二クロム(無機増感剤)および三酸化モリブデン(焼結助剤)とを混合し、かかる懸濁液を希釈することによりゾル液(受光層材料)を調製した。なお、三酸化二クロムおよび三酸化モリブデンの配合比は、以下の通りである。
【0319】
<三酸化二クロム> 酸化チタン粉末1gに対して、0.9μmol
<三酸化モリブデン> 酸化チタン粉末:三酸化モリブデン=90:10(体積比)
【0320】
[受光層の形成]
前記実施例3と同様にして膜状体(塗膜)を形成し、次いで、膜状体を、大気中で、800℃で3時間焼成することにより、受光層を得た。
【0321】
なお、得られた受光層は、空孔率が33%であり、平均厚さが6.9μmであった。
【0322】
また、バリヤ層と受光層との全体における厚さ方向の抵抗値は、1kΩ/cm2以上であった。
【0323】
(実施例5)
バリヤ層に代わり、スペーサを有する図6に示す太陽電池(光電変換素子)を、前記実施例1と同様にして製造した。
【0324】
−0’−、−1’− 前記実施例1の工程−0−および−1−と同様にして行った。
【0325】
−2’− 次に、形成したFTO電極の上面の縦30mm×横30mmの領域に、受光層を形成した。これは、前記実施例1の工程−3−と同様にして行った。
【0326】
これにより、空孔率が34%の受光層を得た。なお、この受光層の最大厚さは、10.5μmであった。また、受光層の厚さ方向の抵抗値は、20Ω/cm2であった。
【0327】
−3’− 次に、受光層の外縁部を、エポキシ樹脂(スペーサの材料)で囲んだ後、固化させた。
【0328】
これにより、ソーダガラス基板、FTO電極、受光層およびスペーサの積層体を得た。なお、このスペーサの平均厚さは、31.0μmであった。
【0329】
−4’− 次に、白金電極(第2の電極)の一方の面の縦30mm×横30mmの領域に、CuIのアセトニトリル溶液(正孔輸送層材料)を塗付した。これは、前記実施例1の工程−5−と同様にして行ったが、熱処理を省略した。
【0330】
これにより、白金電極とCuI塗膜(CuI層)の積層体を得た。なお、このCuI層の最大厚さは、30.1μmであった。
【0331】
−5’− 次に、前記積層体同士を、受光層とCuI層とを接触するようにして接合した。
【0332】
(比較例)
バリヤ層(短絡防止手段)を省略したこと以外は、前記実施例1と同様にして太陽電池を製造した。
【0333】
なお、得られた受光層は、空孔率が34%であり、平均厚さが10.2μmであった。
また、受光層の厚さ方向の抵抗値は、20Ω/cm2であった。
【0334】
(評価1)
実施例1〜5および比較例において製造した太陽電池において、FTO電極が正、白金電極が負となるようにして、0.5Vの電圧を印加したときの、抵抗値を、それぞれ測定した。
【0335】
(評価2)
実施例1〜5および比較例において製造した太陽電池に、それぞれ、人工太陽灯の光を照射し、このときの光電変換効率を測定した。なお、受光層への光の入射角度は、90°と52°に設定し、光の入射角度が90°のときの光電変換効率をR90とし、52°のときの光電変換効率をR52とした。
これらの評価1および評価2の結果を表1に示す。
【0336】
【表1】

Figure 0004461657
【0337】
表1に示す結果から、短絡防止手段(バリヤ層またはスペーサ)を有する太陽電池(実施例1〜5)では、FTO電極とCuI層との間での接触等による短絡が好適に防止または抑制され、光電変換効率に優れるものであった。
【0338】
これに対し、バリヤ層(短絡防止手段)を省略した比較例の太陽電池では、光電変換効率に劣るものであった。
【0339】
比較例において光電変換効率が劣るのは、評価1の結果からも明らかなように、FTO電極とCuI層との間での短絡(接触)による漏れ電流の発生が原因であると考えられる。
【0340】
また、実施例1〜5の太陽電池は、いずれも、R52/R90が0.85以上であり、このことは、実施例1〜5の太陽電池が、光に対する指向性がより低いことを示すものであった。
【0341】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、短絡防止手段を設けたことにより、第1の電極と正孔輸送層との間での接触等による短絡を好適に防止または抑制しつつ、効率よく電子を発生することができ、その結果、極めて優れた光電変換効率が得られる。
【0342】
受光層材料の粉末を含有するゾル液を用いるゾル・ゲル法を用いることにより、受光層をより容易かつ確実に形成することができる。
【0343】
また、短絡防止手段としてバリヤ層を設ける場合には、MOD法を用いることにより、バリヤ層をより容易かつ確実に形成することができる。
また、本発明の光電変換素子は、製造が容易であり、安価に製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の光電変換素子を太陽電池に適用した場合の第1実施形態を示す部分断面図である。
【図2】 第1実施形態の太陽電池の厚さ方向の中央部付近の断面を示す拡大図である。
【図3】 受光層の断面を示す部分拡大図である。
【図4】 図1に示す太陽電池回路の等価回路を示す図である。
【図5】 第1実施形態の太陽電池の他の製造方法を説明するための図(受光層と正孔輸送層とを接合する前の状態を示す拡大断面図)である。
【図6】 第2実施形態の太陽電池の構成を示す断面図である。
【図7】 第2実施形態の太陽電池の製造方法を説明するための図(受光層と正孔輸送層とを接合する前の状態を示す拡大断面図)である。
【符号の説明】
1A、1B……太陽電池 2……基板 3……第1の電極 4……受光層 41……孔 5……正孔輸送層 51……凸部 6……第2の電極 7……スペーサ 8……バリヤ層 11A……積層体 12A……積層体 11B……積層体12B……積層体 100……外部回路 200……ダイオード[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a photoelectric conversion element.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, solar cells (photoelectric conversion elements) using silicon have attracted attention as environmentally friendly power sources. Among solar cells using silicon, there are single crystal silicon type solar cells used for artificial satellites and the like. However, as practical ones, especially solar cells using polycrystalline silicon and amorphous silicon are used. Practical use of solar cells for industrial use and home use has begun.
[0003]
However, all of these solar cells using silicon are expensive to manufacture and require a large amount of energy for manufacturing, and are not necessarily energy-saving power sources.
[0004]
In addition, dye-sensitized wet solar cells such as those disclosed in JP-A-01-220380, JP-A-05-504023 and JP-A-06-511113 use an electrolyte solution having a high vapor pressure. There was a problem that the electrolyte solution volatilized.
[0005]
In order to compensate for these drawbacks, the announcement of fully solid dye-sensitized solar cells (K. Tennakone, GRRA Kumara, IRM Kottegoda, KGU Wijiayantha, and VPS Perera: J. Phys. D: Appl. Phys. 31 (1998) 1492). This solar cell is made of TiO2An electrode in which layers are laminated, and TiO2And a p-type semiconductor layer provided on the layer. However, such a solar cell has a p-type semiconductor layer of TiO2There was a drawback that it penetrated the layer and shorted with the electrode.
[0006]
In this announcement, CuI is used as a constituent material of the p-type semiconductor layer. This solar cell using CuI has a problem that the generated current decreases due to deterioration due to an increase in CuI crystal grains.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a solid-state dye-sensitized photoelectric conversion element that can be manufactured at low cost and has excellent photoelectric conversion efficiency.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  Such purposes are as follows (1) to (19This is achieved by the present invention.
[0009]
  (1) a first electrode;
  A second electrode disposed opposite the first electrode;
  A light-receiving layer located between the first electrode and the second electrode, at least a portion of which is porous;
  A hole transport layer located between the light receiving layer and the second electrode;
  A photoelectric conversion element in which a rectifying barrier is formed at an interface between the light receiving layer and the hole transport layer,
  As a short-circuit prevention means for preventing or suppressing a short circuit between the first electrode and the hole transport layer, electrical conductivity equivalent to that of the light receiving layer is provided between the first electrode and the light receiving layer. Having a barrier layer having a porosity of 2% or less,
  The thickness ratio between the barrier layer and the light receiving layer is 1:99 to 40:60, and the barrier layer has a porosity smaller than the porosity of the light receiving layer. When the porosity of the layer is A [%] and the porosity of the light receiving layer is B [%], B / A is 10 or more,
  The barrier layer is mainly composed of titanium oxide formed by a sol-gel method using a barrier layer material containing titanium alkoxide,
  The light-receiving layer is mainly composed of titanium oxide formed by a sol-gel method using a light-receiving layer material containing titanium alkoxide and titanium oxide powder.And
The hole transport layer is mainly composed of a metal iodide compound which is a substance having ion conduction characteristics, and a hole transport layer material containing the substance having ion conduction characteristics is applied onto the dye layer by a coating method. Formed by coating,
The hole transport layer material contains thiocyanate as a crystal size coarsening inhibitor having a function of suppressing an increase in crystal size when the metal iodide compound is crystallized.The photoelectric conversion element characterized by the above-mentioned.
(2) The crystal size coarsening-suppressing substance binds to a metal atom of the metal iodide compound to suppress an increase in crystal size when the metal iodide compound is crystallized (1) ).
  (3)A first electrode;
A second electrode disposed opposite the first electrode;
A light-receiving layer located between the first electrode and the second electrode, at least a portion of which is porous;
A hole transport layer located between the light receiving layer and the second electrode;
A photoelectric conversion element in which a rectifying barrier is formed at an interface between the light receiving layer and the hole transport layer,
As a short-circuit prevention means for preventing or suppressing a short circuit between the first electrode and the hole transport layer, electrical conductivity equivalent to that of the light receiving layer is provided between the first electrode and the light receiving layer. Having a barrier layer having a porosity of 2% or less,
The thickness ratio between the barrier layer and the light receiving layer is 1:99 to 40:60, and the barrier layer has a porosity smaller than the porosity of the light receiving layer. When the porosity of the layer is A [%] and the porosity of the light receiving layer is B [%], B / A is 10 or more,
The barrier layer is mainly composed of titanium oxide formed by a sol-gel method using a barrier layer material containing titanium alkoxide,
The light receiving layer is mainly composed of titanium oxide formed by a sol-gel method using a light receiving layer material containing titanium alkoxide and titanium oxide powder,
The hole transport layer is mainly composed of a metal iodide compound which is a substance having ion conduction characteristics, and a hole transport layer material containing the substance having ion conduction characteristics is applied onto the dye layer by a coating method. Formed by coating,
The hole transport layer material contains an ammonium halide as a hole transport efficiency improving substance having a function of improving hole transport efficiency.
[0017]
  (4The above barrier layer is formed by the MOD (Metal Organic Deposition or Metal Organic Decomposition) method.One of (1) to (3)The photoelectric conversion element as described in 2.
[0018]
  (5The barrier layer material used when forming the barrier layer by the MOD method includes a titanium alkoxide and an additive having a function of stabilizing the titanium alkoxide.4).
[0019]
  (6The above additive is a hydrolysis inhibitor that inhibits hydrolysis of the titanium alkoxide by substituting the alkoxyl group of the titanium alkoxide and coordinating with the titanium atom of the titanium alkoxide.5).
[0020]
  (7) The resistance value in the thickness direction of the entire barrier layer and the light receiving layer is 100 Ω / cm2Above (1) to ()6).
[0022]
  (8The interface between the barrier layer and the light receiving layer is unclear (1) to (1)7).
[0023]
  (9The barrier layer and the light receiving layer are integrally formed with each other (1) to (1)8).
[0024]
  (10(1) to (1) in which a part of the light receiving layer functions as the barrier layer.9).
[0027]
  (11The light-receiving layer is subjected to a visualization process that enables absorption of light having a wavelength in the visible light region.10).
[0028]
  (12The light-receiving layer has a film shape (1) to (11).
[0031]
  (13The titanium oxide powder has an average particle diameter of 1 nm to 1 μm.12).
[0033]
  (14) The content of the titanium oxide powder in the light receiving layer material is 0.1 to 10% by weight.13).
[0034]
  (15The light-receiving layer is mainly composed of titanium dioxide (1) to (14).
[0039]
  (16The hole transport layer is formed by applying the hole transport layer material onto the light receiving layer while heating the light receiving layer.One of (1) to (15)The photoelectric conversion element as described in 2.
[0050]
  (17(1) to (1) having a substrate for supporting the first electrode.16).
[0051]
  (18) When a voltage of 0.5 V is applied so that the first electrode is positive and the second electrode is negative, the resistance value is 100 Ω / cm.2(1) to (1) having the above characteristics17).
[0053]
  (19(1) to (1) are solar cells.18).
[0054]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the photoelectric conversion element of the present invention shown in the accompanying drawings will be described in detail.
[0055]
<First Embodiment>
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a first embodiment when the photoelectric conversion element of the present invention is applied to a solar cell, and FIG. It is an enlarged view shown.
[0056]
A solar cell 1A shown in FIG. 1 is a so-called dry solar cell that does not require an electrolyte solution. A barrier layer 8 disposed on the upper surface of the light-receiving layer, a light-receiving layer 4 disposed on the upper surface of the barrier layer 8, a hole transport layer 5 disposed on the upper surface of the light-receiving layer 4, and a surface disposed on the upper surface of the hole transport layer 5. The second electrode 6 is provided.
[0057]
Hereinafter, each component will be described. In the following description, in FIGS. 1 and 2, the upper surface of each layer (each member) is referred to as “upper surface” and the lower surface is referred to as “lower surface”.
[0058]
The substrate 2 is for supporting the first electrode 3, the barrier layer 8, the light receiving layer 4, the hole transport layer 5, and the second electrode 6, and is composed of a flat plate member.
[0059]
In the solar cell 1A of the present embodiment, as shown in FIG. 1, light such as sunlight (hereinafter simply referred to as “light”) is incident from the substrate 2 and the first electrode 3 side described later, for example. (Irradiated) for use. For this reason, each of the substrate 2 and the first electrode 3 is preferably substantially transparent (colorless transparent, colored transparent, or translucent). Thereby, the light can efficiently reach the light receiving surface of the light receiving layer 4.
[0060]
Examples of the constituent material of the substrate 2 include various glass materials, various ceramic materials, various resin materials such as polycarbonate (PC) and polyethylene terephthalate (PET), and various metal materials such as aluminum.
[0061]
The average thickness of the substrate 2 is appropriately set depending on the material, application, and the like, and is not particularly limited. For example, the average thickness can be as follows.
[0062]
When the substrate 2 is made of a hard material such as a glass material, the average thickness is preferably about 0.1 to 1.5 mm, and preferably about 0.8 to 1.2 mm. More preferred.
[0063]
When the substrate 2 is made of a flexible material (flexible material) such as polyethylene terephthalate (PET), the average thickness is preferably about 0.5 to 150 μm, preferably 10 to 75 μm. More preferred is the degree.
In addition, the board | substrate 2 can also be abbreviate | omitted as needed.
[0064]
On the upper surface of the substrate 2, a layered (flat plate) first electrode 3 is provided. In other words, the first electrode 3 is disposed on the light receiving surface side of the light receiving layer 4 described later so as to cover the light receiving surface. The first electrode 3 receives electrons generated in the light receiving layer 4 through the barrier layer 8 and transmits the electrons to the external circuit 100 connected thereto.
[0065]
Examples of the constituent material of the first electrode 3 include indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), indium oxide (IO), and tin oxide (SnO).2), Metal oxides such as aluminum, nickel, cobalt, platinum, silver, gold, copper, molybdenum, titanium, tantalum or alloys containing them, or various carbon materials such as graphite. These can be used alone or in combination of two or more.
[0066]
The average thickness of the first electrode 3 is appropriately set depending on the material, application, and the like, and is not particularly limited. For example, the average thickness can be as follows.
[0067]
When the first electrode 3 is composed of the metal oxide (transparent conductive metal oxide), the average thickness is preferably about 0.05 to 5 μm, preferably 0.1 to 1.5 μm. More preferred is the degree.
[0068]
Further, when the first electrode 3 is made of the above metal or an alloy containing these or various carbon materials, the average thickness is preferably about 0.01 to 1 μm, More preferably, it is about 0.1 μm.
[0069]
In addition, the 1st electrode 3 is not limited to the thing of the structure of illustration, For example, the thing etc. which have the shape which has several comb teeth may be sufficient. In this case, since the light passes between the plurality of comb teeth and reaches the light receiving surface of the light receiving layer 4, the first electrode 3 may not be substantially transparent. Thereby, the range of selection of the constituent material of the 1st electrode 3, a formation method (manufacturing method), etc. can be expanded. In this case, the average thickness of the first electrode 3 is not particularly limited, but is preferably about 1 to 5 μm, for example.
[0070]
Further, as the first electrode 3, such a comb-like electrode and a transparent electrode made of ITO, FTO, or the like can be used in combination (for example, laminated).
[0071]
On the upper surface of the first electrode 3, a film-like (layer-like) barrier layer (short-circuit preventing means) 8 is provided. The details of this barrier layer will be described later.
[0072]
On the upper surface of the barrier layer 8, a light-receiving layer 4 preferably having a film shape (layer shape) is provided. That is, the light receiving layer 4 is located between the first electrode 3 and a second electrode 6 described later. The light receiving layer 4 generates electrons and holes by receiving light.
[0073]
Examples of the constituent material of the light receiving layer 4 include titanium dioxide (TiO 2).2), Titanium monoxide (TiO), dititanium trioxide (Ti)2O3) And the like, zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO)2) And other n-type semiconductor materials can be used, and one or more of these can be used in combination. Among these, titanium oxide, particularly, Titanium dioxide is preferably used. That is, it is preferable that the light receiving layer 4 is mainly composed of titanium dioxide.
[0074]
Since titanium dioxide is highly sensitive to light, light utilization efficiency is further improved in the light-receiving layer 4 mainly using titanium dioxide as titanium oxide.
[0075]
In addition, since the crystal structure of titanium dioxide is stable, the light-receiving layer 4 mainly composed of titanium dioxide has little secular change (deterioration) even when exposed to a harsh environment, and has stable performance. It has the advantage that it can be obtained continuously for a long time.
[0076]
Furthermore, as titanium dioxide, the crystal structure is mainly composed of anatase-type titanium dioxide, mainly composed of rutile-type titanium dioxide, or a mixture of anatase-type titanium dioxide and rutile-type titanium dioxide. Any of those may be used.
[0077]
Due to the relatively unstable crystal structure of anatase-type titanium dioxide, the light-receiving layer 4 mainly composed of anatase-type titanium dioxide has an advantage that electrons are easily generated.
[0078]
In addition, when mixing rutile type titanium dioxide and anatase type titanium dioxide, the mixing ratio of rutile type titanium dioxide and anatase type titanium dioxide is not particularly limited. It is preferably about 5:95, and more preferably about 80:20 to 20:80.
[0079]
The light receiving layer 4 is porous and has a plurality of holes (pores) 41. FIG. 3 schematically shows a state where light is incident on the light receiving layer 4. As shown in FIG. 3, the light (arrow in FIG. 3) that has passed through the barrier layer 8 penetrates into the light receiving layer 4 and is transmitted through the light receiving layer 4 or reflected in an arbitrary direction within the hole 41. (Diffuse reflection, diffusion, etc.) Thereby, light can generate electrons with high frequency.
[0080]
The porosity of the light receiving layer 4 is not particularly limited. For example, it is preferably about 5 to 90%, more preferably about 15 to 50%, and about 20 to 40%. Further preferred.
[0081]
The light receiving layer 4 may have a relatively large thickness, but preferably has a film shape (layer shape) as described above. Thereby, the solar cell 1A can be thinned (downsized) and the manufacturing cost can be reduced, which is advantageous.
[0082]
In this case, although it does not specifically limit as average thickness (film thickness) of the light reception layer 4, For example, it is preferable that it is about 0.1-300 micrometers, and it is more preferable that it is about 0.5-100 micrometers. More preferably, it is about ˜25 μm.
[0083]
Furthermore, it is preferable that such a light receiving layer 4 is subjected to a visualization process so as to be able to absorb light in a wide range of wavelengths in the visible light region (usually about 400 to 750 nm). Thereby, the light receiving layer 4 can further improve the light utilization efficiency and generate electrons more reliably.
[0084]
Examples of such a visualization method include (1) an oxygen defect forming method for forming oxygen defects, and (2) an atomic substitution method for replacing a part of titanium atoms with a metal atom different from titanium atoms. These 1 type or 2 types can be used together. Hereinafter, the methods (1) and (2) will be described in detail.
[0085]
(1) Oxygen defect formation method
The oxygen defect forming method is not particularly limited. For example, titanium oxide powder, or a film-like body formed by forming a light-receiving layer material (sol solution, coating liquid) described later into a film shape (hereinafter simply referred to as “film-like body”). A method of heat treatment in a hydrogen atmosphere (reducing atmosphere), vacuum (for example, 1 × 10-Five~ 1x10-6A method of heat treatment under Torr), a method of low-temperature plasma treatment, and the like. Among these, the oxygen defect forming method is preferably a method in which a titanium oxide powder or a film-like body is heat-treated in a hydrogen atmosphere.
[0086]
(2) Atomic substitution method
As the atomic substitution method, for example, a method of firing (sintering) a film-like body of a light-receiving layer material to which an inorganic sensitizer composed of the metal atom or its oxide is added, Examples thereof include a method of injecting (implanting) an ionized metal atom. Among these, as the atomic substitution method, a method of firing a film-like body of a light receiving layer material to which an inorganic sensitizer is added is more preferable.
Such an atomic substitution method can also be applied to titanium oxide powder.
[0087]
The visualization process is not limited to the methods (1) and (2), and any method may be used as long as the light-receiving layer 4 can be visualized. For example, a method using a dye. Can be mentioned.
[0088]
As such a method, for example, a method of forming a dye (for example, a ruthenium complex compound, a phthalocyanine compound, a porphyrin compound, or the like) in layers along the outer surface of the light receiving layer 4 and the inner surface of the hole 41, or And a method of dispersing in. Such a method may be used in combination with the methods (1) and / or (2).
[0089]
A layered (flat plate) hole transport layer 5 is provided on the upper surface of the light receiving layer 4. That is, the hole transport layer 5 is located between the light receiving layer 4 and a second electrode 6 described later. The hole transport layer 5 has a function of capturing and transporting holes generated in the light receiving layer 4. In other words, the hole transport layer 5 has a function of transporting holes to the external circuit 100 via a second electrode 6 described later or the hole transport layer 5 itself becomes an electrode.
[0090]
The average thickness of the hole transport layer 5 is not particularly limited. For example, it is preferably about 1 to 500 μm, more preferably about 10 to 300 μm, and further preferably about 10 to 30 μm. .
[0091]
Examples of the constituent material of the hole transport layer 5 include substances having various ion conduction characteristics, triphenyldiamine (monomers, polymers, etc.), polyaniline, polypyrrole, polythiophene, phthalocyanine compounds (for example, copper phthalocyanine) or derivatives thereof. Various p-type semiconductor materials, or metals such as aluminum, nickel, cobalt, platinum, silver, gold, copper, molybdenum, titanium, and tantalum, or alloys containing these, and one or more of these Two or more kinds can be used in combination.
[0092]
A layered (flat plate) second electrode 6 is provided on the upper surface of the hole transport layer 5. The average thickness of the second electrode 6 is appropriately set depending on the material, application, etc., and is not particularly limited.
[0093]
The constituent material of the second electrode 6 is, for example, a metal such as aluminum, nickel, cobalt, platinum, silver, gold, copper, molybdenum, titanium, tantalum or an alloy containing these metals, or a graphite. Various carbon materials etc. are mentioned, Among these, it can use combining 1 type (s) or 2 or more types.
Note that the second electrode 6 may be omitted as necessary.
[0094]
In the solar cell 1A, a rectifying barrier having diode characteristics is formed at the interface between the hole transport layer 5 and the light receiving layer 4, and a rectifying action is generated.
[0095]
In the solar cell 1 </ b> A, when light is incident on the light receiving layer 4, electrons are excited in the light receiving layer 4 to generate electrons and holes. An electric field is present in the rectifying barrier due to the interface potential. Therefore, these electrons and holes are drawn by the electric field at the interface, and a potential difference (photoelectromotive force) is generated between the first electrode 3 and the second electrode 6, and the external circuit 100 Current (photoexcitation current) flows.
[0096]
When this state is represented by an equivalent circuit, a current circulation circuit having a diode 200 as shown in FIG. 4 is formed.
[0097]
In the case of obtaining such a rectifying barrier, as the constituent material of the hole transport layer 5, a material having ion conduction characteristics is preferably used among the materials described above. That is, it is preferable that the hole transport layer 5 is mainly composed of a substance having ion conduction characteristics. Thereby, the hole transport layer 5 can transport holes generated in the light receiving layer 4 more efficiently.
[0098]
In addition, examples of the substance having the ionic conductivity include metal iodide compounds such as CuI and AgI, metal halide compounds such as a metal bromide compound such as AgBr, and metal thiocyanate such as RhoSCN (rhodan). Metal compounds) and the like, and one or more of them can be used in combination.
[0099]
Among these, metal halide compounds such as metal iodide compounds and metal bromide compounds are preferable as substances having ion conduction characteristics. The metal halide compound is particularly excellent in ion conduction characteristics.
[0100]
Furthermore, it is particularly preferable to use one or more of metal iodide compounds such as CuI and AgI in combination as the substance having ion conduction characteristics. Metal iodide compounds are extremely excellent in ion conduction characteristics. For this reason, by using a metal iodide compound as the main material of the hole transport layer 5, the photoelectric conversion efficiency (energy conversion efficiency) of the solar cell 1A can be further improved.
[0101]
Further, the hole transport layer 5 is formed so as to enter the hole 41 of the light receiving layer 4 as shown in FIG. Thereby, the formation area of the rectifying barrier can be increased, and holes generated in the light receiving layer 4 can be transmitted to the hole transport layer 5 more efficiently. As a result, the solar cell 1A can further improve the power generation efficiency.
[0102]
Note that the rectifying barrier may also be formed at the interface between the light receiving layer 4 and the first electrode 3.
[0103]
Electron and hole are simultaneously generated in the light receiving layer 4 by light irradiation (light reception), but in the following description, for convenience, “electron is generated” is described.
[0104]
Now, the present invention is characterized in that a short-circuit prevention means for preventing or suppressing a short-circuit (leakage) between the first electrode 3 and the hole transport layer 5 is provided.
[0105]
Hereinafter, this short-circuit prevention means will be described in detail.
In the present embodiment, as a short-circuit prevention means, a barrier layer 8 is provided which is in the form of a film (layer) and is positioned between the first electrode 3 and the light receiving layer 4. The barrier layer 8 is formed so that the porosity is smaller than the porosity of the light receiving layer 4.
[0106]
When manufacturing the solar cell 1A, as will be described later, for example, a hole transport layer material is applied to the upper surface of the light receiving layer 4 by a coating method.
[0107]
In this case, in the solar cell in which the barrier layer 8 is not provided, when the porosity of the light receiving layer 4 is increased, the hole transport layer material penetrates into the holes 41 of the light receiving layer 4 and the first electrode 3 may be reached. That is, in a solar cell that does not have the barrier layer 8, contact (short circuit) occurs between the first electrode 3 and the hole transport layer 5, thereby increasing leakage current and generating efficiency (photoelectric conversion efficiency). May be reduced.
[0108]
On the other hand, in the solar cell 1 </ b> A provided with the barrier layer 8, the above-described disadvantages are prevented, and a decrease in power generation efficiency is preferably prevented or suppressed.
[0109]
Further, when the porosity of the barrier layer 8 is A [%] and the porosity of the light receiving layer 4 is B [%], B / A is preferably about 1.1 or more, for example. More preferably, it is about 5 or more, and more preferably about 10 or more. Thereby, the barrier layer 8 and the light receiving layer 4 can each exhibit their functions more suitably.
[0110]
More specifically, the porosity A of the barrier layer 8 is, for example, preferably about 20% or less, more preferably about 5% or less, and still more preferably about 2% or less. . That is, the barrier layer 8 is preferably a dense layer. Thereby, the said effect can be improved more.
[0111]
Furthermore, the ratio of the thickness of the barrier layer 8 and the light receiving layer 4 is not particularly limited, but is preferably about 1:99 to 60:40, for example, about 10:90 to 40:60. More preferred. In other words, the ratio of the thickness of the barrier layer 8 to the entire barrier layer 8 and the light receiving layer 4 is preferably about 1 to 60%, and more preferably about 10 to 40%. As a result, the barrier layer 8 can more reliably prevent or suppress a short circuit due to contact between the first electrode 3 and the hole transport layer 5, and the light arrival rate to the light receiving layer 4 is reduced. This can be suitably prevented. In addition, the light receiving layer 4 can suitably generate electrons.
[0112]
More specifically, the average thickness (film thickness) of the barrier layer 8 is, for example, preferably about 0.01 to 10 μm, more preferably about 0.1 to 5 μm, 0.5 More preferably, it is about ˜2 μm. Thereby, the said effect can be improved more.
[0113]
The constituent material of the barrier layer 8 is not particularly limited. For example, in addition to titanium oxide which is the main constituent material of the light receiving layer 4, for example, SrTiO.3, ZnO, SiO2, Al2O3, SnO2Various metal oxides such as CdS, CdSe, TiC, Si3N4, SiC, B4One or two or more of various metal compounds such as N and BN can be used in combination. Among these, it is preferable to have an electrical conductivity equivalent to that of the light receiving layer 4, and in particular, oxidation Those mainly composed of titanium are more preferable. By configuring the barrier layer 8 with such a material, electrons generated in the light receiving layer 4 can be more efficiently transferred to the barrier layer 8, and as a result, the power generation efficiency of the solar cell 1A can be further improved. Can do.
[0114]
The resistance values in the thickness direction of the barrier layer 8 and the electron transport layer 4 are not particularly limited, but the resistance values in the thickness direction of the barrier layer 8 and the electron transport layer 4 as a whole, that is, the barrier layer 8 and The resistance value in the thickness direction of the laminate with the electron transport layer 4 is 100 Ω / cm.2It is preferable that it be about 1 kΩ / cm or more.2More preferably, it is about the above. Thereby, the leak (short circuit) between the 1st electrode 3 and the positive hole transport layer 5 can be prevented or suppressed more reliably, and the advantage that the fall of the power generation efficiency of 1 A of solar cells can be prevented. There is.
[0115]
Further, the interface between the barrier layer 8 and the light receiving layer 4 may not be clear or may be clear, but is preferably not clear (unclear). That is, it is preferable that the barrier layer 8 and the light receiving layer 4 are integrally formed and partially overlap each other. Thereby, the transmission of electrons between the barrier layer 8 and the light receiving layer 4 can be performed more reliably (efficiently).
[0116]
Further, the barrier layer 8 and the light receiving layer 4 are made of materials having the same composition (for example, a material mainly made of titanium dioxide), and only different in their porosity, that is, the light receiving layer 4 A part may function as the barrier layer 8.
[0117]
In this case, the light receiving layer 4 has a dense portion and a rough portion in the thickness direction, and the dense portion functions as the barrier layer 8.
[0118]
In this case, the dense portion is preferably formed on the first electrode 3 side of the light-receiving layer 4, but can also be formed at an arbitrary position in the thickness direction.
[0119]
Further, in this case, the light receiving layer 4 may have a configuration having a portion where a rough portion is sandwiched between dense portions, a configuration having a portion where a dense portion is sandwiched between rough portions, or the like. .
[0120]
In such a solar cell 1A, the photoelectric conversion efficiency is R when the incident angle of light to the light receiving layer 4 is 90 °.90And the photoelectric conversion efficiency when the incident angle of light is 52 ° is R52R52/ R90Is preferably about 0.8 or more, and more preferably about 0.85 or more. Satisfying such a condition means that the light receiving layer 4 has low directivity with respect to light, that is, has isotropic properties. Therefore, such a solar cell 1A can generate power more efficiently over almost the entire solar sunshine duration.
[0121]
Furthermore, in the solar cell 1A, when a voltage of 0.5 V is applied so that the first electrode 3 is positive and the second electrode 6 (hole transport layer 5) is negative, the resistance value is For example, 100Ω / cm2It is preferable to have a characteristic of about 1 kΩ / cm or more.2It is more preferable to have characteristics that are about the above. Having such characteristics indicates that in the solar cell 1A, a short circuit (leakage) due to contact or the like between the first electrode 3 and the hole transport layer 5 is preferably prevented or suppressed. Is. Therefore, in such a solar cell 1A, the power generation efficiency (photoelectric conversion efficiency) can be further improved.
[0122]
Such a solar cell 1A can be manufactured as follows, for example. First, a substrate 2 made of, for example, soda glass is prepared. A substrate having a uniform thickness and no deflection is preferably used for the substrate 2.
[0123]
<1> First, the first electrode 3 is formed on the upper surface of the substrate 2.
The first electrode 3 can be formed by using, for example, a vapor deposition method, a sputtering method, a printing method, or the like as the material of the first electrode 3 made of, for example, FTO.
[0124]
<2> Next, the barrier layer 8 is formed on the upper surface of the first electrode 3.
The barrier layer 8 can be formed by, for example, a sol-gel method, a vapor deposition (vacuum vapor deposition) method, a sputtering method (high frequency sputtering, DC sputtering), a spray pyrolysis method, a jet mold (plasma spraying) method, a CVD method, or the like. Of these, the sol-gel method is preferable.
[0125]
This sol-gel method is very easy to operate. For example, it can be used in combination with various coating methods such as dipping, dripping, doctor blade, spin coating, brush coating, spray coating, roll coater, etc. However, the barrier layer 8 can be suitably formed into a film shape (thick film and thin film).
[0126]
Further, according to the coating method, the barrier layer 8 having a desired pattern shape can be easily obtained by performing masking using a mask or the like, for example.
[0127]
As this sol-gel method, a method of preventing (preventing) a reaction (for example, hydrolysis, polycondensation, etc.) of a titanium compound (organic or inorganic) described later in the barrier layer material (hereinafter referred to as “MOD (Metal Organic Deposition or Metal Organic Decomposition) method ”), or a method that allows this, and the MOD method is particularly preferred.
[0128]
According to this MOD method, the stability of the titanium compound (organic or inorganic) in the barrier layer material is maintained, and the barrier layer 8 is more easily and reliably (with good reproducibility) and dense (within the above range). Inside porosity).
[0129]
In particular, organic titanium such as titanium alkoxide (metal alkoxide) that is chemically very unstable (decomposable) such as titanium tetraisopropoxide (TPT), titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium tetrabutoxide, etc. Using compound, dense TiO2This MOD method is optimal when forming a layer (barrier layer 8 of the present invention).
[0130]
Hereinafter, a method of forming the barrier layer 8 by the MOD method will be described.
[Preparation of barrier layer material]
For example, one or a combination of two or more organic titanium compounds such as titanium tetraisopropoxide (TPT), titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium alkoxide (metal alkoxide) such as titanium tetrabutoxide First, the organic titanium compound (or this solution) is added to an organic solvent (or a mixed solvent thereof) such as anhydrous ethanol, 2-butanol, 2-propanol, 2-n-butoxyethanol, or the like. Dissolve.
[0131]
Thereby, the density | concentration (content) in the said solution of an organic titanium compound is prepared (for example, about 0.1-10 mol / L), and the viscosity of the barrier layer material obtained is prepared. The viscosity of the barrier layer material is appropriately set depending on the type of coating method and the like, and is not particularly limited. However, when spin coating is used, the viscosity is preferably high (for example, about 0.5 to 20 cP (room temperature)). When spray coating is used, the viscosity is preferably low (for example, about 0.1 to 2 cP (room temperature)).
[0132]
Next, an additive having a function of stabilizing the titanium alkoxide (metal alkoxide) such as titanium tetrachloride, acetic acid, acetylacetone, triethanolamine, diethanolamine is added to the solution.
[0133]
By adding these additives, these additives replace the alkoxide (alkoxyl group) coordinated to the titanium atom in the titanium alkoxide, and coordinate to the titanium atom. Thereby, hydrolysis of titanium alkoxide is suppressed and stabilized. That is, these additives function as a hydrolysis inhibitor that inhibits hydrolysis of titanium alkoxide. In this case, the compounding ratio of this additive and titanium alkoxide is not particularly limited, but is preferably about 1: 2 to 8: 1 in terms of a molar ratio, for example.
[0134]
More specifically, when diethanolamine is coordinated to titanium alkoxide, it replaces (substitutes) the alkoxide (alkoxyl group) of titanium alkoxide, and two molecules of diethanolamine are coordinated to the titanium atom. The compound substituted with diethanolamine is a compound that is more stable in producing titanium dioxide than titanium alkoxide.
The same applies to other combinations.
[0135]
Thereby, a barrier layer material (a sol solution for forming a barrier layer: a sol solution for MOD) is obtained.
[0136]
Further, when an inorganic titanium compound such as titanium tetrachloride (TTC) is used, the inorganic titanium compound (or this solution) is converted into an organic material such as absolute ethanol, 2-butanol, 2-propanol, or 2-n-butoxyethanol. By dissolving in a solvent (or a mixed solvent thereof), the organic solvent is coordinated to titanium and becomes a stable compound without adding an additive.
[0137]
Furthermore, when an organic titanium compound such as titanium oxyacetylacetonate (TOA) is used, this organic titanium compound (or this solution) is stable by itself, and thus stable when dissolved in the organic solvent. A barrier layer material can be obtained.
[0138]
In the present invention, when the barrier layer 8 is formed by the MOD method, it is optimal to use a solution prepared by the following method among the three solutions described above. That is, an organic titanium compound (or this solution) such as titanium tetraisopropoxide (TPT), titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, or titanium alkoxide such as titanium tetrabutoxide is dissolved (or diluted) with a solvent, It is optimal to use a solution prepared by a method of adding an additive such as titanium tetrachloride, acetic acid, acetylacetone, triethanolamine, diethanolamine to the solution. According to this method, a compound stabilized in producing titanium dioxide by coordinating the additive to the titanium atom of the titanium alkoxide can be obtained.
[0139]
Thereby, a chemically unstable titanium alkoxide can be made into a chemically stable compound. Such a compound is extremely useful in forming the barrier layer 8 of the present embodiment, that is, the dense barrier layer 8 mainly composed of titanium dioxide.
[0140]
[Formation of barrier layer 8]
A barrier layer material is applied to the upper surface of the first electrode 3 by a coating method (for example, spin coating) to form a film. When spin coating is used as the coating method, it is preferable to perform the rotation at about 500 to 4000 rpm.
[0141]
Next, heat treatment is applied to the coating film. Thereby, the organic solvent is volatilized and removed. The heat treatment conditions are preferably about 50 to 250 ° C. and about 1 to 60 minutes, more preferably about 100 to 200 ° C. and about 5 to 30 minutes.
[0142]
Such heat treatment can be performed, for example, in the atmosphere or in nitrogen gas, for example, various inert gases, vacuum, reduced pressure (for example, 1 × 10-1~ 1x10-6(Torr) may be performed in a non-oxidizing atmosphere.
[0143]
Note that the barrier layer material may be applied to the upper surface of the first electrode 3 while the first electrode 3 is heated.
[0144]
Further, the coating film is subjected to heat treatment at a temperature higher than the heat treatment. As a result, organic components remaining in the coating film are removed, and titanium dioxide (TiO2) To form a barrier layer 8 made of titanium dioxide having an amorphous or anatase type crystal structure. The heat treatment condition is preferably about 300 to 700 ° C. for about 1 to 70 minutes, more preferably about 400 to 550 ° C. for about 5 to 45 minutes.
[0145]
In addition, the atmosphere of this heat processing can be made into the atmosphere similar to the said heat processing.
[0146]
The above operation is preferably performed about 1 to 20 times, more preferably about 1 to 10 times to form the barrier layer 8 having the average thickness as described above.
[0147]
In this case, the thickness (film thickness) of the coating film obtained by one operation is preferably about 100 nm or less, and more preferably about 50 nm or less. By laminating such thin films to form the barrier layer 8, the barrier layer 8 can be made more uniform and dense. Moreover, adjustment of the film thickness obtained by the said operation of 1 time can be easily performed by adjusting the viscosity of barrier layer material.
[0148]
Prior to the formation of the barrier layer 8, the upper surface of the first electrode 3 is, for example, O2The organic substance adhering to the upper surface of the first electrode 3 may be removed by performing plasma treatment, EB treatment, cleaning treatment with an organic solvent (for example, ethanol, acetone, etc.), or the like. In this case, a mask layer is formed on the upper surface of the first electrode 3 except for a portion where the barrier layer 8 is to be formed and masked. The mask layer may be removed after the barrier layer 8 is formed, or may be removed after the solar cell 1A is completed.
[0149]
<3> Next, the light receiving layer 4 is formed on the upper surface of the barrier layer 8.
The light-receiving layer 4 can be formed by, for example, a sol / gel method, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like, and among these, it is preferably formed by a sol / gel method.
[0150]
This sol-gel method is very easy to operate. For example, it can be used in combination with various coating methods such as dipping, dripping, doctor blade, spin coating, brush coating, spray coating, roll coater, etc. However, the light receiving layer 4 can be suitably formed into a film shape (thick film and thin film).
[0151]
Further, according to the coating method, the light-receiving layer 4 having a desired pattern shape can be easily obtained by performing masking using a mask or the like, for example.
[0152]
For the formation of the light receiving layer 4, it is preferable to use a sol solution containing powder of the light receiving layer material. Thereby, the light receiving layer 4 can be made porous easily and reliably.
[0153]
The average particle size of the powder of the light receiving layer material is not particularly limited, but is preferably about 1 nm to 1 μm, and more preferably about 5 to 50 nm, for example. By setting the average particle diameter of the powder of the light receiving layer material within the above range, the uniformity of the powder of the light receiving layer material in the sol liquid can be improved. In addition, by reducing the average particle diameter of the powder of the light receiving layer material in this way, the surface area (specific surface area) of the obtained light receiving layer 4 can be increased, which contributes to the improvement of the power generation efficiency of the solar cell 1A. .
[0154]
Below, an example of the shaping | molding method of the light reception layer 4 is demonstrated. In the following description, the description will be made by distinguishing between different visualization methods (<3A>, <3B> oxygen defect formation method, <3C> atom substitution method), but the same matters will be described later. I will omit it. Further, the oxygen defect forming method will be described separately for the case of applying to <3A> titanium oxide powder and the case of applying to <3B> film-like body.
[0155]
<3A>: Oxygen defect formation method (when applied to titanium oxide powder)
[Preparation of titanium oxide powder (light-receiving layer material powder)]
<A0> Rutile-type titanium dioxide powder and anatase-type titanium dioxide powder are blended and mixed at a predetermined blending ratio (including only rutile-type titanium dioxide powder).
[0156]
The average particle size of these rutile type titanium dioxide powders and the average particle size of anatase type titanium dioxide powders may be different or the same, but are preferably different.
In addition, the average particle diameter as a whole titanium oxide powder shall be the above-mentioned range.
[0157]
In addition, when it is assumed that the crystal structure of titanium dioxide is changed (changed) from anatase type to rutile type by the heat treatment by the oxygen defect formation method described later, only anatase type titanium dioxide powder may be used. Good.
[0158]
Next, the blended titanium oxide powder is subjected to heat treatment by an oxygen defect forming method. As heat treatment conditions at this time, in a hydrogen atmosphere, preferably at a temperature of about 800 to 1200 ° C. and about 0.2 to 3 hours, more preferably at a temperature of about 900 to 1200 ° C. and about 0.5 to 1 hour. Is done.
[0159]
At this time, when the titanium oxide powder contains anatase-type titanium dioxide powder, depending on the heat treatment temperature and heat treatment time, the anatase-type titanium dioxide may be partly or entirely transferred to the rutile type. There are things to do.
[0160]
The oxygen defect formation method is performed before the present step <A0>, and is applied to the rutile type titanium dioxide powder and / or the anatase type titanium dioxide powder, and the titanium dioxide powder is blended to prepare the titanium oxide powder. It may be.
[0161]
[Preparation of sol solution (light-receiving layer material)]
<A1> First, for example, titanium tetraisopropoxide (TPT), titanium tetramethoxide, titanium tetraethoxide, titanium alkoxide such as titanium tetrabutoxide, organic titanium compounds such as titanium oxyacetylacetonate (TOA), One or a combination of two or more inorganic titanium compounds such as titanium tetrachloride (TTC), for example, an organic solvent such as anhydrous ethanol, 2-butanol, 2-propanol, 2-n-butoxyethanol (or the like) It dissolves in these mixed solvents).
[0162]
At this time, although it does not specifically limit as a density | concentration (content) in the solution of a titanium compound (organic or inorganic), For example, it is preferable to set it as about 0.1-3 mol / L.
[0163]
Next, various additives are added to this solution as necessary. For example, when titanium alkoxide is used as the organic titanium compound, since titanium alkoxide has low chemical stability, for example, an additive such as acetic acid, acetylacetone, or nitric acid is added. Thereby, titanium alkoxide can be made into a chemically stable compound. In this case, the compounding ratio of this additive and titanium alkoxide is not particularly limited, but is preferably about 1: 2 to 8: 1 in terms of a molar ratio, for example.
[0164]
<A2> Next, for example, water such as distilled water, ultrapure water, ion-exchanged water, or RO water is mixed with this solution. The mixing ratio of water and titanium compound (organic or inorganic) is preferably about 1: 4 to 4: 1 in molar ratio.
[0165]
<A3> Next, the titanium oxide powder prepared in the step <A0> is mixed with this solution to obtain a suspension (dispersion) liquid.
[0166]
<A4> Further, the suspension is diluted with the organic solvent (or mixed solvent). Thereby, a sol solution is prepared. The dilution factor is preferably about 1.2 to 3.5 times, for example.
[0167]
In addition, the content of the titanium oxide powder (light receiving layer material powder) in the sol liquid is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 10 wt% (% by weight), for example, 0.5 to More preferably, it is about 5 wt%. Thereby, the porosity of the light receiving layer 4 can be preferably within the above range.
[0168]
[Formation of light-receiving layer 4]
<A5> While the barrier layer 8 is preferably heated, a sol solution is applied to the upper surface of the barrier layer 8 by a coating method (for example, dropping) to obtain a film-like body. Although it does not specifically limit as this heating temperature, For example, it is preferable that it is about 80-180 degreeC, and it is more preferable that it is about 100-160 degreeC.
[0169]
The above operation is preferably performed about 1 to 10 times, more preferably about 5 to 7 times, to form the light receiving layer 4 having the average thickness as described above.
[0170]
Next, the light-receiving layer 4 may be subjected to heat treatment (for example, firing) at a temperature of about 250 to 500 ° C. for about 0.5 to 3 hours as necessary.
[0171]
<A6> The light-receiving layer 4 obtained in the step <A5> can be post-treated as necessary.
[0172]
Examples of the post-processing include mechanical processing (post-processing) such as grinding and polishing for adjusting the shape, and post-processing such as cleaning and chemical processing.
[0173]
<3B>: Oxygen defect formation method (when applied to a film-like body)
[Preparation of titanium oxide powder (light-receiving layer material powder)]
<B0> A rutile type titanium dioxide powder and an anatase type titanium dioxide powder are blended and mixed at a predetermined blending ratio (including the case of only a rutile type titanium dioxide powder). In addition, when it is assumed that the crystal structure of titanium dioxide is changed (changed) from anatase type to rutile type by heat treatment by the oxygen defect formation method described later, only anatase type titanium dioxide powder may be used. Good.
[0174]
[Preparation of sol solution (light-receiving layer material)]
<B1> to <B4> Steps similar to the steps <A1> to <A4> are performed.
[0175]
[Formation of light-receiving layer 4]
<B5> After performing the same process as the process <A5>, the film-like body is subjected to a heat treatment by an oxygen defect forming method to obtain the light receiving layer 4. As the heat treatment conditions, in a hydrogen atmosphere, the temperature is preferably about 800 to 1200 ° C. and about 0.2 to 3 hours, more preferably the temperature is about 900 to 1200 ° C. and about 0.5 to 1 hour. .
[0176]
In this case, the heat treatment (for example, firing) in the step <A5> can be combined with the heat treatment by the oxygen defect forming method.
[0177]
<B6> If necessary, the same step as the step <A6> is performed.
[0178]
<3C>: Atom substitution method
[Preparation of titanium oxide powder (light-receiving layer material powder)]
<C0> A rutile type titanium dioxide powder and an anatase type titanium dioxide powder are blended and mixed at a predetermined blending ratio (including only a rutile type titanium dioxide powder). In addition, when it is assumed that the crystal structure of titanium dioxide is transferred (changed) from anatase type to rutile type by firing by an atomic substitution method described later, only anatase type titanium dioxide powder may be used. .
[0179]
[Preparation of sol solution (light-receiving layer material)]
<C1> to <C2> Steps similar to the steps <A1> to <A2> are performed.
[0180]
<C3> In the same step as the step <A3>, an inorganic sensitizer is added to the suspension.
[0181]
Although it does not specifically limit as this inorganic sensitizer, For example, chromium, vanadium, nickel, iron, manganese, copper, zinc, niobium, or these oxides etc. are mentioned, Of these, 1 type or 2 types A combination of the above can be used.
[0182]
Further, the content of the inorganic sensitizer is not particularly limited, but is preferably about 0.1 to 2.5 μmol per 1 g of titanium oxide powder (light receiving layer material powder). More preferably, it is about 5 to 2.0 μmol.
[0183]
If the titanium oxide powder contains anatase-type titanium dioxide powder and it is desired to prevent the crystal structure of the anatase-type titanium dioxide from transitioning to the rutile type, a sintering aid is added.
[0184]
The sintering aid is preferably a metal oxide having a melting point of 900 ° C. or lower. Examples of the metal oxide include, but are not limited to, molybdenum trioxide, dibismuth trioxide, lead oxide, palladium oxide, antimony trioxide, tellurium dioxide, and dithallium trioxide. Among these, One kind or a combination of two or more kinds can be used.
[0185]
In this case, the blending ratio of the sintering aid and the titanium oxide powder (light receiving layer material powder) is not particularly limited, but is preferably about 1:99 to 40:60, for example, by volume ratio. : It is more preferable that it is about 95-20: 80.
[0186]
Thereby, since the film-like body can be fired (sintered) at a temperature of 900 ° C. or lower, it is possible to more reliably prevent (suppress) the transition of the crystal structure of titanium dioxide from the anatase type to the rutile type.
[0187]
<C4> A step similar to the step <A4> is performed. Thereby, a sol solution (light-receiving layer material) is prepared.
[0188]
[Formation of light-receiving layer 4]
<C5> After performing the same process as the process <A5>, the film-like body is, for example, air, nitrogen gas, various inert gases, vacuum, reduced pressure (for example, 1 × 10-1~ 1x10-6Firing (sintering) in a non-oxidizing atmosphere such as Torr).
As firing conditions at this time, for example, the following can be performed.
[0189]
(1) When the titanium oxide powder does not contain anatase-type titanium dioxide powder, or when it is assumed that the crystal structure of titanium dioxide transitions from anatase-type to rutile-type, the temperature is preferably about 1000 to 1200 ° C. And about 0.5 to 10 hours.
[0190]
{Circle around (2)} When the crystal structure of titanium dioxide is not supposed to be transferred from anatase type to rutile type (to be prevented), the temperature is preferably about 900 ° C. or less and about 1 to 26 hours.
[0191]
In this case, the heat treatment (for example, firing) in the step <A5> can also be used for firing by this atomic substitution method.
[0192]
Further, such an atomic substitution method may be applied to rutile type titanium dioxide powder and / or anatase type titanium dioxide powder before the preparation of titanium oxide powder (light receiving layer material powder), or oxidation. You may make it apply to this titanium oxide powder after preparation of titanium powder. In these cases, the firing by the atomic substitution method in this step <C5> can be omitted.
[0193]
<C6> If necessary, the same step as the step <A6> is performed.
[0194]
The light receiving layer 4 can also be formed as follows, for example. Hereinafter, another method for forming the light receiving layer 4 will be described. In the following description, differences from the above-described formation method will be mainly described, and description of similar matters will be omitted. Further, in the following description, the visualization processing method (<3A ′>, <3B ′> oxygen defect formation method, <3C ′> atom substitution method) will be described in distinction, but the same matters will be described later. It is omitted in the explanation. Further, the oxygen defect forming method will be described separately for the case of applying to <3A '> titanium oxide powder and the case of applying to <3B'> film-like body.
[0195]
<3A '>: Oxygen defect formation method (when applied to titanium oxide powder)
[Preparation of titanium oxide powder (light-receiving layer material powder)]
<A′0> A step similar to the step <A0> is performed.
[0196]
[Preparation of coating solution (light-receiving layer material)]
<A′1> First, the titanium oxide powder prepared in the above step is suspended in an appropriate amount of water (for example, distilled water, ultrapure water, ion-exchanged water, RO water, or the like).
[0197]
<A′2> Next, a stabilizer such as nitric acid is added to the suspension, and the suspension is sufficiently kneaded in an agate (or alumina) mortar.
[0198]
<A′3> Next, the above water is added to the suspension and further kneaded. At this time, the blending ratio of the stabilizer and water is preferably about 10:90 to 40:60, more preferably about 15:85 to 30:70 in volume ratio, and the viscosity of the suspension is For example, it is set to about 0.2 to 30 cP (normal temperature).
[0199]
<A′4> Thereafter, a surfactant is added to the suspension so as to have a final concentration of about 0.01 to 5 wt%, and kneaded. Thereby, a coating liquid (light receiving layer material) is prepared.
[0200]
The surfactant may be cationic, anionic, amphoteric or nonionic, but preferably a nonionic one.
[0201]
Further, as the stabilizer, a surface modifying reagent of titanium oxide such as acetic acid or acetylacetone can be used instead of nitric acid.
[0202]
Moreover, you may add various additives, such as binders, such as polyethyleneglycol, a plasticizer, antioxidant, in a coating liquid (light receiving layer material) as needed.
[0203]
[Formation of light-receiving layer 4]
<A′5> On the upper surface of the first electrode 3, a coating solution is applied and dried by a coating method (for example, dipping) to form a film-like body (coating film). Alternatively, the coating and drying operations may be performed a plurality of times for lamination. Thereby, the light receiving layer 4 is obtained.
[0204]
Next, the light-receiving layer 4 may be subjected to heat treatment (for example, firing) at a temperature of about 250 to 500 ° C. for about 0.5 to 3 hours as necessary. Thereby, the titanium oxide powders (powder of the light receiving layer material) that have stopped merely contacting each other are diffused at the contact portions, and the titanium oxide powders are fixed (fixed) to some extent.
[0205]
<A′6> A step similar to the step <A6> is performed.
[0206]
<3B>: Oxygen defect formation method (when applied to a film-like body)
[Preparation of titanium oxide powder (light-receiving layer material powder)]
<B′0> A step similar to the step <B0> is performed.
[0207]
[Preparation of coating solution (light-receiving layer material)]
<B′1> to <B′4> Steps similar to the steps <A′1> to <A′4> are performed.
[0208]
[Formation of light-receiving layer 4]
<B′5> After performing the same step as the step <A′5>, heat treatment is performed in the same manner as the step <B5>.
[0209]
<B′6> If necessary, the same step as the step <A′6> is performed.
[0210]
<3C '>: Atom substitution method
[Preparation of titanium oxide powder (light-receiving layer material powder)]
<C′0> A step similar to the step <C0> is performed.
[0211]
[Preparation of coating solution (light-receiving layer material)]
<C′1> to <C′3> Steps similar to the steps <A′1> to <A′3> are performed.
[0212]
<C′4> In the same step as the step <A′4>, in the suspension, in the same manner as in the step <C3>, the inorganic sensitizer and, if necessary, the sintering Add auxiliary agent and knead. Thereby, a coating liquid (light receiving layer material) is prepared.
[0213]
[Formation of light-receiving layer 4]
<C′5> After performing the same step as the step <A′5>, firing is performed in the same manner as the operation described in the step <C5>.
The light receiving layer 4 is obtained through the above steps.
[0214]
<4> Next, the hole transport layer 5 is formed on the upper surface of the light receiving layer 4.
For the hole transport layer 5, for example, a hole transport layer material (electrode material) containing a substance having ion conduction characteristics such as CuI is applied to the upper surface of the light receiving layer 4, for example, dipping, dropping, doctor blade, spin coating, brush It is preferably formed by coating by various coating methods such as coating, spray coating, and roll coater.
[0215]
According to such a coating method, the hole transport layer 5 can be formed so as to surely penetrate into the hole 41 of the light receiving layer 4.
[0216]
Further, after the coating film is formed, the coating film may be subjected to a heat treatment, but it is preferable to apply the hole transport layer material to the upper surface of the light receiving layer 4 while heating the light receiving layer 4. This is advantageous for forming the hole transport layer 5 more quickly, that is, for shortening the manufacturing time of the solar cell 1A.
[0217]
The heating temperature is preferably about 50 to 150 ° C. In addition, when performing heat processing after coating film formation, you may dry a coating film before this heat processing.
The above operation may be repeated a plurality of times.
[0218]
More specifically, a laminate of the substrate 2, the first electrode 3, the barrier layer 8 and the light receiving layer 4 is placed on a hot plate heated to about 80 ° C., and the hole transport layer material is used as the light receiving layer 4. Drip onto the top surface of and dry. This operation is performed a plurality of times to form the hole transport layer 5 having the average thickness as described above.
[0219]
Although it does not specifically limit as a solvent used for a positive hole transport layer material, For example, organic solvents, such as acetonitrile, ethanol, methanol, isopropyl alcohol, or 1 type, or 2 or more types, such as various water, can be used in combination. .
[0220]
In addition, acetonitrile is preferably used as the solvent for dissolving the substance having ion conduction characteristics. In addition, for example, a cyanoethylated product such as cyanoresin may be added as a binder to an acetonitrile solution of a substance having ionic conductivity. In this case, it is preferable to mix (blend) the cyanoethylated substance with a mass ratio (weight ratio) of 5 to 0.5 wt% with respect to the substance having ion conduction characteristics.
[0221]
Further, the hole transport layer material preferably contains a hole transport efficiency improving substance having a function of improving the hole transport efficiency. When the hole transport layer material contains this hole transport efficiency improving substance, the hole transport layer 5 has higher carrier mobility due to the improvement of ion conduction characteristics. As a result, the hole transport layer 5 has improved electrical conductivity.
[0222]
The substance for improving hole transport efficiency is not particularly limited, and examples thereof include halides such as ammonium halide, and it is particularly preferable to use ammonium halide such as tetrapropylammonium iodide (TPAI). By using ammonium halide, in particular, tetrapropylammonium iodide, as the substance for improving the hole transport efficiency, the hole transport layer 5 is further improved in ion conduction characteristics, thereby further increasing the carrier mobility. As a result, the hole transport layer 5 is further improved in electrical conductivity.
[0223]
The content of the hole transport efficiency improving substance in the hole transport layer material is not particularly limited, but is 1 × 10-Four~ 1x10-1It is preferably about wt% (wt%), 1x10-Four~ 1x10-2More preferably, it is about wt%. Within such a numerical range, the above-described effect becomes more remarkable.
[0224]
In addition, when the hole transport layer 5 is composed mainly of a substance having ion conduction characteristics, the hole transport layer material increases in crystal size when the substance having ion conduction characteristics is crystallized. It is preferable to contain a crystal size coarsening-suppressing substance that suppresses this.
[0225]
The substance for suppressing the coarsening of crystal size is not particularly limited, and examples thereof include thiocyanate (rhodanide) in addition to the aforementioned cyanoethylated substance and hole transport efficiency improving substance. Moreover, the crystal size coarsening inhibitor can be used alone or in combination of two or more thereof.
[0226]
As thiocyanate, for example, sodium thiocyanate (NaSCN), potassium thiocyanate (KSCN), copper thiocyanate (CuSCN), ammonium thiocyanate (NH4SCN) and the like.
[0227]
In addition, when a hole transport efficiency improving substance is used as the crystal size coarsening suppressing substance, ammonium halide is preferable. Among the materials that improve the hole transport efficiency, ammonium halide has a particularly excellent function of suppressing an increase in crystal size of a material having ion conduction characteristics.
[0228]
Here, if the hole transport layer material does not contain this crystal size coarsening suppression substance, the substance having ion conduction characteristics may crystallize depending on the kind of substance having ion conduction characteristics, the heating temperature described above, and the like. In this case, the crystal size becomes too large, and the volume expansion of the crystal may proceed excessively. In particular, when such crystallization occurs in the pores (micropores) of the barrier layer 8, cracks occur in the barrier layer 8, and as a result, a partial transfer occurs between the hole transport layer 5 and the first electrode 3. May cause a short circuit due to contact.
[0229]
Further, when the crystal size of the substance having ion conduction characteristics is increased, the contact property with the light receiving layer 4 may be lowered depending on the kind of the substance having ion conduction characteristics. As a result, the material having ion conduction characteristics, that is, the hole transport layer 5 may be peeled off from the light receiving layer 4.
[0230]
Therefore, such solar cells may have reduced device characteristics such as photoelectric conversion efficiency.
[0231]
On the other hand, when the hole transport layer material contains this crystal size coarsening-suppressing substance, the substance having ion conduction characteristics is suppressed from increasing in crystal size, and the crystal size is extremely small or relatively small. It becomes.
[0232]
For example, when thiocyanate is added to an acetonitrile solution of CuI, thiocyanate ions (SCN) are formed around Cu atoms of CuI dissolved in a saturated state.) Are adsorbed to form Cu—S (sulfur, Sulfor) bonds. As a result, the bonding between CuI molecules dissolved in a saturated state is remarkably inhibited, and as a result, CuI crystal growth can be prevented, so that a finely grown CuI crystal can be obtained.
[0233]
For this reason, the solar cell 1A can suitably suppress the disadvantages caused by the coarsening of the crystal size of the substance having the ion conduction characteristics as described above.
[0234]
Further, the content of the crystal size coarsening inhibitor in the hole transport layer material is not particularly limited, but is 1 × 10.- 6It is preferably about 10 wt% (wt%), or 1 × 10-Four~ 1x10-2More preferably, it is about wt%. Within such a numerical range, the above-described effect becomes more remarkable.
[0235]
When the hole transport layer 5 is composed of the p-type semiconductor material as described above, the p-type semiconductor material is made of various organic solvents such as acetone, isopropyl alcohol (IPA), and ethanol (or these). The hole transport layer material is prepared by dissolving (or suspending) in a mixed solvent containing). Using this hole transport layer material, the hole transport layer 5 is formed (formed) in the same manner as described above.
[0236]
<5> Next, the second electrode 6 is formed on the upper surface of the hole transport layer 5.
The second electrode 6 can be formed by using, for example, a vapor deposition method, a sputtering method, a printing method, or the like as the material of the second electrode 6 made of platinum or the like.
Through the steps as described above, the solar cell 1A is manufactured.
[0237]
Next, another manufacturing method of the solar cell 1A will be described.
FIG. 5 is a view (an enlarged cross-sectional view showing a state before joining the light receiving layer and the hole transport layer) for explaining another method for manufacturing the solar cell of the first embodiment. In the following description, in FIG. 5, the upper surface of each layer (each member) is referred to as “upper surface” and the lower surface is referred to as “lower surface”.
[0238]
Hereinafter, another manufacturing method of the solar cell 1A will be described focusing on differences from the manufacturing method described above, and description of similar matters will be omitted.
[0239]
In this method, as shown in FIG. 5, a laminate 12A of a coating film in which a hole transport layer material is applied to the lower surface (one surface) of the second electrode 6, the substrate 2, the first electrode 3, and 1 A of solar cells are manufactured by joining 11 A of laminated layers of the light reception layer 4 so that the light reception layer 4 and the positive hole transport layer 5 may contact.
[0240]
<1 '> to <3'> Steps similar to the steps <1> to <3> are performed. Thereby, the laminated body 11A is obtained.
[0241]
<4 ′> On the other hand, a hole transport layer material is applied to one surface of the second electrode 6 made of, for example, platinum.
[0242]
This can be performed in the same manner as in step <4>. In this case, the heat treatment to the coating film is omitted, and the coating film of the hole transport layer material is not solidified. Thereby, the laminated body 12A is obtained.
[0243]
Hereinafter, the coating film of the hole transport layer material that is not solidified is referred to as a hole transport layer 5.
[0244]
At this time, a plurality of convex portions 51 are formed on the lower surface (the lower surface in FIG. 5) of the hole transport layer 5 and are in an uneven state.
[0245]
<5 ′> Next, the stacked body 11A and the stacked body 12A are joined so that the light receiving layer 4 and the hole transport layer 5 are in contact with each other.
[0246]
Here, in the solar cell in which the barrier layer 8 is not installed, especially when the porosity (degree of porosity) of the light receiving layer 4 is increased, the hole transport layer 5 is separated from each convex portion 51 to the hole of the light receiving layer 4. 41 may penetrate into (infiltrate) 41, penetrate through the light receiving layer 4, and almost all of the convex portions 51 (a part of the hole transport layer 5) may come into contact with the first electrode 3. . Thereby, in such a solar cell, the leakage current increases and the power generation efficiency decreases.
[0247]
On the other hand, in the solar cell 1A, since the barrier layer (short-circuit prevention means) 8 is provided, when the stacked body 12A is brought close to the stacked body 11A from the state shown in FIG. From each convex part 51, it penetrates into the hole 41 of the light receiving layer 4 so as to penetrate (permeate). However, when the hole transport layer 5 reaches the barrier layer 8, the barrier layer 8 prevents further access to the first electrode 3.
[0248]
Further, the surface area (formation region) of the rectifying barrier as described above is increased by joining the hole transport layer 5 so that the hole transport layer 5 penetrates (embeds) into the hole 41 of the light receiving layer 4. be able to. For this reason, it is possible to more efficiently transfer holes generated in the light receiving layer 4 to the hole transport layer 5.
[0249]
Therefore, in such a solar cell 1A, generation of leakage current is prevented or suppressed, and power generation efficiency (photoelectric conversion efficiency) is improved.
[0250]
Second Embodiment
Next, the solar cell of 2nd Embodiment is demonstrated.
[0251]
FIG. 6 is a cross-sectional view showing the configuration of the solar cell of the second embodiment, and FIG. 7 is a diagram for explaining the method of manufacturing the solar cell of the second embodiment (joining the light receiving layer and the hole transport layer). It is an expanded sectional view showing a previous state. In the following description, in FIG. 6 and FIG. 7, the upper surface of each layer (each member) is referred to as “upper surface” and the lower surface is referred to as “lower surface”.
[0252]
Hereinafter, the solar cell 1 </ b> B illustrated in FIG. 6 will be described with a focus on differences from the first embodiment, and description of similar matters will be omitted.
[0253]
In the solar cell 1B of the second embodiment, a spacer is provided as a short-circuit preventing means instead of the barrier layer, and other than that, the solar cell 1B is the same as the solar cell 1A of the first embodiment.
[0254]
That is, the spacer 7 is provided between the first electrode 3 and the second electrode 6 so as to surround the light receiving layer 4 and the hole transport layer 5.
[0255]
The spacer 7 defines the distance between the first electrode 3 and the hole transport layer 5 (maintains constant).
[0256]
Such a spacer 7 is made of an insulating material. As this insulating material, for example, one kind or a combination of two or more of a photo-curing resin such as an ultraviolet curable resin and a thermosetting resin such as an epoxy resin can be used.
[0257]
The spacer 7 may not be configured to cover the entire circumference of the light receiving layer 4 and the hole transport layer 5 as long as the distance between the first electrode 3 and the hole transport layer 5 can be defined. For example, a configuration in which a sphere, a rod-like body (for example, a cross-sectional shape is a circle, an ellipse, a polygon such as a triangle, a quadrangle, etc.) or the like may be disposed around them. .
[0258]
This solar cell 1B can be manufactured through substantially the same manufacturing process as the solar cell 1A of the first embodiment (see other manufacturing method of the first embodiment). In this case, in the final process, 2, a laminate 11B composed of the first electrode 3, the light-receiving layer 4 and the spacer 7, and a laminate 12B composed of a coating film (hole transport layer 5) of the hole transport layer material and the second electrode 6, The light receiving layer 4 and the coating film of the hole transport layer material are joined so as to be in contact with each other.
[0259]
Here, in the solar cell in which the spacer 7 is not installed, when the porosity (degree of porosity) of the light-receiving layer 4 is increased, the hole transport layer 5 moves from each convex portion 51 to the hole 41 of the light-receiving layer 4. Intrusion (penetration) into the inside, and further penetrates the light receiving layer 4, so that almost all of the convex portions 51 (a part of the hole transport layer 5) may come into contact with the first electrode 3. Thereby, in such a solar cell, the leakage current increases and the power generation efficiency decreases.
[0260]
On the other hand, since the spacer (short-circuit prevention means) 7 is provided in the solar cell 1B, when the stacked body 12B is brought close to the stacked body 11B from the state shown in FIG. From the convex portion 51, the light enters into the hole 41 of the light receiving layer 4 so as to penetrate (permeate). However, when the upper surface of the spacer 7 and the lower surface of the second electrode 6 come into contact with each other, the stacked body 12B and the stacked body 11B are further prevented from approaching each other. At this time, the hole transport layer 5 is sufficiently infiltrated into the hole 41 of the light receiving layer 4.
[0261]
The average thickness (length H in FIG. 7) of the spacer 7 is set to such a size that the hole transport layer 5 (convex portion 51) does not contact the first electrode 3.
[0262]
For this reason, in the solar cell 1B, the contact of the hole transport layer 5 with the first electrode 3 is prevented or suppressed. Therefore, in such a solar cell 1B, generation | occurrence | production of a leakage current is prevented or suppressed, and electric power generation efficiency (photoelectric conversion efficiency) improves.
[0263]
From such a viewpoint, the average thickness H of the spacer 7, the maximum thickness of the hole transport layer 5 (length h1 in FIG. 7), and the maximum thickness of the light receiving layer 4 (length h2 in FIG. 7) For example, it is preferable that the relationship h1 + h2> H ≧ h1 is satisfied, and it is more preferable that the relationship 1.1h1 ≧ H ≧ h1 is satisfied. By setting the average thickness H of the spacer 7 within the above range, the hole transport layer 5 is preferably prevented or suppressed from being short-circuited due to contact between the first electrode 3 and the hole transport layer 5. And a sufficient contact area between the light receiving layer 4 can be secured.
[0264]
In this embodiment, a barrier layer having the same configuration as that of the barrier layer 8 described in the first embodiment is provided below the light receiving layer 4 (between the light receiving layer 4 and the first electrode 3). Thus, the effect can be further improved.
[0265]
As mentioned above, although the photoelectric conversion element of this invention was demonstrated based on each embodiment of illustration, this invention is not limited to this. Each unit constituting the photoelectric conversion element can be replaced with any component that can exhibit the same function.
[0266]
The photoelectric conversion element of the present invention may be a combination of any two or more configurations of the first and second embodiments.
[0267]
The photoelectric conversion element of the present invention can be applied not only to solar cells but also to various elements (light receiving elements) that receive light and convert it into electrical energy, such as optical sensors and optical switches. It is.
[0268]
Moreover, in the photoelectric conversion element of this invention, the incident direction of light may be from the reverse direction unlike the thing of illustration. That is, the incident direction of light is arbitrary.
[0269]
【Example】
Next, specific examples of the present invention will be described.
[0270]
Example 1
The solar cell shown in FIG. 1 was manufactured as follows.
[0271]
First, a soda glass substrate having dimensions: 30 mm long × 35 mm wide × 1.0 mm thick was prepared. Next, this soda glass substrate was cleaned by immersing it in a cleaning solution (mixed solution of sulfuric acid and hydrogen peroxide solution) at 85 ° C. to clean the surface.
[0272]
-1- Next, an FTO electrode (first electrode) having dimensions: length 30 mm × width 35 mm × thickness 1 μm was formed on the upper surface of the soda glass substrate by vapor deposition.
[0273]
-2- Next, a barrier layer was formed in an area of 30 mm length × 30 mm width on the upper surface of the formed FTO electrode. This was done as follows.
[0274]
[Preparation of barrier layer material]
First, titanium tetraisopropoxide (organic titanium compound) was dissolved in 2-n-butoxyethanol so as to be 0.5 mol / L.
[0275]
Then, diethanolamine (additive) was added to this solution. The mixing ratio of diethanolamine and titanium tetraisopropoxide was 2: 1 (molar ratio).
[0276]
Thereby, a barrier layer material was obtained. The barrier layer material had a viscosity of 3.3 cP (normal temperature).
[0277]
[Formation of barrier layer]
The barrier layer material was applied by spin coating (coating method) to obtain a coating film. This spin coating was performed at a rotation speed of 1500 rpm.
[0278]
Subsequently, the laminated body of the soda glass substrate, the FTO electrode, and the coating film was placed on a hot plate, and the coating film was dried by heat treatment at 160 ° C. for 10 minutes.
[0279]
Further, the laminate was subjected to heat treatment in an oven at 480 ° C. for 30 minutes to remove organic components remaining in the coating film.
Such an operation was repeated 10 times to laminate.
[0280]
Thereby, a barrier layer having a porosity of less than 1% was obtained. The average thickness of this barrier layer was 1.2 μm.
[0281]
-3- Next, a light receiving layer was formed on the upper surface (entire) of the barrier layer. This was done as follows.
[0282]
[Preparation of titanium oxide powder]
A titanium oxide powder comprising a mixture of a rutile type titanium dioxide powder subjected to oxygen defect formation by performing a heat treatment at 1000 ° C. for 0.5 hour in a hydrogen atmosphere and an anatase type titanium dioxide powder was prepared. . The average particle diameter of the titanium oxide powder was 40 nm, and the mixing ratio of the rutile type titanium dioxide powder and the anatase type titanium dioxide powder was 60:40 by weight.
[0283]
[Preparation of sol solution (light-receiving layer material)]
First, titanium tetraisopropoxide was dissolved in 2-propanol so as to be 1 mol / L.
[0284]
Next, acetic acid (additive) and distilled water were mixed with this solution. The mixing ratio of acetic acid and titanium tetraisopropoxide is 1: 1 (molar ratio), and the mixing ratio of distilled water and titanium tetraisopropoxide is 1: 1 (molar ratio). It was made to become.
[0285]
Subsequently, the prepared titanium oxide powder was mixed with this solution. Further, this suspension was diluted 2-fold with 2-propanol. Thus, a sol solution (light receiving layer material) was prepared.
The content of titanium oxide powder in the sol liquid was 3 wt%.
[0286]
[Formation of light-receiving layer]
The laminated body of the soda glass substrate, the FTO electrode, and the barrier layer was placed on a hot plate heated to 140 ° C., and a sol solution (light receiving layer material) was dropped onto the upper surface of the barrier layer (coating method) and dried. This operation was repeated 7 times to laminate.
[0287]
As a result, a light receiving layer having a porosity of 36% was obtained. The light receiving layer had an average thickness of 8.5 μm.
[0288]
The resistance value in the thickness direction of the entire barrier layer and light receiving layer is 1 kΩ / cm.2That was all.
[0289]
-4- Next, the laminated body of the soda glass substrate, the FTO electrode and the light receiving layer was placed on a hot plate heated to 80 ° C., and an acetonitrile solution of CuI (hole transport layer material) was dropped on the upper surface of the light receiving layer. And dried. By repeating this operation, a CuI layer (hole transport layer) having dimensions of 30 mm in length, 30 mm in width, and 30 μm in thickness was formed.
[0290]
In the acetonitrile solution, tetrapropylammonium iodide was added at 1 × 10 6 as a hole transport efficiency improving substance.-3It added so that it might become wt%.
[0291]
Further, cyanoresin (cyanoethylated product) was added to the acetonitrile solution as a CuI binder. CuI and cyanoresin were blended so that the mass ratio (weight ratio) was 97: 3.
[0292]
Further, in the acetonitrile solution, sodium thiocyanate (NaSCN) is used as a crystal size coarsening inhibitor.-3It added so that it might become wt%.
[0293]
−5- Next, a platinum electrode (second electrode) having dimensions: 30 mm long × 30 mm wide × 0.1 mm thick was formed on the upper surface of the CuI layer by vapor deposition.
[0294]
(Example 2)
Using the barrier layer material shown below, a solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the operation in forming the barrier layer was repeated twice and the titanium oxide powder shown below was used. did.
[0295]
-2- Formation of barrier layer
[Preparation of barrier layer material]
First, titanium tetrachloride (inorganic titanium compound) was dissolved in absolute ethanol so as to be 1.0 mol / L.
[0296]
Thereby, a barrier layer material was obtained. The viscosity of the barrier layer material was 1.2 cP (normal temperature).
[0297]
The obtained barrier layer had a porosity of less than 1% and an average thickness of 2.0 μm.
[0298]
-3- Formation of light receiving layer
[Preparation of titanium oxide powder]
A titanium oxide powder made of a mixture of a rutile type titanium dioxide powder and an anatase type titanium dioxide powder was prepared. The average particle diameter of the titanium oxide powder was 40 nm, and the mixing ratio of the rutile type titanium dioxide powder and the anatase type titanium dioxide powder was 60:40 by weight.
[0299]
Next, the titanium oxide powder was subjected to an oxygen defect formation method by performing a heat treatment at 1000 ° C. for 0.5 hours in a hydrogen atmosphere.
[0300]
In addition, the obtained light receiving layer had a porosity of 34% and an average thickness of 7.5 μm.
[0301]
In the obtained light receiving layer, rutile type titanium dioxide and anatase type titanium dioxide were present at 70:30.
[0302]
The resistance value in the thickness direction of the entire barrier layer and light receiving layer is 1 kΩ / cm.2That was all.
[0303]
(Example 3)
Using the barrier layer material shown below, the operation in forming the barrier layer was repeated three times, and in place of the titanium oxide powder, a film-like body (coating film) was subjected to an oxygen defect formation method, A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1.
[0304]
-2- Formation of barrier layer
[Preparation of barrier layer material]
First, titanium oxyacetylacetonate (organic titanium compound) was dissolved in 2-butanol so as to be 1.5 mol / L.
[0305]
Thereby, a barrier layer material was obtained. The viscosity of the barrier layer material was 1.5 cP (normal temperature).
[0306]
The obtained barrier layer had a porosity of less than 1% and an average thickness of 3.4 μm.
[0307]
-3- Formation of light receiving layer
[Preparation of sol solution (light-receiving layer material)]
A sol solution (light-receiving layer material) was prepared in the same manner as in Example 1.
[0308]
In addition, in order to give an oxygen defect formation method with respect to a film-form body (coating film), the heat processing by the oxygen defect formation method to a titanium oxide powder was abbreviate | omitted.
[0309]
[Formation of light-receiving layer]
By forming a film-like body (coating film) in the same manner as in Example 1, and then subjecting the film-like body to heat treatment (oxygen defect formation method) at 1000 ° C. for 0.5 hours in a hydrogen atmosphere. A light receiving layer was obtained.
[0310]
In addition, the obtained light receiving layer had a porosity of 32% and an average thickness of 6.7 μm.
[0311]
In the obtained light-receiving layer, rutile type titanium dioxide and anatase type titanium dioxide were present at 75:25.
[0312]
The resistance value in the thickness direction of the entire barrier layer and light receiving layer is 1 kΩ / cm.2That was all.
[0313]
Example 4
Using the barrier layer material shown below, the operation in the formation of the barrier layer was repeated 5 times, and the atomic substitution method was used in place of the oxygen defect formation method. A solar cell was manufactured.
[0314]
-2- Formation of barrier layer
[Preparation of barrier layer material]
First, titanium tetraisopropoxide (organic titanium compound) was dissolved in 2-propanol so as to be 2.0 mol / L.
[0315]
To this solution was then added acetic acid (additive). The mixing ratio of acetic acid and titanium tetraisopropoxide was 1: 1 (molar ratio).
[0316]
Thereby, a barrier layer material was obtained. The barrier layer material had a viscosity of 1.7 cP (normal temperature).
[0317]
The obtained barrier layer had a porosity of less than 1% and an average thickness of 4.5 μm.
[0318]
-3- Formation of light receiving layer
[Preparation of sol solution (light-receiving layer material)]
Dichromium trioxide (inorganic sensitizer) and molybdenum trioxide (sintering aid) are mixed with the undiluted suspension prepared in the same manner as in Example 1, and the suspension is diluted. Thus, a sol solution (light-receiving layer material) was prepared. The mixing ratio of dichromium trioxide and molybdenum trioxide is as follows.
[0319]
<Dichromium trioxide> 0.9 μmol with respect to 1 g of titanium oxide powder
<Molybdenum trioxide> Titanium oxide powder: Molybdenum trioxide = 90: 10 (volume ratio)
[0320]
[Formation of light-receiving layer]
A film-like body (coating film) was formed in the same manner as in Example 3, and then the film-like body was baked in the atmosphere at 800 ° C. for 3 hours to obtain a light receiving layer.
[0321]
In addition, the obtained light receiving layer had a porosity of 33% and an average thickness of 6.9 μm.
[0322]
The resistance value in the thickness direction of the entire barrier layer and light receiving layer is 1 kΩ / cm.2That was all.
[0323]
(Example 5)
A solar cell (photoelectric conversion element) shown in FIG. 6 having a spacer instead of the barrier layer was produced in the same manner as in Example 1.
[0324]
-0'-, -1'- Performed in the same manner as in Steps 0-0 and -1- of Example 1.
[0325]
-2'- Next, a light receiving layer was formed in an area of 30 mm length × 30 mm width on the upper surface of the formed FTO electrode. This was performed in the same manner as in step 3-3 in Example 1.
[0326]
As a result, a light-receiving layer having a porosity of 34% was obtained. The maximum thickness of the light receiving layer was 10.5 μm. The resistance value in the thickness direction of the light receiving layer is 20 Ω / cm.2Met.
[0327]
-3'- Next, the outer edge portion of the light receiving layer was surrounded by epoxy resin (spacer material) and then solidified.
[0328]
This obtained the laminated body of the soda glass substrate, the FTO electrode, the light receiving layer, and the spacer. The spacer had an average thickness of 31.0 μm.
[0329]
-4'- Next, an acetonitrile solution (a hole transport layer material) of CuI was applied to a region 30 mm long by 30 mm wide on one surface of the platinum electrode (second electrode). This was performed in the same manner as in Step-5--5 of Example 1, but the heat treatment was omitted.
[0330]
Thereby, the laminated body of the platinum electrode and the CuI coating film (CuI layer) was obtained. The maximum thickness of this CuI layer was 30.1 μm.
[0331]
-5'- Next, the laminates were bonded so that the light receiving layer and the CuI layer were in contact with each other.
[0332]
(Comparative example)
A solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the barrier layer (short-circuit prevention means) was omitted.
[0333]
In addition, the obtained light receiving layer had a porosity of 34% and an average thickness of 10.2 μm.
The resistance value in the thickness direction of the light receiving layer is 20 Ω / cm.2Met.
[0334]
(Evaluation 1)
In the solar cells manufactured in Examples 1 to 5 and the comparative example, the resistance values were measured when a voltage of 0.5 V was applied so that the FTO electrode was positive and the platinum electrode was negative.
[0335]
(Evaluation 2)
The solar cells manufactured in Examples 1 to 5 and the comparative example were each irradiated with light from an artificial solar lamp, and the photoelectric conversion efficiency at this time was measured. The incident angle of light to the light receiving layer is set to 90 ° and 52 °, and the photoelectric conversion efficiency when the incident angle of light is 90 ° is R90And the photoelectric conversion efficiency at 52 ° is R52It was.
The results of Evaluation 1 and Evaluation 2 are shown in Table 1.
[0336]
[Table 1]
Figure 0004461657
[0337]
From the results shown in Table 1, in the solar cells (Examples 1 to 5) having the short-circuit prevention means (barrier layer or spacer), the short-circuit due to contact between the FTO electrode and the CuI layer is suitably prevented or suppressed. The photoelectric conversion efficiency was excellent.
[0338]
On the other hand, in the solar cell of the comparative example in which the barrier layer (short-circuit preventing means) is omitted, the photoelectric conversion efficiency is inferior.
[0339]
The reason why the photoelectric conversion efficiency is inferior in the comparative example is considered to be caused by the occurrence of leakage current due to a short circuit (contact) between the FTO electrode and the CuI layer, as is clear from the result of Evaluation 1.
[0340]
Moreover, as for the solar cell of Examples 1-5, all are R52/ R90Is 0.85 or more, and this indicates that the solar cells of Examples 1 to 5 have lower directivity to light.
[0341]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by providing the short-circuit prevention means, it is possible to efficiently prevent or suppress a short-circuit due to contact or the like between the first electrode and the hole transport layer, and efficiently. Electrons can be generated, and as a result, extremely excellent photoelectric conversion efficiency can be obtained.
[0342]
By using a sol-gel method using a sol liquid containing powder of the light receiving layer material, the light receiving layer can be formed more easily and reliably.
[0343]
In addition, when a barrier layer is provided as a short-circuit prevention means, the barrier layer can be formed more easily and reliably by using the MOD method.
The photoelectric conversion element of the present invention is easy to manufacture and can be manufactured at low cost.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a first embodiment when a photoelectric conversion element of the present invention is applied to a solar cell.
FIG. 2 is an enlarged view showing a cross section in the vicinity of the central portion in the thickness direction of the solar cell of the first embodiment.
FIG. 3 is a partially enlarged view showing a cross section of a light receiving layer.
4 is a diagram showing an equivalent circuit of the solar cell circuit shown in FIG. 1. FIG.
FIG. 5 is a view (an enlarged cross-sectional view showing a state before joining a light receiving layer and a hole transport layer) for explaining another method for manufacturing the solar cell of the first embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a solar cell according to a second embodiment.
FIG. 7 is a view (an enlarged cross-sectional view showing a state before joining a light receiving layer and a hole transport layer) for explaining a method for manufacturing a solar cell according to a second embodiment.
[Explanation of symbols]
1A, 1B ... Solar cell 2 ... Substrate 3 ... First electrode 4 ... Light receiving layer 41 ... Hole 5 ... Hole transport layer 51 ... Projection 6 ... Second electrode 7 ... Spacer 8 ... Barrier layer 11A ... Laminated body 12A ... Laminated body 11B ... Laminated body 12B ... Laminated body 100 ... External circuit 200 ... Diode

Claims (19)

第1の電極と、
該第1の電極と対向して設置された第2の電極と、
前記第1の電極と前記第2の電極との間に位置し、その少なくとも一部が多孔質な受光層と、
該受光層と前記第2の電極との間に位置する正孔輸送層とを有し、
前記受光層と前記正孔輸送層との界面に整流障壁が形成されている光電変換素子であって、
前記第1の電極と前記正孔輸送層との間での短絡を防止または抑制する短絡防止手段として、前記第1の電極と前記受光層との間に、前記受光層と同等の電気伝導性を有する、空孔率が2%以下であるバリヤ層を有し、
前記バリヤ層と前記受光層との厚さの比率は、1:99〜40:60であり、かつ、前記受光層の空孔率より前記バリヤ層の空孔率が小さくなるように、前記バリヤ層の空孔率をA[%]とし、前記受光層の空孔率をB[%]としたとき、B/Aが10以上となっており、
前記バリヤ層は、チタンアルコキシドを含むバリヤ層材料を用いたゾル・ゲル法により形成された、主として酸化チタンで構成されるものであり、
前記受光層は、チタンアルコキシドと、酸化チタン粉末とを含む受光層材料を用いたゾル・ゲル法により形成された、主として酸化チタンで構成され、
前記正孔輸送層は、主としてイオン伝導特性を有する物質であるヨウ化金属化合物で構成され、かつ、前記イオン伝導特性を有する物質を含む正孔輸送層材料を塗布法により、前記色素層上に塗布して形成され、
前記正孔輸送層材料は、前記ヨウ化金属化合物が結晶化するとき、結晶サイズが増大するのを抑制する機能を有する結晶サイズ粗大化抑制物質として、チオシアン酸塩を含有することを特徴とする光電変換素子。
A first electrode;
A second electrode disposed opposite the first electrode;
A light-receiving layer located between the first electrode and the second electrode, at least a portion of which is porous;
A hole transport layer located between the light receiving layer and the second electrode;
A photoelectric conversion element in which a rectifying barrier is formed at an interface between the light receiving layer and the hole transport layer,
As a short-circuit prevention means for preventing or suppressing a short circuit between the first electrode and the hole transport layer, electrical conductivity equivalent to that of the light receiving layer is provided between the first electrode and the light receiving layer. Having a barrier layer having a porosity of 2% or less,
The thickness ratio between the barrier layer and the light receiving layer is 1:99 to 40:60, and the barrier layer has a porosity smaller than the porosity of the light receiving layer. When the porosity of the layer is A [%] and the porosity of the light receiving layer is B [%], B / A is 10 or more,
The barrier layer is mainly composed of titanium oxide formed by a sol-gel method using a barrier layer material containing titanium alkoxide,
The light-receiving layer comprises a titanium alkoxide, which is formed by the sol-gel method using a light-receiving layer material containing titanium oxide powder is composed mainly of titanium oxide,
The hole transport layer is mainly composed of a metal iodide compound which is a substance having ion conduction characteristics, and a hole transport layer material containing the substance having ion conduction characteristics is applied onto the dye layer by a coating method. Formed by coating,
The hole transport layer material contains thiocyanate as a crystal size coarsening inhibitor having a function of suppressing an increase in crystal size when the metal iodide compound is crystallized. Photoelectric conversion element.
前記結晶サイズ粗大化抑制物質は、前記ヨウ化金属化合物の金属原子に結合することにより、前記ヨウ化金属化合物が結晶化する際に、結晶サイズが増大するのを抑制する請求項に記載の光電変換素子。The crystal size coarse suppressing substance, by binding to the metal atom of the metal iodide compound, when the metal iodide compound crystallizes, according to suppress claim 1 that the crystal size increases Photoelectric conversion element. 第1の電極と、A first electrode;
該第1の電極と対向して設置された第2の電極と、  A second electrode disposed opposite the first electrode;
前記第1の電極と前記第2の電極との間に位置し、その少なくとも一部が多孔質な受光層と、  A light-receiving layer located between the first electrode and the second electrode, at least a portion of which is porous;
該受光層と前記第2の電極との間に位置する正孔輸送層とを有し、  A hole transport layer located between the light receiving layer and the second electrode;
前記受光層と前記正孔輸送層との界面に整流障壁が形成されている光電変換素子であって、  A photoelectric conversion element in which a rectifying barrier is formed at an interface between the light receiving layer and the hole transport layer,
前記第1の電極と前記正孔輸送層との間での短絡を防止または抑制する短絡防止手段として、前記第1の電極と前記受光層との間に、前記受光層と同等の電気伝導性を有する、空孔率が2%以下であるバリヤ層を有し、  As a short-circuit prevention means for preventing or suppressing a short circuit between the first electrode and the hole transport layer, electrical conductivity equivalent to that of the light receiving layer is provided between the first electrode and the light receiving layer. Having a barrier layer having a porosity of 2% or less,
前記バリヤ層と前記受光層との厚さの比率は、1:99〜40:60であり、かつ、前記受光層の空孔率より前記バリヤ層の空孔率が小さくなるように、前記バリヤ層の空孔率をA[%]とし、前記受光層の空孔率をB[%]としたとき、B/Aが10以上となっており、  The thickness ratio between the barrier layer and the light receiving layer is 1:99 to 40:60, and the barrier layer has a porosity smaller than the porosity of the light receiving layer. When the porosity of the layer is A [%] and the porosity of the light receiving layer is B [%], B / A is 10 or more,
前記バリヤ層は、チタンアルコキシドを含むバリヤ層材料を用いたゾル・ゲル法により形成された、主として酸化チタンで構成されるものであり、  The barrier layer is mainly composed of titanium oxide formed by a sol-gel method using a barrier layer material containing titanium alkoxide,
前記受光層は、チタンアルコキシドと、酸化チタン粉末とを含む受光層材料を用いたゾル・ゲル法により形成された、主として酸化チタンで構成され、  The light receiving layer is mainly composed of titanium oxide formed by a sol-gel method using a light receiving layer material containing titanium alkoxide and titanium oxide powder,
前記正孔輸送層は、主としてイオン伝導特性を有する物質であるヨウ化金属化合物で構成され、かつ、前記イオン伝導特性を有する物質を含む正孔輸送層材料を塗布法により、前記色素層上に塗布して形成され、  The hole transport layer is mainly composed of a metal iodide compound which is a substance having ion conduction characteristics, and a hole transport layer material containing the substance having ion conduction characteristics is applied onto the dye layer by a coating method. Formed by coating,
前記正孔輸送層材料は、正孔の輸送効率を向上させる機能を有する正孔輸送効率向上物質として、ハロゲン化アンモニウムを含有することを特徴とする光電変換素子。  The hole transport layer material contains an ammonium halide as a hole transport efficiency improving substance having a function of improving hole transport efficiency.
前記バリヤ層は、MOD(Metal Organic DepositionまたはMetal Organic Decomposition)法により形成されたものである請求項1ないし3のいずれかに記載の光電変換素子。4. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the barrier layer is formed by a MOD (Metal Organic Deposition or Metal Organic Decomposition) method. 前記MOD法により前記バリヤ層を形成する際に用いられるバリヤ層材料は、チタンアルコキシドと、該チタンアルコキシドを安定化させる機能を有する添加物とを含むものである請求項に記載の光電変換素子。The photoelectric conversion element according to claim 4 , wherein a barrier layer material used when forming the barrier layer by the MOD method includes a titanium alkoxide and an additive having a function of stabilizing the titanium alkoxide. 前記添加物は、前記チタンアルコキシドのアルコキシル基に置換し、前記チタンアルコキシドのチタン原子に配位することにより、前記チタンアルコキシドの加水分解を抑止する加水分解抑止剤である請求項に記載の光電変換素子。The photoelectric additive according to claim 5 , wherein the additive is a hydrolysis inhibitor that inhibits hydrolysis of the titanium alkoxide by substituting for an alkoxyl group of the titanium alkoxide and coordinates to a titanium atom of the titanium alkoxide. Conversion element. 前記バリヤ層と前記受光層との全体における厚さ方向の抵抗値が100Ω/cm以上である請求項1ないしのいずれかに記載の光電変換素子。The photoelectric conversion device according to any one of the resistance value in the thickness direction in the entire of the light receiving layer and the barrier layer claims 1 is 100 [Omega / cm 2 or more and 6. 前記バリヤ層と前記受光層との界面は、不明確である請求項1ないしのいずれかに記載の光電変換素子。An interface between the light-receiving layer and the barrier layer, the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 7 is uncertain. 前記バリヤ層と前記受光層とは、一体的に形成される請求項1ないしのいずれかに記載の光電変換素子。Wherein A barrier layer and the light-receiving layer, the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 8 are integrally formed. 前記受光層の一部が、前記バリヤ層として機能する請求項1ないしのいずれかに記載の光電変換素子。Some of the light receiving layer, the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 9 functioning as the barrier layer. 前記受光層は、可視光領域の波長の光の吸収を可能とする可視化処理が施されている請求項1ないし10のいずれかに記載の光電変換素子。The light receiving layer, the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 visualization process that enables light absorption in the wavelength of visible light region is applied 10. 前記受光層は、膜状をなしている請求項1ないし11のいずれかに記載の光電変換素子。The light receiving layer, the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 11 formed into a film shape. 前記酸化チタン粉末は、平均粒径が1nm〜1μmのものである請求項1ないし12のいずれかに記載の光電変換素子。The titanium oxide powder is a photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 12 average particle size of from 1 nm to 1 [mu] m. 前記酸化チタン粉末の前記受光層材料中の含有量は、0.1〜10重量%である請求項1ないし13のいずれかに記載の光電変換素子。The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 13 , wherein a content of the titanium oxide powder in the light receiving layer material is 0.1 to 10% by weight. 前記受光層は、主として二酸化チタンで構成される請求項1ないし14のいずれかに記載の光電変換素子。The light receiving layer, the photoelectric conversion device according to any one of constituted claims 1 to 14 mainly titanium dioxide. 前記正孔輸送層は、前記受光層を加熱しつつ、前記正孔輸送層材料を前記受光層上に塗布して形成されたものである請求項1ないし15のいずれかに記載の光電変換素子。The photoelectric conversion element according to claim 1 , wherein the hole transport layer is formed by applying the hole transport layer material onto the light receiving layer while heating the light receiving layer. . 前記第1の電極を支持する基板を有する請求項1ないし16のいずれかに記載の光電変換素子。The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 16 having a substrate supporting the first electrode. 前記第1の電極が正、前記第2の電極が負となるようにして、0.5Vの電圧を印加したとき、抵抗値が100Ω/cm以上となる特性を有する請求項1ないし17のいずれかに記載の光電変換素子。The first electrode is positive, as the second electrode is negative, when applying a voltage of 0.5V, the resistance value of claims 1 to 17 having the property of a 100 [Omega / cm 2 or more The photoelectric conversion element in any one. 太陽電池である請求項1ないし18のいずれかに記載の光電変換素子。The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 18, which is a solar cell.
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