JP2009135395A - Photoelectric conversion device, photovoltaic generator, and photoelectric conversion module - Google Patents

Photoelectric conversion device, photovoltaic generator, and photoelectric conversion module Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve light utilization efficiency and photoelectric conversion efficiency of both photoelectric converters, in a stacked photoelectric conversion device where an amorphous silicon photoelectric converter and a dye-sensitized photoelectric converter are stacked. <P>SOLUTION: This photoelectric conversion device includes: the amorphous silicon photoelectric converter 31 having an amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 and a translucent conductive layer (second translucent conductive layer) 16 formed on the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30; and the dye-sensitized photoelectric converter 20 stacked on the second translucent conductive layer 16 side of the amorphous silicon photoelectric converter 31. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、非晶質シリコン光電変換体と色素増感型光電変換体とが積層されている積層型(タンデム型)の光電変換装置及び光発電装置であって、高い光電変換効率等の良好な特性が得られる光電変換装置及び光発電装置並びに光電変換モジュールに関する。   The present invention is a stacked type (tandem type) photoelectric conversion device and photovoltaic device in which an amorphous silicon photoelectric conversion body and a dye-sensitized photoelectric conversion body are stacked, and has high photoelectric conversion efficiency and the like. The present invention relates to a photoelectric conversion device, a photovoltaic power generation device, and a photoelectric conversion module that can obtain excellent characteristics.

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から成ること、低温プロセス(約300℃)によって形成できること、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, a thin film type amorphous silicon solar cell using an amorphous silicon thin film is composed of a very thin amorphous silicon thin film having a thickness of about 0.3 μm, and a low temperature process (about 300 ° C.). The above-described problems can be almost eliminated by being able to form the substrate by using a substrate having a large free size.

また、色素増感型太陽電池はシリコンを使用せず、高い効率を得ることによって低コストの次世代太陽電池として注目を集めているが、その信頼性に課題を残している。このことから、特許文献1に示されるようなタンデム方式の構造が提案されている。
特開2005−158620号公報
Dye-sensitized solar cells are attracting attention as low-cost next-generation solar cells by using silicon and obtaining high efficiency, but still have problems in reliability. From this, a tandem structure as shown in Patent Document 1 has been proposed.
JP 2005-158620 A

従来、非晶質シリコン太陽電池と微結晶シリコン太陽電池を組み合わせてなるタンデム型太陽電池はよく知られている。この2つの太陽電池は物性的には類似点が多く、重層するに際して大きな問題点は少ない。しかしながら、非晶質シリコン太陽電池と色素増感型太陽電池をタンデム型に組み合わせるには、それらの屈折率等の物性の違いに起因するさまざまな問題点があり、それを克服すること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。   Conventionally, a tandem solar cell obtained by combining an amorphous silicon solar cell and a microcrystalline silicon solar cell is well known. These two solar cells have many similarities in physical properties, and there are few major problems when they are stacked. However, combining amorphous silicon solar cells and dye-sensitized solar cells in tandem type has various problems due to differences in their physical properties such as their refractive index. It is a big problem for new energy development.

とりわけ、非晶質シリコン太陽電池は、裏面で光が大きく反射され、非晶質シリコン太陽電池の下方に配置された色素増感型太陽電池に光が透過しにくくなるという問題点があり、特性向上の障害となっていた。   In particular, amorphous silicon solar cells have a problem in that light is greatly reflected on the back surface, making it difficult to transmit light to a dye-sensitized solar cell disposed below the amorphous silicon solar cell. It was an obstacle to improvement.

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、非晶質シリコン光電変換体と色素増感型光電変換体とが積層されている積層型(タンデム型)の光電変換装置において、両光電変換体の光利用効率、光電変換効率を向上させた光電変換装置、及び光発電装置を得ることである。   The present invention has been completed in view of the above-described conventional problems, and an object of the present invention is a stacked type (tandem type) in which an amorphous silicon photoelectric conversion body and a dye-sensitized photoelectric conversion body are stacked. In the photoelectric conversion device, the light use efficiency of both photoelectric conversion bodies, the photoelectric conversion device with improved photoelectric conversion efficiency, and the photovoltaic device are obtained.

本発明の光電変換装置は、非晶質シリコン光電変換層及び前記非晶質シリコン光電変換層上に形成された透光性導電層を有する非晶質シリコン光電変換体と、前記非晶質シリコン光電変換体の前記透光性導電層側に積層された色素増感型光電変換体と、を有しているものである。   The photoelectric conversion device of the present invention includes an amorphous silicon photoelectric conversion layer and an amorphous silicon photoelectric conversion body having a translucent conductive layer formed on the amorphous silicon photoelectric conversion layer, and the amorphous silicon. And a dye-sensitized photoelectric converter laminated on the translucent conductive layer side of the photoelectric converter.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記透光性導電層の厚みが0.07〜0.12μmであるものである。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the translucent conductive layer has a thickness of 0.07 to 0.12 μm.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記透光性導電層上に触媒層が形成されており、前記触媒層と電荷輸送層を介して対向するように前記色素増感型光電変換体が配置されているものである。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, a catalyst layer is formed on the translucent conductive layer, and the dye-sensitized photoelectric conversion body is opposed to the catalyst layer via a charge transport layer. Are arranged.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記色素増感型光電変換体は、色素増感された多孔質の半導体層を有するものである。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the dye-sensitized photoelectric converter has a porous semiconductor layer that is dye-sensitized.

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,カーボンまたはポリチオフェンから成るものである。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the catalyst layer is made of platinum, palladium, rhodium, carbon, or polythiophene.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記非晶質シリコン光電変換体と前記色素増感型光電変換体とが透明樹脂を介して接合されているものである。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the amorphous silicon photoelectric conversion body and the dye-sensitized photoelectric conversion body are bonded via a transparent resin.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記非晶質シリコン光電変換層は、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から成るものである。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the amorphous silicon photoelectric conversion layer is formed on the first conductive amorphous silicon semiconductor layer and the first conductive amorphous silicon semiconductor layer. An intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer and a second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer formed on the intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記透光性導電層は、酸化インジウム層,酸化錫層及び酸化インジウム錫層のうちの少なくとも1層を含むものである。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the translucent conductive layer includes at least one of an indium oxide layer, a tin oxide layer, and an indium tin oxide layer.

本発明の光発電装置は、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ものである。   The photovoltaic device of the present invention uses the photoelectric conversion device of the present invention as power generation means, and supplies the generated power of the power generation means to a load.

本発明の光電変換モジュールは、本発明の光電変換装置の複数が横方向に並べられているとともにそれらが電気的に接続されているものである。   In the photoelectric conversion module of the present invention, a plurality of the photoelectric conversion devices of the present invention are arranged in the horizontal direction and are electrically connected.

本発明の光電変換装置は、非晶質シリコン光電変換層及び非晶質シリコン光電変換層上に形成された透光性導電層を有する非晶質シリコン光電変換体と、非晶質シリコン光電変換体の前記透光性導電層側に積層された色素増感型光電変換体と、を有していることから、透光性導電層によって、非晶質シリコン光電変換体の発電に寄与しない長波長光(波長600〜900nm程度の光)を反射低減させずに色素増感型光電変換体に入射させることができる。その結果、短波長光(波長300〜600nm程度の光)を非晶質シリコン光電変換体によって効率的に吸収し光電変換するとともに、長波長光を色素増感型光電変換体によって効率的に吸収し光電変換することができ、光電変換効率が大幅に向上する。   A photoelectric conversion device according to the present invention includes an amorphous silicon photoelectric conversion layer, an amorphous silicon photoelectric conversion body having a translucent conductive layer formed on the amorphous silicon photoelectric conversion layer, and an amorphous silicon photoelectric conversion A dye-sensitized photoelectric conversion body laminated on the translucent conductive layer side of the body, so that the translucent conductive layer does not contribute to power generation of the amorphous silicon photoelectric conversion body. Wavelength light (light having a wavelength of about 600 to 900 nm) can be incident on the dye-sensitized photoelectric conversion body without reducing reflection. As a result, short-wavelength light (light having a wavelength of about 300 to 600 nm) is efficiently absorbed and photoelectrically converted by the amorphous silicon photoelectric converter, and long-wavelength light is efficiently absorbed by the dye-sensitized photoelectric converter. The photoelectric conversion efficiency can be greatly improved.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、透光性導電層の厚みが0.07〜0.12μmであることから、非晶質シリコン光電変換体の発電に寄与しない長波長光(波長600〜900nm程度の光)を反射低減させずに色素増感型光電変換体に入射させることをより効果的に成し得る。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the light-transmitting conductive layer has a thickness of 0.07 to 0.12 μm. Therefore, long-wavelength light (wavelength 600) that does not contribute to power generation of the amorphous silicon photoelectric conversion body. It is possible to more effectively make the light incident on the dye-sensitized photoelectric converter without reflection reduction.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、透光性導電層上に触媒層が形成されており、触媒層と電荷輸送層を介して対向するように色素増感型光電変換体が配置されていることから、触媒層によって電荷輸送層と非晶質シリコン光電変換体との電荷のやり取りを容易にすることができ、過電圧(光電変換装置の駆動の初期に印加する電圧)を小さくすることができる。また、透光性導電層が導電性を有することから、色素増感光電変換体と同じセル内に非晶質シリコン光電変換体を組み込んでも、電荷輸送層(電解質層)内で余分な電界が発生して触媒層が剥離等を起こすことを抑制することができる。その結果、触媒層の信頼性を高くして、色素増感光電変換体と同じセル内に非晶質シリコン光電変換体を組み込むことができる。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, a catalyst layer is formed on the translucent conductive layer, and the dye-sensitized photoelectric converter is disposed so as to face the catalyst layer via the charge transport layer. Therefore, the exchange of charges between the charge transport layer and the amorphous silicon photoelectric converter can be facilitated by the catalyst layer, and the overvoltage (voltage applied at the initial stage of driving the photoelectric conversion device) can be reduced. Can do. In addition, since the translucent conductive layer has conductivity, even if the amorphous silicon photoelectric converter is incorporated in the same cell as the dye-sensitized photoelectric converter, an extra electric field is generated in the charge transport layer (electrolyte layer). Generation | occurrence | production and it can suppress that a catalyst layer raise | generates peeling. As a result, the reliability of the catalyst layer can be increased, and the amorphous silicon photoelectric conversion body can be incorporated in the same cell as the dye-sensitized photoelectric conversion body.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、色素増感型光電変換体は、色素増感された多孔質の半導体層を有することから、表面積が大きい多孔質の半導体層に色素(増感色素)をより多く担持(吸着)させることができるため、非晶質シリコン光電変換体を透過した長波長光を漏れなく吸収し光電変換することができる。従って、非晶質シリコン光電変換体が短波長(300〜600nm程度)感度に優れ、色素増感型光電変換体が長波長(600〜900nm程度)感度に優れる結果、広い波長範囲(300〜900nm程度)にわたってより効率的な光電変換が可能となる。   Moreover, the photoelectric conversion device of the present invention preferably has a dye-sensitized photoelectric converter having a dye-sensitized porous semiconductor layer. Therefore, a dye (sensitizing dye) is added to a porous semiconductor layer having a large surface area. ) Can be absorbed (adsorbed) more, so that long-wavelength light transmitted through the amorphous silicon photoelectric conversion body can be absorbed and photoelectrically converted without leakage. Therefore, the amorphous silicon photoelectric conversion body is excellent in short wavelength (about 300 to 600 nm) sensitivity, and the dye-sensitized photoelectric conversion body is excellent in long wavelength (about 600 to 900 nm) sensitivity. As a result, a wide wavelength range (300 to 900 nm). More efficient photoelectric conversion is possible.

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,カーボンまたはポリチオフェンから成ることから、電荷輸送層(電解質層)と非晶質シリコン光電変換体との電荷のやり取りをより容易にすることができ、過電圧(光電変換装置の駆動の初期に印加する電圧)をより小さくすることができる。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the catalyst layer is made of platinum, palladium, rhodium, carbon, or polythiophene, so that charge exchange between the charge transport layer (electrolyte layer) and the amorphous silicon photoelectric converter is performed. The overvoltage (voltage applied at the initial stage of driving of the photoelectric conversion device) can be further reduced.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、非晶質シリコン光電変換体と色素増感型光電変換体とが透明樹脂を介して接合されていることから、作動電圧が互いに異なる非晶質シリコン光電変換体と色素増感型光電変換体とを、電気的及び機械的に分離して積層することができる。従って、同じセル内に色素増感光電変換体と非晶質シリコン光電変換体を組み込むことによって、電荷輸送層(電解質層)内で余分な電界が発生して触媒層が剥離等を起こすといった不具合を解消することができる。   In the photoelectric conversion device of the present invention, it is preferable that the amorphous silicon photoelectric conversion body and the dye-sensitized photoelectric conversion body are bonded via a transparent resin, so that the amorphous silicon having different operating voltages is used. The photoelectric conversion body and the dye-sensitized photoelectric conversion body can be stacked by separating them electrically and mechanically. Therefore, by incorporating the dye-sensitized photoelectric converter and the amorphous silicon photoelectric converter in the same cell, an extra electric field is generated in the charge transport layer (electrolyte layer), causing the catalyst layer to peel off, etc. Can be eliminated.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、非晶質シリコン光電変換層は、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から成ることから、非晶質シリコン光電変換層のバンドギャップが1.8eVとなり、波長650nm以上の長波長光を吸収しないものとなるため、非晶質シリコン光電変換層が長波長光を損失なく透過させることができる。従って、色素増感型光電変換体との積層構造(タンデム構造)に好適なものとなる。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the amorphous silicon photoelectric conversion layer includes a first conductive type amorphous silicon semiconductor layer and an intrinsic type formed on the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer. Since it comprises an amorphous silicon semiconductor layer and a second conductive type amorphous silicon semiconductor layer formed on the intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer, the band gap of the amorphous silicon photoelectric conversion layer is 1. Since it becomes 8 eV and does not absorb long wavelength light having a wavelength of 650 nm or more, the amorphous silicon photoelectric conversion layer can transmit long wavelength light without loss. Therefore, it is suitable for a laminated structure (tandem structure) with a dye-sensitized photoelectric conversion body.

また、本発明の光電変換装置は好ましくは、透光性導電層は、酸化インジウム層,酸化錫層及び酸化インジウム錫層のうちの少なくとも1層を含むことから、透光性導電層は非晶質シリコン光電変換層とのオーミック性接触を確実にとることができるとともに光透過性も充分なものとなる。また、酸化インジウム層等に酸化チタン層、酸化銅層、有機導電膜等を積層することも可能であり、この場合光透過率のさらなる向上、色素増感型光電変換体及び電荷輸送層(電解質層)の信頼性の向上に好適なものとなる。   In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the translucent conductive layer includes at least one of an indium oxide layer, a tin oxide layer, and an indium tin oxide layer. The ohmic contact with the porous silicon photoelectric conversion layer can be ensured, and the light transmittance is sufficient. It is also possible to laminate a titanium oxide layer, a copper oxide layer, an organic conductive film, etc. on the indium oxide layer, etc. In this case, further improvement in light transmittance, dye-sensitized photoelectric converter and charge transport layer (electrolyte) Layer).

本発明の光発電装置は、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、光電変換特性が向上したものとなる。   Since the photovoltaic device of the present invention uses the photoelectric conversion device of the present invention as a power generation means and supplies the generated power of the power generation means to a load, the photoelectric conversion characteristics are improved.

本発明の光電変換モジュールは、本発明の光電変換装置の複数が横方向に並べられているとともにそれらが電気的に接続されていることから、光電変換効率の高い光電変換装置を複数電気的に接続しているために、光電流出力の大きい光電変換モジュールとなる。   In the photoelectric conversion module of the present invention, a plurality of photoelectric conversion devices of the present invention are arranged in the horizontal direction and are electrically connected, so that a plurality of photoelectric conversion devices having high photoelectric conversion efficiency are electrically connected. Since it is connected, it becomes a photoelectric conversion module with a large photocurrent output.

以下、本実施の形態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 this embodiment 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。これらの図において、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(スズドープインジウム酸化物:酸化インジウム錫)層、FTO(フッ素ドープスズ酸化物)層等から成る第1の透光性導電層、4は第1導電型(例えばp型)非晶質シリコン半導体層、5は真性型(i型)非晶質シリコン半導体層、6は第2導電型(例えばn型)非晶質シリコン半導体層、16は本実施の形態の「透光性導電層」としての第2の透光性導電層、7は触媒層、8は封止部材、9は電荷輸送層(電解質層)である。30は非晶質シリコン光電変換層、31は非晶質シリコン光電変換体である。   1 and 2 are cross-sectional views showing examples of embodiments of the photoelectric conversion device of the present invention. In these figures, 1 is incident light, 2 is a translucent substrate made of glass or plastic, 3 is an ITO (tin-doped indium oxide: indium tin oxide) layer, FTO (fluorine-doped tin oxide) layer, etc. 1 is a first conductive type (for example, p-type) amorphous silicon semiconductor layer, 5 is an intrinsic type (i-type) amorphous silicon semiconductor layer, and 6 is a second conductive type (for example, n-type). Type) amorphous silicon semiconductor layer, 16 is a second light-transmitting conductive layer as the “light-transmitting conductive layer” in this embodiment, 7 is a catalyst layer, 8 is a sealing member, and 9 is a charge transport layer. (Electrolyte layer). 30 is an amorphous silicon photoelectric conversion layer, and 31 is an amorphous silicon photoelectric conversion body.

また、20は色素増感型光電変換体であり、色素増感型光電変換体20は、透光性基板10、透光性導電層11、色素(増感色素)14(図中黒点で表す)が表面に吸着した多孔質の半導体層13からなる。   Reference numeral 20 denotes a dye-sensitized photoelectric converter, and the dye-sensitized photoelectric converter 20 is represented by a translucent substrate 10, a translucent conductive layer 11, and a dye (sensitizing dye) 14 (shown by black dots in the figure). ) Consists of a porous semiconductor layer 13 adsorbed on the surface.

また図2において、色素増感型光電変換体20は、透光性基板10、透光性導電層11、触媒層12、電荷輸送層9、多孔質の半導体層13、色素14から成る。   In FIG. 2, the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 includes a translucent substrate 10, a translucent conductive layer 11, a catalyst layer 12, a charge transport layer 9, a porous semiconductor layer 13, and a dye 14.

図1に示した本実施の形態の光電変換装置は、非晶質シリコン光電変換層30及び非晶質シリコン光電変換層30上に形成された透光性導電層(第2の透光性導電層)16を有する非晶質シリコン光電変換体31と、非晶質シリコン光電変換体31の第2の透光性導電層16側に積層された色素増感型光電変換体20と、を有している。   1 includes an amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 and a light-transmitting conductive layer (second light-transmitting conductive layer) formed on the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30. Layer) 16, and a dye-sensitized photoelectric converter 20 stacked on the second light-transmissive conductive layer 16 side of the amorphous silicon photoelectric converter 31. is doing.

具体的には、光電変換装置は、一主面に第1の透光性導電層3が形成された透光性基板2と、第1の透光性導電層3上に形成された非晶質シリコン光電変換層30と、非晶質シリコン光電変換層30上に形成された第2の透光性導電層16とを有する非晶質シリコン光電変換体31と、非晶質シリコン光電変換体31に積層された色素増感型光電変換体20とを有していることが好適である。第2の透光性導電層16の厚みは0.07〜0.12μmであることが好ましい。   Specifically, the photoelectric conversion device includes a translucent substrate 2 in which a first translucent conductive layer 3 is formed on one main surface, and an amorphous formed on the first translucent conductive layer 3. Amorphous silicon photoelectric conversion body 31 having porous silicon photoelectric conversion layer 30 and second translucent conductive layer 16 formed on amorphous silicon photoelectric conversion layer 30, and amorphous silicon photoelectric conversion body It is preferable to have the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 laminated on 31. The thickness of the second translucent conductive layer 16 is preferably 0.07 to 0.12 μm.

本実施の形態の光電変換装置において、透光性基板2はなくてもよく、その場合、非晶質シリコン光電変換体31自体が硬質の板状体から成るものであればよい。また、第1の透光性導電層3はなくてもよく、その場合、非晶質シリコン光電変換体31の端部に集電極等を設けてもよい。また、透光性基板2及び第1の透光性導電層3がある場合、透光性基板2は非晶質シリコン光電変換体31の支持体及び光透過体として機能し、透光性導電層3は透光性の大面積の電極として機能する点で好適である。   In the photoelectric conversion device of the present embodiment, the translucent substrate 2 may be omitted, and in that case, the amorphous silicon photoelectric conversion body 31 itself may be formed of a hard plate. Moreover, the 1st translucent conductive layer 3 does not need to be provided, and in that case, a collector electrode or the like may be provided at the end of the amorphous silicon photoelectric conversion body 31. Moreover, when there exists the translucent board | substrate 2 and the 1st translucent conductive layer 3, the translucent board | substrate 2 functions as a support body and light transmissive body of the amorphous silicon photoelectric conversion body 31, and a translucent conductive The layer 3 is suitable in that it functions as a translucent large-area electrode.

第2の透光性導電層16によって非晶質シリコン光電変換体31の発電に寄与しない長波長光(波長600〜900nm程度の光)が反射低減されること無く、色素増感型光電変換体20に入射する。その結果、短波長光(波長300〜600nm程度の光)を非晶質シリコン光電変換体31によって効率的に吸収し光電変換するとともに、長波長光を色素増感型光電変換体20によって効率的に吸収し光電変換することができ、光電変換効率が大幅に向上する。   The second light-transmitting conductive layer 16 does not reflect and reduce long wavelength light (light having a wavelength of about 600 to 900 nm) that does not contribute to power generation of the amorphous silicon photoelectric conversion body 31, and thus the dye-sensitized photoelectric conversion body. 20 is incident. As a result, short wavelength light (light having a wavelength of about 300 to 600 nm) is efficiently absorbed and photoelectrically converted by the amorphous silicon photoelectric converter 31, and long wavelength light is efficiently converted by the dye-sensitized photoelectric converter 20. Can be absorbed and photoelectrically converted, and the photoelectric conversion efficiency is greatly improved.

即ち、第2の透光性導電層16が形成されることにより、非晶質シリコン光電変換体31の電荷輸送層9側の主面において、屈折率3.5のシリコンと屈折率1.3の電荷輸送層9との違いによる光の界面反射が、第2の透光性導電層16がない場合の35%から5%に低減する。従って、非晶質シリコン光電変換体31透過して電荷輸送層9に向かう光を多くすることができる。その結果、光電変換装置が高い電圧を保持でき、高い光電変換効率を実現できる。   That is, by forming the second translucent conductive layer 16, silicon having a refractive index of 3.5 and a refractive index of 1.3 are formed on the main surface of the amorphous silicon photoelectric converter 31 on the charge transport layer 9 side. The interface reflection of light due to the difference from the charge transport layer 9 is reduced from 35% when the second light-transmitting conductive layer 16 is absent to 5%. Therefore, it is possible to increase the amount of light that passes through the amorphous silicon photoelectric converter 31 and travels toward the charge transport layer 9. As a result, the photoelectric conversion device can maintain a high voltage, and high photoelectric conversion efficiency can be realized.

また、図2に示す好適な光電変換装置は、非晶質シリコン光電変換体31と、色素増感型光電変換体20とが透明樹脂32を介して接合されている構成である。この構成により、作動電圧が互いに異なる非晶質シリコン光電変換体31と色素増感型光電変換体20とを、電気的及び機械的に分離して積層することができる。従って、同じセル内に色素増感光電変換体20と非晶質シリコン光電変換体31を組み込むことによって、電荷輸送層(電解質層)9内で余分な電界が発生して触媒層12が剥離等を起こすといった種々の不具合を解消することができる。   The preferred photoelectric conversion device shown in FIG. 2 has a configuration in which an amorphous silicon photoelectric conversion body 31 and a dye-sensitized photoelectric conversion body 20 are bonded via a transparent resin 32. With this configuration, the amorphous silicon photoelectric conversion body 31 and the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 having different operating voltages can be separated electrically and mechanically and stacked. Accordingly, by incorporating the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 and the amorphous silicon photoelectric conversion body 31 in the same cell, an extra electric field is generated in the charge transport layer (electrolyte layer) 9 and the catalyst layer 12 is peeled off. It is possible to eliminate various problems such as

なお、図2において、2´は非晶質シリコン光電変換体31と色素増感型光電変換体20との間に設けられた中間透光性基板、3´は中間透光性基板2´の色素増感型光電変換体20側の主面に形成された中間透光性導電層である。   In FIG. 2, 2 ′ is an intermediate translucent substrate provided between the amorphous silicon photoelectric converter 31 and the dye-sensitized photoelectric converter 20, and 3 ′ is an intermediate translucent substrate 2 ′. It is an intermediate translucent conductive layer formed on the main surface on the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 side.

透明樹脂32は、塩化ビニルアセテート(EVA),ポリオレフィン樹脂,シリコーン樹脂,エポキシ樹脂,ポリイミド樹脂,ポリカーボネート樹脂等から成ることがよい。特に、長波長光(波長600〜900nm程度の光)に対して透光性の高いものがよく、その点で、塩化ビニルアセテート(EVA),ポリオレフィン樹脂,シリコーン樹脂等がよい。透明樹脂32の厚み(第2の透光性導電層16と中間透光性基板2´との間の間隔)は5〜1000μm程度がよい。この厚みの範囲内とすることにより、透明樹脂32中に塵埃が入り込むことを低減できるとともに、色素増感型光電変換体20に対して非晶質シリコン光電変換体31が傾斜してシールされることを抑制できる。また、透明樹脂32の厚みを厚くなりすぎないようにして、省資源に好適なものとなる。   The transparent resin 32 is preferably made of vinyl chloride acetate (EVA), polyolefin resin, silicone resin, epoxy resin, polyimide resin, polycarbonate resin, or the like. In particular, those having high translucency with respect to long wavelength light (light having a wavelength of about 600 to 900 nm) are preferable, and in this respect, vinyl chloride acetate (EVA), polyolefin resin, silicone resin and the like are preferable. The thickness of the transparent resin 32 (interval between the second translucent conductive layer 16 and the intermediate translucent substrate 2 ′) is preferably about 5 to 1000 μm. By setting the thickness within this range, dust can be prevented from entering the transparent resin 32, and the amorphous silicon photoelectric converter 31 is inclined and sealed with respect to the dye-sensitized photoelectric converter 20. This can be suppressed. Further, the thickness of the transparent resin 32 is not excessively increased, which is suitable for resource saving.

また、透明樹脂32は、短波長光(波長300〜600nm程度の光)を吸収する吸収剤等を含むことが好ましい。その場合、色素増感型光電変換体20側に短波長光が入り込んで色素14が劣化するといった不具合の発生を抑制することができる。短波長光(波長300〜600nm程度の光)を吸収する吸収剤としては、青色、緑色のカラーフィルターに用いる染料、顔料等の有機色素、有機半導体等がある。   Moreover, it is preferable that the transparent resin 32 contains the absorber etc. which absorb short wavelength light (light with a wavelength of about 300-600 nm). In that case, it is possible to suppress the occurrence of a problem such that the short wavelength light enters the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 and the dye 14 deteriorates. Examples of the absorber that absorbs short wavelength light (light having a wavelength of about 300 to 600 nm) include organic dyes such as dyes and pigments used in blue and green color filters, organic semiconductors, and the like.

図5に、図1の光電変換装置をモジュール化した光電変換モジュールの断面図を示す。   FIG. 5 is a cross-sectional view of a photoelectric conversion module obtained by modularizing the photoelectric conversion device of FIG.

本実施の形態の光電変換モジュールは、本実施の形態の光電変換装置の複数が横方向に並べられているとともにそれらが電気的に接続されている。この構成により、光電変換効率の高い光電変換装置を複数電気的に接続しているために、光電流出力の大きい光電変換モジュールとなる。   In the photoelectric conversion module of this embodiment, a plurality of the photoelectric conversion devices of this embodiment are arranged in the horizontal direction and are electrically connected. With this configuration, since a plurality of photoelectric conversion devices having high photoelectric conversion efficiency are electrically connected, a photoelectric conversion module having a large photocurrent output is obtained.

図5の光電変換モジュールは3個の光電変換装置を直列に接続した構成である。各光電変換装置の構成は図1で示したものと同じである。右端の光電変換装置の非晶質シリコン光電変換体31側の上部電極は、隣接する右から2番目の光電変換装置との間にある隔壁を貫通し、接続配線15によって2番目の光電変換装置の色素増感型光電変換体20側の下部電極と電気的に接続されている。2番目の光電変換装置と3番目の光電変換装置との電気的接続も同様である。なお、複数の光電変換装置は並列接続または直並列接続されていてもよい。   The photoelectric conversion module in FIG. 5 has a configuration in which three photoelectric conversion devices are connected in series. The configuration of each photoelectric conversion device is the same as that shown in FIG. The upper electrode on the amorphous silicon photoelectric conversion body 31 side of the rightmost photoelectric conversion device passes through the partition wall between the adjacent second photoelectric conversion device from the right, and the second photoelectric conversion device is connected by the connection wiring 15. The dye-sensitized photoelectric conversion body 20 is electrically connected to the lower electrode. The same applies to the electrical connection between the second photoelectric conversion device and the third photoelectric conversion device. Note that the plurality of photoelectric conversion devices may be connected in parallel or in series and parallel.

接続配線15は、金属ペーストを焼結したものでよい。金属ペーストは、Mo,Ag,Cu,Ni,WおよびSnのうちの少なくとも1種を含む金属(合金を含む)から成る金属粒子を含有するものである。金属ペーストを焼結する方法は、炉中で加熱する方法で良いが、200℃以上の高温にすると非晶質シリコンが変質するため、レーザ光によって接続配線15の部位を局所的に加熱し焼結することが好ましい。金属ペースト中にレーザ光によって溶融する低融点の金属から成る低融点金属粒子等を混入しておいてもよい。低融点金属粒子は、例えば、半田、インジウム合金等から成る粒子であることが好ましい。この場合、接続配線15中の金属粒子間の隙間に低溶融金属が埋め込まれて、接続配線15の抵抗を低減する効果がある。   The connection wiring 15 may be a sintered metal paste. The metal paste contains metal particles made of a metal (including an alloy) containing at least one of Mo, Ag, Cu, Ni, W, and Sn. The method of sintering the metal paste may be a method of heating in a furnace. However, since amorphous silicon is altered at a high temperature of 200 ° C. or higher, the portion of the connection wiring 15 is locally heated and baked by laser light. It is preferable to tie. Low melting point metal particles made of a low melting point metal that is melted by laser light may be mixed in the metal paste. The low melting point metal particles are preferably particles made of, for example, solder or an indium alloy. In this case, the low molten metal is embedded in the gaps between the metal particles in the connection wiring 15, and the resistance of the connection wiring 15 is reduced.

上記のように、隣接する光電変換装置を直列に接続してモジュール化することによって、従来の結晶シリコン基板を用いた光電変換装置のように配線を半田によって電気的に接続する手間を省き、一括的に接続配線15を形成することができる。   As described above, adjacent photoelectric conversion devices are connected in series to form a module, thereby eliminating the trouble of electrically connecting wirings by soldering as in a conventional photoelectric conversion device using a crystalline silicon substrate. Thus, the connection wiring 15 can be formed.

<透光性基板>
透光性基板2は、PET(ポリエチレンテレフタレート),PEN(ポリエチレンナフタレート),ポリイミド,ポリカーボネート等の樹脂材料、または青板ガラス,ソーダガラス,硼珪酸ガラス,無アルカリガラス,透光性セラミックス等の無機材料、または導電性樹脂材料,有機無機ハイブリッド材料等がよい。厚みは0.1〜5mm程度である。
<Translucent substrate>
The translucent substrate 2 is a resin material such as PET (polyethylene terephthalate), PEN (polyethylene naphthalate), polyimide, polycarbonate, or an inorganic material such as blue plate glass, soda glass, borosilicate glass, alkali-free glass, or translucent ceramics. A material, a conductive resin material, an organic-inorganic hybrid material, or the like is preferable. The thickness is about 0.1 to 5 mm.

透光性基板2の材料としてガラス材料を用いる場合、強化ガラスを用いるとよく、その場合光電変換装置の機械的な強度が高まる。透光性基板2の非晶質シリコン光電変換層30が形成された主面と反対側の主面(図1では上面)には、屈折率や空孔率を制御した反射防止膜を設けてもよく、またはカラーフィルム等を貼って意匠性を高めるなどしてもよい。   When a glass material is used as the material of the translucent substrate 2, it is preferable to use tempered glass, in which case the mechanical strength of the photoelectric conversion device is increased. On the main surface opposite to the main surface on which the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 of the translucent substrate 2 is formed (upper surface in FIG. 1), an antireflection film with a controlled refractive index and porosity is provided. Alternatively, a design may be made by pasting a color film or the like.

第1の透光性導電層3は、ITO,酸化スズ等から成り、厚みは0.3〜2μm程度がよい。この厚みの範囲内とすることにより、シート抵抗を小さくして、光電変換装置のシリーズ抵抗を小さくしFF特性の劣化を抑えることができる。また、第1の透光性導電層3の表面の凹凸が第1導電型非晶質シリコン半導体層4の厚みよりも小さくなり、第1導電型非晶質シリコン半導体層4で第1の透光性導電層3の全面を安定にカバーすることができる。第1の透光性導電層3はCVD法、スパッタリング法、スプレー法等によって形成される。   The 1st translucent conductive layer 3 consists of ITO, a tin oxide, etc., and thickness is good about 0.3-2 micrometers. By setting the thickness within the range, the sheet resistance can be reduced, the series resistance of the photoelectric conversion device can be reduced, and deterioration of the FF characteristics can be suppressed. Further, the unevenness of the surface of the first light-transmissive conductive layer 3 becomes smaller than the thickness of the first conductive amorphous silicon semiconductor layer 4, and the first conductive amorphous silicon semiconductor layer 4 makes the first transparent The entire surface of the photoconductive layer 3 can be stably covered. The first translucent conductive layer 3 is formed by a CVD method, a sputtering method, a spray method or the like.

なお、一般に非晶質シリコン半導体層4を用いた光電変換装置においては、表面に微細な凹凸構造(テクスチャー構造)を形成することによって表面反射を小さくした第1の透光性導電層3を用いることが多いが、本実施の形態においては、第1の透光性導電層3は表面が平坦面であることが好ましい。この場合、第1の透光性導電層3と第2の透光性導電層16に挟まれた非晶質シリコン光電変換層30が、第1の透光性導電層3との界面及び第2の透光性導電層16との界面で反射光を発生させて、光の干渉効果を発現させることによって、非晶質シリコン光電変換体31の発電に寄与しない長波長光(波長600〜900nm程度の光)を反射低減させずに色素増感型光電変換体20に入射させることができる。またこの場合、第1の透光性導電層3の表面の算術平均粗さは0.05μm以下であることが好ましい。   In general, in the photoelectric conversion device using the amorphous silicon semiconductor layer 4, the first light-transmitting conductive layer 3 in which the surface reflection is reduced by forming a fine uneven structure (texture structure) on the surface is used. In many cases, the surface of the first light-transmitting conductive layer 3 is preferably a flat surface in the present embodiment. In this case, the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 sandwiched between the first light-transmitting conductive layer 3 and the second light-transmitting conductive layer 16 has the interface with the first light-transmitting conductive layer 3 and the first light-transmitting conductive layer 3. Long-wavelength light (wavelength 600 to 900 nm) that does not contribute to power generation of the amorphous silicon photoelectric conversion body 31 by generating reflected light at the interface with the two translucent conductive layers 16 and expressing the light interference effect. Can be made incident on the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 without reducing reflection. In this case, the arithmetic average roughness of the surface of the first translucent conductive layer 3 is preferably 0.05 μm or less.

非晶質シリコン光電変換層30での光反射を低減するために、第1の透光性導電層3の中に中間層としてNbドープ酸化チタン層を挿入してもよい。この場合、屈折率が2.6程度のNbドープ酸化チタン層を有することによって、屈折率3.5のシリコンと屈折率が1.9程度のITO等から成る第2の透光性導電層16との間で発生する光の反射を抑制することができる。   In order to reduce light reflection at the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30, an Nb-doped titanium oxide layer may be inserted as an intermediate layer in the first light-transmissive conductive layer 3. In this case, the second translucent conductive layer 16 made of silicon having a refractive index of 3.5 and ITO having a refractive index of about 1.9 is provided by including the Nb-doped titanium oxide layer having a refractive index of about 2.6. The reflection of light generated between the two can be suppressed.

<非晶質シリコン光電変換層>
非晶質シリコン光電変換層30は好適には、薄膜型非晶質シリコン半導体層等の薄膜光電変換体層であり、より具体的には、第1の透光性導電層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とから成る。この場合、非晶質シリコン光電変換層30のバンドギャップが1.8eVとなり、非晶質シリコン光電変換層30が波長650nm以上の長波長光を吸収しないため、長波長光を透過させることができ、色素増感型光電変換体20との積層構造(タンデム構造)に適したものとなる。
<Amorphous silicon photoelectric conversion layer>
The amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 is preferably a thin film photoelectric conversion layer such as a thin film type amorphous silicon semiconductor layer, and more specifically formed on the first light-transmissive conductive layer 3. The first conductive type amorphous silicon semiconductor layer 4, the intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer 5 formed on the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer 4, and the intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer 5 The second conductive type amorphous silicon semiconductor layer 6 is formed thereon. In this case, the band gap of the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 is 1.8 eV, and since the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 does not absorb long wavelength light having a wavelength of 650 nm or more, it can transmit long wavelength light. Thus, it is suitable for a laminated structure (tandem structure) with the dye-sensitized photoelectric conversion body 20.

真性型非晶質シリコン半導体層5が非晶質である場合、第1導電型非晶質シリコン半導体層4と第2導電型非晶質シリコン半導体層6の少なくとも一方が、微結晶を有するもの、または水素化アモルファスシリコン合金系の層であってもよい。例えば、光入射側の第1導電型非晶質シリコン半導体層4は、水素化アモルファスシリコンカーバイドから成るものが、透光性を高めることができ、光の損失が少ないため、より好ましい。   When the intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer 5 is amorphous, at least one of the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer 4 and the second conductive type amorphous silicon semiconductor layer 6 has microcrystals Or a hydrogenated amorphous silicon alloy based layer. For example, it is more preferable that the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer 4 on the light incident side is made of hydrogenated amorphous silicon carbide because it can improve translucency and reduce light loss.

また、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は、化学気相成長法によりそれぞれの製膜条件で連続堆積することができる。   Further, the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer 4, the intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer 5, and the second conductive type amorphous silicon semiconductor layer 6 are continuously formed under respective film forming conditions by chemical vapor deposition. Can be deposited.

例えば、第1導電型非晶質シリコン半導体層4がp型a−Si:H(Hドープアモルファスシリコン)層であり、成膜する場合、原料ガスとしてSiH4ガス,H2ガス,B26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最適
化する。また、p型a−Si:H層の厚みは50Å〜200Åの範囲がよく、より好適には80Å〜120Åがよい。50Å〜200Åの範囲内とすることにより、非晶質シリコン光電変換層30に内部電界を形成することができ、また、光損失の増加を抑えることができる。
For example, the first conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 4 is a p-type a-Si: H (H-doped amorphous silicon) layer, and in the case of forming a film, SiH 4 gas, H 2 gas, B 2 H are used as source gases. 6 gases (diluted to 500 ppm with H 2 ) are used, and the flow rates of these gases are optimized. The thickness of the p-type a-Si: H layer is preferably in the range of 50 to 200 mm, more preferably 80 to 120 mm. By setting it within the range of 50 to 200 cm, an internal electric field can be formed in the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 and an increase in light loss can be suppressed.

また、例えば、真性型非晶質シリコン半導体層5がi型a−Si:H層であり、成膜する場合、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最適化する。i型a−Si:H層の厚みは500Å〜10000Å(0.05μm〜1μm)の範囲がよく、より好適には2000Å〜8000Å(0.2μm〜0.8μm)がよい。500Å〜10000Åの範囲内とすることにより、充分な光電流が得られ、また、後側の色素増感型光電変換体20に光を透過させることが容易になる。 Further, for example, the intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer 5 is an i-type a-Si: H layer, and when forming a film, SiH 4 gas and H 2 gas are used as source gases, and the flow rates of these gases are optimized. Turn into. The thickness of the i-type a-Si: H layer is preferably in the range of 500 to 10000 (0.05 μm to 1 μm), more preferably 2000 to 8000 (0.2 μm to 0.8 μm). By setting it within the range of 500 to 10,000 mm, a sufficient photocurrent can be obtained, and light can be easily transmitted to the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 on the rear side.

また、例えば、第2導電型非晶質シリコン半導体層6がn型a−Si:H層であり、成膜する場合、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最適化する。n型a−Si:H層の厚みは50Å〜200Åの範囲がよく、より好適には80Å〜120Åがよい。50Å〜200Åの範囲内とすることにより、非晶質シリコン光電変換層30に内部電界を形成でき、また、光損失の増加を抑えることができる。 Further, for example, the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6 is an n-type a-Si: H layer, and in the case of film formation, SiH 4 gas, H 2 gas, PH 3 gas (in H 2 ) These are diluted to 1000 ppm) and the flow rates of these gases are optimized. The thickness of the n-type a-Si: H layer is preferably in the range of 50 to 200 mm, more preferably 80 to 120 mm. By setting it within the range of 50 to 200 cm, an internal electric field can be formed in the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 and an increase in optical loss can be suppressed.

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を形成する際の透光性基板2の温度は、何れの層の場合にも150℃〜300℃の範囲がよく、より好適には180℃〜240℃がよい。150℃〜300℃の範囲内とすることにより、好適な特性の非晶質シリコン光電変換層30を得ることができる。   The temperature of the translucent substrate 2 when the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer 4, the intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer 5, and the second conductive type amorphous silicon semiconductor layer 6 are formed may be any layer. Also in this case, the range of 150 ° C to 300 ° C is preferable, and 180 ° C to 240 ° C is more preferable. By setting the temperature within the range of 150 ° C. to 300 ° C., the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 having suitable characteristics can be obtained.

<第2の透光性導電層>
第2の透光性導電層16は、非晶質シリコン光電変換層30上に形成される。第2の透光性導電層16は、酸化インジウム層,酸化錫層及び酸化インジウム錫(ITO)層のうちの少なくとも1層を含むものがよく、より具体的にはITO層,酸化錫層等から成り、CVD法、スパッタリング法、スプレー法等によって形成される。また、ITO層,酸化錫層等の上に酸化チタン層,有機導電層等を積層したものであっても良い。
<Second translucent conductive layer>
The second light transmissive conductive layer 16 is formed on the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30. The second translucent conductive layer 16 preferably includes at least one of an indium oxide layer, a tin oxide layer, and an indium tin oxide (ITO) layer, and more specifically, an ITO layer, a tin oxide layer, or the like. And formed by a CVD method, a sputtering method, a spray method or the like. Alternatively, a titanium oxide layer, an organic conductive layer, or the like may be laminated on an ITO layer, a tin oxide layer, or the like.

第2の透光性導電層16の厚みは0.07〜0.12μm程度がよい。0.07〜0.12μm程度の範囲内とすることにより、第2の透光性導電層16による光透過率向上のピークが非晶質シリコン光電変換層30で吸収される光の波長に近接することを抑えて、色素増感型光電変換体20側へ透過する700nm以上の長波長光の透過率を増大させることができる。また、第2の透光性導電層16による透過率向上のピークが、色素14で吸収される光の波長900nm程度を超えないようにして、色素増感型光電変換体20の発電に有効な波長域の光を増大させることができる。   The thickness of the second translucent conductive layer 16 is preferably about 0.07 to 0.12 μm. By setting the thickness within the range of about 0.07 to 0.12 μm, the peak of light transmittance improvement by the second light-transmissive conductive layer 16 is close to the wavelength of light absorbed by the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30. By suppressing this, it is possible to increase the transmittance of light having a long wavelength of 700 nm or more that is transmitted to the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 side. In addition, it is effective for power generation of the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 so that the peak of transmittance improvement by the second light-transmitting conductive layer 16 does not exceed the wavelength of about 900 nm of light absorbed by the dye 14. Light in the wavelength band can be increased.

第2の透光性導電層16の上記の厚みの範囲は、非晶質シリコン光電変換層30の屈折率が3.5程度、ITO等から成る第2の透光性導電層16の屈折率が1.9程度の場合に、特に有効である。   The thickness range of the second translucent conductive layer 16 is such that the refractive index of the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 is about 3.5, and the refractive index of the second translucent conductive layer 16 made of ITO or the like. This is particularly effective when is about 1.9.

図3は、第2の透光性導電層16がない場合における光の波長と非晶質シリコン光電変換層30の透過率との関係を示すグラフであり、図4は、第2の透光性導電層16を形成した場合における光の波長と非晶質シリコン光電変換層30の透過率との関係を示すグラフである。図3のグラフに比べて図4のグラフでは、色素増感型光電変換体20の発電波長域である600〜1000nmの光の透過率(非晶質シリコン光電変換層30の透過率)が大きく向上している。なお、図3及び図4の例において、非晶質シリコン光電変換層30は厚み0.63μm、屈折率3.5であり、第2の透光性導電層16は厚み100nm、屈折率1.9のITO層から成る場合を示す。   FIG. 3 is a graph showing the relationship between the wavelength of light and the transmittance of the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 in the absence of the second light-transmissive conductive layer 16, and FIG. 4 is a graph showing the relationship between the wavelength of light and the transmittance of an amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 when the conductive conductive layer 16 is formed. Compared with the graph of FIG. 3, in the graph of FIG. 4, the transmittance | permeability (light transmittance of the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30) of 600-1000 nm which is the power generation wavelength range of the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 is large. It has improved. 3 and 4, the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 has a thickness of 0.63 μm and a refractive index of 3.5, and the second translucent conductive layer 16 has a thickness of 100 nm and a refractive index of 1.. A case of 9 ITO layers is shown.

<触媒層>
触媒層7は、第2の透光性導電層16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。0.5〜20nm程度の範囲内とすることにより、島状の触媒層7同士の間の距離を近づけて、有効な触媒効果を得ることができる。また、透過光量の低下を抑えて、第2導電型非晶質シリコン半導体層6の全面がPt等から成る触媒層(金属層)7で被覆されないようにし、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ことができる。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。
<Catalyst layer>
The catalyst layer 7 is formed in a plurality of island shapes on the second light-transmitting conductive layer 16, and the thickness is preferably about 0.5 to 20 nm. By setting the thickness within the range of about 0.5 to 20 nm, the distance between the island-shaped catalyst layers 7 can be reduced, and an effective catalytic effect can be obtained. Further, the decrease in the amount of transmitted light is suppressed so that the entire surface of the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6 is not covered with the catalyst layer (metal layer) 7 made of Pt or the like. A short circuit with the amorphous silicon semiconductor layer 6 can be avoided. 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.

触媒層7は、白金,パラジウム,ロジウム,カーボンまたはポリチオフェンから成ることが好ましい。この場合、電荷輸送層(電解質層)9と非晶質シリコン光電変換体31との電荷のやり取りをより容易にすることができ、過電圧(光電変換装置の駆動の初期に印加する電圧)をより小さくすることができる。   The catalyst layer 7 is preferably made of platinum, palladium, rhodium, carbon or polythiophene. In this case, charge exchange between the charge transport layer (electrolyte layer) 9 and the amorphous silicon photoelectric converter 31 can be facilitated, and an overvoltage (voltage applied at the initial stage of driving of the photoelectric conversion device) can be further increased. Can be small.

図1に示すように、第2の透光性導電層16上に触媒層7が形成されており、触媒層7と電荷輸送層9を介して対向するように色素増感型光電変換体20が配置されていることが好ましい。この場合、触媒層7によって電荷輸送層9と非晶質シリコン光電変換体31との電荷のやり取りを容易にすることができ、過電圧(光電変換装置の駆動の初期に印加する電圧)を小さくすることができる。また、第2の透光性導電層16が導電性を有することから、色素増感光電変換体20と同じセル内に非晶質シリコン光電変換体31を組み込んでも、電荷輸送層(電解質層)9内で余分な電界が発生して触媒層7が剥離等を起こすことを抑制することができる。その結果、触媒層7の信頼性を高くして、色素増感光電変換体20と同じセル内に非晶質シリコン光電変換体31を組み込むことができる。   As shown in FIG. 1, the catalyst layer 7 is formed on the second light-transmissive conductive layer 16, and the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 is opposed to the catalyst layer 7 via the charge transport layer 9. Is preferably arranged. In this case, the exchange of charges between the charge transport layer 9 and the amorphous silicon photoelectric conversion body 31 can be facilitated by the catalyst layer 7 and the overvoltage (voltage applied at the initial stage of driving of the photoelectric conversion device) can be reduced. be able to. Further, since the second light-transmitting conductive layer 16 has conductivity, even if the amorphous silicon photoelectric converter 31 is incorporated in the same cell as the dye-sensitized photoelectric converter 20, the charge transport layer (electrolyte layer) It is possible to suppress the occurrence of an extra electric field in 9 and the catalyst layer 7 from peeling or the like. As a result, the reliability of the catalyst layer 7 can be increased, and the amorphous silicon photoelectric conversion body 31 can be incorporated in the same cell as the dye-sensitized photoelectric conversion body 20.

また、図2に示すように、色素増感型光電変換体20は、透光性基板10上に形成された透光性導電層11上に他の触媒層12を有していることがよい。この場合、色素増感型光電変換体20の出力を他の触媒層12を通じて透光性導電層11に効率的に取り出すことができる。   Further, as shown in FIG. 2, the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 may have another catalyst layer 12 on the light-transmitting conductive layer 11 formed on the light-transmitting substrate 10. . In this case, the output of the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 can be efficiently taken out to the translucent conductive layer 11 through the other catalyst layer 12.

図2の構成において、透光性基板10は、透光性導電層11が表面に形成されたものである場合、ガラスまたはプラスチックから成る透光性基板10上に、ITO層,酸化錫層等から成る透光性導電層11を形成したものを用いることができる。透光性基板10の代わりに金属から成る導電性基板を用いてもよい。導電性基板が金属から成る場合、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。   In the configuration of FIG. 2, when the translucent substrate 10 has the translucent conductive layer 11 formed on the surface, an ITO layer, a tin oxide layer, or the like is formed on the translucent substrate 10 made of glass or plastic. What formed the translucent conductive layer 11 which consists of can be used. Instead of the translucent substrate 10, a conductive substrate made of metal may be used. When the conductive substrate is made of a metal, one made of titanium, molybdenum, tungsten, nickel or the like can be used.

<封止部材>
封止部材8は、厚み(高さ)が0.06〜1000μm程度であることがよい。0.06〜1000μm程度の範囲内とすることにより、封止部材8の厚みを非晶質シリコン光電変換層30の厚みよりも厚くして、色素増感型光電変換体20と共に電荷輸送層9を封止することを容易にすることができ、また、電荷輸送層9が厚くなりすぎて内部抵抗が増加することにより光電変換装置の光電変換効率が低下することを抑えることができる。
<Sealing member>
The sealing member 8 may have a thickness (height) of about 0.06 to 1000 μm. By setting the thickness within the range of about 0.06 to 1000 μm, the thickness of the sealing member 8 is made larger than the thickness of the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30, and the charge transport layer 9 together with the dye-sensitized photoelectric conversion body 20. In addition, it is possible to prevent the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion device from decreasing due to the charge transport layer 9 becoming too thick and the internal resistance increasing.

封止部材8は、ポリエチレン,ポリプロピレン,エポキシ樹脂,フッ素樹脂またはシリコーン樹脂等の樹脂接着剤、もしくはガラスフリット,セラミックス等の無機接着剤からなる。   The sealing member 8 is made of a resin adhesive such as polyethylene, polypropylene, epoxy resin, fluororesin or silicone resin, or an inorganic adhesive such as glass frit or ceramics.

封止部材8は、第1の透光性導電層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が一主面上に形成された透光性基板2の前記一主面上に、樹脂等から成る封止部材8を非晶質シリコン光電変換層30を囲む枠状に設置し硬化する方法等によって形成できる。   The sealing member 8 includes a first translucent conductive layer 3, a first conductive amorphous silicon semiconductor layer 4, an intrinsic amorphous silicon semiconductor layer 5, a second conductive amorphous silicon semiconductor layer 6, The sealing member 8 made of resin or the like is installed in a frame shape surrounding the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30 on the one principal surface of the translucent substrate 2 on which the catalyst layer 7 is formed on one principal surface. It can be formed by a method of curing.

封止部材8によって電荷輸送層9を封止することから、光電変換装置の光照射及び高温加熱に対する耐久性及び信頼性を有効に保持できる。即ち、電荷輸送層9が光照射及び高温加熱によって光電変換装置から漏出するのを有効に抑えることができる。   Since the charge transport layer 9 is sealed by the sealing member 8, the durability and reliability of the photoelectric conversion device against light irradiation and high-temperature heating can be effectively maintained. That is, it is possible to effectively suppress the charge transport layer 9 from leaking out of the photoelectric conversion device due to light irradiation and high-temperature heating.

<電荷輸送層>
また、電荷輸送層9は液状電解質もしくはゲル状電解質であることがよい。電荷の輸送特性に優れる液状電解質もしくはゲル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。また、電荷輸送層9は、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。
<Charge transport layer>
The charge transport layer 9 is preferably a liquid electrolyte or a gel electrolyte. Photoelectric conversion efficiency is improved by using a liquid electrolyte or a gel electrolyte excellent in charge transport characteristics. The charge transport layer 9 is made of a solid electrolyte such as a polymer electrolyte, a conductive polymer such as polythiophene / polypyrrole or polyphenylene vinylene, or an organic molecular electron transport agent such as a fullerene derivative, a pentacene derivative, a perylene derivative, or a triphenyldiamine derivative. It may be a thing.

また、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を含む。なお、「ヨウ素/ヨウ化物塩」という表記は、電荷輸送層9中においてヨウ素とヨウ化物塩とに可逆的に変化するものであることを示す。   The charge transport layer 9 includes iodine / iodide salt, bromine / bromide salt, cobalt complex, potassium ferrocyanide, and the like. The notation “iodine / iodide salt” indicates that the charge transport layer 9 reversibly changes into iodine and iodide salt.

電荷輸送層9の厚みは0.01〜500μm程度がよい。0.01〜500μm程度の範囲内とすることにより、正極側(非晶質シリコン光電変換体31側)と対極側(色素増感型光電変換体20側)が接してショートすることを抑制し、また、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抑え、さらに、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の発生を抑制できる。   The thickness of the charge transport layer 9 is preferably about 0.01 to 500 μm. By setting it within the range of about 0.01 to 500 μm, it is possible to suppress a short circuit due to contact between the positive electrode side (amorphous silicon photoelectric converter 31 side) and the counter electrode side (dye sensitized photoelectric converter 20 side). In addition, it is possible to suppress a decrease in photoelectric conversion efficiency due to an increase in the charge transport layer 9 which is a resistance component, and further, when the charge transport layer 9 is a liquid electrolyte, it is possible to suppress the occurrence of a sealing defect due to an increase in the liquid portion.

<多孔質の半導体層>
また、色素増感型光電変換体20は、図1に示すように、色素増感された多孔質の半導体層13を有する色素増感型光電変換体20を有していることがよい。この場合、表面積が大きい多孔質の半導体層13に色素(増感色素)14をより多く担持(吸着)させることができるため、非晶質シリコン光電変換体31を透過した長波長光を漏れなく吸収し光電変換することができる。従って、非晶質シリコン光電変換体31が短波長(300〜600nm程度)感度に優れ、色素増感型光電変換体20が長波長(600〜900nm程度)感度に優れる結果、広い波長範囲(300〜900nm程度)にわたってより効率的な光電変換が可能となる。
<Porous semiconductor layer>
Further, the dye-sensitized photoelectric converter 20 preferably includes a dye-sensitized photoelectric converter 20 having a dye-sensitized porous semiconductor layer 13 as shown in FIG. In this case, since the porous semiconductor layer 13 having a large surface area can carry (adsorb) more dye (sensitizing dye) 14, the long-wavelength light transmitted through the amorphous silicon photoelectric converter 31 is not leaked. It can absorb and photoelectrically convert. Therefore, the amorphous silicon photoelectric conversion body 31 is excellent in sensitivity for short wavelengths (about 300 to 600 nm), and the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 is excellent in sensitivity for long wavelengths (about 600 to 900 nm). More efficient photoelectric conversion can be performed over about 900 nm).

即ち、図1の光電変換装置は、非晶質シリコン光電変換体31と色素増感型光電変換体20とが積層された積層型(タンデム型)光電変換装置である。   That is, the photoelectric conversion device of FIG. 1 is a stacked type (tandem type) photoelectric conversion device in which an amorphous silicon photoelectric conversion body 31 and a dye-sensitized photoelectric conversion body 20 are stacked.

多孔質の半導体層13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13は、電子エネルギー準位においてその伝導帯が色素14の伝導帯よりも低いn型半導体がよい。
As the material and composition of the porous semiconductor layer 13, titanium oxide (TiO 2 ) is optimal,
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), tungsten (W) and the like, and at least one metal oxide semiconductor is preferable. N), carbon (C), fluorine (F), sulfur (S), chlorine (Cl), phosphorus (P), or other nonmetallic elements may be contained. 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 13 is preferably an n-type semiconductor whose conduction band is lower than the conduction band of the dye 14 at the electron energy level.

多孔質の半導体層13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のときに光電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。   The porous semiconductor layer 13 is made of titanium dioxide or the like and contains a large number of fine pores (having a pore diameter of preferably about 10 to 40 nm, and a peak in photoelectric conversion efficiency at 22 nm). A porous n-type oxide semiconductor layer or the like is preferable.

多孔質の半導体層10の空孔径が10nm以上であると、色素14の浸透及び吸着が促進され、十分な色素14の吸着量が得られ易く、また、電解質の拡散が進行し拡散抵抗が低減することから、光電変換効率が向上する。   When the pore diameter of the porous semiconductor layer 10 is 10 nm or more, the penetration and adsorption of the dye 14 are promoted, and a sufficient adsorption amount of the dye 14 is easily obtained, and the diffusion of the electrolyte proceeds and the diffusion resistance is reduced. As a result, the photoelectric conversion efficiency is improved.

多孔質の半導体層10の空孔径が40nm以下であると、多孔質の半導体層13の比表面積が増大するため、色素14の吸着量を確保するために厚みを厚くする必要がなくなり、厚みを厚くしすぎた場合の光の透過性の低下、及び色素14の光を吸収性の低下を抑制できる。また、多孔質の半導体層13に注入された電荷の移動距離を短くして、電荷の再結合によるロスを低減できる。さらに、電解質の拡散距離を短くして拡散抵抗が低減することから、光電変換効率が向上する。   When the pore diameter of the porous semiconductor layer 10 is 40 nm or less, the specific surface area of the porous semiconductor layer 13 increases, so that it is not necessary to increase the thickness in order to secure the amount of adsorption of the dye 14. It is possible to suppress a decrease in light transmittance when the thickness is too large and a decrease in light absorption of the dye 14. In addition, the loss due to charge recombination can be reduced by shortening the moving distance of charges injected into the porous semiconductor layer 13. Furthermore, since the diffusion distance of the electrolyte is shortened to reduce the diffusion resistance, the photoelectric conversion efficiency is improved.

多孔質の半導体層13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、色素14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13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、緻密体である場合と比較して、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 13 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. By this, the surface area which adsorb | sucks the pigment | dye 14 increases and a photoelectric conversion efficiency can be improved. The porous semiconductor layer 13 is preferably a porous body having a porosity of 20 to 80%, more preferably 40 to 60%. By making porous, the surface area as the light working electrode layer can be increased by 1000 times or more compared to the case of a dense body, and light absorption, photoelectric conversion, and electron conduction can be performed efficiently.

なお、多孔質の半導体層13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 13 is obtained by obtaining an isothermal adsorption curve of a 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13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。5〜500nmの範囲内とすることにより、材料の微細化を行うことができ、また、接合面積を大きくして光電流を大きくすることができる。   The shape of the porous semiconductor layer 13 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. By setting the thickness within the range of 5 to 500 nm, the material can be miniaturized, and the junction area can be increased to increase the photocurrent.

また、多孔質の半導体層13を多孔質体とすることにより、これに色素14を吸着させて成る色素増感型光電変換体20の表面が凹凸状となり、光閉じ込め効果をもたらして、光電変換効率をより高めることができる。   Further, by forming the porous semiconductor layer 13 as a porous body, the surface of the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 formed by adsorbing the dye 14 to the porous body becomes uneven, thereby providing a light confinement effect and photoelectric conversion. Efficiency can be further increased.

また、多孔質の半導体層13の厚みは0.1〜50μmがよく、より好適には1〜20μmがよい。0.1〜50μmの範囲内とすることにより、光電変換作用を大きく維持でき、また、光の透過性を保持して光の入射を容易にすることができる。   The thickness of the porous semiconductor layer 13 is preferably 0.1 to 50 μm, more preferably 1 to 20 μm. By setting the thickness within the range of 0.1 to 50 μm, the photoelectric conversion action can be largely maintained, and the light can be easily incident while maintaining the light transmittance.

多孔質の半導体層13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によって、透光性基板10上の透光性導電層11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13を形成する。この手法は簡便であり、好ましい。
When the porous semiconductor layer 13 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 11 on the light-transmitting substrate 10 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 13 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13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13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 of the porous semiconductor layer 13, an electrodeposition method, an electrophoretic electrodeposition method, a hydrothermal synthesis method and the like are preferable. As a post-treatment for improving electron transport properties, a microwave treatment and a CVD method are used. A UV treatment such as plasma treatment or thermal catalyst treatment is preferable. The porous semiconductor layer 13 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13の多孔質体の表面に、TiCl4処理、即ちTiCl4溶液に13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光電変換効率が高まる。 Further, the surface of the porous body of the porous semiconductor layer 13 may be treated with TiCl 4 , that is, immersed in a TiCl 4 solution for 13 hours, washed with water, and baked at 450 ° C. for 30 minutes. It improves and the photoelectric conversion efficiency increases.

また、多孔質の半導体層13と透光性導電層11の間に、n型酸化物半導体から成る極薄(厚み5μm程度)の緻密層を挿入するとよく、逆電流が抑制できるので光電変換効率が高まる。   In addition, an ultrathin (thickness of about 5 μm) dense layer made of an n-type oxide semiconductor may be inserted between the porous semiconductor layer 13 and the translucent conductive layer 11, and the reverse current can be suppressed, so that the photoelectric conversion efficiency Will increase.

また、多孔質の半導体層13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10側より厚み方向に漸次小さくなっていることが好ましく、例えば多孔質の半導体層13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10側に平均粒径が大きい酸化物半導体微粒子を用い、触媒層7側に平均粒径が小さい酸化物半導体微粒子(散乱粒子)を用いることによって、平均粒径が大きい多孔質の半導体層13によって光散乱と光反射による光閉じ込め効果が生じ、光電変換効率を高めることができる。   The porous semiconductor layer 13 is preferably composed of a sintered body of oxide semiconductor fine particles, and the average particle diameter of the oxide semiconductor fine particles is preferably gradually smaller in the thickness direction than the translucent substrate 10 side. For example, the porous semiconductor layer 13 is preferably composed of a two-layer laminate in which the average particle diameter of the oxide semiconductor fine particles is different. Specifically, by using oxide semiconductor fine particles having a large average particle diameter on the light-transmitting substrate 10 side and using oxide semiconductor fine particles (scattering particles) having a small average particle diameter on the catalyst layer 7 side, the average particle diameter is determined. The porous semiconductor layer 13 having a large thickness produces a light confinement effect due to light scattering and light reflection, and can increase the photoelectric 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によって、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3層以上の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10側から厚み方向に漸次小さ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 the weight ratio, the average particle diameter, and the respective film thicknesses, an optimum light confinement effect can be obtained. Further, by increasing the number of stacked layers from two layers to three or more layers, or by coating and forming such that these boundaries do not occur, the average particle size is gradually decreased in the thickness direction from the translucent substrate 10 side. Can be formed.

<色素>
色素14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。
<Dye>
Examples of the dye 14 include ruthenium-tris, ruthenium-bis, osmium-tris, osmium-bis transition metal complexes, polynuclear complexes, ruthenium-cis-diaqua-bipyridyl complexes, phthalocyanines, porphyrins, and polycyclic aromatics. A xanthene dye such as a compound or rhodamine B is preferable.

多孔質の半導体層13に色素14を吸着させるためには、色素14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、置換基は色素14自体を多孔質の半導体層13に強固に化学吸着させることができ、励起状態の色素14から多孔質の半導体層13へ容易に電荷移動できるものであればよい。   In order to adsorb the dye 14 to the porous semiconductor layer 13, the dye 14 has at least one carboxyl group, sulfonyl group, hydroxamic acid group, alkoxy group, aryl group, phosphoryl group or the like as a substituent. It is valid. Here, the substituent may be any as long as it can strongly adsorb the dye 14 itself to the porous semiconductor layer 13 and can easily transfer the charge from the excited dye 14 to the porous semiconductor layer 13.

多孔質の半導体層13に色素14を吸着させる方法としては、例えば透光性基板10上に形成された多孔質の半導体層13を、色素14を溶解した溶液に浸漬する方法がある。   As a method for adsorbing the dye 14 to the porous semiconductor layer 13, for example, there is a method of immersing the porous semiconductor layer 13 formed on the translucent substrate 10 in a solution in which the dye 14 is dissolved.

多孔質の半導体層13に色素14を吸着させる際の色素14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。溶液中の色素14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 dye 14 when adsorbing the dye 14 to the porous semiconductor layer 13 include alcohols such as ethanol, ketones such as acetone, ethers such as diethyl ether, nitrogen compounds such as acetonitrile, and the like. May be one or a mixture of two or more. The concentration of the dye 14 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13に色素14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、室温もしくは加熱の条件が挙げられる。色素14の吸着にかける時間は色素14及び溶液の種類、溶液の濃度、色素14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、色素14を多孔質の半導体層13に吸着させることができる。   When adsorb | sucking the pigment | dye 14 to the porous semiconductor layer 13, the conditions of the temperature of a solution and atmosphere are not specifically limited, For example, the conditions of room temperature or heating under atmospheric pressure or a vacuum are mentioned. The time required for adsorption of the dye 14 can be appropriately adjusted depending on the kind of the dye 14 and the solution, the concentration of the solution, the circulation amount of the solution of the dye 14 and the like. Thereby, the dye 14 can be adsorbed to the porous semiconductor layer 13.

本実施の形態の光発電装置は、上記本実施の形態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 embodiment has a configuration in which the photoelectric conversion device of the present embodiment 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、本実施の形態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。   Hereinafter, examples of the photoelectric conversion device of this embodiment will be described. A photoelectric conversion device having the configuration of FIG. 1 was produced as follows.

透光性基板2として、一主面に第1の透光性導電層3(ITO層、厚み350nm、シート抵抗10Ω/□)が形成されたガラス基板(サイズ1cm×2cm)を準備した。まずプラズマCVD装置を用いて、透光性基板2の第1の透光性導電層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堆積させた。   As the translucent substrate 2, a glass substrate (size 1 cm × 2 cm) in which the first translucent conductive layer 3 (ITO layer, thickness 350 nm, sheet resistance 10Ω / □) was formed on one main surface was prepared. First, using a plasma CVD apparatus, a p-type a-Si: H layer as the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer 4 on the first transparent conductive layer 3 of the transparent substrate 2, an intrinsic type. An i-type a-Si: H layer as the amorphous silicon semiconductor layer 5 and an n-type a-Si: H layer as the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6 are successively deposited in a vacuum. It was.

p型a−Si:H層を形成するための原料ガスとして、SiH4ガス,B26ガス(H2で希釈したもの)を用い、これらのガスの流量をそれぞれ2.7sccm,9sccmとし、100Å(0.01μm)の厚みで堆積させた。 SiH 4 gas and B 2 H 6 gas (diluted with H 2 ) are used as source gases for forming the p-type a-Si: H layer, and the flow rates of these gases are set to 2.7 sccm and 9 sccm, respectively. , And a thickness of 100 mm (0.01 μm).

次に、i型a−Si:H層を形成するための原料ガスとして、SiH4ガス,H2ガスを用い、これらのガスの流量をそれぞれ5sccm,20sccmとし、6000Å(0.6μm)の厚みで堆積させた。 Next, SiH 4 gas and H 2 gas are used as source gases for forming the i-type a-Si: H layer, and the flow rates of these gases are 5 sccm and 20 sccm, respectively, and the thickness is 6000 mm (0.6 μm). It was deposited with.

次に、n型a−Si:H層を形成するための原料ガスとして、SiH4ガス,H2ガス,PH3ガス(H2で希釈したもの)を用い、これらのガスの流量をそれぞれ2.7sccm,37sccm,2.8sccmとして、200Å(0.02μm)の厚みで堆積させた。 Next, SiH 4 gas, H 2 gas, and PH 3 gas (diluted with H 2 ) are used as source gases for forming the n-type a-Si: H layer, and the flow rates of these gases are 2 respectively. The film was deposited to a thickness of 200 cm (0.02 μm) as 0.7 sccm, 37 sccm, and 2.8 sccm.

なお、ガラス基板の温度は、p型a−Si:H層、i型a−Si:H層、n型a−Si:H層のいずれの形成の場合にも200℃とした。   Note that the temperature of the glass substrate was 200 ° C. in any of the formation of the p-type a-Si: H layer, the i-type a-Si: H layer, and the n-type a-Si: H layer.

以上より、厚み0.63μm、屈折率3.5である、p型a−Si:H層、i型a−Si:H層、n型a−Si:H層から成る非晶質シリコン光電変換層30を形成した。   As described above, amorphous silicon photoelectric conversion comprising a p-type a-Si: H layer, an i-type a-Si: H layer, and an n-type a-Si: H layer having a thickness of 0.63 μm and a refractive index of 3.5. Layer 30 was formed.

次に、第2の透光性導電層16として、屈折率1.9のITO層を100nmの厚みで形成した。成膜前において、図3のグラフに示す透過率特性であったものが、第2の透光性導電層16を形成した後には、図4のグラフに示す透過率特性となり、波長600〜1200nmにおいて透過率が大幅に向上した。なお、透過率は日本分光製紫外可視近赤外分光光度計V−600によって測定した。   Next, an ITO layer having a refractive index of 1.9 was formed as the second translucent conductive layer 16 with a thickness of 100 nm. Before the film formation, the transmittance characteristic shown in the graph of FIG. 3 becomes the transmittance characteristic shown in the graph of FIG. 4 after the second light-transmitting conductive layer 16 is formed, and the wavelength is 600 to 1200 nm. The transmittance was significantly improved. The transmittance was measured with an ultraviolet-visible near-infrared spectrophotometer V-600 manufactured by JASCO.

次に、スパッタリング装置を用いて、第2の透光性導電層16としてのITO層上に、触媒層7としてのPt層を厚み0.01μmとなるよう堆積した。このとき、Pt層は薄いため高抵抗となっており、別途ガラス基板上に同様にして形成したPt層のシート抵抗は測定できなかった。   Next, using a sputtering apparatus, a Pt layer as the catalyst layer 7 was deposited on the ITO layer as the second light-transmitting conductive layer 16 to a thickness of 0.01 μm. At this time, since the Pt layer was thin, the resistance was high, and the sheet resistance of the Pt layer separately formed on the glass substrate in the same manner could not be measured.

次に、色素増感型光電変換体20側の透光性基板10として、一主面に透光性導電層11(SnO2:F(FTO層)、厚み800nm、シート抵抗10Ω/□)が形成された
ガラス基板(サイズ1cm×2cm)を準備した。このガラス基板の透光性導電層11上に、多孔質の半導体層13としての二酸化チタン層を形成した。電子輸送体である二酸化チタン層は以下のようにして形成した。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二酸化チタンのペーストを作製した。次に、作製したペーストをドクターブレード法によって、透光性導電層11上に一定の速度で塗布し、大気中において450℃で20分焼成し、多孔質の二酸化チタン層を形成した。
Next, as the translucent substrate 10 on the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 side, a translucent conductive layer 11 (SnO 2 : F (FTO layer), thickness 800 nm, sheet resistance 10Ω / □) is formed on one main surface. A formed glass substrate (size 1 cm × 2 cm) was prepared. A titanium dioxide layer as a porous semiconductor layer 13 was formed on the translucent conductive layer 11 of the glass substrate. The titanium dioxide layer as an electron transporter was formed as follows. First, acetylacetone was added to TiO 2 anatase powder, and then kneaded with deionized water to prepare a titanium dioxide paste stabilized with a surfactant. Next, the prepared paste was applied at a constant speed onto the light-transmitting conductive layer 11 by a doctor blade method, and baked at 450 ° C. for 20 minutes in the air to form a porous titanium dioxide layer.

次に、色素14としてブラックダイ色素(ソラロニクス社製)を用い、色素14を溶解させるために用いる溶媒としてアセトニトリルとt−ブタノール(容積比で1:1)を用い、二酸化チタン層を形成したガラス基板を、色素14を溶解した溶液に浸漬して、色素14を二酸化チタン層に担持させた。浸漬した時間は24時間、そのときのガラス基板の温度は24℃であった。   Next, a glass in which a titanium dioxide layer is formed using a black dye (made by Solaronics) as the dye 14, acetonitrile and t-butanol (1: 1 by volume) as a solvent used to dissolve the dye 14. The substrate was immersed in a solution in which the dye 14 was dissolved, and the dye 14 was supported on the titanium dioxide layer. The immersion time was 24 hours, and the temperature of the glass substrate at that time was 24 ° C.

次に、透光性基板2の非晶質シリコン光電変換体31が形成された一主面の外周部と、透光性基板10の色素増感型光電変換体20が形成された一主面の外周部とを、フィルム状の封止部材8である熱可塑性接着剤(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10の間の間隔(電荷輸送層9の厚みに相当する)は30μmであった。このとき、二酸化チタン層に下記の液体電解質を含有させた状態で透光性基板2と透光性基板10とを封止部材8を介して貼り合わせ、積層型の光電変換装置を作製した。電荷輸送層(電解質)9として、液体電解質である沃素(I2)と沃化リチウム(LiI)にアセトニトリル溶液とターシャルブチ
ルピリジン(TBP)を加えて調製したものを用いた。この積層型の光電変換装置について、光電変換効率等の特性を評価した。
Next, the outer peripheral part of one main surface in which the amorphous silicon photoelectric conversion body 31 of the translucent substrate 2 is formed, and the one main surface in which the dye-sensitized photoelectric conversion body 20 of the translucent substrate 10 is formed. The outer peripheral part of the film was adhered and hermetically sealed through a thermoplastic adhesive (trade name “Bynel 4164”, manufactured by DuPont) which is a film-like sealing member 8. The distance between the translucent substrate 2 and the translucent substrate 10 (corresponding to the thickness of the charge transport layer 9) was 30 μm. At this time, the translucent substrate 2 and the translucent substrate 10 were bonded to each other through the sealing member 8 in a state in which the following liquid electrolyte was contained in the titanium dioxide layer, thereby producing a stacked photoelectric conversion device. The charge transport layer (electrolyte) 9 was prepared by adding an acetonitrile solution and tertiary butyl pyridine (TBP) to iodine (I 2 ) and lithium iodide (LiI), which are liquid electrolytes. With respect to this stacked photoelectric conversion device, characteristics such as photoelectric conversion efficiency were evaluated.

得られた積層型の光電変換装置は、AM1.5下、100mW/cm2で比較的高い短
絡電流密度10.4mA/cm2、高い開放端電圧(1.50V)を示した。曲線因子(
FF:Fill Factor)は0.53、光電変換効率8.3%であった。
The obtained stacked photoelectric conversion device exhibited a relatively high short-circuit current density of 10.4 mA / cm 2 and a high open-circuit voltage (1.50 V) at 100 mW / cm 2 under AM 1.5. Fill factor (
The FF (Fill Factor) was 0.53, and the photoelectric conversion efficiency was 8.3%.

以上のように、実施例1においては、高い光電変換効率を実現することができた。   As described above, in Example 1, high photoelectric conversion efficiency could be realized.

図2の構成の光電変換装置を以下のようにして作製した。   A photoelectric conversion device having the configuration of FIG. 2 was produced as follows.

透光性基板2として、一主面に第1の透光性導電層3(ITO層、厚み350nm、シート抵抗10Ω/□)が形成されたガラス基板(サイズ1cm×2cm)を準備した。まずプラズマCVD装置を用いて、ガラス基板の第1の透光性導電層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堆積させた。   As the translucent substrate 2, a glass substrate (size 1 cm × 2 cm) in which the first translucent conductive layer 3 (ITO layer, thickness 350 nm, sheet resistance 10Ω / □) was formed on one main surface was prepared. First, using a plasma CVD apparatus, a p-type a-Si: H layer as the first conductive amorphous silicon semiconductor layer 4 is formed on the first light-transmitting conductive layer 3 of the glass substrate. An i-type a-Si: H layer as the silicon semiconductor layer 5 and an n-type a-Si: H layer as the second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer 6 were successively deposited in a vacuum.

p型a−Si:H層を形成するための原料ガスとして、SiH4ガス,B26ガス(H2で希釈したもの)を用い、これらのガスの流量をそれぞれ2.7sccm,18sccmとし、100Å(0.01μm)の厚みで堆積させた。 SiH 4 gas and B 2 H 6 gas (diluted with H 2 ) are used as source gases for forming the p-type a-Si: H layer, and the flow rates of these gases are 2.7 sccm and 18 sccm, respectively. , And a thickness of 100 mm (0.01 μm).

次に、i型a−Si:H層を形成するための原料ガスとして、SiH4ガス,H2ガスを用い、これらのガスの流量をそれぞれ5sccm,20sccmとし、膜厚で6000Å(0.6μm)の厚みで堆積させた。 Next, SiH 4 gas and H 2 gas are used as source gases for forming the i-type a-Si: H layer, the flow rates of these gases are 5 sccm and 20 sccm, respectively, and the film thickness is 6000 mm (0.6 μm). ).

次に、n型a−Si:H層を形成するための原料ガスとして、SiH4ガス,H2ガス,PH3ガス(H2で希釈したもの)を用い、これらのガスの流量をそれぞれ3sccm,30sccm,6sccmとして、200Å(0.02μm)の厚みで堆積させた。 Next, SiH 4 gas, H 2 gas and PH 3 gas (diluted with H 2 ) are used as source gases for forming the n-type a-Si: H layer, and the flow rates of these gases are 3 sccm, respectively. , 30 sccm, 6 sccm, with a thickness of 200 mm (0.02 μm).

なお、ガラス基板の温度は、p型a−Si:H層、i型a−Si:H層、n型a−Si:H層のいずれの形成の場合にも200℃とした。   Note that the temperature of the glass substrate was 200 ° C. in any of the formation of the p-type a-Si: H layer, the i-type a-Si: H layer, and the n-type a-Si: H layer.

以上より、厚み0.63μm、屈折率3.5である、p型a−Si:H層、i型a−Si:H層、n型a−Si:H層から成る非晶質シリコン光電変換層30を形成した。   As described above, amorphous silicon photoelectric conversion comprising a p-type a-Si: H layer, an i-type a-Si: H layer, and an n-type a-Si: H layer having a thickness of 0.63 μm and a refractive index of 3.5. Layer 30 was formed.

次に、非晶質シリコン光電変換層30上に第2の透光性導電層16としてITO層を100nmの厚みで形成した。   Next, an ITO layer having a thickness of 100 nm was formed as the second light-transmissive conductive layer 16 on the amorphous silicon photoelectric conversion layer 30.

以上より、非晶質シリコン光電変換体31を作製した。   From the above, an amorphous silicon photoelectric conversion body 31 was produced.

次に、中間透光性基板2´として、一主面に中間透光性導電層3´(SnO2:F(F
TO層)、厚み800nm、シート抵抗10Ω/□)が形成されたガラス基板(サイズ1cm×2cm)を準備した。このガラス基板の中間透光性導電層3´上に、多孔質の二酸化チタン層を形成した。電子輸送体である二酸化チタン層は以下のようにして形成した。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二酸化チタンのペーストを作製した。作製したペーストをドクターブレード法によって、中間透光性導電層3´上に一定の速度で塗布し、大気中において450℃で20分焼成し、多孔質の二酸化チタン層を形成した。
Next, an intermediate translucent conductive layer 3 ′ (SnO 2 : F (F
A glass substrate (size 1 cm × 2 cm) on which a TO layer), a thickness of 800 nm, and a sheet resistance of 10Ω / □ was formed was prepared. A porous titanium dioxide layer was formed on the intermediate translucent conductive layer 3 ′ of this glass substrate. The titanium dioxide layer as an electron transporter was formed as follows. First, acetylacetone was added to TiO 2 anatase powder, and then kneaded with deionized water to prepare a titanium dioxide paste stabilized with a surfactant. The prepared paste was applied onto the intermediate translucent conductive layer 3 ′ at a constant speed by a doctor blade method, and baked at 450 ° C. for 20 minutes in the air to form a porous titanium dioxide layer.

次に、色素14としてブラックダイ色素(ソラロニクス社製)を用い、色素14を溶解させるために用いる溶媒としてエタノール溶液を用い、共吸着剤としてデオキシコール酸を添加した。二酸化チタン層を形成したガラス基板を、色素14を溶解した溶液に浸漬して、色素14を二酸化チタン層に担持させた。浸漬した時間は24時間、そのときのガラス基板の温度は24℃〜27℃であった。   Next, a black dye (made by Solaronics) was used as the dye 14, an ethanol solution was used as a solvent used to dissolve the dye 14, and deoxycholic acid was added as a coadsorbent. The glass substrate on which the titanium dioxide layer was formed was immersed in a solution in which the dye 14 was dissolved, and the dye 14 was supported on the titanium dioxide layer. The immersion time was 24 hours, and the temperature of the glass substrate at that time was 24 ° C to 27 ° C.

次に、多孔質の半導体層13に対向する対向電極側構造体を以下のようにして作製した。一主面に透光性導電層11(FTO層、厚み800nm、シート抵抗10Ω/□)が形成された透光性基板10としてのガラス基板を準備し、スパッタリング装置を用いて、透光性導電層11上に触媒層12としてのPt層を厚み0.01μmとなるよう堆積した。   Next, a counter electrode side structure facing the porous semiconductor layer 13 was produced as follows. A glass substrate is prepared as a light-transmitting substrate 10 having a light-transmitting conductive layer 11 (FTO layer, thickness 800 nm, sheet resistance 10Ω / □) formed on one main surface, and a light-transmitting conductive material is formed using a sputtering apparatus. A Pt layer as the catalyst layer 12 was deposited on the layer 11 to a thickness of 0.01 μm.

次に、色素14を担持させた多孔質の二酸化チタン層が形成された中間透光性基板2´と、対向電極側構造体の透光性基板10とを、フィルム状の封止部材8である熱可塑性接着剤(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。中間透光性基板2´と透光性基板10の間の間隔(電荷輸送層9の厚みに相当する)は30μmであった。このとき、二酸化チタン層に下記の液体電解質を含有させた状態で中間透光性基板2´と透光性基板10とを封止部材8を介して貼り合わせ、色素増感型光電変換体20を作製した。電荷輸送層9(電解質層)として、液体電解質である沃素(I2)と沃化リチウム(LiI)とジメチルプロピルイミダゾリウムアイオダイド(D
MPII)にアセトニトリル溶液とターシャルブチルピリジン(TBP)を加えて調製したものを用いた。
Next, the intermediate translucent substrate 2 ′ on which the porous titanium dioxide layer carrying the dye 14 is formed and the translucent substrate 10 of the counter electrode side structure are bonded with a film-like sealing member 8. A certain thermoplastic adhesive (made by DuPont, trade name “Bynel 4164”) was bonded and hermetically sealed. The distance between the intermediate translucent substrate 2 ′ and the translucent substrate 10 (corresponding to the thickness of the charge transport layer 9) was 30 μm. At this time, the intermediate translucent substrate 2 ′ and the translucent substrate 10 are bonded via the sealing member 8 with the following liquid electrolyte contained in the titanium dioxide layer, and the dye-sensitized photoelectric conversion body 20. Was made. As the charge transport layer 9 (electrolyte layer), iodine (I 2 ), lithium iodide (LiI), and dimethylpropylimidazolium iodide (D), which are liquid electrolytes, are used.
MPII) prepared by adding an acetonitrile solution and tertiary butylpyridine (TBP) was used.

次に、中間透光性基板2´の中間透光性導電層3´が形成された主面と反対側の主面に、塩化ビニルアセテート(EVA)から成る厚み100μmの透明樹脂32を介して非晶質シリコン光電変換体31を接合した。   Next, a transparent resin 32 made of vinyl chloride (EVA) and having a thickness of 100 μm is interposed on the main surface opposite to the main surface on which the intermediate light-transmitting conductive layer 3 ′ is formed on the intermediate light-transmitting substrate 2 ′. The amorphous silicon photoelectric converter 31 was joined.

以上より、積層型の光電変換装置を作製した。この積層型の光電変換装置について、光電変換効率等の特性を評価した。   From the above, a stacked photoelectric conversion device was manufactured. With respect to this stacked photoelectric conversion device, characteristics such as photoelectric conversion efficiency were evaluated.

得られた積層型の光電変換装置は、AM1.5下、100mW/cm2で高い開放端電
圧(1.51V)を示した。上部の非晶質シリコン光電変換体31の光電変換効率が4.8%、下部の色素増感型光電変換体20の光電変換効率が6.1%となり、両者を合成することによって10.9%を得ることができた。
The obtained stacked photoelectric conversion device showed a high open-circuit voltage (1.51 V) at 100 mW / cm 2 under AM 1.5. The photoelectric conversion efficiency of the upper amorphous silicon photoelectric conversion body 31 is 4.8%, and the photoelectric conversion efficiency of the lower dye-sensitized photoelectric conversion body 20 is 6.1%. % Could be obtained.

以上のように、実施例2においては、高い光電変換効率を実現することができた。   As described above, in Example 2, high photoelectric conversion efficiency could be realized.

本実施の形態の光電変換装置の1例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the photoelectric conversion apparatus of this Embodiment. 本実施の形態の光電変換装置の他例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of the photoelectric conversion apparatus of this Embodiment. 従来の光電変換装置における光波長による透過率特性を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability characteristic by the light wavelength in the conventional photoelectric conversion apparatus. 本実施の形態の光電変換装置における光波長による透過率特性を示すグラフである。It is a graph which shows the transmittance | permeability characteristic by the light wavelength in the photoelectric conversion apparatus of this Embodiment. 本実施の形態の光電変換装置を用いた光電変換モジュールの断面図である。It is sectional drawing of the photoelectric conversion module using the photoelectric conversion apparatus of this Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1:入射光
2:透光性基板
2´:中間透光性基板
3:第1の透光性導電層
3´:中間透光性導電層
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:封止部材
9:電荷輸送層(電解質層)
10:透光性基板
11:透光性導電層
12:触媒層
13:多孔質の半導体層
14:色素
15:接続配線
16:第2の透光性導電層
20:色素増感型光電変換体
30:非晶質シリコン光電変換層
31:非晶質シリコン光電変換体
1: incident light 2: translucent substrate 2 ′: intermediate translucent substrate 3: first translucent conductive layer 3 ′: intermediate translucent conductive layer 4: first conductive type (p-type) amorphous Silicon semiconductor layer 5: Intrinsic type (i-type) amorphous silicon layer 6: Second conductivity type (n-type) amorphous silicon semiconductor layer 7: Catalyst layer 8: Sealing member 9: Charge transport layer (electrolyte layer)
10: Translucent substrate 11: Translucent conductive layer 12: Catalyst layer 13: Porous semiconductor layer 14: Dye 15: Connection wiring 16: Second translucent conductive layer 20: Dye-sensitized photoelectric converter 30: Amorphous silicon photoelectric conversion layer 31: Amorphous silicon photoelectric conversion body

Claims (10)

非晶質シリコン光電変換層及び前記非晶質シリコン光電変換層上に形成された透光性導電層を有する非晶質シリコン光電変換体と、前記非晶質シリコン光電変換体の前記透光性導電層側に積層された色素増感型光電変換体と、を有している光電変換装置。   An amorphous silicon photoelectric conversion layer having an amorphous silicon photoelectric conversion layer and a translucent conductive layer formed on the amorphous silicon photoelectric conversion layer, and the translucency of the amorphous silicon photoelectric conversion body And a dye-sensitized photoelectric conversion body laminated on the conductive layer side. 前記透光性導電層の厚みが0.07〜0.12μmである請求項1記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the translucent conductive layer has a thickness of 0.07 to 0.12 μm. 前記透光性導電層上に触媒層が形成されており、前記触媒層と電荷輸送層を介して対向するように前記色素増感型光電変換体が配置されている請求項1または2記載の光電変換装置。   The catalyst layer is formed on the said translucent conductive layer, The said dye-sensitized photoelectric conversion body is arrange | positioned so as to oppose the said catalyst layer through a charge transport layer. Photoelectric conversion device. 前記色素増感型光電変換体は、色素増感された多孔質の半導体層を有する請求項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 dye-sensitized photoelectric conversion body includes a dye-sensitized porous semiconductor layer. 前記触媒層は、白金,パラジウム,ロジウム,カーボンまたはポリチオフェンから成る請求項1乃至4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 platinum, palladium, rhodium, carbon, or polythiophene. 前記非晶質シリコン光電変換体と前記色素増感型光電変換体とが透明樹脂を介して接合されている請求項1記載の光電変換装置。   The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the amorphous silicon photoelectric conversion body and the dye-sensitized photoelectric conversion body are bonded via a transparent resin. 前記非晶質シリコン光電変換層は、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から成る請求項1乃至6のいずれか記載の光電変換装置。   The amorphous silicon photoelectric conversion layer includes a first conductive type amorphous silicon semiconductor layer, an intrinsic type amorphous silicon semiconductor layer formed on the first conductive type amorphous silicon semiconductor layer, and the intrinsic type. The photoelectric conversion device according to claim 1, further comprising: a second conductivity type amorphous silicon semiconductor layer formed on the type amorphous silicon semiconductor layer. 前記透光性導電層は、酸化インジウム層,酸化錫層及び酸化インジウム錫層のうちの少なくとも1層を含む請求項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 translucent conductive layer includes at least one of an indium oxide layer, a tin oxide layer, and an indium tin oxide layer. 請求項1乃至8のいずれか記載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光発電装置。   A photovoltaic device using the photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 8 as a power generation means, and supplying the generated power of the power generation means to a load. 請求項1乃至8のいずれかに記載の光電変換装置の複数が横方向に並べられているとともにそれらが電気的に接続されている光電変換モジュール。   A photoelectric conversion module in which a plurality of the photoelectric conversion devices according to claim 1 are arranged in a horizontal direction and are electrically connected to each other.
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