JP2008244258A - Photoelectric conversion device and photovoltaic generator - Google Patents
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Abstract
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。
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
ジアミノ基(R−NH−CH2−CH2−NH2)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
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
また、アクリロキシプロピル基(R−C3H6−O−CO−CH=CH2),ビニル基(R−CH=CH2)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
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
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
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
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
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
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-
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
多孔質の半導体層10の材料や組成としては、酸化チタン(TiO2)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
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
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
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
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
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
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
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、TiO2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
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TiO2層等からなるものがよい。
As a low-temperature growth method for the
また、多孔質の半導体層10の多孔質体の表面に、TiCl4処理、即ちTiCl4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
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
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
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
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
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
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):1000cm3)程度が好ましい。
Solvents for dissolving the sensitizing dye 11 when adsorbing the sensitizing dye 11 to the
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
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
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
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
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、SiH4ガス,H2ガス,B2H6ガス(H2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、SiH4ガス,H2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、SiH4ガス,H2ガス,PH3ガス(H2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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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:
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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KR101077833B1 (en) | 2009-10-01 | 2011-10-31 | 재단법인대구경북과학기술원 | Tandem Solar Cell and Method of Manufacturing the Same |
WO2012051452A3 (en) * | 2010-10-13 | 2012-06-07 | Akamai Technologies, Inc. | Protecting websites and website users by obscuring urls |
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- 2007-03-28 JP JP2007084505A patent/JP2008244258A/en active Pending
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