JP2008244258A - Photoelectric conversion device and photovoltaic generator - Google Patents

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省吾 伊藤
Hisashi Sakai
久 坂井
Junji Aranami
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Akiko Komota
晶子 古茂田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin film type amorphous silicon-based photoelectric conversion device substantially reducing or dissolving the problems of weather resistance (light degradation and heat deterioration). <P>SOLUTION: The photoelectric conversion device comprises: a translucent substrate 2; a translucent conductive layer 3 formed on one main surface of the translucent substrate 2; a first conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 4, formed on the translucent conductive layer 3; an intrinsic amorphous silicon semiconductor layer 5, formed on the first conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 4; a second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6, formed on the intrinsic amorphous silicon semiconductor layer 5; a plurality of catalyst layers 7, formed in an island shape on the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6 and silane coupling layers 8, formed between the catalyst layers 7; a counter electrode side structure 20, disposed so as to face the catalyst layers 7 and the silane coupling layers 8 at an interval; and a charge transport layer 9, provided in between the catalyst layers 7 and the silane coupling layers 8 and the counter electrode side structure 20. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、高い光電変換効率が得られ、耐候性に優れ、しかも低コスト化に製造可能な光電変換装置に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion device that can obtain high photoelectric conversion efficiency, is excellent in weather resistance, and can be manufactured at low cost.

シリコン結晶板を用いた通常のバルク型結晶系のシリコン太陽電池は、シリコン結晶板の厚みが300μm程度と厚いために、資源の有限性と材料コストの問題点がある上に、その結晶化のために1000℃以上の高温処理が必要であるというプロセスコストの問題点がある。その上、一つの発電セルを構成するシリコン結晶板のサイズ(約15cm角)には限界があるので、多数の発電セルを用いて大型(メートルオーダーのサイズ)のモジュールの作製に要するアセンブルコストがかかる。   A normal bulk crystal silicon solar cell using a silicon crystal plate has a problem of finite resources and material cost because the thickness of the silicon crystal plate is as thick as about 300 μm. Therefore, there is a problem of process cost that high temperature treatment at 1000 ° C. or higher is necessary. In addition, since there is a limit to the size (about 15 cm square) of the silicon crystal plate that constitutes one power generation cell, the assembly cost required for producing a large (meter-order size) module using a large number of power generation cells is reduced. Take it.

それに対して、非晶質(アモルファス)シリコン薄膜を用いた薄膜型アモルファスシリコン系の太陽電池は、厚み約0.3μmと非常に薄い非晶質シリコン薄膜と低温プロセス(約300℃)、そして自由サイズの大きな基板を用いることができることにより、上記の問題点がほとんど解消できる。   On the other hand, thin-film amorphous silicon solar cells using amorphous silicon thin film have a very thin amorphous silicon thin film with a thickness of about 0.3 μm, a low temperature process (about 300 ° C.), and freedom. By using a large-sized substrate, the above problems can be almost solved.

従来、薄膜型アモルファスシリコン系の太陽電池は、ITO層から成る透明電極とアルミニウム等から成る金属電極を背面電極として積層させている。しかしながら、薄膜型アモルファスシリコン系の太陽電池は、非晶質シリコン薄膜は、製膜条件、基板の前処理、及び背面電極の形成時のダメージなどにより、ピンホールが形成され易い。ピンホールを通じて、背面電極である金属電極が、積層時に非晶質シリコン薄膜の基板となる透明導電性基板の透明電極と接触し、シャント抵抗を減少させることによるリーク電流の原因となり、出力の低下を引き起こす。特に、大面積のモジュールにおいては、リーク電流の発生が顕著となり、光電変換効率の低下、モジュールの出力低下を引き起こす。
ケミカルレター 第35版 (2006年) 第956頁(Chem. Lett. 35 (2006) p956)
Conventionally, a thin-film amorphous silicon solar cell has a transparent electrode made of an ITO layer and a metal electrode made of aluminum or the like laminated as a back electrode. However, in a thin film type amorphous silicon solar cell, pinholes are easily formed in an amorphous silicon thin film due to film forming conditions, substrate pretreatment, damage during formation of a back electrode, and the like. Through the pinhole, the metal electrode as the back electrode comes into contact with the transparent electrode of the transparent conductive substrate that becomes the substrate of the amorphous silicon thin film at the time of stacking, causing a leakage current by reducing the shunt resistance, resulting in a decrease in output cause. In particular, in a large-area module, the occurrence of leakage current becomes significant, causing a decrease in photoelectric conversion efficiency and a decrease in module output.
Chemical Letter 35th Edition (2006) Page 956 (Chem. Lett. 35 (2006) p956)

シリコン等の半導体と液状電解質を用いた湿式太陽電池における半導体特性の劣化については、従来より言及されており、その耐久性及び信頼性の向上は太陽電池等の新エネルギー開発にとって大きな課題である。   The deterioration of semiconductor characteristics in wet solar cells using a semiconductor such as silicon and a liquid electrolyte has been referred to in the past, and improvement in durability and reliability is a major issue for the development of new energy such as solar cells.

単結晶シリコン太陽電池にPt触媒粒子を電解析出した光電変換素子についての耐久性及び信頼性の向上の研究は既に報告されている(例えば、非特許文献1参照)。この光電変換素子は劣化が激しく、その耐久性及び信頼性が低いために、Pt触媒粒子の隙間にビニル基もしくはアルキル基を導入することによって劣化を防ぐことが試みられた。しかし、非特許文献1によると、24時間までの耐久性及び信頼性(光電変換効率の保持率22%)を示したのみにとどまる。   Studies on improving durability and reliability of a photoelectric conversion element in which Pt catalyst particles are electrolytically deposited on a single crystal silicon solar cell have already been reported (for example, see Non-Patent Document 1). Since this photoelectric conversion element is severely deteriorated and its durability and reliability are low, attempts have been made to prevent deterioration by introducing a vinyl group or an alkyl group into the gaps between the Pt catalyst particles. However, according to Non-Patent Document 1, only durability and reliability up to 24 hours (photoelectric conversion efficiency retention rate 22%) are shown.

従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、耐候性(光劣化や熱劣化)の問題を大幅に軽減しまたは解消し得る薄膜型非晶質シリコン系の光電変換装置を提供することにある。   Accordingly, the present invention has been completed in view of the above-mentioned conventional problems, and the object thereof is a thin-film amorphous that can greatly reduce or eliminate the problem of weather resistance (light degradation and thermal degradation). The object is to provide a silicon-based photoelectric conversion device.

本発明の光電変換装置は、透光性基板と、前記透光性基板の一主面に形成された透光性導電層と、前記透光性導電層上に形成された第1導電型非晶質シリコン半導体層と、前記第1導電型非晶質シリコン半導体層上に形成された真性型非晶質シリコン半導体層と、前記真性型非晶質シリコン半導体層上に形成された第2導電型非晶質シリコン半導体層と、前記第2導電型非晶質シリコン半導体層上に複数の島状に形成された触媒層及び前記触媒層間に形成されたシランカップリング層と、前記触媒層及び前記シランカップリング層と間隔をあけて対向するよう配置された対極側構造体と、前記触媒層及び前記シランカップリング層と前記対極側構造体の間に設けられた電荷輸送層とを具備していることを特徴とするものである。   The photoelectric conversion device of the present invention includes a translucent substrate, a translucent conductive layer formed on one main surface of the translucent substrate, and a first conductive type non-conductive layer formed on the translucent conductive layer. A crystalline silicon semiconductor layer, an intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer formed on the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer, and a second conductive type formed on the intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer Type amorphous silicon semiconductor layer, a plurality of island-shaped catalyst layers on the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer, a silane coupling layer formed between the catalyst layers, the catalyst layer, A counter electrode structure disposed so as to face the silane coupling layer with a gap, and a charge transport layer provided between the catalyst layer and the silane coupling layer and the counter electrode structure. It is characterized by that.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記シランカップリング層は、ジアミノ基,アクリロキシプロピル基またはビニル基を有していることを特徴とするものである。   The photoelectric conversion device of the present invention is preferably characterized in that the silane coupling layer has a diamino group, an acryloxypropyl group, or a vinyl group.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記電荷輸送層は液状電解質であることを特徴とするものである。   The photoelectric conversion device of the present invention is preferably characterized in that the charge transport layer is a liquid electrolyte.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記対極側構造体は、金属基板または透明導電性基板と、その上に形成された他の触媒層とを有していることを特徴とするものである。   The photoelectric conversion device of the present invention is preferably characterized in that the counter electrode side structure has a metal substrate or a transparent conductive substrate and another catalyst layer formed thereon. It is.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記対極側構造体は、色素増感された多孔質の半導体層を有する光電変換体を有していることを特徴とするものである。   The photoelectric conversion device of the present invention is preferably characterized in that the counter electrode side structure has a photoelectric conversion body having a dye-sensitized porous semiconductor layer.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記対極側構造体は、Cu(In,Ga)Se2層を有する光電変換体を有していることを特徴とするものである。 The photoelectric conversion device of the present invention is preferably characterized in that the counter electrode side structure has a photoelectric conversion body having a Cu (In, Ga) Se 2 layer.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記対極側構造体は、結晶シリコン層を有する光電変換体を有していることを特徴とするものである。   The photoelectric conversion device of the present invention is preferably characterized in that the counter electrode side structure has a photoelectric conversion body having a crystalline silicon layer.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記触媒層は、白金,パラジウム,ロジウム,カーボン及びポリチオフェンのうちの少なくとも1種から成ることを特徴とするものである。   The photoelectric conversion device of the present invention is preferably characterized in that the catalyst layer is made of at least one of platinum, palladium, rhodium, carbon and polythiophene.

また、本発明の光発電装置は、上記本発明の光電変換装置を発電手段として用い、前記発電手段の発電電力を負荷へ供給するように成したことを特徴とするものである。   The photovoltaic device of the present invention is characterized in that the photoelectric conversion device of the present invention is used as a power generation means, and the generated power of the power generation means is supplied to a load.

本発明の光電変換装置は、透光性基板と、透光性基板の一主面に形成された透光性導電層と、透光性導電層上に形成された第1導電型非晶質シリコン半導体層と、第1導電型非晶質シリコン半導体層上に形成された真性型非晶質シリコン半導体層と、真性型非晶質シリコン半導体層上に形成された第2導電型非晶質シリコン半導体層と、第2導電型非晶質シリコン半導体層上に複数の島状に形成された触媒層及び触媒層間に形成されたシランカップリング層と、触媒層及びシランカップリング層と間隔をあけて対向するよう配置された対極側構造体と、触媒層及びシランカップリング層と対極側構造体の間に設けられた電荷輸送層とを具備していることから、シランカップリング層が第2導電型非晶質シリコン半導体層の表面に吸着し、触媒層が電解質によって化学的にエッチングされるのを防ぎ、また接着強度を高めて機械的に安定化させるように働く。その結果、触媒層の光照射及び高温加熱に対する耐久性及び信頼性を保持できるものとなる。また、触媒層は島状に形成されたものでよく、薄膜型非晶質シリコン系の光電変換体の短所であるピンホールによる短絡不良を回避する効果がある。   The photoelectric conversion device of the present invention includes a translucent substrate, a translucent conductive layer formed on one main surface of the translucent substrate, and a first conductivity type amorphous formed on the translucent conductive layer. A silicon semiconductor layer, an intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer formed on the first conductivity type amorphous silicon semiconductor layer, and a second conductivity type amorphous material formed on the intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer The silicon semiconductor layer, the catalyst layer formed in a plurality of islands on the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer, the silane coupling layer formed between the catalyst layers, and the gap between the catalyst layer and the silane coupling layer The silane coupling layer includes a counter electrode side structure disposed so as to be opposed to each other and a charge transport layer provided between the catalyst layer and the silane coupling layer and the counter electrode side structure. Adsorbed on the surface of two-conductivity type amorphous silicon semiconductor layer, catalyst There prevented from being chemically etched by the electrolyte and to increase the adhesive strength serves to mechanically stabilize. As a result, the durability and reliability of the catalyst layer against light irradiation and high-temperature heating can be maintained. In addition, the catalyst layer may be formed in an island shape, and has an effect of avoiding a short circuit failure due to a pinhole, which is a disadvantage of the thin film amorphous silicon photoelectric conversion body.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、シランカップリング層は、ジアミノ基,アクリロキシプロピル基またはビニル基を有していることから、触媒層の光照射及び高温加熱に対する耐久性及び信頼性をより有効に保持できる。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, since the silane coupling layer has a diamino group, an acryloxypropyl group, or a vinyl group, durability and reliability of the catalyst layer against light irradiation and high-temperature heating. Can be held more effectively.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、電荷輸送層は液状電解質であることから、触媒層を劣化させ易いが電荷の輸送特性に優れる液状電解質を、触媒層の劣化を抑えて使用することができる。即ち、シランカップリング層によって触媒層が化学的及び機械的に安定化するため、触媒層が液状電解質によって劣化し難いものとなるとともに、電荷の輸送特性に優れる液状電解質を用いることによって光電変換効率が向上する。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, since the charge transport layer is a liquid electrolyte, a liquid electrolyte that easily deteriorates the catalyst layer but has excellent charge transport characteristics is used while suppressing deterioration of the catalyst layer. Can do. That is, since the catalyst layer is chemically and mechanically stabilized by the silane coupling layer, the catalyst layer is hardly deteriorated by the liquid electrolyte, and the photoelectric conversion efficiency is improved by using the liquid electrolyte having excellent charge transport characteristics. Will improve.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、対極側構造体は、金属基板または透明導電性基板と、その上に形成された他の触媒層とを有していることから、対極側構造体からの出力を金属基板または透明導電性基板によって効率的に取り出すことができる。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the counter electrode side structure has a metal substrate or a transparent conductive substrate and another catalyst layer formed thereon, and therefore the counter electrode side structure. Can be efficiently taken out by a metal substrate or a transparent conductive substrate.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、対極側構造体は、色素増感された多孔質の半導体層を有する光電変換体を有していることから、第1導電型非晶質シリコン半導体層と真性型非晶質シリコン半導体層と第2導電型非晶質シリコン半導体層を含む薄膜型非晶質シリコン系の光電変換体が短波長(300〜600nm程度)感度に優れ、色素増感された多孔質の半導体層を有する光電変換体が長波長(600〜900nm程度)感度に優れる。その結果、広い波長範囲(300〜900nm程度)にわたって光電変換が可能な光電変換装置となる。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the counter electrode side structure has a photoelectric conversion body having a dye-sensitized porous semiconductor layer. Thin-film amorphous silicon-based photoelectric converter including a layer, an intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer, and a second conductive type amorphous silicon semiconductor layer has excellent sensitivity at a short wavelength (about 300 to 600 nm) and dye sensitization The photoelectric conversion body which has the porous semiconductor layer made is excellent in a long wavelength (about 600-900 nm) sensitivity. As a result, a photoelectric conversion device capable of photoelectric conversion over a wide wavelength range (about 300 to 900 nm) is obtained.

また、対極側構造体がPt層等の他の触媒層を含む場合には、他の触媒層が電荷輸送層と色素増感型の光電変換体とをオーミックコンタクトさせるオーミックコンタクト層として機能し、薄膜型非晶質シリコン系の光電変換体と色素増感型の光電変換体との電気的な短絡を回避することができる。その結果、高い品質を有する積層型(タンデム型)光電変換装置を、高い生産性で製造することが可能となる。   Further, when the counter electrode side structure includes another catalyst layer such as a Pt layer, the other catalyst layer functions as an ohmic contact layer that makes ohmic contact between the charge transport layer and the dye-sensitized photoelectric converter, It is possible to avoid an electrical short circuit between the thin film amorphous silicon-based photoelectric converter and the dye-sensitized photoelectric converter. As a result, a stacked (tandem) photoelectric conversion device having high quality can be manufactured with high productivity.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、対極側構造体は、Cu(In,Ga)Se2層を有する光電変換体を有していることから、第1導電型非晶質シリコン半導体層と真性型非晶質シリコン半導体層と第2導電型非晶質シリコン半導体層を含む薄膜型非晶質シリコン系の光電変換体が短波長(300〜700nm程度)感度に優れ、Cu(In,Ga)Se2層を有する光電変換体が長波長(700〜1100nm程度)感度に優れる。その結果、広い波長範囲(300〜1100nm程度)にわたって光電変換が可能な光電変換装置となる。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the counter electrode side structure has a photoelectric conversion body having a Cu (In, Ga) Se 2 layer, and therefore the first conductivity type amorphous silicon semiconductor layer. And a thin-film amorphous silicon-based photoelectric converter including an intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer and a second conductive type amorphous silicon semiconductor layer have excellent short wavelength (about 300 to 700 nm) sensitivity and Cu (In, A photoelectric conversion body having a Ga) Se 2 layer is excellent in long wavelength (about 700 to 1100 nm) sensitivity. As a result, a photoelectric conversion device capable of performing photoelectric conversion over a wide wavelength range (about 300 to 1100 nm) is obtained.

また、対極側構造体がPt層等の他の触媒層を含む場合には、他の触媒層が電荷輸送層とCu(In,Ga)Se2層を有する光電変換体とをオーミックコンタクトさせるオーミックコンタクト層として機能し、薄膜型非晶質シリコン系の光電変換体とCu(In,Ga)Se2層を有する光電変換体との電気的な短絡を回避することができる。その結果、高い品質を有する積層型(タンデム型)光電変換装置を、高い生産性で製造することが可能となる。 Further, when the counter electrode side structure includes another catalyst layer such as a Pt layer, the other catalyst layer performs ohmic contact between the charge transport layer and the photoelectric conversion body having a Cu (In, Ga) Se 2 layer. It functions as a contact layer, and an electrical short circuit between the thin film amorphous silicon photoelectric converter and the photoelectric converter having a Cu (In, Ga) Se 2 layer can be avoided. As a result, a stacked (tandem) photoelectric conversion device having high quality can be manufactured with high productivity.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、対極側構造体は、結晶シリコン層を有する光電変換体を有していることから、第1導電型非晶質シリコン半導体層と真性型非晶質シリコン半導体層と第2導電型非晶質シリコン半導体層を含む薄膜型非晶質シリコン系の光電変換体が短波長(300〜700nm程度)感度に優れ、結晶シリコン層を有する光電変換体が長波長(400〜1000nm程度)感度に優れる。その結果、広い波長範囲(300〜1000nm程度)にわたって光電変換が可能な光電変換装置となる。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, since the counter electrode side structure has a photoelectric conversion body having a crystalline silicon layer, the first conductive amorphous silicon semiconductor layer and the intrinsic amorphous A thin-film amorphous silicon-based photoelectric converter including a silicon semiconductor layer and a second conductive amorphous silicon semiconductor layer has excellent sensitivity at a short wavelength (about 300 to 700 nm), and a photoelectric converter having a crystalline silicon layer is long. It is excellent in wavelength (about 400 to 1000 nm) sensitivity. As a result, a photoelectric conversion device capable of photoelectric conversion over a wide wavelength range (about 300 to 1000 nm) is obtained.

また、対極側構造体がPt層等の他の触媒層を含む場合には、他の触媒層が電荷輸送層と結晶シリコン層を有する光電変換体とをオーミックコンタクトさせるオーミックコンタクト層として機能し、薄膜型非晶質シリコン系の光電変換体と結晶シリコン層を有する光電変換体との電気的な短絡を回避することができる。その結果、高い品質を有する積層型(タンデム型)光電変換装置を、高い生産性で製造することが可能となる。   Further, when the counter electrode side structure includes another catalyst layer such as a Pt layer, the other catalyst layer functions as an ohmic contact layer that makes ohmic contact between the charge transport layer and the photoelectric conversion body having the crystalline silicon layer, It is possible to avoid an electrical short circuit between the thin film amorphous silicon-based photoelectric conversion body and the photoelectric conversion body having a crystalline silicon layer. As a result, a stacked (tandem) photoelectric conversion device having high quality can be manufactured with high productivity.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、触媒層は、白金,パラジウム,ロジウム,カーボン及びポリチオフェンのうちの少なくとも1種から成ることから、電荷輸送層(電解質層)と第2導電型非晶質シリコン半導体層との間の電荷の授受を容易にするというという効果、即ち過電圧を低くするという効果を奏する。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the catalyst layer is made of at least one of platinum, palladium, rhodium, carbon, and polythiophene. Therefore, the charge transport layer (electrolyte layer) and the second conductivity type amorphous material are used. This has the effect of facilitating the transfer of charges between the porous silicon semiconductor layers, that is, the effect of reducing the overvoltage.

また、本発明の光発電装置は、上記本発明の光電変換装置を発電手段として用い、発電手段の発電電力を負荷へ供給するように成したことから、耐久性及び信頼性が向上したものとなる。   Further, the photovoltaic power generation apparatus of the present invention uses the photoelectric conversion apparatus of the present invention as a power generation means and supplies the generated power of the power generation means to a load, so that durability and reliability are improved. Become.

以下、本発明の光電変換装置について、図面を参照しつつ詳細に説明する。   Hereinafter, the photoelectric conversion device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1及び図2はそれぞれ、本発明の光電変換装置の実施の形態の例を示す断面図である。図1において、1は入射光、2はガラスやプラスチックから成る透光性基板、3はITO層等から成る透光性導電層、4は第1導電型(p型)非晶質シリコン半導体層、5は真性型(i型)非晶質シリコン層、6は第2導電型(n型)非晶質シリコン半導体層、7は触媒層、8はシランカップリング層、9は電荷輸送層である。   1 and 2 are cross-sectional views showing examples of embodiments of the photoelectric conversion device of the present invention. In FIG. 1, 1 is incident light, 2 is a translucent substrate made of glass or plastic, 3 is a translucent conductive layer made of ITO layer, etc., 4 is a first conductive type (p-type) amorphous silicon semiconductor layer. 5 is an intrinsic (i-type) amorphous silicon layer, 6 is a second conductivity type (n-type) amorphous silicon semiconductor layer, 7 is a catalyst layer, 8 is a silane coupling layer, and 9 is a charge transport layer. is there.

また、10は多孔質の半導体層、11は増感色素、12は対極側構造体20側の他の透光性基板、13は対極側構造体20側の他の透光性導電層である。対極側構造体20は、透光性基板12、透光性導電層13、多孔質の半導体層10、増感色素10から成る。   Further, 10 is a porous semiconductor layer, 11 is a sensitizing dye, 12 is another translucent substrate on the counter electrode side structure 20 side, and 13 is another translucent conductive layer on the counter electrode side structure 20 side. . The counter electrode side structure 20 includes a translucent substrate 12, a translucent conductive layer 13, a porous semiconductor layer 10, and a sensitizing dye 10.

本発明の光電変換装置は、透光性基板2と、透光性基板2の一主面に形成された透光性導電層3と、透光性導電層3上に形成された第1導電型非晶質シリコン半導体層4と、第1導電型非晶質シリコン半導体層4上に形成された真性型非晶質シリコン半導体層5と、真性型非晶質シリコン半導体層5上に形成された第2導電型非晶質シリコン半導体層6と、第2導電型非晶質シリコン半導体層6上に複数の島状に形成された触媒層7及び触媒層7間に形成されたシランカップリング層8と、触媒層7及びシランカップリング層8と間隔をあけて対向するよう配置された対極側構造体20と、触媒層7及びシランカップリング層と対極側構造体20の間に設けられた電荷輸送層8とを具備している構成である。   The photoelectric conversion device of the present invention includes a translucent substrate 2, a translucent conductive layer 3 formed on one main surface of the translucent substrate 2, and a first conductive formed on the translucent conductive layer 3. Type amorphous silicon semiconductor layer 4, intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer 5 formed on first conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 4, and formed on intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer 5. The second conductive type amorphous silicon semiconductor layer 6, the catalyst layer 7 formed in a plurality of islands on the second conductive type amorphous silicon semiconductor layer 6, and the silane coupling formed between the catalyst layers 7 The layer 8 is provided between the catalyst layer 7 and the silane coupling layer 8 so as to face each other with a space therebetween, and between the catalyst layer 7, the silane coupling layer, and the counter electrode side structure 20. The charge transport layer 8 is provided.

透光性基板2は、ガラスやプラスチックから成り、厚みは0.1〜5mm程度である。   The translucent substrate 2 is made of glass or plastic and has a thickness of about 0.1 to 5 mm.

透光性導電層3は、ITO,酸化スズ等から成り、厚みは0.3〜2μm程度がよい。0.3μm未満では、シート抵抗が高くなり、光電変換装置のシリーズ抵抗が高くなるためFF特性が悪くなる。2μmを超えると、表面の凹凸が第1導電型非晶質シリコン半導体層4の厚みよりも大きくなり、第1導電型非晶質シリコン半導体層4で透光性導電層3の全面を安定にカバーするのが困難となる。透光性導電層3はCVD法等によって形成される。   The translucent conductive layer 3 is made of ITO, tin oxide or the like, and the thickness is preferably about 0.3 to 2 μm. When the thickness is less than 0.3 μm, the sheet resistance increases, and the series resistance of the photoelectric conversion device increases, so that the FF characteristics deteriorate. When the thickness exceeds 2 μm, the unevenness of the surface becomes larger than the thickness of the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer 4, and the entire surface of the translucent conductive layer 3 is stably stabilized by the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer 4. It becomes difficult to cover. The translucent conductive layer 3 is formed by a CVD method or the like.

第1導電型非晶質シリコン半導体層4は、厚みは5〜30nm程度がよい。5nm未満では、開放電圧が低下する。30nmを超えると、短絡電流を低下させる。第1導電型非晶質シリコン半導体層4はプラズマCVD法等によって形成される。   The thickness of the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer 4 is preferably about 5 to 30 nm. If it is less than 5 nm, the open-circuit voltage decreases. When it exceeds 30 nm, a short circuit current will be reduced. The first conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 4 is formed by a plasma CVD method or the like.

真性型非晶質シリコン半導体層5は、厚みは50〜800nm程度がよい。50nm未満では、透過する光を電気に変換する量が少なく、短絡電流が小さくなる。800nmを超えると、形成される内部電場が小さくなるので発生キャリアの収集効率が低下する。真性型非晶質シリコン半導体層5はプラズマCVD法等によって形成される。   The intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer 5 is preferably about 50 to 800 nm in thickness. If it is less than 50 nm, the amount of light that is transmitted is converted into electricity, and the short-circuit current is reduced. If it exceeds 800 nm, the generated internal electric field becomes small, and the collection efficiency of the generated carriers decreases. The intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer 5 is formed by a plasma CVD method or the like.

第2導電型非晶質シリコン半導体層6は、厚みは5〜50nm程度がよい。5nm未満では、開放電圧が低下する。50nmを超えると、光電変換装置のシリーズ抵抗が増大する。第2導電型非晶質シリコン半導体層6はプラズマCVD法等によって形成される。   The thickness of the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6 is preferably about 5 to 50 nm. If it is less than 5 nm, the open-circuit voltage decreases. If it exceeds 50 nm, the series resistance of the photoelectric conversion device increases. The second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6 is formed by a plasma CVD method or the like.

触媒層7は、第2導電型非晶質シリコン半導体層6上に複数の島状に形成されるが、その厚みは0.5〜20nm程度がよい。0.5nm未満では、島状の触媒層7同士の間の距離が離れすぎて、触媒効果が得られにくくなる。20nmを超えると、透過光量が低下するとともに、第2導電型非晶質シリコン半導体層6の全面が触媒層(金属層)7で被覆されるため、電荷輸送層9と第2導電型非晶質シリコン半導体層6との短絡を回避する効果が低減されてしまう。触媒層7は、スパッタリング法等によって形成されるが、複数の島状に形成するには、上記のように、極めて薄い厚みに形成するにとどめるという操作を行って実現することができる。   The catalyst layer 7 is formed in a plurality of island shapes on the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6, and the thickness is preferably about 0.5 to 20 nm. If the thickness is less than 0.5 nm, the distance between the island-shaped catalyst layers 7 is too large, and it becomes difficult to obtain a catalytic effect. If it exceeds 20 nm, the amount of transmitted light is reduced and the entire surface of the second conductive type amorphous silicon semiconductor layer 6 is covered with the catalyst layer (metal layer) 7, so that the charge transport layer 9 and the second conductive type amorphous material are covered. The effect which avoids a short circuit with the quality silicon semiconductor layer 6 will be reduced. The catalyst layer 7 is formed by a sputtering method or the like. However, in order to form a plurality of islands, it can be realized by performing an operation of forming an extremely thin thickness as described above.

シランカップリング層8は、厚みは0.1〜3nm程度の1分子層程度の厚みがよい。0.1nm未満では、非晶質シリコン半導体層の酸化による劣化を抑えることが難しくなる。3nmを超えると、触媒層7を完全に覆うことによって触媒層7が不活性化することになる。   The silane coupling layer 8 has a thickness of about one molecular layer of about 0.1 to 3 nm. If the thickness is less than 0.1 nm, it is difficult to suppress deterioration due to oxidation of the amorphous silicon semiconductor layer. If it exceeds 3 nm, the catalyst layer 7 is inactivated by completely covering the catalyst layer 7.

シランカップリング層8は、透光性導電層3、第1導電型非晶質シリコン半導体層4、真性型非晶質シリコン半導体層5、第2導電型非晶質シリコン半導体層6、及び触媒層7が形成された透光性基板2を、シランカップリング剤の溶液に浸漬する方法等によって形成できる。この場合、透光性基板2のシランカップリング層8が形成される部位以外の部位をマスクで覆った状態で浸漬することが好ましい。   The silane coupling layer 8 includes a translucent conductive layer 3, a first conductive type amorphous silicon semiconductor layer 4, an intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer 5, a second conductive type amorphous silicon semiconductor layer 6, and a catalyst. The translucent substrate 2 on which the layer 7 is formed can be formed by a method of immersing in a solution of a silane coupling agent. In this case, it is preferable to immerse the transparent substrate 2 in a state where a portion other than the portion where the silane coupling layer 8 is formed is covered with a mask.

本発明の光電変換装置は好ましくは、シランカップリング層8は、ジアミノ基,アクリロキシプロピル基またはビニル基を有している。この構成により、触媒層7の光照射及び高温加熱に対する耐久性及び信頼性をより有効に保持できる。即ち、触媒層7が光照射及び高温加熱によって第2導電型非晶質シリコン半導体層6から剥離するのを有効に抑えることができる。   In the photoelectric conversion device of the present invention, the silane coupling layer 8 preferably has a diamino group, an acryloxypropyl group, or a vinyl group. With this configuration, the durability and reliability of the catalyst layer 7 against light irradiation and high-temperature heating can be more effectively maintained. That is, it is possible to effectively suppress the catalyst layer 7 from being separated from the second conductive type amorphous silicon semiconductor layer 6 by light irradiation and high-temperature heating.

ジアミノ基(R−NH−CH−CH−NH)は、触媒層7を成すPt等と結合する機能性置換基であり、触媒層7を化学的及び機械的により安定化させるように働く。その結果、触媒層7が光照射及び高温加熱によって第2導電型非晶質シリコン半導体層6から剥離するのをより有効に抑えることができる。 The diamino group (R—NH—CH 2 —CH 2 —NH 2 ) is a functional substituent that binds to Pt or the like constituting the catalyst layer 7 so that the catalyst layer 7 is stabilized more chemically and mechanically. work. As a result, separation of the catalyst layer 7 from the second conductive type amorphous silicon semiconductor layer 6 by light irradiation and high temperature heating can be more effectively suppressed.

シランカップリング層8がジアミノ基を含む場合、その含有量は2重量%以上がよい。2重量%未満では、触媒層7の安定化が難しくなる。   When the silane coupling layer 8 contains a diamino group, the content is preferably 2% by weight or more. If it is less than 2% by weight, it becomes difficult to stabilize the catalyst layer 7.

また、アクリロキシプロピル基(R−C−O−CO−CH=CH),ビニル基(R−CH=CH)は、シランカップリング剤同士でポリマー化するように働く機能性置換基であり、シランカップリング層8を化学的及び機械的により強固にかつ安定化させるように働く。その結果、触媒層7が光照射及び高温加熱によって第2導電型非晶質シリコン半導体層6から剥離するのをより有効に抑えることができる。 In addition, the acryloxypropyl group (R—C 3 H 6 —O—CO—CH═CH 2 ) and the vinyl group (R—CH═CH 2 ) have a functionality that works so as to polymerize with each other. It is a substituent and functions to make the silane coupling layer 8 more chemically and mechanically stable. As a result, separation of the catalyst layer 7 from the second conductive type amorphous silicon semiconductor layer 6 by light irradiation and high temperature heating can be more effectively suppressed.

シランカップリング層8がアクリロキシプロピル基を含む場合、その含有量は10重量%以上がよい。10重量%未満では、第2導電型非晶質シリコン半導体層6の表面においてシランカップリング層8がポリマー化し難くなる。   When the silane coupling layer 8 contains an acryloxypropyl group, the content is preferably 10% by weight or more. If it is less than 10% by weight, the silane coupling layer 8 becomes difficult to polymerize on the surface of the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6.

シランカップリング層8がビニル基を含む場合、その含有量は10重量%以上がよい。10重量%未満では、第2導電型非晶質シリコン半導体層6の表面においてシランカップリング層8がポリマー化し難くなる。   When the silane coupling layer 8 contains a vinyl group, the content is preferably 10% by weight or more. If it is less than 10% by weight, the silane coupling layer 8 becomes difficult to polymerize on the surface of the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、電荷輸送層9は液状電解質であることがよい。この構成により、触媒層7を劣化させ易いが電荷の輸送特性に優れる液状電解質を、触媒層7の劣化を抑えて使用することができる。即ち、シランカップリング層8によって触媒層7が化学的及び機械的に安定化するため、触媒層7が液状電解質によって劣化し難いものとなるとともに、電荷の輸送特性に優れる液状電解質を用いることによって光電変換効率が向上する。   In the photoelectric conversion device of the present invention, the charge transport layer 9 is preferably a liquid electrolyte. With this configuration, a liquid electrolyte that easily deteriorates the catalyst layer 7 but has excellent charge transport characteristics can be used while suppressing deterioration of the catalyst layer 7. That is, since the catalyst layer 7 is chemically and mechanically stabilized by the silane coupling layer 8, the catalyst layer 7 is hardly deteriorated by the liquid electrolyte, and the liquid electrolyte having excellent charge transport characteristics is used. Photoelectric conversion efficiency is improved.

電荷輸送層9が液状電解質から成る場合、電荷輸送層9は、ヨウ素/ヨウ化物塩,臭素/臭化物塩,コバルト錯体及びフェロシアン化カリウム等から成る。   When the charge transport layer 9 is composed of a liquid electrolyte, the charge transport layer 9 is composed of iodine / iodide salt, bromine / bromide salt, cobalt complex, potassium ferrocyanide and the like.

また、電荷輸送層9は、ゲル電解質,ポリマー電解質等の固体電解質、ポリチオフェン・ポリピロール,ポリフェニレンビニレン等の導電性ポリマー、またはフラーレン誘導体,ペンタセン誘導体,ペリレン誘導体,トリフェニルジアミン誘導体等の有機分子電子輸送剤から成るものであってもよい。   The charge transport layer 9 is a solid electrolyte such as a gel electrolyte or a polymer electrolyte, a conductive polymer such as polythiophene / polypyrrole or polyphenylene vinylene, or an organic molecular electron transport such as a fullerene derivative, a pentacene derivative, a perylene derivative, or a triphenyldiamine derivative. It may consist of an agent.

電荷輸送層9の厚みは0.01〜500μm程度がよい。0.1μm未満では、正極側と対極側が接してショートするおそれがある。500μmを超えると、抵抗成分である電荷輸送層9の増加による光電変換効率の低下を招き易く、また、電荷輸送層9が液状電解質である場合、液体部分の増量による封止の不具合が生じ易い。   The thickness of the charge transport layer 9 is preferably about 0.01 to 500 μm. If the thickness is less than 0.1 μm, the positive electrode side and the counter electrode side may come into contact with each other to cause a short circuit. If it exceeds 500 μm, the photoelectric conversion efficiency is likely to decrease due to an increase in the charge transport layer 9 which is a resistance component, and if the charge transport layer 9 is a liquid electrolyte, a sealing failure due to an increase in the liquid portion is likely to occur. .

また、本発明の光電変換装置は、対極側構造体20は、金属基板または透明導電性基板と、その上に形成された他の触媒層とを有していることがよい。この場合、金属基板としては、チタン,モリブデン,タングステン,ニッケル等から成るものを用いることができる。透明導電性基板としては、ガラスやプラスチック基板上にITO層、酸化スズ層等を形成したものを用いることができる。   Moreover, as for the photoelectric conversion apparatus of this invention, it is good for the counter electrode side structure 20 to have a metal substrate or a transparent conductive substrate, and the other catalyst layer formed on it. In this case, a metal substrate made of titanium, molybdenum, tungsten, nickel or the like can be used. As the transparent conductive substrate, a glass or plastic substrate on which an ITO layer, a tin oxide layer or the like is formed can be used.

図2は、対極側構造体20が、透明導電性基板と、その上に形成された他の触媒層を有している構成である場合を示すものである。透明導電性基板は、透光性基板12と、その上に形成されたITO層等から成る透光性導電層13とから成る。透光性導電層13上に、複数の島状に形成されたPt(白金)等から成る触媒層17が形成されている。   FIG. 2 shows a case where the counter electrode side structure 20 has a configuration including a transparent conductive substrate and another catalyst layer formed thereon. The transparent conductive substrate is composed of a translucent substrate 12 and a translucent conductive layer 13 made of an ITO layer or the like formed thereon. On the translucent conductive layer 13, a catalyst layer 17 made of Pt (platinum) or the like formed in a plurality of islands is formed.

また、本発明の光電変換装置は、対極側構造体20は、色素増感された多孔質の半導体層10を有する光電変換体を有していることがよい。この場合の構成(タンデム型光電変換装置)を図1に示す。   In the photoelectric conversion device of the present invention, the counter electrode-side structure 20 preferably includes a photoelectric conversion body having a dye-sensitized porous semiconductor layer 10. A configuration in this case (tandem photoelectric conversion device) is shown in FIG.

図1に示すように、対極側構造体20側に、色素増感された多孔質の半導体層10を有する光電変換体(色素増感型光電変換体)が設けられている。色素増感型光電変換体は、他の透光性基板12、他の透光性基板12上に形成された他の透光性導電層13、他の透光性導電層13上に形成された色素増感された多孔質の半導体層10を有する。   As shown in FIG. 1, a photoelectric conversion body (dye sensitized photoelectric conversion body) having a dye-sensitized porous semiconductor layer 10 is provided on the counter electrode side structure 20 side. The dye-sensitized photoelectric conversion body is formed on another translucent substrate 12, another translucent conductive layer 13 formed on the other translucent substrate 12, or another translucent conductive layer 13. The porous semiconductor layer 10 is dye-sensitized.

多孔質の半導体層10の材料や組成としては、酸化チタン(TiO)が最適であり、他の材料としては、チタン(Ti),亜鉛(Zn),スズ(Sn),ニオブ(Nb),インジウム(In),イットリウム(Y),ランタン(La),ジルコニウム(Zr),タンタル(Ta),ハフニウム(Hf),ストロンチウム(Sr),バリウム(Ba),カルシウム(Ca),バナジウム(V),タングステン(W)等の金属元素の少なくとも1種以上の金属酸化物半導体がよく、また窒素(N),炭素(C),弗素(F),硫黄(S),塩素(Cl),リン(P)等の非金属元素の1種以上を含有していてもよい。酸化チタン等はいずれも電子エネルギーバンドギャップが可視光のエネルギーより大きい2〜5eVの範囲にあり、好ましい。また、多孔質の半導体層5は、電子エネルギー準位においてその伝導帯が増感色素4の伝導帯よりも低いn型半導体がよい。 The material and composition of the porous semiconductor layer 10 is optimally titanium oxide (TiO 2 ), and other materials include titanium (Ti), zinc (Zn), tin (Sn), niobium (Nb), Indium (In), yttrium (Y), lanthanum (La), zirconium (Zr), tantalum (Ta), hafnium (Hf), strontium (Sr), barium (Ba), calcium (Ca), vanadium (V), A metal oxide semiconductor of at least one metal element such as tungsten (W) is preferable, and nitrogen (N), carbon (C), fluorine (F), sulfur (S), chlorine (Cl), phosphorus (P 1) or more of non-metallic elements such as Titanium oxide or the like is preferable because it has an electron energy band gap in the range of 2 to 5 eV, which is larger than the energy of visible light. The porous semiconductor layer 5 is preferably an n-type semiconductor whose conduction band is lower than that of the sensitizing dye 4 in the electron energy level.

多孔質の半導体層10としては、二酸化チタン等からなるとともに内部に微細な空孔(空孔径が好ましくは10〜40nm程度のものであり、22nmのときに変換効率がピークを示す)を多数有する多孔質のn型酸化物半導体層等であるのがよい。多孔質の半導体層10の空孔径が10nm未満の場合、増感色素11の浸透及び吸着が阻害され、十分な増感色素11の吸着量が得られず、また、電解質の拡散が妨げられるために拡散抵抗が増大することから、光電変換効率が低下することとなる。40nmを超えると、多孔質の半導体層10の比表面積が減少するため、増感色素11の吸着量を確保するためには厚みを厚くしなければならなくなり、厚みを厚くしすぎると光が透過しにくくなり、増感色素11が光を吸収できないこと、また、多孔質の半導体層10に注入された電荷の移動距離が長くなるため電荷の再結合によるロスが大きくなること、さらに、電解質の拡散距離も増大するため拡散抵抗が増大することから、やはり光電変換効率が低下することとなる。   The porous semiconductor layer 10 is made of titanium dioxide or the like, and has a large number of fine pores (having a pore diameter of preferably about 10 to 40 nm, with a peak conversion efficiency at 22 nm). It may be a porous n-type oxide semiconductor layer or the like. When the pore size of the porous semiconductor layer 10 is less than 10 nm, the penetration and adsorption of the sensitizing dye 11 are hindered, so that a sufficient amount of adsorption of the sensitizing dye 11 cannot be obtained, and the diffusion of the electrolyte is hindered. In addition, since the diffusion resistance increases, the photoelectric conversion efficiency decreases. If it exceeds 40 nm, the specific surface area of the porous semiconductor layer 10 decreases, so that it is necessary to increase the thickness in order to secure the amount of adsorption of the sensitizing dye 11, and if the thickness is increased too much, light is transmitted. The sensitizing dye 11 cannot absorb light, and the movement distance of the charge injected into the porous semiconductor layer 10 is increased, resulting in a large loss due to charge recombination. Since the diffusion distance also increases and the diffusion resistance increases, the photoelectric conversion efficiency also decreases.

多孔質の半導体層10は、粒状体、または針状体,チューブ状体,柱状体等の線状体、またはこれら種々の線状体が集合してなるものであって、多孔質体であることにより、増感色素11を吸着する表面積が増え、光電変換効率を高めることができる。多孔質の半導体層10は、空孔率が20〜80%、より好適には40〜60%である多孔質体であるのがよい。多孔質化により光作用極層としての表面積を1000倍以上に高めることができ、光吸収と光電変換と電子伝導を効率よく行うことができる。   The porous semiconductor layer 10 is a porous body that is a granular body, or a linear body such as a needle-shaped body, a tubular body, or a columnar body, or a collection of these various linear bodies. Thereby, the surface area which adsorb | sucks the sensitizing dye 11 increases, and photoelectric conversion efficiency can be improved. The porous semiconductor layer 10 is preferably a porous body having a porosity of 20 to 80%, more preferably 40 to 60%. The surface area as the light working electrode layer can be increased 1000 times or more by making it porous, and light absorption, photoelectric conversion, and electronic conduction can be performed efficiently.

なお、多孔質の半導体層10の空孔率は、ガス吸着測定装置を用いて窒素ガス吸着法によって試料の等温吸着曲線を求め、BJH(Barrett-Joyner-Halenda)法,CI(Chemical Ionization)法,DH(Dollimore-Heal)法等によって空孔容積を求め、これと試料の粒子密度から得ることができる。   The porosity of the porous semiconductor layer 10 is determined by obtaining an isothermal adsorption curve of the sample by a nitrogen gas adsorption method using a gas adsorption measuring device, and using a BJH (Barrett-Joyner-Halenda) method or a CI (Chemical Ionization) method. , DH (Dollimore-Heal) method or the like can be used to determine the pore volume and obtain it from the particle density of the sample.

多孔質の半導体層10の形状は、その表面積が大きくなりかつ電気抵抗が小さい形状がよく、例えば微細粒子もしくは微細線状体からなるのがよい。その平均粒径もしくは平均線径は5〜500nmであるのがよく、より好適には10〜200nmがよい。ここで、平均粒径もしくは平均線径の5〜500nmにおける下限値は、これ未満になると材料の微細化ができず、上限値は、これを超えると接合面積が小さくなり光電流が著しく小さくなることによる。   The shape of the porous semiconductor layer 10 is preferably a shape having a large surface area and a small electric resistance, and is preferably composed of fine particles or fine linear bodies, for example. The average particle diameter or average wire diameter is preferably 5 to 500 nm, and more preferably 10 to 200 nm. Here, if the lower limit of the average particle diameter or the average wire diameter of 5 to 500 nm is less than this, the material cannot be miniaturized, and if the upper limit exceeds this, the junction area is reduced and the photocurrent is significantly reduced. It depends.

また、多孔質の半導体層10を多孔質体とすることにより、これに増感色素11を吸着させて成る色素増感型光電変換体としての表面が凹凸状となり、光閉じ込め効果をもたらして、変換効率をより高めることができる。   Moreover, by making the porous semiconductor layer 10 into a porous body, the surface as a dye-sensitized photoelectric conversion body formed by adsorbing the sensitizing dye 11 to the porous semiconductor layer 10 becomes uneven, resulting in a light confinement effect, The conversion efficiency can be further increased.

また、多孔質の半導体層10の厚みは0.1〜50μmがよく、より好適には1〜20μmがよい。ここで、0.1〜50μmにおける下限値は、これより厚みが小さくなると光電変換作用が著しく小さくなって実用に適さず、上限値は、これを超えて厚みが厚くなると光が透過しなくなって光が入射しなくなることによる。   The thickness of the porous semiconductor layer 10 is preferably 0.1 to 50 μm, more preferably 1 to 20 μm. Here, the lower limit value at 0.1 to 50 μm is not suitable for practical use when the thickness is smaller than this, and the upper limit value is not suitable for practical use. This is because light is not incident.

多孔質の半導体層10が酸化チタンからなる場合、以下のようにして形成される。まず、TiOのアナターゼ粉末にアセチルアセトンを添加した後、脱イオン水とともに混練し、界面活性剤で安定化させた酸化チタンのペーストを作製する。作製したペーストをドクターブレード法やバーコート法等で透光性基板12上の透光性導電層13上に一定速度で塗布し、大気中で300〜600℃、好適には400〜500℃で、10〜60分、好適には20〜40分加熱処理することにより、多孔質の半導体層10を形成する。この手法は簡便であり、好ましい。 When the porous semiconductor layer 10 is made of titanium oxide, it is formed as follows. First, acetylacetone is added to TiO 2 anatase powder, and then kneaded with deionized water to prepare a titanium oxide paste stabilized with a surfactant. The prepared paste is applied at a constant speed onto the light-transmitting conductive layer 13 on the light-transmitting substrate 12 by a doctor blade method, a bar coating method, or the like, and is 300 to 600 ° C., preferably 400 to 500 ° C. in the atmosphere. The porous semiconductor layer 10 is formed by heat treatment for 10 to 60 minutes, preferably 20 to 40 minutes. This method is simple and preferable.

多孔質の半導体層10の低温成長法としては、電析法、泳動電着法、水熱合成法等がよく、電子輸送特性を良くするための後処理としては、マイクロ波処理、CVD法によるプラズマ処理や熱触媒処理等、UV照射処理等がよい。低温成長法による多孔質の半導体層10としては、電析法による多孔質ZnO層、泳動電着法による多孔質TiO層等からなるものがよい。 As a low-temperature growth method for the porous semiconductor layer 10, an electrodeposition method, an electrophoretic electrodeposition method, a hydrothermal synthesis method, etc. are preferable. As a post-treatment for improving electron transport properties, a microwave treatment or a CVD method is used. A UV treatment such as plasma treatment or thermal catalyst treatment is preferable. The porous semiconductor layer 10 formed by the low temperature growth method is preferably composed of a porous ZnO layer formed by the electrodeposition method, a porous TiO 2 layer formed by the electrophoretic electrodeposition method, and the like.

また、多孔質の半導体層10の多孔質体の表面に、TiCl処理、即ちTiCl溶液に10時間浸漬し、水洗し、450℃で30分間焼成する処理を施すとよく、電子電導性がよくなって変換効率が高まる。 Further, the surface of the porous body of the porous semiconductor layer 10 may be treated with TiCl 4 treatment, that is, immersed in a TiCl 4 solution for 10 hours, washed with water, and fired at 450 ° C. for 30 minutes. The conversion efficiency is improved.

また、多孔質の半導体層10と透光性基板12の間に、n型酸化物半導体の極薄の緻密層を挿入するとよく、逆電流が抑制できるので変換効率が高まる。   In addition, an extremely thin dense layer of an n-type oxide semiconductor may be inserted between the porous semiconductor layer 10 and the light-transmitting substrate 12, and the reverse current can be suppressed, so that the conversion efficiency is increased.

また、多孔質の半導体層10は、酸化物半導体微粒子の焼結体から成るとともに、酸化物半導体微粒子の平均粒径が透光性基板12側より厚み方向に漸次大きくなっていることが好ましく、例えば多孔質の半導体層10が酸化物半導体微粒子の平均粒径が異なる2層の積層体からなるものとするのがよい。具体的には、透光性基板12側に平均粒径が小さい酸化物半導体微粒子を用い、触媒層7側に平均粒径が大きい酸化物半導体微粒子(散乱粒子)を用いることで、平均粒径が大きい多孔質の半導体層10によって光散乱と光反射による光閉じ込め効果が生じ、変換効率を高めることができる。   The porous semiconductor layer 10 is preferably composed of a sintered body of oxide semiconductor fine particles, and the average particle diameter of the oxide semiconductor fine particles is gradually increased in the thickness direction from the translucent substrate 12 side. For example, the porous semiconductor layer 10 is preferably composed of a two-layer laminate in which the average particle diameters of the oxide semiconductor particles are different. Specifically, by using oxide semiconductor fine particles having a small average particle diameter on the translucent substrate 12 side and oxide semiconductor fine particles (scattering particles) having a large average particle diameter on the catalyst layer 7 side, the average particle diameter is obtained. The porous semiconductor layer 10 having a large thickness produces a light confinement effect due to light scattering and light reflection, thereby improving the conversion efficiency.

より具体的には、平均粒径が小さい酸化物半導体微粒子として、平均粒径が約20nmのものを100wt%(重量%)使用し、平均粒径が大きい酸化物半導体微粒子として、平均粒径が約20nmのものを70wt%及び平均粒径が約180nmのものを30wt%混合して使用すればよい。これらの重量比、平均粒径、それぞれの膜厚を変えることで、最適な光閉じ込め効果が得られる。また、積層数を2層から複数層に増やしたり、これらの境界が生じないように塗布形成したりすることにより、平均粒径を透光性基板12側から厚み方向に漸次大きくなるように形成することができる。   More specifically, as oxide semiconductor fine particles having a small average particle diameter, 100 wt% (wt%) having an average particle diameter of about 20 nm is used, and as the oxide semiconductor fine particles having a large average particle diameter, the average particle diameter is What is necessary is just to use 70 wt% of about 20 nm and 30 wt% of those having an average particle diameter of about 180 nm. By changing these weight ratios, average particle diameters, and respective film thicknesses, an optimum light confinement effect can be obtained. In addition, by increasing the number of layers from two layers to a plurality of layers, or by coating and forming so that these boundaries do not occur, the average particle size is formed so as to gradually increase in the thickness direction from the translucent substrate 12 side. can do.

増感色素11としては、例えば、ルテニウム−トリス,ルテニウム−ビス,オスミウム−トリス,オスミウム−ビス型の遷移金属錯体、多核錯体、またはルテニウム−シス−ジアクア−ビピリジル錯体、またはフタロシアニンやポルフィリン、多環芳香族化合物、ローダミンB等のキサンテン系色素であることが好ましい。   Examples of the sensitizing dye 11 include ruthenium-tris, ruthenium-bis, osmium-tris, osmium-bis transition metal complexes, polynuclear complexes, ruthenium-cis-diaqua-bipyridyl complexes, phthalocyanines, porphyrins, and polycycles. Xanthene dyes such as aromatic compounds and rhodamine B are preferred.

多孔質の半導体層10に増感色素11を吸着させるためには、増感色素11に少なくとも1個以上のカルボキシル基,スルホニル基,ヒドロキサム酸基,アルコキシ基,アリール基,ホスホリル基等を置換基として有することが有効である。ここで、置換基は増感色素11自体を多孔質の半導体層10に強固に化学吸着させることができ、励起状態の増感色素11から多孔質の半導体層10へ容易に電荷移動できるものであればよい。   In order to adsorb the sensitizing dye 11 to the porous semiconductor layer 10, at least one carboxyl group, sulfonyl group, hydroxamic acid group, alkoxy group, aryl group, phosphoryl group, etc. are substituted on the sensitizing dye 11. It is effective to have as. Here, the substituent is capable of firmly chemisorbing the sensitizing dye 11 itself to the porous semiconductor layer 10 and easily transferring charge from the excited sensitizing dye 11 to the porous semiconductor layer 10. I just need it.

多孔質の半導体層10に増感色素11を吸着させる方法としては、例えば透光性基板12上に形成された多孔質の半導体層10を、増感色素11を溶解した溶液に浸漬する方法が挙げられる。   As a method of adsorbing the sensitizing dye 11 to the porous semiconductor layer 10, for example, there is a method of immersing the porous semiconductor layer 10 formed on the translucent substrate 12 in a solution in which the sensitizing dye 11 is dissolved. Can be mentioned.

多孔質の半導体層10に増感色素11を吸着させる際の増感色素11を溶解させる溶液の溶媒としては、エタノール等のアルコール類,アセトン等のケトン類,ジエチルエーテル等のエーテル類,アセトニトリル等の窒素化合物等を1種または2種以上混合したものが挙げられる。溶液中の増感色素11の濃度は5×10−5〜2×10−3mol/l(l(リットル):1000cm)程度が好ましい。 Solvents for dissolving the sensitizing dye 11 when adsorbing the sensitizing dye 11 to the porous semiconductor layer 10 include alcohols such as ethanol, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether, acetonitrile, and the like. Or a mixture of two or more of these nitrogen compounds. The concentration of the sensitizing dye 11 in the solution is preferably about 5 × 10 −5 to 2 × 10 −3 mol / l (l (liter): 1000 cm 3 ).

多孔質の半導体層10に増感色素11を吸着させる際、溶液及び雰囲気の温度の条件は特に限定するものではなく、例えば、大気圧下もしくは真空中、室温もしくは基板2加熱の条件が挙げられる。増感色素11の吸着にかける時間は増感色素11及び溶液の種類、溶液の濃度、増感色素11の溶液の循環量等により適宜調整することができる。これにより、増感色素11を多孔質の半導体層10に吸着させることができる。   When adsorbing the sensitizing dye 11 to the porous semiconductor layer 10, the temperature conditions of the solution and the atmosphere are not particularly limited, and examples include conditions under atmospheric pressure or in vacuum, room temperature, or heating of the substrate 2. . The time required for adsorption of the sensitizing dye 11 can be appropriately adjusted depending on the kind of the sensitizing dye 11 and the solution, the concentration of the solution, the circulation amount of the solution of the sensitizing dye 11 and the like. Thereby, the sensitizing dye 11 can be adsorbed to the porous semiconductor layer 10.

また、本発明の光電変換装置は、対極側構造体は、Cu(In,Ga)Se2層(CIS層)を有する光電変換体(CIS型光電変換体)を有していることがよい。この場合、タンデム型光電変換装置が構成される。CIS型光電変換体は、ZnOから成るn型窓層、Cu(In,Ga)Se2層(光吸収層)を有する構成である。 In the photoelectric conversion device of the present invention, it is preferable that the counter electrode side structure has a photoelectric conversion body (CIS type photoelectric conversion body) having a Cu (In, Ga) Se 2 layer (CIS layer). In this case, a tandem photoelectric conversion device is configured. The CIS type photoelectric conversion body has an n-type window layer made of ZnO and a Cu (In, Ga) Se 2 layer (light absorption layer).

また、本発明の光電変換装置は、対極側構造体は、結晶シリコン層を有する光電変換体(結晶シリコン型光電変換体)を有していることがよい。この場合、タンデム型光電変換装置が構成される。結晶シリコン型光電変換体は、単結晶シリコン半導体、多結晶シリコン半導体、微結晶シリコン半導体を用いたものであり、具体的には、p型微結晶シリコン半導体、i型多結晶シリコン半導体、n型微結晶シリコン半導体を積層したpin積層構造のものである。   In the photoelectric conversion device of the present invention, the counter electrode side structure preferably includes a photoelectric conversion body (crystalline silicon photoelectric conversion body) having a crystalline silicon layer. In this case, a tandem photoelectric conversion device is configured. The crystalline silicon type photoelectric conversion body uses a single crystal silicon semiconductor, a polycrystalline silicon semiconductor, and a microcrystalline silicon semiconductor, and specifically includes a p-type microcrystalline silicon semiconductor, an i-type polycrystalline silicon semiconductor, and an n-type. It has a pin stack structure in which microcrystalline silicon semiconductors are stacked.

また、本発明の光電変換装置は、触媒層7は、白金,パラジウム,ロジウム,カーボン及びポリチオフェンのうちの少なくとも1種から成ることがよい。これらの材料は、電荷輸送層8に対して過電圧の低い触媒である。過電圧を下げる触媒層7は、電荷輸送層8と第2導電型非晶質シリコン半導体層6との電荷の授受を容易にするための層であり、電荷輸送層8と第2導電型非晶質シリコン半導体層6とのオーミック接合を確保するための層である。なお、過電圧とは、光電変換装置を動作させるために最初に印加する大きな電圧のことをいう。   In the photoelectric conversion device of the present invention, the catalyst layer 7 is preferably made of at least one of platinum, palladium, rhodium, carbon, and polythiophene. These materials are catalysts having a low overvoltage with respect to the charge transport layer 8. The catalyst layer 7 for lowering the overvoltage is a layer for facilitating transfer of charges between the charge transport layer 8 and the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6, and the charge transport layer 8 and the second conductivity type amorphous material. This is a layer for securing an ohmic junction with the high-quality silicon semiconductor layer 6. Note that the overvoltage refers to a large voltage that is first applied to operate the photoelectric conversion device.

本発明の光発電装置は、上記本発明の光電変換装置を発電手段として用い、発電手段の発電電力を負荷へ供給するように成した構成である。具体的には、光発電装置は、光電変換装置、光電変換装置から出力された直流電流を交流電流に変換するインバータ装置、電気モーターや照明装置等の負荷等を有する構成であり、建築物の屋根や壁面に設置される太陽電池等として使用される。   The photovoltaic device of the present invention has a configuration in which the photoelectric conversion device of the present invention is used as a power generation means, and the generated power of the power generation means is supplied to a load. Specifically, a photovoltaic device is a structure having a load such as a photoelectric conversion device, an inverter device that converts a direct current output from the photoelectric conversion device into an alternating current, an electric motor, a lighting device, and the like. Used as a solar cell or the like installed on the roof or wall.

以下、本発明の光電変換装置の実施例について説明する。図1の構成の光電変換装置を以下のようにして作製した。   Examples of the photoelectric conversion device of the present invention will be described below. A photoelectric conversion device having the configuration of FIG. 1 was produced as follows.

透光性基板2として、シート抵抗10Ω/□(スクエア)の厚み1μmのSnO2:F層(フッ素ドープSnO2層)から成る透光性導電層3が一主面に形成されたガラス基板(サイズ2cm×2cm、厚み2mm)を準備した。 As the translucent substrate 2, a glass substrate in which a translucent conductive layer 3 composed of a SnO 2 : F layer (fluorine-doped SnO 2 layer) having a sheet resistance of 10 Ω / □ (square) and a thickness of 1 μm is formed on one main surface ( Size 2 cm × 2 cm, thickness 2 mm).

次に、プラズマCVD装置を用いて、透光性導電層3上に、第1導電型非晶質シリコン半導体層4としてのp型a−Si:H層、真性型非晶質シリコン半導体層5としてのi型a−Si:H層、第2導電型非晶質シリコン半導体層6としてのn型a−Si:H層を、順次連続して真空中で形成した。   Next, a p-type a-Si: H layer as the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer 4 and the intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer 5 are formed on the transparent conductive layer 3 using a plasma CVD apparatus. The i-type a-Si: H layer as n and the n-type a-Si: H layer as the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6 were successively formed in a vacuum.

なお、p型a−Si:H層は、半導体の導電型がp型で、H(水素)ドープされたアモルファスシリコン(a−Si)層を意味する。   The p-type a-Si: H layer means an amorphous silicon (a-Si) layer in which the semiconductor conductivity type is p-type and H (hydrogen) is doped.

p型a−Si:H層を形成する際の原料ガスとして、SiHガス,Hガス,Bガス(Hで500ppmに希釈したもの)を用い、これらのガスの流量をそれぞれ3sccm、10sccm、2sccmとし、厚み90Å(9nm)として堆積させた。 As source gases for forming the p-type a-Si: H layer, SiH 4 gas, H 2 gas, and B 2 H 6 gas (diluted to 500 ppm with H 2 ) are used, and the flow rates of these gases are respectively set. Deposition was performed at 3 sccm, 10 sccm, 2 sccm, and a thickness of 90 mm (9 nm).

i型a−Si:H層を形成する際の原料ガスとして、SiHガス,Hガスを用い、これらのガスの流量をそれぞれ30sccm、80sccmとし、厚み1700Å(170nm)として堆積させた。 As source gases for forming the i-type a-Si: H layer, SiH 4 gas and H 2 gas were used, and the flow rates of these gases were 30 sccm and 80 sccm, respectively, and they were deposited to a thickness of 1700 mm (170 nm).

n型a−Si:H層を形成する際の原料ガスとして、SiHガス,Hガス,PHガス(Hで1000ppmに希釈したもの)を用い、これらのガスの流量をそれぞれ3sccm、30sccm、6sccmとして、厚み100Å(10nm)として堆積させた。 As source gases for forming the n-type a-Si: H layer, SiH 4 gas, H 2 gas, and PH 3 gas (diluted to 1000 ppm with H 2 ) are used, and the flow rates of these gases are 3 sccm, 30 sccm and 6 sccm were deposited with a thickness of 100 mm (10 nm).

透光性基板2の温度は、pin構造層(p型a−Si:H層、i型a−Si:H層、n型a−Si:H層)の何れの形成の場合も220℃とした。   The temperature of the translucent substrate 2 is 220 ° C. in any of the pin structure layers (p-type a-Si: H layer, i-type a-Si: H layer, n-type a-Si: H layer). did.

次に、触媒層7としてのPt(白金)層を、厚み5nmとなるように、スパッタリング法によって形成した。このとき、Pt層は、厚みが非常に薄いために島状に成膜された。   Next, a Pt (platinum) layer as the catalyst layer 7 was formed by a sputtering method so as to have a thickness of 5 nm. At this time, since the Pt layer was very thin, it was formed into an island shape.

次に、透光性導電層3、pin構造層及びPt層が形成された透光性基板2を、シランカップリング剤の溶液に12時間浸漬さて、n型a−Si:H層の表面にシランカップリング剤を吸着させた。その後、エタノールで余分なシランカップリング剤をリンスし、Pt層間に厚み1nmのシランカップリング層8が形成されたものとした。   Next, the translucent substrate 2 on which the translucent conductive layer 3, the pin structure layer, and the Pt layer are formed is immersed in a solution of a silane coupling agent for 12 hours to form a surface of the n-type a-Si: H layer. A silane coupling agent was adsorbed. Then, the excess silane coupling agent was rinsed with ethanol, and the 1-nm-thick silane coupling layer 8 was formed between Pt layers.

他方、対極側構造体20側の透光性基板12として、シート抵抗10Ω/□の厚み1.2μmのSnO2:F層から成る透光性導電層13が一主面に形成されたガラス基板(サイズ2cm×2cm、厚み3mm)を準備した。 On the other hand, as a translucent substrate 12 on the counter electrode side structure 20 side, a glass substrate on which a translucent conductive layer 13 made of SnO 2 : F layer having a sheet resistance of 10Ω / □ and a thickness of 1.2 μm is formed on one main surface. (Size 2 cm × 2 cm, thickness 3 mm) was prepared.

次に、透光性導電層13上に、対極側構造体20(他の触媒層)としてのPt層を、厚み5nmとなるようにスパッタリング法によって形成した。このとき、Pt層は厚みが非常に薄いために島状に形成されていた。   Next, a Pt layer as the counter electrode structure 20 (another catalyst layer) was formed on the translucent conductive layer 13 by a sputtering method so as to have a thickness of 5 nm. At this time, since the Pt layer was very thin, it was formed in an island shape.

次に、透光性基板2のpin構造層等が形成された一主面の外周部と、透光性基板12の対極側構造体20等が形成された一主面の外周部とを、フィルム状の熱可塑性接着剤(デュポン社製商品名「Bynel4164」)を介して、貼り合わせて気密に封止した。透光性基板2と透光性基板12の間の間隔(電荷輸送層9の厚みに相当する)は20μmであった。   Next, an outer peripheral portion of one main surface where the pin structure layer or the like of the translucent substrate 2 is formed, and an outer peripheral portion of one main surface where the counter electrode side structure 20 or the like of the translucent substrate 12 is formed, The films were bonded together and hermetically sealed through a film-like thermoplastic adhesive (trade name “Bynel 4164” manufactured by DuPont). The distance between the translucent substrate 2 and the translucent substrate 12 (corresponding to the thickness of the charge transport layer 9) was 20 μm.

その後、透光性基板12に予め形成しておいた貫通孔から、電荷輸送層8として、沃素(I2),沃化カルシウム(CaI),テトラブチルピリジンを含む液状電解質を注入して、光電変換装置を作製した。 Thereafter, a liquid electrolyte containing iodine (I 2 ), calcium iodide (CaI), and tetrabutylpyridine is injected as a charge transport layer 8 from a through-hole formed in the light-transmitting substrate 12 in advance. A conversion device was produced.

なお、光電変換装置として以下の6種を作製した。即ち、シランカップリング層8にN−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシランを含むものを光電変換装置A、シランカップリング層に3−アミノプロピルトリエトキシシランを含むものを光電変換装置B、シランカップリング層に3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを含むものを光電変換装置C、シランカップリング層に3−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを含むものを光電変換装置D、シランカップリング層にビニルトリメトキシシランを含むものを光電変換装置E、シランカップリング層に3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランを含むものを光電変換装置F、とした。   In addition, the following 6 types were produced as a photoelectric conversion apparatus. That is, the photoelectric conversion device A includes N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane in the silane coupling layer 8, and the photoelectric conversion includes 3-aminopropyltriethoxysilane in the silane coupling layer. Converter B, photoelectric conversion device C containing 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane in the silane coupling layer, and photoelectric conversion device D containing 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane in the silane coupling layer A device containing vinyltrimethoxysilane in the coupling layer was designated as photoelectric conversion device E, and a material containing 3-acryloxypropyltrimethoxysilane in the silane coupling layer was designated as photoelectric conversion device F.

また、比較例として、シランカップリング層8がない以外は上記実施例と同じ構成の光電変換装置を作製した。   Further, as a comparative example, a photoelectric conversion device having the same configuration as that of the above example was manufactured except that the silane coupling layer 8 was not provided.

実施例及び比較例の面積1cm2の光電変換装置について、AM1.5のソーラーシミュレータの光を照射、温度47度で耐久性及び信頼性の試験を行った。 The photoelectric conversion devices having an area of 1 cm 2 in the examples and comparative examples were irradiated with light from an AM1.5 solar simulator and tested for durability and reliability at a temperature of 47 degrees.

実施例の各光電変換装置における16時間経過の光電変換効率の初期値からの変化率は、光電変換装置Aは−52%(マイナスは初期値からの光電変換効率向上を示す)、光電変換装置Bは17%、光電変換装置Cは36%、光電変換装置Dは25%、光電変換装置Eは11%、光電変換装置Fは1%であった。   The rate of change from the initial value of the photoelectric conversion efficiency after 16 hours in each photoelectric conversion device of the example is −52% for the photoelectric conversion device A (minus indicates improvement in photoelectric conversion efficiency from the initial value), photoelectric conversion device B was 17%, photoelectric conversion device C was 36%, photoelectric conversion device D was 25%, photoelectric conversion device E was 11%, and photoelectric conversion device F was 1%.

これに対して、比較例の光電変換装置は、16時間経過の光電変換効率の初期値からの低下率は45%であった。   On the other hand, in the photoelectric conversion device of the comparative example, the decrease rate from the initial value of the photoelectric conversion efficiency after 16 hours was 45%.

実施例の光電変換装置のうち、信頼性が最も安定した3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランをシランカップリング層8に含む光電変換装置Fに関しては、第2導電型非晶質シリコン半導体層の表面にシランカップリング剤が吸着した後に、末端のアクリロキシ基がポリマー化することによって、第2導電型非晶質シリコン半導体層の表面を保護していることによると考えられる。   Regarding the photoelectric conversion device F including 3-acryloxypropyltrimethoxysilane having the most stable reliability in the silane coupling layer 8 among the photoelectric conversion devices of the examples, the surface of the second conductive type amorphous silicon semiconductor layer It is considered that the surface of the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer is protected by polymerizing the terminal acryloxy group after the silane coupling agent is adsorbed on the surface.

実施例の光電変換装置のうち、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシランをシランカップリング層8に含む光電変換装置Aが、光電変換効率が初期値から16時間経過後に52%も向上したのは、シランカップリング層に含まれるジアミノ基がPt層の表面をカバーし、試験後にPt層の表面が剥き出しになって、初期値に比べて光電変換効率が向上したものと考えられる。   Among the photoelectric conversion devices of the examples, the photoelectric conversion device A including N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane in the silane coupling layer 8 has a photoelectric conversion efficiency of 16 hours after the initial value. The 52% improvement is that the diamino group contained in the silane coupling layer covers the surface of the Pt layer, and the surface of the Pt layer is exposed after the test, improving the photoelectric conversion efficiency compared to the initial value. it is conceivable that.

本発明の光電変換装置について実施の形態の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of embodiment about the photoelectric conversion apparatus of this invention. 本発明の光電変換装置について実施の形態の他例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of embodiment about the photoelectric conversion apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

2:透光性基板
3:透光性導電層
4:第1導電型(p型)非晶質シリコン半導体層
5:真性型(i型)非晶質シリコン層
6:第2導電型(n型)非晶質シリコン半導体層
7:触媒層
8:シランカップリング層
9:電荷輸送層
10:多孔質の半導体層
11:増感色素
12:対極側構造体側の透光性基板
13:対極側構造体側の透光性導電層
20:対極側構造体
2: translucent substrate 3: translucent conductive layer 4: first conductive type (p-type) amorphous silicon semiconductor layer 5: intrinsic (i-type) amorphous silicon layer 6: second conductive type (n Type) Amorphous silicon semiconductor layer 7: catalyst layer 8: silane coupling layer 9: charge transport layer 10: porous semiconductor layer 11: sensitizing dye 12: translucent substrate 13 on the counter electrode side structure side: counter electrode side Translucent conductive layer 20 on structure side: counter electrode side structure

Claims (9)

透光性基板と、前記透光性基板の一主面に形成された透光性導電層と、前記透光性導電層上に形成された第1導電型非晶質シリコン半導体層と、前記第1導電型非晶質シリコン半導体層上に形成された真性型非晶質シリコン半導体層と、前記真性型非晶質シリコン半導体層上に形成された第2導電型非晶質シリコン半導体層と、前記第2導電型非晶質シリコン半導体層上に複数の島状に形成された触媒層及び前記触媒層間に形成されたシランカップリング層と、前記触媒層及び前記シランカップリング層と間隔をあけて対向するよう配置された対極側構造体と、前記触媒層及び前記シランカップリング層と前記対極側構造体の間に設けられた電荷輸送層とを具備していることを特徴とする光電変換装置。   A translucent substrate, a translucent conductive layer formed on one main surface of the translucent substrate, a first conductive amorphous silicon semiconductor layer formed on the translucent conductive layer, An intrinsic amorphous silicon semiconductor layer formed on the first conductive amorphous silicon semiconductor layer; a second conductive amorphous silicon semiconductor layer formed on the intrinsic amorphous silicon semiconductor layer; A plurality of island-shaped catalyst layers on the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer, a silane coupling layer formed between the catalyst layers, and a gap between the catalyst layer and the silane coupling layer. And a charge transport layer provided between the counter electrode-side structure disposed so as to be opposed to each other and the catalyst layer, the silane coupling layer, and the counter electrode-side structure. Conversion device. 前記シランカップリング層は、ジアミノ基,アクリロキシプロピル基またはビニル基を有していることを特徴とする請求項1記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the silane coupling layer has a diamino group, an acryloxypropyl group, or a vinyl group. 前記電荷輸送層は液状電解質であることを特徴とする請求項1または2記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the charge transport layer is a liquid electrolyte. 前記対極側構造体は、金属基板または透明導電性基板と、その上に形成された他の触媒層とを有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の光電変換装置。   4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the counter electrode side structure includes a metal substrate or a transparent conductive substrate and another catalyst layer formed thereon. 5. . 前記対極側構造体は、色素増感された多孔質の半導体層を有する光電変換体を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の光電変換装置。   4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the counter electrode side structure includes a photoelectric conversion body having a dye-sensitized porous semiconductor layer. 5. 前記対極側構造体は、Cu(In,Ga)Se2層を有する光電変換体を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の光電変換装置。 4. The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the counter electrode side structure includes a photoelectric conversion body having a Cu (In, Ga) Se 2 layer. 5. 前記対極側構造体は、結晶シリコン層を有する光電変換体を有していることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the counter electrode side structure includes a photoelectric conversion body having a crystalline silicon layer. 前記触媒層は、白金,パラジウム,ロジウム,カーボン及びポリチオフェンのうちの少なくとも1種から成ることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the catalyst layer is made of at least one of platinum, palladium, rhodium, carbon, and polythiophene. 請求項1乃至8のいずれかの光電変換装置を発電手段として用い、前記発電手段の発電電力を負荷へ供給するように成したことを特徴とする光発電装置。   9. A photovoltaic power generation apparatus characterized by using the photoelectric conversion device according to claim 1 as a power generation means and supplying the generated power of the power generation means to a load.
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