JP2009212507A - Light scattering film for solar battery, optical member for solar battery and solar battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池用光散乱膜、太陽電池用光学部材および太陽電池に関するものである。 The present invention relates to a light scattering film for a solar cell, an optical member for a solar cell, and a solar cell.
近年、石油エネルギーの代替エネルギーとして、およびクリーンエネルギーの必要性の高まりにともない、太陽電池の研究が活発に行われている。
太陽電池には、単結晶シリコン系太陽電池、多結晶シリコン系太陽電池、薄膜シリコン系太陽電池、化合物半導体系太陽電池、色素増感太陽電池などがある。さらに、前記薄膜シリコン系太陽電池には、アモルファスシリコン太陽電池と微結晶シリコン太陽電池がある。さらに、アモルファスシリコン太陽電池と微結晶シリコン太陽電池を積層したタンデム型太陽電池、さらに3つの太陽電池を積層したトリプル型太陽電池などがある。
In recent years, solar cells have been actively researched as an alternative energy to petroleum energy and with the increasing need for clean energy.
Examples of solar cells include single crystal silicon solar cells, polycrystalline silicon solar cells, thin film silicon solar cells, compound semiconductor solar cells, and dye-sensitized solar cells. Further, the thin film silicon solar cell includes an amorphous silicon solar cell and a microcrystalline silicon solar cell. Furthermore, there are a tandem solar cell in which an amorphous silicon solar cell and a microcrystalline silicon solar cell are stacked, and a triple solar cell in which three solar cells are stacked.
上記の様々な種類の太陽電池では、変換効率(光電変換効率)を向上させることが共通の課題となっている。この課題を解決するために、特許文献1及び2では、光入射面側の透明電極内に光散乱体を埋め込んだ構成が開示されている。しかしながら、前記光散乱体を前記透明電極に埋め込むことにより、前記透明電極の導電率は著しく悪化して、変換効率の高い光電変換素子(太陽電池)を実現することができない。
In the various types of solar cells described above, improving the conversion efficiency (photoelectric conversion efficiency) is a common problem. In order to solve this problem,
また、これらの中で、薄膜シリコン系太陽電池は、その構成材料が地球上に豊富に存在すること、大面積化が容易なこと、構成材料を薄く成膜することができること、構成材料の消費量が少ないこと、技術的な成熟度が高いこと等の優れた特色を持っている。 Among these, thin-film silicon solar cells have abundant constituent materials on the earth, are easy to increase in area, can be thinly formed, and consume constituent materials. It has excellent features such as low volume and high technical maturity.
しかし、薄膜シリコン系太陽電池では、発生させる電流値を高くできないという問題があった。一般に、太陽電池においては光吸収の量に伴い発生する電流値を高くすることができるので、光電変換層において光吸収に寄与するi層の膜厚を厚くすることが必要となる。しかし、薄膜シリコン系太陽電池としてアモルファスシリコン太陽電池を用いた場合には、i層の膜厚を厚くすると光劣化率が大きくなり、長期間の使用を考えるとかえって変換効率が減少することとなり、薄膜シリコン系太陽電池として微結晶シリコン太陽電池を用いた場合には、i層の膜厚を厚くすると生産時間が長くかかり、生産性を落とすこととなった。さらに、アモルファスシリコン太陽電池でも微結晶シリコン太陽電池の場合でも、i層の膜厚を厚くすると内蔵電界がかかりにくくなるので、出力電圧や曲線因子が悪化して変換効率を向上させることができなくなった。 However, the thin film silicon solar cell has a problem that the generated current value cannot be increased. In general, in a solar cell, the value of a current generated with the amount of light absorption can be increased. Therefore, it is necessary to increase the thickness of the i layer that contributes to light absorption in the photoelectric conversion layer. However, when an amorphous silicon solar cell is used as a thin-film silicon solar cell, increasing the film thickness of the i layer increases the photodegradation rate, and the conversion efficiency decreases rather than considering long-term use. When a microcrystalline silicon solar cell is used as a thin-film silicon solar cell, increasing the thickness of the i layer requires a longer production time and lowers productivity. Furthermore, in both the case of amorphous silicon solar cells and microcrystalline silicon solar cells, if the i layer is thickened, the built-in electric field is less likely to be applied, so that the output voltage and the curve factor are deteriorated and conversion efficiency cannot be improved. It was.
そこで、i層の膜厚を厚くすることなく、i層での光の吸収量を増加させる方法が検討された。特許文献3では、i層の光の受光面側に、凹凸表面構造からなる“テクスチャー構造”と呼ばれる構造を透明導電膜によって設け、入射光をこの“テクスチャー構造”によって散乱させることにより、i層を通過する光の行路長を長くして、i層で吸収される光の量を増加させる方法が開示されている。しかしながら、非特許文献1にあるように、この“テクスチャー構造”の凹凸表面構造は、その上に半導体膜を形成した場合、半導体膜に多くの欠陥を誘起して出力電圧や曲線因子を悪化させ、変換効率を悪化させる場合があった。
Therefore, a method for increasing the amount of light absorbed in the i layer without increasing the thickness of the i layer has been studied. In
また、特許文献4では、i層の光の受光面側にバインダーに絶縁性微粒子を分散した薄膜を設けた例について開示されている。この薄膜は、絶縁性微粒子の形状に起因する凹凸形状をそのバインダー表面に形成するので、“テクスチャー構造”と同様にその表面で入射光を散乱させ、i層で吸収される光の量を増加させることができる。しかし、この薄膜の上に半導体膜を成膜した場合には、表面の凹凸形状によって半導体膜の一部に欠陥を生じさせ、その欠陥が反射損失を生じさせて変換効率を悪化させた。
そこで、その上に成膜する半導体層に欠陥を生じさせず、光閉じ込め効果の高い光散乱膜が求められている。また、同時に、その光散乱膜を具備した光学部材、およびその光散乱膜あるいは光学部材を具備し、変換効率が高い太陽電池が求められている。
Therefore, a light scattering film having a high light confinement effect without causing defects in the semiconductor layer formed thereon is desired. At the same time, an optical member having the light scattering film and a solar cell having the light scattering film or the optical member and having high conversion efficiency are required.
本発明は、上記事情を鑑みてなされたもので、半導体層に欠陥を生じさせず、高い耐熱性を有し、光閉じ込め効果の高い太陽電池用光散乱膜、太陽電池用光学部材、および変換効率の高い太陽電池を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, does not cause defects in a semiconductor layer, has high heat resistance, and has a high light confinement effect, a solar cell light scattering film, a solar cell optical member, and a conversion The object is to obtain a highly efficient solar cell.
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。すなわち、
本発明の太陽電池用光散乱膜は、無機バインダーマトリックス中に、前記無機バインダーマトリックスと屈折率が異なる無機散乱粒子が分散されてなり、かつ平坦面を有する光散乱膜であって、前記光散乱膜の透過率が70%以上であり、ヘイズ率が20〜90%であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention employs the following configuration. That is,
The light scattering film for solar cells of the present invention is a light scattering film having a flat surface in which inorganic scattering particles having a refractive index different from that of the inorganic binder matrix are dispersed in an inorganic binder matrix, and the light scattering film The film has a transmittance of 70% or more and a haze ratio of 20 to 90%.
本発明の太陽電池用光散乱膜は、前記平坦面の表面粗さが1nm以上100nm以下であることが好ましい。 In the light scattering film for a solar cell of the present invention, the flat surface preferably has a surface roughness of 1 nm or more and 100 nm or less.
本発明の太陽電池用光散乱膜は、前記無機バインダーマトリックスと前記無機散乱粒子との屈折率差が0.05〜0.6であることが好ましい。 In the light scattering film for a solar cell of the present invention, it is preferable that a difference in refractive index between the inorganic binder matrix and the inorganic scattering particles is 0.05 to 0.6.
本発明の太陽電池用光散乱膜は、前記無機バインダーマトリックスが化学式(1)で示される有機珪素化合物、前記有機珪素化合物の加水分解重合体、化学式(2)で示される金属アルコキシド、前記金属アルコキシドのキレート誘導体または前記金属アルコキシドのキレート誘導体の重合体から選ばれる1種以上の材料からなることが好ましい。
(R1)xSi(OR2)4−x…(1)
ただし、R1は炭素数1〜6のアルキル基あるいは末端に反応性官能基を有する有機基、R2は炭素数1〜3のアルキル基を示し、xは0≦x≦3を満たす整数である。
M(OR3)n…(2)
ただし、MはAl、Ti、Zr、Znのいずれかの金属、R3は炭素数1〜4のアルキル基、nは金属Mの価数である。
The light scattering film for a solar cell of the present invention comprises an organic silicon compound in which the inorganic binder matrix is represented by the chemical formula (1), a hydrolyzed polymer of the organosilicon compound, a metal alkoxide represented by the chemical formula (2), and the metal alkoxide. It is preferable that it consists of 1 or more types of materials chosen from the chelate derivative | guide_body or the polymer of the said metal alkoxide chelate derivative | guide_body.
(R 1 ) x Si (OR 2 ) 4-x (1)
Where R 1 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an organic group having a reactive functional group at the terminal, R 2 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and x is an integer satisfying 0 ≦ x ≦ 3. is there.
M (OR 3 ) n (2)
However, M is a metal of any one of Al, Ti, Zr and Zn, R 3 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n is a valence of the metal M.
本発明の太陽電池用光散乱膜は、前記無機バインダーマトリックスが、400℃以上の温度で焼成されてなることが好ましい。 In the light scattering film for a solar cell of the present invention, the inorganic binder matrix is preferably baked at a temperature of 400 ° C. or higher.
本発明の太陽電池用光学部材は、先に記載の太陽電池用光散乱膜と、前記太陽電池用光散乱膜の前記平坦面と反対側の面に配置された透明基体とからなることを特徴とする。 An optical member for a solar cell according to the present invention comprises the light scattering film for a solar cell described above and a transparent substrate disposed on the surface opposite to the flat surface of the light scattering film for the solar cell. And
本発明の太陽電池は、光電変換層を備え、前記光電変換層の光取り込み側に先に記載の太陽電池用光散乱膜が備えられてなることを特徴とする。 The solar cell of the present invention comprises a photoelectric conversion layer, and the light scattering film for solar cell described above is provided on the light capturing side of the photoelectric conversion layer.
本発明の太陽電池は、前記光電変換層が、単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜シリコン、カルコパイライト系化合物、カドミウムテルル、色素、若しくは有機半導体材料の少なくとも一つを有することを特徴とする。 In the solar cell of the present invention, the photoelectric conversion layer has at least one of single crystal silicon, polycrystalline silicon, thin film silicon, chalcopyrite compound, cadmium tellurium, a dye, or an organic semiconductor material.
上記の構成によれば、半導体層に欠陥を生じさせず、高い耐熱性を有し、光閉じ込め効果の高い太陽電池用光散乱膜、太陽電池用光学部材、および変換効率の高い太陽電池を提供することができる。 According to the above configuration, a light scattering film for solar cells, an optical member for solar cells, and a solar cell with high conversion efficiency are provided that do not cause defects in the semiconductor layer, have high heat resistance, and have a high light confinement effect. can do.
以下、本発明を実施するための形態を説明する。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態である太陽電池の一例を示す断面模式図である。
基板1上に太陽電池用光散乱膜2、上部電極層3、光電変換層4および下部電極層5がこの順序で積層され、太陽電池100が構成されている。
基板1は、光取り込み面1aを有し、その反対側の面1bに太陽電池用光散乱膜2の一面2aが接合されている。太陽電池用光散乱膜2の他面側は平坦性を有し平坦面2bとされている。このようにして、基板1と太陽電池用光散乱膜2とからなる太陽電池用光学部材10が形成されている。
光電変換層4は、p型薄膜シリコン層41、i型薄膜シリコン層42およびn型薄膜シリコン層43がこの順序で積層されて形成されている。また、下部電極層5は、下部透明導電電極51と金属電極52がこの順序で積層されて形成されている。
このように、基板1、上部電極層3、光電変換層4、下部電極層5がこの順序で積層された構造を「スーパーストレートタイプ」と呼称する。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
A solar cell
The substrate 1 has a
The
A structure in which the substrate 1, the
「スーパーストレートタイプ」構造においては、図1において光の入射方向が矢印Aによって示されているように、光は光取り込み面1aから基板1に入射され、基板1内部を通過した後、光取り込み面1aの反対側の面1bに接合された太陽電池用光散乱膜2に入射される構成となっている。さらに、太陽電池用光散乱膜2および上部電極層3を通過して、光電変換層4に入射される。この光電変換層4において光起電力を生じ、光は電力へと変換される構成となっている。
In the “super straight type” structure, light is incident on the substrate 1 from the
基板1は、透明な材料からなることが好ましい。透明であれば、基板1において光を損失させることがなく、光電変換層4での変換効率を向上させることができるためである。透明な材料としては、たとえば、ガラス、石英および透明性ポリイミドなどを挙げることができる。
The substrate 1 is preferably made of a transparent material. This is because if it is transparent, light is not lost in the substrate 1 and the conversion efficiency in the
また、基板1は、耐熱性材料からなることが望ましい。上部電極層3や光電変換層4の薄膜シリコン層作成工程において200℃以上の加熱成膜もしくは加熱後処理が必要であるため、耐熱性であることが望ましい。
また、太陽電池を屋外で使用する場合にも、太陽光によって、基板表面が熱せられる場合があるので、耐熱性であることが望ましい。
The substrate 1 is preferably made of a heat resistant material. In the step of forming the thin film silicon layer of the
In addition, when the solar cell is used outdoors, the substrate surface may be heated by sunlight, so that it is desirable to be heat resistant.
太陽電池用光散乱膜2は、無機バインダーマトリックス中に無機散乱粒子が分散されて構成されている。
無機バインダーマトリックスおよび無機散乱粒子は、透明な材料からなることが好ましい。光を損失なく太陽電池用光散乱膜2から光電変換層4へ透過させることによって光電変換層4での変換効率を向上させることができるためである。
The solar cell
The inorganic binder matrix and the inorganic scattering particles are preferably made of a transparent material. It is because the conversion efficiency in the
無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差は0.05〜0.60であることが好ましく、0.10〜0.4がより好ましく、0.15〜0.3が更に好ましい。
無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差が0.05未満の場合には、光を効果的に散乱させることができないため好ましくなく、無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差が0.60を超える場合には、光を十分に太陽電池用光電変換層4に入射させることができないため好ましくない。
無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差は、紫外領域、可視光領域および赤外領域における屈折率差を示すが、少なくとも70%以上の透過率となる波長領域で無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差が0.05〜0.60となればよい。
The refractive index difference between the inorganic binder matrix and the inorganic scattering particles is preferably 0.05 to 0.60, more preferably 0.10 to 0.4, and still more preferably 0.15 to 0.3.
When the refractive index difference between the inorganic binder matrix and the inorganic scattering particles is less than 0.05, it is not preferable because light cannot be effectively scattered, and the refractive index difference between the inorganic binder matrix and the inorganic scattering particles is 0. In the case of exceeding .60, the light cannot be sufficiently incident on the
The refractive index difference between the inorganic binder matrix and the inorganic scattering particles indicates the refractive index difference in the ultraviolet region, visible light region, and infrared region, but the inorganic binder matrix and the inorganic scattering in the wavelength region where the transmittance is at least 70% or more. The difference in refractive index from the particles may be 0.05 to 0.60.
また、太陽電池用光散乱膜2は、平坦面2bを有する膜であることが好ましく、その平坦面2bの表面粗さは、1〜100nmであることが好ましく、1〜50nmがより好ましい。ここで、表面粗さとは、いわゆる算術平均粗さRaをいう。
表面粗さRaが100nm以下であれば、その上に成膜する上部電極層3、光電変換層4および下部電極層5を平坦に形成することができるので、光電変換層の薄膜シリコン層に欠陥を誘起することがない。
前記平坦面2bの表面粗さRaが100nmを超える場合には、この平坦面2b上に積層する上部電極層3、光電変換層4および下部電極層5の平坦性を高くすることができず、光電変換層4を構成する薄膜シリコン層41〜43内の欠陥が増加するおそれがあるので好ましくない。
前記平坦面2bの表面粗さRaが1nm未満とすると、太陽電池用光散乱膜の形成が困難となり、生産効率が低下するので好ましくない。
なお、表面粗さRaは、たとえば、接触式膜厚計(株式会社アルバック社製 商品名「Dektak16000」)で測定できる。
Moreover, it is preferable that the light-scattering film |
If the surface roughness Ra is 100 nm or less, the
When the surface roughness Ra of the
If the surface roughness Ra of the
The surface roughness Ra can be measured, for example, with a contact-type film thickness meter (trade name “Dektak 16000” manufactured by ULVAC, Inc.).
太陽電池用光散乱膜2の透過率は70%以上であることが好ましく、88%以上がより好ましく、90%以上が更に好ましい。
太陽電池用光散乱膜2の透過率が70%未満の場合には、光を十分に光電変換層4へ入射させることができず、光電変換層4での変換効率を向上させることができないため好ましくない。
太陽電池用光散乱膜2の透過率は、紫外領域、可視光領域および赤外領域の光に対する透過率を示すが、紫外から赤外まですべての領域で、透過率が70%以上である必要はなく、特定の一部の領域、たとえば、可視光領域のみで透過率が70%であってもよい。
なお、太陽電池用光散乱膜2の透過率は、たとえば、分光測定装置(日立製作所製 商品名「U4000」)で空気をレファレンスとして透過率を測定し、積分球で透過光を集める方法で測定できる。
The transmittance of the solar cell
When the transmittance of the solar cell
The transmittance of the light scattering film for
The transmittance of the solar cell
また、太陽電池用光散乱膜2は、ヘイズ率が20〜90%の膜であることが好ましく、50〜79%がより好ましい。
太陽電池用光散乱膜2のヘイズ率が20%未満の場合には、光散乱性が低下して、光を効果的に閉じ込めることができないため好ましくなく、太陽電池用光散乱膜2のヘイズ率が90%を超えると、透過率が低下するおそれがあるので好ましくない。
太陽電池用光散乱膜2のヘイズ率は、紫外領域、可視光領域および赤外領域の光に対するヘイズ率を示すが、少なくとも70%以上の透過率となる波長領域でヘイズ率が20〜90%となればよい。
なお、太陽電池用光散乱膜2のヘイズ率は、たとえば、ヘイズメーター(株式会社村上色彩研究所社製 商品名「HM−150」)で測定できる。
Moreover, it is preferable that the light-scattering film |
If the haze ratio of the solar cell
The haze ratio of the
In addition, the haze rate of the light-scattering
太陽電池用光散乱膜2の透過率が70%以上であり、かつヘイズ率が20〜90%である場合に、優れた光閉じ込め効果が発現される。光閉じ込め効果とは、太陽電池100の内部に入射された光が太陽電池100の内部から外部に放射されない効果のことをいう。
図1に示すように、太陽電池100は光取り込み面1aを一面側に有し、他面側は金属電極52で構成されている。そのため、太陽電池100において太陽電池用光散乱膜2を設けない場合には、光取り込み面1aから入射された光のうち光電変換層4で電気エネルギーに変換されなかった光は金属電極52の一面52aで反射されて外部に放出される場合がある。しかしながら、光閉じ込め効果を有する太陽電池用光散乱膜2を光電変換層4の光取り込み面1a側に設けることによって、光取り込み面1a側から入射されて金属電極52の一面52aで反射された光の外部への放出を防止することができる。
When the transmittance of the
As shown in FIG. 1, the
太陽電池用光散乱膜2を構成する無機バインダーマトリックスは、化学式(1)で示される有機珪素化合物、前記有機珪素化合物の加水分解重合体、化学式(2)で示される金属アルコキシド、前記金属アルコキシドのキレート誘導体または前記金属アルコキシドのキレート誘導体の重合体から選ばれる1種以上の材料からなる。
(R1)xSi(OR2)4−x…(1)
ただし、R1は炭素数1〜6のアルキル基あるいは末端に反応性官能基を有する有機基、R2は炭素数1〜3のアルキル基を示し、xは0≦x≦3を満たす整数である。
M(OR3)n…(2)
ただし、MはAl、Ti、Zr、Znのいずれかの金属、R3は炭素数1〜4のアルキル基、nは金属Mの価数である。
なお、価数nは金属MがAlの場合には3であり、金属MがTiの場合には4であり、金属MがZrの場合には4であり、金属MがZnの場合には4である。
The inorganic binder matrix constituting the solar cell
(R 1 ) x Si (OR 2 ) 4-x (1)
Where R 1 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an organic group having a reactive functional group at the terminal, R 2 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and x is an integer satisfying 0 ≦ x ≦ 3. is there.
M (OR 3 ) n (2)
However, M is a metal of any one of Al, Ti, Zr and Zn, R 3 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n is a valence of the metal M.
The valence n is 3 when the metal M is Al, 4 when the metal M is Ti, 4 when the metal M is Zr, and 4 when the metal M is Zn. 4.
無機バインダーマトリックスからなる膜は、ゾルゲルバインダーあるいはガラスバインダーなどの無機バインダーを用いて形成するか、有機無機複合バインダーを用いて成膜後、焼成して形成する。特に、有機無機複合バインダーを用いることが好ましい。
なお、耐熱性を持たせるために、残存有機物を少なくする必要があり、400℃以上の焼成処理を行うことが望ましい。
A film made of an inorganic binder matrix is formed using an inorganic binder such as a sol-gel binder or a glass binder, or is formed by baking after film formation using an organic-inorganic composite binder. In particular, it is preferable to use an organic-inorganic composite binder.
In order to give heat resistance, it is necessary to reduce the residual organic matter, and it is desirable to perform a baking process at 400 ° C. or higher.
ゾルゲルバインダーとしては、たとえば、化学式(2)で示される金属アルコキシドに水と塩酸などの触媒を添加して加水分解重合させたバインダーなどを挙げることができ、ガラスバインダーとしては、珪酸ソーダや珪酸リチウムなどを挙げることができる。
また、有機無機複合バインダーとしては、シランカップリング剤などの化学式(1)で示される有機珪素化合物からなる有機無機複合バインダー、あるいは、化学式(2)で示される金属アルコキシドまたは金属アルコキシドのキレート誘導体のゾルゲル法による有機無機複合バインダーを挙げることができる。
Examples of the sol-gel binder include a binder obtained by hydrolytic polymerization by adding a catalyst such as water and hydrochloric acid to the metal alkoxide represented by the chemical formula (2). Examples of the glass binder include sodium silicate and lithium silicate. And so on.
As the organic-inorganic composite binder, an organic-inorganic composite binder made of an organosilicon compound represented by the chemical formula (1) such as a silane coupling agent, or a metal alkoxide represented by the chemical formula (2) or a chelate derivative of a metal alkoxide is used. Examples thereof include organic-inorganic composite binders by a sol-gel method.
化学式(1)で示される有機珪素化合物を用いた場合、シリカ系の無機バインダーとなり、屈折率が1.4〜1.5の範囲となる無機バインダーマトリックスが得られる。
また、Al、Ti、Zr、Znのいずれかの金属を用いた化学式(2)で示される金属アルコキシドや前記金属アルコキシドのキレート誘導体などを用いた場合、屈折率が1.6〜2.0の範囲となる無機バインダーマトリックスが得られる。
用いる無機散乱粒子の屈折率に合わせて、無機バインダーマトリックスの材料を適宜選択することができる。
When the organosilicon compound represented by the chemical formula (1) is used, an inorganic binder matrix having a silica-based inorganic binder and a refractive index in the range of 1.4 to 1.5 is obtained.
In addition, when the metal alkoxide represented by the chemical formula (2) using any metal of Al, Ti, Zr, and Zn, the chelate derivative of the metal alkoxide, or the like is used, the refractive index is 1.6 to 2.0. A range of inorganic binder matrix is obtained.
The material of the inorganic binder matrix can be appropriately selected according to the refractive index of the inorganic scattering particles to be used.
化学式(1)で示される有機珪素化合物のうちx=0の有機珪素化合物としては、たとえば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラ−iso−プロポキシシラン、テトラ−n−プロポキシシランを挙げることができる。
また、x=1の化合物であって、R1がアルキル基である有機珪素化合物としては、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシランなどを挙げることができる。
また、x=1の化合物であって、R1が末端に反応性官能基を有する有機基を有する有機珪素化合物としては、前記反応性官能基としてエポキシ基、イソシアネート基、エチレンオキサイド基、アミノ基、アクリル基などを挙げることができ、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−イソシアネートプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどを挙げることができる。
Among the organosilicon compounds represented by the chemical formula (1), examples of the organosilicon compound with x = 0 include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetra-iso-propoxysilane, and tetra-n-propoxysilane. .
Examples of the organic silicon compound in which x = 1 and R 1 is an alkyl group include methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, dimethyldimethoxysilane, and hexyltrimethoxysilane.
Moreover, as an organosilicon compound which is a compound of x = 1 and R 1 has an organic group having a reactive functional group at the end, an epoxy group, an isocyanate group, an ethylene oxide group, an amino group as the reactive functional group Acryl group and the like, and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-isocyanatopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltrimethoxysilane, 3-acryloxypropyltrimethoxysilane, and the like. .
化学式(1)で示される有機珪素化合物は、あらかじめ水(塩酸などの触媒を含む)を添加し、一部を加水分解反応させ脱水重合させた加水分解重合体として用いることもできる。
また、前記加水分解重合体としては、2〜10量体程度のオリゴマーから分子量の大きなポリマーなどを用いることができ、前記加水分解重合体の分子量に特に制約は無いが、比較的分子量の大きくないものが液として安定であるとともに、低粘度となるので使いやすく好ましい。
さらに、化学式(1)で示される有機珪素化合物は、複数組み合わせて用いることも可能である。たとえば、x=0である有機珪素化合物にx=1である有機珪素化合物を組み合わせることにより、数μmの厚い膜を形成する場合でもクラックを生じさせず成膜することができる。
The organosilicon compound represented by the chemical formula (1) can also be used as a hydrolyzed polymer obtained by adding water (including a catalyst such as hydrochloric acid) in advance and hydrolyzing a part thereof to perform dehydration polymerization.
In addition, as the hydrolysis polymer, a polymer having a large molecular weight or the like from an oligomer of about 2 to 10-mer can be used, and the molecular weight of the hydrolysis polymer is not particularly limited, but is not relatively large. Since it is stable as a liquid and has a low viscosity, it is easy to use and preferable.
Furthermore, a plurality of organosilicon compounds represented by the chemical formula (1) can be used in combination. For example, by combining an organosilicon compound with x = 0 and an organosilicon compound with x = 1, even when a thick film of several μm is formed, the film can be formed without causing cracks.
化学式(2)で示される金属アルコキシドとしては、アルミニウムトリイソプロポキシド、チタニウムテトラブトキシド、ジルコニウムテトラブトキシドなどを挙げることができる。
また、前記金属アルコキシドのキレート誘導体としては、アルミニウムトリス(アセチルアセトネート)、アルミニウムモノアセチルアセトネートビス(エチルアセトアセテート)、アルミニウムジイソプロポキシモノメチルアセトアセテート、チタニウムジイソプロポキシビス(アセチルアセトネート)、チタニウムテトラアセチルアセトナート、チタニウムジイソプロポキシビス(エチルアセトアセテート)、ジルコニウムテトラアセチルアセトナート、ジルコニウムトリブトキシモノアセチルアセトナート、ジルコニウムジブトキシビス(アセチルアセトナート)などを挙げることができる。
Examples of the metal alkoxide represented by the chemical formula (2) include aluminum triisopropoxide, titanium tetrabutoxide, zirconium tetrabutoxide and the like.
The metal alkoxide chelate derivatives include aluminum tris (acetylacetonate), aluminum monoacetylacetonate bis (ethyl acetoacetate), aluminum diisopropoxy monomethyl acetoacetate, titanium diisopropoxy bis (acetylacetonate), Examples thereof include titanium tetraacetylacetonate, titanium diisopropoxybis (ethylacetoacetate), zirconium tetraacetylacetonate, zirconium tributoxymonoacetylacetonate, zirconium dibutoxybis (acetylacetonate), and the like.
化学式(2)で示される金属アルコキシドおよび前記金属アルコキシドのキレート誘導体を複数組み合わせて用いることも可能である。
また、化学式(2)で示される金属アルコキシドおよび前記金属アルコキシドのキレート誘導体は、あらかじめ加水分解反応、脱水重縮合させた重合体も用いることも可能である。
さらに、化学式(1)および化学式(2)の化合物を混合して無機バインダーマトリックスとして用いることも可能で、用途や粒子屈折率に合わせて適宜材料を選択することができる。
It is also possible to use a combination of a plurality of metal alkoxides represented by the chemical formula (2) and chelate derivatives of the metal alkoxides.
In addition, as the metal alkoxide represented by the chemical formula (2) and the chelate derivative of the metal alkoxide, it is also possible to use a polymer subjected to hydrolysis reaction and dehydration polycondensation in advance.
Furthermore, the compounds of the chemical formula (1) and the chemical formula (2) can be mixed and used as an inorganic binder matrix, and the material can be appropriately selected according to the application and the particle refractive index.
また、無機バインダーマトリックスに補助材としてTiO2またはSnO2などの酸化物微粒子を分散させて無機バインダーマトリックスの屈折率を調整することもできる。酸化物微粒子を加えすぎると、太陽電池用光散乱膜2の透過率が低下するので、酸化物微粒子の量は10質量%以下とすることが好ましい。また、酸化物微粒子は、平均粒径が数nmオーダーの微粒子を用いることが好ましい。
Further, the refractive index of the inorganic binder matrix can be adjusted by dispersing fine oxide particles such as TiO 2 or SnO 2 as an auxiliary material in the inorganic binder matrix. If the oxide fine particles are added too much, the transmittance of the light scattering film for
次に、太陽電池用光散乱膜2を構成する無機散乱粒子の材料としては、無機酸化物が好ましい。たとえば、1.40〜1.50程度の屈折率を有するシリカなどの微粒子フィラーあるいはエアロゲル(多孔質シリカ等)などの中空フィラーなどを用いることができる。
また、1.6以上の高屈折率の無機散乱粒子としては、酸化アルミニウム、酸化スズ、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化亜鉛などの無機酸化物からなる材料を無機バインダーマトリックスの屈折率に合わせて適宜選択することができる。
また、無機散乱粒子は、種類の異なる2種類以上の粒子で構成されていてもよい。たとえば、無機バインダーマトリックス中に、酸化アルミニウム粒子と酸化スズ粒子とが混在されていても良い。
Next, an inorganic oxide is preferable as the material of the inorganic scattering particles constituting the
Further, as the inorganic scattering particles having a high refractive index of 1.6 or more, a material made of an inorganic oxide such as aluminum oxide, tin oxide, titanium oxide, zirconium oxide, zinc oxide or the like is appropriately selected according to the refractive index of the inorganic binder matrix. You can choose.
In addition, the inorganic scattering particles may be composed of two or more kinds of different kinds of particles. For example, aluminum oxide particles and tin oxide particles may be mixed in the inorganic binder matrix.
無機バインダーマトリックスに対する分散性を向上させるために、無機散乱粒子の表面に対して適当な処理を行ってもよい。
たとえば、シランカップリング剤または界面活性剤などにより表面を被覆する処理を行うことにより、あるいは、アルコール、アミン、または有機酸などを用いて表面を化学処理することにより、無機バインダーマトリックスに対する無機散乱粒子の分散性を向上させることができる。
In order to improve the dispersibility in the inorganic binder matrix, an appropriate treatment may be performed on the surface of the inorganic scattering particles.
For example, the inorganic scattering particles for the inorganic binder matrix can be obtained by coating the surface with a silane coupling agent or a surfactant, or by chemically treating the surface with an alcohol, amine, or organic acid. The dispersibility of can be improved.
無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子の組み合わせは、無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差で選択することができ、どちらの屈折率が高いかは関係なく選択することができる。
たとえば、化学式(1)で示される有機珪素化合物を用いたシリカ系の無機バインダーを用いた場合には、無機バインダーマトリックスの屈折率がおおよそ1.4〜1.5の範囲となり、屈折率1.6前後の酸化アルミニウム粒子あるいは屈折率1.9程度の酸化スズ粒子との組み合わせることにより、それらの屈折率差が0.2〜0.5となるので好適である。なお、酸化アルミニウム粒子と酸化スズ粒子の両方の粒子を無機バインダーマトリックスに添加しても良い。
化学式(1)で示される有機珪素化合物からなるシリカ系の無機バインダーと、化学式(2)で示される金属アルコキシドのキレート誘導体とを組み合わせた有機無機複合バインダーを用いた場合には、焼成して形成する無機バインダーマトリックスの屈折率が1.6〜1.8の範囲となるので、無機散乱粒子として屈折率1.4〜1.5程度のシリカ粒子を用いることにより、それらの屈折率差が0.2〜0.3となるので好適である。
なお、上記組み合わせはあくまで例示であり、かかる組み合わせに限定されるものではない。
The combination of the inorganic binder matrix and the inorganic scattering particles can be selected based on the difference in refractive index between the inorganic binder matrix and the inorganic scattering particles, and can be selected regardless of which refractive index is higher.
For example, when a silica-based inorganic binder using an organosilicon compound represented by the chemical formula (1) is used, the refractive index of the inorganic binder matrix is approximately in the range of 1.4 to 1.5. By combining with aluminum oxide particles around 6 or tin oxide particles having a refractive index of about 1.9, the difference in refractive index thereof is preferably 0.2 to 0.5. Note that both aluminum oxide particles and tin oxide particles may be added to the inorganic binder matrix.
In the case of using an organic-inorganic composite binder in which a silica-based inorganic binder composed of an organosilicon compound represented by chemical formula (1) and a metal alkoxide chelate derivative represented by chemical formula (2) are used, it is formed by firing. Since the refractive index of the inorganic binder matrix is in the range of 1.6 to 1.8, by using silica particles having a refractive index of about 1.4 to 1.5 as the inorganic scattering particles, the refractive index difference between them is 0. .2 to 0.3, which is preferable.
In addition, the said combination is an illustration to the last, and is not limited to this combination.
無機散乱粒子の平均粒径は、1.0〜10.0μmであることが好ましく、1.0〜3.0μmがより好ましく、1.2〜1.45μmが更に好ましい。
無機散乱粒子の平均粒径が1.0μm未満の場合には、十分な散乱が得られないため好ましくなく、無機散乱粒子の平均粒径が10.0μmを超える場合には、粒径が大きくすぐに液中で沈下してしまうため好ましくない。
なお、無機散乱粒子の平均粒径は、粒度分布計SD−2000(シスメックス株式会社製)で測定したものであって、無機散乱粒子が球状の場合には、無機散乱粒子の直径の平均値であり、無機散乱粒子が回転楕円体の場合には、短径の平均値である。
The average particle diameter of the inorganic scattering particles is preferably 1.0 to 10.0 μm, more preferably 1.0 to 3.0 μm, and still more preferably 1.2 to 1.45 μm.
When the average particle size of the inorganic scattering particles is less than 1.0 μm, it is not preferable because sufficient scattering cannot be obtained, and when the average particle size of the inorganic scattering particles exceeds 10.0 μm, the particle size is large. It is not preferable because it sinks in the liquid.
The average particle size of the inorganic scattering particles is measured with a particle size distribution analyzer SD-2000 (manufactured by Sysmex Corporation). When the inorganic scattering particles are spherical, the average value of the diameters of the inorganic scattering particles is Yes, when the inorganic scattering particles are spheroids, the average value of the minor axis.
無機散乱粒子は、平均粒径が異なる2種類の無機散乱粒子を混ぜて用いることがより好ましい。平均粒径が異なる2種類の無機散乱粒子を混ぜて用いることによって、長波長側の光をより散乱させることができ、光電変換層4において発電量を増加させることができるためである。たとえば、平均粒径が1.0〜1.9μmである無機散乱粒子と、平均粒径が1.5〜1.9μmである散乱粒子を混合して用いることが好ましい。
As the inorganic scattering particles, it is more preferable to use a mixture of two types of inorganic scattering particles having different average particle diameters. This is because, by using a mixture of two types of inorganic scattering particles having different average particle diameters, light on the long wavelength side can be more scattered, and the amount of power generation can be increased in the
太陽電池用光散乱膜2の膜厚は、無機散乱粒子の平均粒径より大きくすることが好ましい。光散乱膜2の膜厚が無機散乱粒子の平均粒径より小さい場合には、光散乱膜2の表面に、無機散乱粒子に起因する凹凸形状が形成され、平坦面2bの表面粗さを100Å以下にすることが困難になるためである。
The film thickness of the solar cell
無機バインダーマトリックスに分散させる無機散乱粒子の含有量は40質量%以下が好ましい。
無機バインダーマトリックスに分散させる無機散乱粒子の含有量が40質量%を超える場合には、無機散乱粒子を均一に分散させることができなくなり、太陽電池用光散乱膜2の透過率やヘイズ率など特性が面内でばらつくおそれが発生するため好ましくない。
The content of inorganic scattering particles dispersed in the inorganic binder matrix is preferably 40% by mass or less.
When the content of the inorganic scattering particles dispersed in the inorganic binder matrix exceeds 40% by mass, the inorganic scattering particles cannot be uniformly dispersed, and characteristics such as the transmittance and haze ratio of the
太陽電池用光散乱膜2は、まず、未硬化の無機バインダーマトリックス中に無機散乱粒子を分散させた溶液を調製し、この溶液をスピンコーティング法、ロールコート法、スプレー法、バーコート法、ダイコート法、フローコート法あるいはデッピング法などのウエットプロセスを用いて、基板表面に成膜して形成する。なお、この溶液には、有機溶剤、分散助剤、レベリング剤、及びカップリング剤のような添加剤を含有させることができる。
The
また、太陽電池用光散乱膜2は、耐熱性材料からなることが望ましい。光電変換層4を成膜する工程においては200℃以上の高温成膜が、また上部電極3を成膜する工程においては、熱CVD法などを採った場合には400〜500℃近い温度がかかるため、耐熱性があることが望ましい。
Moreover, it is desirable that the
また、太陽電池用光散乱膜2は、熱膨張係数がSiに近いことが望ましく、60ppm/℃よりも小であることが望ましい。
さらにまた、太陽電池用光散乱膜2は、紫外線吸収剤を添加するもしくは紫外線吸収機能層を含むことによって、耐紫外線性を具備させることが望ましい。太陽電池を屋外で使用する場合には、太陽光によって基板表面は紫外線に曝されるためである。なお、太陽電池用光散乱膜2の外側に紫外線吸収機能層が設けられていてもよい。例えば太陽電池用光散乱膜2と基板との間に紫外線吸収機能層が設けられていてもよい。
In addition, the solar cell
Furthermore, it is desirable that the solar cell
上部電極層3の材料としては、透明導電性酸化物が好ましい。
たとえば、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化カドミウム(CdO)、酸化インジウムカドミウム(CdIn2O4)、酸化カドミウムスズ(Cd2SnO4)、酸化亜鉛スズ(Zn2SnO4)、酸化インジウム亜鉛(In−Zn−O)などを挙げることができる。
また、透明導電性酸化物に不純物を添加(ドープ)してもよい。たとえば、酸化インジウムにスズ(Sn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)をドープしたり、酸化スズにアンチモン(Sb)、フッ素(F)をドープしたり、酸化亜鉛にインジウム、アルミニウム、ガリウム(Ga)をドープしたりすることができる。
特に、酸化スズにフッ素をドープしたものと、酸化亜鉛にガリウムまたはアルミニウムをドープしたものが好ましい。次の光電変換層4の形成工程において、上部電極層3が水素プラズマに曝されるので、FドープしたSnO2あるいはGaドープもしくはAlドープしたZnOなどのような還元雰囲気に強い材料が好ましいためである。
As a material of the
For example, indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), cadmium oxide (CdO), indium cadmium oxide (CdIn 2 O 4 ), cadmium tin oxide (Cd 2 SnO 4 ), Examples include zinc tin oxide (Zn 2 SnO 4 ) and indium zinc oxide (In—Zn—O).
Further, impurities may be added (dope) to the transparent conductive oxide. For example, indium oxide is doped with tin (Sn), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tin oxide is doped with antimony (Sb) and fluorine (F), zinc oxide is doped with indium, aluminum, gallium ( Ga) can be doped.
In particular, tin oxide doped with fluorine and zinc oxide doped with gallium or aluminum are preferred. Since the
上部電極層3の作成方法は、スパッタリング法、蒸着法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、ゾル−ゲル法などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
Examples of the method for forming the
光電変換層4は、p型薄膜シリコン層41、i型薄膜シリコン層42、n型薄膜シリコン層43を積層して形成する。
光電変換層4を構成する材料は、結晶質および非結晶質シリコンのどちらを用いてもよい。また、結晶質および非結晶質のシリコンカーバイドあるいはシリコンゲルマニウムなどのシリコンを30%以上含有する材料を用いてもよい。
The
The material constituting the
光電変換層4の形成には、プラズマCVD法、光CVD法、Hot−wire CVD法などの作成方法を用いる。特に、プラズマCVD法を用いることが好ましい。プラズマCVD装法は、膜質の良い膜を高い生産性で形成することができるためである。
For the formation of the
p型薄膜シリコン層41は、光電変換層4を形成する過程において、まずp型ドーパントであるボロン、ガリウム、アルミニウムなどをドーピングして形成する。
p型ドーピングに用いる原料は、ボロン源はジボラン、B(CH3)3、BF3などを挙げることができ、ガリウム源はトリメチルガリウム、トリエチルガリウムなどを挙げることができ、アルミニウム源は、トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウムなどを挙げることができるが、これらの材料に限定されるものではない。
In the process of forming the
Examples of the raw material used for the p-type doping include a boron source such as diborane, B (CH 3 ) 3 , and BF 3 , a gallium source such as trimethyl gallium and triethyl gallium, and an aluminum source such as trimethylaluminum. Examples thereof include triethylaluminum, but are not limited to these materials.
また、p型薄膜シリコン層41の形成の際に、炭素をドーピングすることにより、p型薄膜シリコン層のバンドギャップを大きくして、より多くの光をi層内に導くことができ、多くのキャリアを生成できる構成とすることができる。この場合の原料の炭素源はメタンを挙げることができる。
In addition, by doping carbon when forming the p-type thin
i型薄膜シリコン層42は、p型薄膜シリコン層41を形成した後、ドーパントをドーピングせずに形成する。
n型薄膜シリコン層43は、i型薄膜シリコン層42を形成した後、n型ドーパントであるリンなどをドーピングして形成する。
The i-type thin
The n-type thin
下部電極層5は、下部透明導電電極51と金属電極52を順次積層して形成する。
下部電極層5の作成方法は、スパッタリング法、蒸着法、CVD(Chemical Vapor Deposition)法、ゾル−ゲル法などを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
The
Examples of the method for forming the
下部透明導電電極51の材料は、導電性があり、透明な酸化物からなる材料であればよい。
たとえば、酸化インジウム(In2O3)、酸化スズ(SnO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化カドミウム(CdO)、酸化インジウムカドミウム(CdIn2O4)、酸化カドミウムスズ(Cd2SnO4)、酸化亜鉛スズ(Zn2SnO4)、酸化インジウム亜鉛(In−Zn−O)などを挙げることができる。
また、上記の酸化物に不純物を添加(ドープ)してもよい。たとえば、酸化インジウムにスズ(Sn)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)をドープしたり、酸化スズにアンチモン(Sb)、フッ素(F)をドープしたり、酸化亜鉛にインジウム、アルミニウム、ガリウム(Ga)をドープしたりすることができる。
The material of the lower transparent
For example, indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), cadmium oxide (CdO), indium cadmium oxide (CdIn 2 O 4 ), cadmium tin oxide (Cd 2 SnO 4 ), Examples include zinc tin oxide (Zn 2 SnO 4 ) and indium zinc oxide (In—Zn—O).
Further, an impurity may be added (doped) to the above oxide. For example, indium oxide is doped with tin (Sn), molybdenum (Mo), titanium (Ti), tin oxide is doped with antimony (Sb) and fluorine (F), zinc oxide is doped with indium, aluminum, gallium ( Ga) can be doped.
金属電極52の材料は、Al、Au、Ag、Cu、Pt、Crなどの金属が好ましく、Alが特に好ましい。Alは、鏡面反射性を有しており、光を素子内に閉じ込めることができるとともに、光電変換層4で生じたキャリアを効率よく取り出すことができるためである。また、前記金属を含有する合金であってもよい。
The material of the
(実施形態2)
図2は、本発明の実施形態である太陽電池の別の一例を示す断面模式図である。
基板1上に太陽電池用光散乱膜2、上部電極層3、光電変換層4、下部光電変換層6、下部電極層5が順次積層されて、太陽電池101が構成されている。
基板1は、光取り込み面1aを有し、その反対側の面1bに太陽電池用光散乱膜2の一面2aが接合されている。太陽電池用光散乱膜2の他面側は平坦性を有し平坦面2bとされている。このようにして、基板1と太陽電池用光散乱膜2とからなる光学部材10が形成されている。
光電変換層4は、p型薄膜シリコン層41、i型薄膜シリコン層42、n型薄膜シリコン層43がこの順序で積層されて形成されている。
下部光電変換層6は、p型薄膜シリコン層61、i型薄膜シリコン層62、n型薄膜シリコン層63がこの順序で積層されて形成されている。また、下部電極層5は、下部透明導電電極51と金属電極52がこの順序で積層されて形成されている。
このように、基板1、上部電極層3、光電変換層4、下部光電変換層6、下部電極層5がこの順序で積層された構造を「タンデム型」と呼称する。
なお、実施形態1と同一の部材については、同一の符号を付して示してある。
(Embodiment 2)
FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing another example of a solar cell that is an embodiment of the present invention.
The solar cell
The substrate 1 has a
The
The lower
A structure in which the substrate 1, the
In addition, about the member same as Embodiment 1, the same code | symbol is attached | subjected and shown.
「タンデム型」構造においては、図2において光の入射方向が矢印Aによって示されているように、光は光取り込み面1aから基板1に入射され、基板1内部を通過した後、光取り込み面1aの反対側の面1bに接合された太陽電池用光散乱膜2に入射される構成となっている。さらに、太陽電池用光散乱膜2および上部電極層3を通過して、光電変換層4および下部光電変換層6に入射される。この光電変換層4および下部光電変換層6において光起電力を生じ、光は電力へと変換される構成となっている。
In the “tandem type” structure, light is incident on the substrate 1 from the
図2に示すように、「タンデム型」は光電変換層4と下部光電変換層6の2つの光電変換層を直列につなげた構造である。2つの光電変換層を有するため、1つの光電変換層しか有しない太陽電池よりも、光起電力の大きさを上げることができる。
なお、「タンデム型」では、バンドギャップの大きい太陽電池素子が光入射側に設置された方が、有効に光を利用できるため、光電変換層4がアモルファスシリコン太陽電池、アモルファスシリコンカーバイド太陽電池または微結晶シリコンカーバイド太陽電池、下部光電変換層6が微結晶シリコン太陽電池またはシリコンゲルマニウム太陽電池などであることが好ましい。また更にもう一層、光電変換層4を設けて光電変換層4を3つ直列につなげる「トリプル型」太陽電池もまた好適に用いられる。この場合は、基板に近い光電変換層側から順にバンドギャップの高いi層と用いることが好ましい。
As shown in FIG. 2, the “tandem type” has a structure in which two photoelectric conversion layers of the
Note that, in the “tandem type”, when the solar cell element having a large band gap is installed on the light incident side, light can be used more effectively. Therefore, the
(実施形態3)
図3は、本発明の実施形態である太陽電池のさらに別の一例を示す断面模式図である。
基板11上に下部電極層5、光電変換層4、上部電極層3、太陽電池用光散乱膜2が順次積層されて、太陽電池103が構成されている。
基板11上に下部電極層5が設けられている。下部電極層5は、金属電極52、下部透明導電電極51がこの順序で積層されて形成されている。下部透明導電電極51の上には、光電変換層4が設けられている。
光電変換層4は、n型薄膜シリコン層43、i型薄膜シリコン層42、p型薄膜シリコン層41がこの順序で積層されて形成されている。光電変換層4の上には、上部電極層3が設けられている。
さらに、上部電極層3の一面は、太陽電池用光散乱膜2の平坦面2bに接合されている。そのため、上部電極層3、光電変換層4および下部電極層5は平坦性を確保できる構成となっている。太陽電池用光散乱膜2の平坦面2bの他面側には、光取り込み面2aが設けられ、光を太陽電池103の内部に取り込むことができる構成となっている。
また、このように、上部電極層3、光電変換層4、下部電極層5、基板11がこの順序で積層された構造を「サブストレートタイプ」と呼称する。
なお、実施形態1と同一の部材については、同一の符号をつけて示してある。
(Embodiment 3)
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing still another example of the solar cell according to the embodiment of the present invention.
The
A
The
Furthermore, one surface of the
In addition, a structure in which the
In addition, about the member same as Embodiment 1, it attaches and shows the same code | symbol.
「サブストレートタイプ」構造においては、図3において光の入射方向が矢印Aによって示されているように、光は光取り込み面2aから太陽電池用光散乱膜2に入射され、太陽電池用光散乱膜2内部を通過した後、光取り込み面2aの反対側の平坦面2bに接合された上部電極層3に入射される構成となっている。さらに、上部電極層3を通過して、光電変換層4に入射される。この光電変換層4において光起電力を生じ、光は電力へと変換される構成となっている。
In the “substrate type” structure, as shown by the arrow A in FIG. 3, the light is incident on the solar cell
基板11は、不透明な材料であってもよい。「サブストレートタイプ」構造においては、基板11側の反対側の面、すなわち太陽電池用光散乱膜2の光取り込み面2aから光が入射され、光電変換層4において光電変換され光起電力を生ずるためである。たとえば、ガラス、石英および透明性ポリイミドなどの透明な材料を用いることもできるが、不透明性ポリイミド、ステンレス薄板などを用いることもできる。
The
(実施形態4)
図4は、本発明の実施形態である太陽電池のさらに別の一例を示す断面模式図である。なお、実施形態1と同一の部材については、同一の符号をつけて示してある。
図4に示すように、太陽電池104は、基板11上に、下部電極層9、光電変換層8及び太陽電池用光散乱膜(光閉じ込め層)2が順次積層されて構成されている。また、光電変換層8は、下部電極層9側から光吸収層81、高抵抗バッファー層7及び上部電極層3がこの順序で積層されている。
上部電極層3の高抵抗バッファー層7と反対側の面(一方の主面)は、太陽電池用光散乱膜2の平坦面2bに接合されている。また、太陽電池用光散乱膜2の平坦面2bと反対側の面は、光取り込み面2aとされ、光を太陽電池104内部に取り込むことができる構成となっている。
(Embodiment 4)
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing still another example of the solar cell according to the embodiment of the present invention. In addition, about the member same as Embodiment 1, it attaches and shows the same code | symbol.
As shown in FIG. 4, the
The surface (one main surface) of the
高抵抗バッファー層7の材料は、たとえば硫化カドミニウム(CdS)、酸化亜鉛(ZnO)、硫化亜鉛(ZnS)、水酸化亜鉛(Zn(OH)2)及び硫化インジウム(InS)などが好ましい。また、これらの材料を複数組み合わせて用いてもよい。
光電変換層8は、銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)及びセレン(Se)などの一部または全てから成るカルコパイライト系化合物で形成されている。
下部電極層9は、たとえばモリブデン(Mo)が好ましいが、これに限るものではない。
The material of the high resistance buffer layer 7 is preferably cadmium sulfide (CdS), zinc oxide (ZnO), zinc sulfide (ZnS), zinc hydroxide (Zn (OH) 2 ), indium sulfide (InS), or the like. A combination of these materials may also be used.
The
The
(実施形態5)
図5は、本発明の実施形態である太陽電池のさらに別の一例を示す断面模式図である。なお、実施形態1と同一の部材については、同一の符号をつけて示してある。
図5に示すように、太陽電池105は、光学部材10、上部電極層3、光電変換層12及び下部電極層13が順次積層されている。光学部材10は、基板1及び太陽電池用光散乱膜2が積層されて形成されている。太陽電池用光散乱膜2の基板1と反対側の面2bには、上部電極層3が接合されている。
(Embodiment 5)
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing still another example of the solar cell according to the embodiment of the present invention. In addition, about the member same as Embodiment 1, it attaches and shows the same code | symbol.
As shown in FIG. 5, in the
光電変換層12は、上部電極層3側から硫化カドミウム(CdS)層12a、カドミウムテルル(CdTe)層12bがこの順序で積層されて構成されている。
下部電極層13は、たとえばカーボン(C)が好ましいが、これに限るものではない。
基板1の光取り込み面1aから太陽電池105に入射された光は、光取り込み面2aから太陽電池用光散乱膜2に入射され、光取り込み面2aと反対側の面2bから上部電極層3に入射される。その後、光電変換層12に入射される。
The
For example, the
Light incident on the
(実施形態6)
図6は、本発明の実施形態である太陽電池のさらに別の一例を示す断面模式図である。なお、実施形態1と同一の部材については、同一の符号をつけて示してある。
図6に示すように、太陽電池106は、光学部材10、上部電極層3、光電変換層14及び下部電極層5’が順次積層されている。光学部材10は、基板1及び太陽電池用光散乱膜2が積層されて形成されている。太陽電池用光散乱膜2の光取り込み面2aには基盤1が接合され、太陽電池用光散乱膜2の基板1と反対側の面2bには上部電極層3が接合されている。また、下部電極層5’は、光電変換層14側から、金属電極52と下部透明導電電極51とが順次積層されて形成されている。
(Embodiment 6)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing still another example of the solar cell according to the embodiment of the present invention. In addition, about the member same as Embodiment 1, it attaches and shows the same code | symbol.
As shown in FIG. 6, in the
光電変換層14は、上部電極層3側から電極層14a、色素層14b及び電解質層14cがこの順序で積層されて構成されている。
なお、色素層14bは、電極層14aに担持されていればよく、光電変換層14は、図6に示すように、電極層14a、色素層14b及び電解質層14cを分離させた構成に限られるものではない。たとえば、光電変換層14は、分子表面上に色素層14bが付着されてなる電極層14aと電解質層14cとの2層構成としてもよく、電極層14aおよび色素層14bにそれぞれ電解質層14cが混合されている2層構成としてもよい。
The photoelectric conversion layer 14 is configured by laminating an
The dye layer 14b only needs to be supported on the
基板11は、ポリエチレンテレフタラート(Polyethylene terephthalate:PET)などの透明樹脂フィルムを用いることができる。
電極層14aは、多孔質の半導体からなることが望ましく、前記多孔質の半導体としては、たとえば、酸化チタン(TiO2)を挙げることができる。
色素層14bは、色素を含む層であり、光吸収材料からなることが望ましく、前記光吸収材料としては、たとえば、ルテニウム(Ru)錯体色素を挙げることができる。
電解質層14cは、電解質からなることが望ましく、前記電解質としては、たとえば、ヨウ素溶液を挙げることができる。また、電解質層14cの状態は固体、液体、気体のいずれの状態でもよく、それらの中間の状態であってもよい。
The
The
The dye layer 14b is a layer containing a dye and is preferably made of a light absorbing material, and examples of the light absorbing material include a ruthenium (Ru) complex dye.
The
(実施形態7)
図7は、本発明の実施形態である太陽電池のさらに別の一例を示す断面模式図である。なお、実施形態1と同一の部材については、同一の符号をつけて示してある。
図7に示すように、太陽電池107は、光学部材10、上部電極層3、光電変換層15及び下部電極層16が順次積層されている。光学部材10は、基板1及び太陽電池用光散乱膜2が積層されて形成されている。太陽電池用光散乱膜2の光取り込み面2aには基板1が接合され、太陽電池用光散乱膜2の基板1と反対側の面2bには上部電極層3が接合されている。下部電極層16としては、たとえば、アルミニウム(Al)を用いることが好ましいが、これに限るものではない。
(Embodiment 7)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view showing still another example of the solar cell according to the embodiment of the present invention. In addition, about the member same as Embodiment 1, it attaches and shows the same code | symbol.
As shown in FIG. 7, in the
光電変換層15は、上部電極層3側から有機半導体p層15a、有機半導体i層15b、有機半導体n層15cがこの順序で積層されて構成されている。
なお、光電変換層15は、有機半導体p層15aおよび有機半導体n層15cの2層構成や、有機半導体p層15a、有機半導体i層15b、有機半導体n層15cの群から選択される2層または3層の構成要素を混合した1層構成としても構わない。
The
Note that the
光電変換層15は、半導体の性質を示す有機半導体材料からなることが望ましい。前記有機半導体材料としては、たとえば、銅フタロシニアン(CuPc)、ジンクフタロシアニン(ZnPc)、ポリ3ヘキシルチオフェン(P3HT)、フラーレン誘導体などが挙げられる。
以下、本発明の効果について説明する。
The
Hereinafter, the effects of the present invention will be described.
本発明の実施形態である太陽電池用光散乱膜2は、無機バインダーマトリックス中に、前記無機バインダーマトリックスと屈折率が異なる無機散乱粒子が分散されているので、太陽電池において効果的に光を散乱させることができる。
In the light scattering film for
本発明の実施形態である太陽電池用光散乱膜2は、平坦面2bを有し、その平坦面2bの表面粗さが1nm以上100nm以下とされているので、その上に成膜する半導体層に欠陥を生じさせず、半導体膜に多くの欠陥を誘起して出力電圧や曲線因子を悪化させ、変換効率を悪化させることがない。
The solar cell
本発明の実施形態である太陽電池用光散乱膜2は、透過率が70%以上であり、ヘイズ率が20〜90%であるので、光閉じ込め効果を向上させることができ、太陽電池100、101、103の変換効率を向上させることができる。
Since the light-scattering film for
本発明の実施形態である太陽電池用光散乱膜2は、無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差が0.05〜0.60であるので、光閉じ込め効果を向上させることができ、太陽電池100、101、103の変換効率を向上させることができる。
Since the
本発明の実施形態である太陽電池用光散乱膜2は、無機バインダーマトリックスが化学式(1)で示される有機珪素化合物、前記有機珪素化合物の加水分解重合体、化学式(2)で示される金属アルコキシド、前記金属アルコキシドのキレート誘導体または前記金属アルコキシドのキレート誘導体の重合体から選ばれる1種以上の材料からなる構成なので、成膜により容易に平坦面2bを形成することができ、平坦面2b上に形成する半導体層に欠陥を生じさせないようにすることができる。また、無機バインダーマトリックスと無機散乱粒子との屈折率差を0.05〜0.60とすることができ、光閉じ込め効果を向上させることができる。
The light scattering film for
本発明の実施形態である太陽電池用光散乱膜2は、無機バインダーマトリックスが、400℃以上の温度で焼成されてなる構成なので、残存有機物を少なくして、耐熱性を持たせることができる。
The solar cell
本発明の実施形態である太陽電池用光学部材10は、先に記載の太陽電池用光散乱膜2と、太陽電池用光散乱膜2の平坦面2bと反対側の面2aに配置された透明基体1とからなるので、太陽電池用光散乱膜2の上に成膜する半導体層に欠陥を生じさせることがないとともに、光閉じ込め効果を向上させる効果も有するので、太陽電池100、101の変換効率を向上させることができる。
The solar cell
本発明の実施形態である太陽電池100、101、103は、光電変換層4を備えてなる太陽電池であって、光電変換層4の少なくとも光取り込み側に先に記載の太陽電池用光散乱膜2が備えられているので、欠陥のない半導体膜を具備した太陽電池とすることができるとともに、光閉じ込め効果が高められ、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
The
本発明の実施形態である太陽電池100、101、103は、光電変換層4が、単結晶シリコン、多結晶シリコン、薄膜シリコンの少なくとも一つからなる構成なので、光閉じ込め効果が高められ、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
In the
本発明の実施形態である太陽電池104は、光電変換層8が、カルコパイライト系化合物からなる構成なので、光閉じ込め効果が高められ、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
In the
本発明の実施形態である太陽電池105は、光電変換層12が、カドミウムテルルからなる構成なので、光閉じ込め効果が高められ、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
The
本発明の実施形態である太陽電池106は、光電変換層14が、色素を有する構成なので、光閉じ込め効果が高められ、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
The
本発明の実施形態である太陽電池107は、光電変換層15が、有機半導体材料からなる構成なので、光閉じ込め効果が高められ、変換効率の高い太陽電池とすることができる。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。しかし、本発明はこれらの実施例にのみ限定されるものではない。
In the
Hereinafter, the present invention will be specifically described based on examples. However, the present invention is not limited only to these examples.
(実施例1)
まず、テトラエトキシシラン41.0質量部と3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン11.6質量部を(mol比で80/20)混合した後、イソプロピルアルコール14.4質量部と、0.1N塩酸33.2質量部を添加して、1時間加水分解反応させ、固形分20wt%のシリカ系有機無機複合バインダーを得た。
このシリカ系有機無機複合バインダー100質量部に平均粒径1μmの酸化アルミナ粒子(屈折率1.62)6質量部を混合して、太陽電池用光散乱膜を形成する塗布液を調整した。
Example 1
First, 41.0 parts by mass of tetraethoxysilane and 11.6 parts by mass of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (80/20 by mole ratio) were mixed, and then 14.4 parts by mass of isopropyl alcohol and 0.1N 33.2 parts by mass of hydrochloric acid was added and subjected to a hydrolysis reaction for 1 hour to obtain a silica-based organic / inorganic composite binder having a solid content of 20 wt%.
6 parts by mass of alumina oxide particles (refractive index: 1.62) having an average particle diameter of 1 μm were mixed with 100 parts by mass of this silica-based organic / inorganic composite binder to prepare a coating solution for forming a light scattering film for solar cells.
次に、この塗布液をコーニング1737ガラス基板上にバーコーターを用い塗布後、乾燥機で120℃5分乾燥し、さらに500℃で30分間焼成することにより、コーニング1737ガラス基板上に厚さ2.0μmの太陽電池用光散乱膜を形成し、ガラス基板と太陽電池用光散乱膜からなる太陽電池用光学部材を作製した。
太陽電池用光散乱膜の表面はきわめて平坦であり、表面粗さRaは15nmであった。また、太陽電池用光散乱膜のヘイズ率は63%、透過率は80%であった。
酸化アルミナ粒子未添加の塗布液で同様の操作を行い、シリカ系有機無機複合バインダーのみの被膜を作製し、屈折率測定したところ、1.40であり、シリカ系有機無機複合バインダーと酸化アルミナ粒子との屈折率差は0.22であった。
Next, this coating solution is applied onto a Corning 1737 glass substrate using a bar coater, dried at 120 ° C. for 5 minutes with a dryer, and further baked at 500 ° C. for 30 minutes, whereby a thickness of 2 is applied onto the Corning 1737 glass substrate. A solar cell light scattering film having a thickness of 0.0 μm was formed, and a solar cell optical member including a glass substrate and a solar cell light scattering film was produced.
The surface of the light scattering film for solar cells was extremely flat, and the surface roughness Ra was 15 nm. Moreover, the haze rate of the light-scattering film for solar cells was 63%, and the transmittance was 80%.
The same operation was carried out with the coating solution to which no alumina oxide particles were added, and a film made of only the silica-based organic-inorganic composite binder was prepared, and the refractive index was measured to be 1.40. And the refractive index difference was 0.22.
次に、DCマグネトロンスパッタ装置を用いて、ZnO:Ga(Ga:5wt%)セラミックターゲットをスパッタし、太陽電池用光散乱膜上にガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を成膜温度250℃で200nm成膜し、上部電極層を形成した。
次に、プラズマCVD装置を用いて、ガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜上に、膜厚20nmのp型アモルファスシリコンカーバイド層、膜厚300nmのi型アモルファスシリコン層、膜厚25nmのn型アモルファスシリコン層をこの順序で成膜し、光電変換層を形成した。各々の成膜温度はp型アモルファスシリコンカーバイド層が200℃、i型アモルファスシリコン層が280℃、n型アモルファスシリコン層が280℃であった。
引き続き、DCマグネトロンスパッタ装置を用いて、ZnO:Ga(Ga:5wt%)セラミックターゲットをスパッタし、膜厚15nmのガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を成膜し、下部透明電極を形成した。
最後に、真空蒸着装置により、下部透明電極の上に膜厚100nmのアルミニウムからなる金属電極を成膜して、下部透明電極と金属電極とからなる下部電極を形成して、「スーパーストレートタイプ」の太陽電池サンプル(実施例1サンプル)を作製した。
Next, a ZnO: Ga (Ga: 5 wt%) ceramic target was sputtered using a DC magnetron sputtering apparatus, and a gallium-doped zinc oxide transparent conductive film was formed on a light scattering film for solar cells at a film formation temperature of 250 ° C. to a thickness of 200 nm. Filmed to form the upper electrode layer.
Next, using a plasma CVD apparatus, a p-type amorphous silicon carbide layer having a thickness of 20 nm, an i-type amorphous silicon layer having a thickness of 300 nm, and an n-type amorphous silicon layer having a thickness of 25 nm are formed on the gallium-doped zinc oxide transparent conductive film. Were formed in this order to form a photoelectric conversion layer. The respective film formation temperatures were 200 ° C. for the p-type amorphous silicon carbide layer, 280 ° C. for the i-type amorphous silicon layer, and 280 ° C. for the n-type amorphous silicon layer.
Subsequently, using a DC magnetron sputtering apparatus, a ZnO: Ga (Ga: 5 wt%) ceramic target was sputtered to form a gallium-doped zinc oxide transparent conductive film having a thickness of 15 nm to form a lower transparent electrode.
Finally, a metal electrode made of aluminum with a film thickness of 100 nm is formed on the lower transparent electrode by a vacuum deposition apparatus, and a lower electrode made of the lower transparent electrode and the metal electrode is formed. A solar cell sample (Example 1 sample) was produced.
(実施例2)
まず、実施例1で用いたシリカ系有機無機複合バインダー100質量部に平均粒径1μmの酸化スズ粒子(屈折率1.86)6質量部を混合して、太陽電池用光散乱膜を形成する塗布液を調整した。
(Example 2)
First, 6 parts by mass of tin oxide particles (refractive index: 1.86) having an average particle diameter of 1 μm are mixed with 100 parts by mass of the silica-based organic / inorganic composite binder used in Example 1 to form a light scattering film for a solar cell. The coating solution was adjusted.
次に、実施例1と同様の方法で、厚さ2.0μmの太陽電池用光散乱膜を形成し、ガラス基板と太陽電池用光散乱膜とからなる太陽電池用光学部材を作製した。
太陽電池用光散乱膜の表面はきわめて平坦であり、表面粗さRaは20nmであった。また、この太陽電池用光散乱膜のヘイズ率は82.0%、透過率は78%であった。実施例1の結果から、シリカ系有機無機複合バインダーの屈折率は1.40であるので、シリカ系有機無機複合バインダーと酸化スズ粒子との屈折率差は0.46であった。
Next, a solar cell light scattering film having a thickness of 2.0 μm was formed in the same manner as in Example 1, and a solar cell optical member including a glass substrate and a solar cell light scattering film was produced.
The surface of the light scattering film for solar cells was extremely flat, and the surface roughness Ra was 20 nm. Further, this solar cell light scattering film had a haze ratio of 82.0% and a transmittance of 78%. From the result of Example 1, since the refractive index of a silica type organic inorganic composite binder is 1.40, the refractive index difference of a silica type organic inorganic composite binder and a tin oxide particle was 0.46.
さらに、実施例1と同様の方法で、上部電極層、光電変換層、下部透明電極と金属電極とからなる下部電極を順次積層し、「スーパーストレートタイプ」の太陽電池サンプル(実施例2サンプル)を作製した。 Further, in the same manner as in Example 1, an upper electrode layer, a photoelectric conversion layer, a lower electrode composed of a lower transparent electrode and a metal electrode are sequentially laminated, and a “super straight type” solar cell sample (Example 2 sample) is obtained. Produced.
(実施例3)
まず、実施例1、2で用いたシリカ系有機無機複合バインダー50質量部にチタンキレートとしてチタニウムジイソプロポキシビス(アセチルアセトネート)50質量部を混合し、さらに平均粒径1.5μmの酸化ケイ素粒子(屈折率1.44)6質量部を混合して、太陽電池用光散乱膜を形成する塗布液を調整した。
(Example 3)
First, 50 parts by mass of titanium-diisopropoxybis (acetylacetonate) as a titanium chelate is mixed with 50 parts by mass of the silica-based organic / inorganic composite binder used in Examples 1 and 2, and silicon oxide having an average particle size of 1.5 μm. 6 parts by mass of particles (refractive index 1.44) were mixed to prepare a coating solution for forming a solar cell light scattering film.
次に、実施例1と同様の方法で、厚さ2.5μmの太陽電池用光散乱膜を形成し、ガラス基板と太陽電池用光散乱膜とからなる太陽電池用光学部材を作製した。
太陽電池用光散乱膜の表面はきわめて平坦であり、表面粗さRaは37nmであった。また、この太陽電池用光散乱膜のヘイズ率は50.5%、透過率は85%であった。
酸化ケイ素粒子未添加の塗布液で同様の操作を行い、実施例3のシリカ系有機無機複合バインダーのみの被膜を作製し、屈折率測定したところ、1.65であり、シリカ系有機無機複合バインダーと酸化ケイ素粒子との屈折率差は0.21であった。
Next, a solar cell light scattering film having a thickness of 2.5 μm was formed in the same manner as in Example 1, and a solar cell optical member including a glass substrate and a solar cell light scattering film was produced.
The surface of the light scattering film for solar cells was extremely flat, and the surface roughness Ra was 37 nm. Moreover, the haze rate of this light-scattering film for solar cells was 50.5%, and the transmittance was 85%.
The same operation was performed with the coating solution to which no silicon oxide particles were added, and a coating film of only the silica-based organic-inorganic composite binder in Example 3 was prepared. The refractive index was measured to be 1.65. And the refractive index difference between the silicon oxide particles was 0.21.
さらに、実施例1と同様の方法で、上部電極層、光電変換層、下部透明電極と金属電極とからなる下部電極を順次積層し、「スーパーストレートタイプ」の太陽電池サンプル(実施例3サンプル)を作製した。 Further, in the same manner as in Example 1, an upper electrode layer, a photoelectric conversion layer, a lower electrode composed of a lower transparent electrode and a metal electrode are sequentially laminated, and a “super straight type” solar cell sample (Example 3 sample) is obtained. Produced.
(実施例4)
コーニング1737ガラス基板上に真空蒸着法でアルミニウムからなる金属電極100nm成膜し、引き続きDCマグネトロンスパッタ装置を用いてZnO:Ga(Ga:5wt%)セラミックターゲットをスパッタし、GaドープZnO膜を15nm形成した。引き続きプラズマCVD装置を用いて膜厚25nmのn型アモルファスシリコン層、膜厚300nmのi型アモルファスシリコン層、膜厚20nmのp型アモルファスシリコンカーバイド層をこの順序で成膜し、光電変換層を形成した。各々の成膜温度はn型アモルファスシリコン層が280℃、i型アモルファスシリコン層が280℃、p型アモルファスシリコンカーバイド層が200℃であった。次にDCマグネトロンスパッタ装置を用いて、ITO(SnドープIn2O3、Sn:10wt%)セラミックターゲットをスパッタし、ITOからなる上部電極を80nm形成した。
Example 4
A
次に、実施例1で調整したのと同様の塗布液を、上記上部電極上にバーコーターを用いて塗布し、乾燥機にて120℃5分乾燥して塗膜を形成し、さらに280℃で30分間焼成することにより、太陽電池用光散乱膜(厚さ2.0μm)を形成し、「サブストレートタイプ」の太陽電池サンプル(実施例4サンプル)を作製した。なお、太陽電池サンプルの上部電極に太陽電池用光散乱膜を形成すると同時に、ヘイズ率測定用ガラス基板に太陽電池用光散乱膜を形成し、ヘイズ率測定サンプルを作製した。
太陽電池用光散乱膜の表面は極めて平坦であり、表面粗さRaは15nmであった。また、太陽電池用光散乱膜のヘイズ率は55.0%、透過率は80%であった。なお、ヘイズ率の測定は、上記ヘイズ率測定サンプルを用いて行った。
酸化アルミナ粒子未添加の塗布液で同様の操作を行い、シリカ系有機無機複合バインダーのみの被膜を作製し、屈折率測定したところ、1.40であり、シリカ系有機無機複合バインダーと酸化アルミナ粒子との屈折率差は0.22であった。
Next, the same coating liquid as prepared in Example 1 was applied onto the upper electrode using a bar coater, dried at 120 ° C. for 5 minutes in a dryer to form a coating film, and further 280 ° C. Was baked for 30 minutes to form a light scattering film for solar cells (thickness: 2.0 μm) to produce a “substrate type” solar cell sample (Example 4 sample). In addition, simultaneously with forming the solar cell light scattering film on the upper electrode of the solar cell sample, the solar cell light scattering film was formed on the haze rate measuring glass substrate to prepare a haze rate measuring sample.
The surface of the light scattering film for solar cells was extremely flat, and the surface roughness Ra was 15 nm. Moreover, the haze rate of the light-scattering film for solar cells was 55.0%, and the transmittance was 80%. In addition, the measurement of the haze rate was performed using the said haze rate measurement sample.
The same operation was carried out with the coating solution to which no alumina oxide particles were added, and a film made of only the silica-based organic-inorganic composite binder was prepared, and the refractive index was measured to be 1.40. And the refractive index difference was 0.22.
(比較例1)
まず、DCマグネトロンスパッタ装置を用いて、ZnO:Ga(Ga:5wt%)セラミックターゲットをスパッタし、ヘイズ率が10%のAsahi−Type−U基板(旭硝子(株)製、ヘイズ率10%、透過率78%)上に、ガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を成膜温度250℃で200nm成膜し、上部電極層を形成した。
次に、プラズマCVD装置を用いて、ガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜上に、膜厚20nmのp型アモルファスシリコンカーバイド層、膜厚300nmのi型アモルファスシリコン層、膜厚25nmのn型アモルファスシリコン層をこの順序で成膜し、光電変換層を形成した。
引き続き、DCマグネトロンスパッタ装置を用いて、ZnO:Ga(Ga:5wt%)セラミックターゲットをスパッタし、膜厚15nmのガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を成膜し、下部透明電極を形成した。
最後に、真空蒸着装置により、下部透明電極の上に膜厚100nmのアルミニウムからなる金属電極を成膜して、下部透明電極と金属電極とからなる下部電極を形成して、「スーパーストレートタイプ」の太陽電池サンプル(比較例1サンプル)を作製した。
(Comparative Example 1)
First, using a DC magnetron sputtering apparatus, a ZnO: Ga (Ga: 5 wt%) ceramic target was sputtered, and an Asahi-Type-U substrate having a haze ratio of 10% (Asahi Glass Co., Ltd., haze ratio of 10%, transmission) On top of this, a gallium-doped zinc oxide transparent conductive film was deposited to a thickness of 200 nm at a deposition temperature of 250 ° C. to form an upper electrode layer.
Next, using a plasma CVD apparatus, a p-type amorphous silicon carbide layer having a thickness of 20 nm, an i-type amorphous silicon layer having a thickness of 300 nm, and an n-type amorphous silicon layer having a thickness of 25 nm are formed on the gallium-doped zinc oxide transparent conductive film. Were formed in this order to form a photoelectric conversion layer.
Subsequently, using a DC magnetron sputtering apparatus, a ZnO: Ga (Ga: 5 wt%) ceramic target was sputtered to form a gallium-doped zinc oxide transparent conductive film having a thickness of 15 nm to form a lower transparent electrode.
Finally, a metal electrode made of aluminum with a film thickness of 100 nm is formed on the lower transparent electrode by a vacuum deposition apparatus, and a lower electrode made of the lower transparent electrode and the metal electrode is formed. A solar cell sample (Comparative Example 1 sample) was prepared.
(比較例2)
メラミン・ホルムアルデヒド縮合粒子((株)日本触媒製、商品名「エポスターS12」)を5質量部と、アルカリ可溶アクリル樹脂を20質量部と、多官能アクリルモノマー(東亜合成(株)製、商品名「アロニックスM−400」)を10質量部と、光重合開始剤(チバスペシャリティケミカルズ社製、商品名「イルガキュアー907」)を0.5質量部と、有機溶媒(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)を120質量部とを充分に混合して、太陽電池用光散乱膜を形成する塗布液を調整した。なお、メラミン・ホルムアルデヒド縮合粒子(屈折率:1.51)は、平均粒径1〜2μmのものを用いた。
次に、上述の塗布液を所定量コーニング1737ガラス基板上に滴下し、このガラス基板を毎分800回転の回転速度で5秒間回転させることにより、塗膜を形成した。この塗膜を乾燥させた後、230℃で60分間焼成することにより、コーニング1737ガラス基板上に厚さ2.5μmの太陽電池用光散乱膜を形成し、ガラス基板と太陽電池用光散乱膜とからなる太陽電池用光学部材を作製した。
作製された太陽電池用光散乱膜の表面は極めて平坦であり、表面粗さRaは23nmであった。また、太陽電池用光散乱膜のヘイズ率は58.2%、透過率は90%であった。さらに、太陽電池用光散乱膜のバインダーマトリックスの屈折率は1.63であった。
(Comparative Example 2)
5 parts by mass of melamine / formaldehyde condensation particles (made by Nippon Shokubai Co., Ltd., trade name “Eposter S12”), 20 parts by mass of alkali-soluble acrylic resin, polyfunctional acrylic monomer (manufactured by Toagosei Co., Ltd., product) 10 parts by mass of the name “Aronix M-400”), 0.5 parts by mass of a photopolymerization initiator (manufactured by Ciba Specialty Chemicals, trade name “Irgacure 907”), and an organic solvent (propylene glycol monomethyl ether acetate) Was sufficiently mixed with 120 parts by mass to prepare a coating solution for forming a solar cell light scattering film. Melamine / formaldehyde condensation particles (refractive index: 1.51) having an average particle diameter of 1 to 2 μm were used.
Next, a predetermined amount of the above coating solution was dropped onto a Corning 1737 glass substrate, and this glass substrate was rotated at a rotation speed of 800 rpm for 5 seconds to form a coating film. The coating film was dried and then fired at 230 ° C. for 60 minutes to form a 2.5 μm-thick solar cell light scattering film on a Corning 1737 glass substrate. The glass substrate and the solar cell light scattering film An optical member for a solar cell comprising:
The surface of the produced solar cell light-scattering film was extremely flat, and the surface roughness Ra was 23 nm. Moreover, the haze rate of the light-scattering film for solar cells was 58.2%, and the transmittance was 90%. Furthermore, the refractive index of the binder matrix of the light-scattering film for solar cells was 1.63.
次に、DCマグネトロンスパッタ装置を用いて、ZnO:Ga(Ga:5wt%)セラミックターゲットをスパッタし、太陽電池用光散乱膜上にガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を成膜温度250℃で200nm成膜し、上部電極層を形成した。
次に、プラズマCVD装置を用いて、ガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜上に、膜厚20nmのp型アモルファスシリコンカーバイド層、膜厚300nmのi型アモルファスシリコン層、膜厚25nmのn型アモルファスシリコン層をこの順序で成膜し、光電変換層を形成した。各々の成膜温度は、p型アモルファスシリコンカーバイド層が200℃、i型アモルファスシリコン層が280℃、n型アモルファスシリコンカーバイド層が280℃であった。
引き続き、DCマグネトロンスパッタ装置を用いて、ZnO:Ga(Ga:5wt%)セラミックターゲットをスパッタし、膜厚15nmのガリウムドープ酸化亜鉛透明導電膜を成膜し、下部透明電極を形成した。
最後に、真空蒸着装置により、下部透明電極の上に膜厚100nmのアルミニウムからなる金属電極を室温で形成して、下部透明電極と金属電極とからなる下部電極を形成して、「スーパーストレートタイプ」の太陽電池サンプル(比較例2サンプル)を作製した。
Next, a ZnO: Ga (Ga: 5 wt%) ceramic target was sputtered using a DC magnetron sputtering apparatus, and a gallium-doped zinc oxide transparent conductive film was formed on a light scattering film for solar cells at a film formation temperature of 250 ° C. to a thickness of 200 nm. Filmed to form the upper electrode layer.
Next, using a plasma CVD apparatus, a p-type amorphous silicon carbide layer having a thickness of 20 nm, an i-type amorphous silicon layer having a thickness of 300 nm, and an n-type amorphous silicon layer having a thickness of 25 nm are formed on the gallium-doped zinc oxide transparent conductive film. Were formed in this order to form a photoelectric conversion layer. The respective film formation temperatures were 200 ° C. for the p-type amorphous silicon carbide layer, 280 ° C. for the i-type amorphous silicon carbide layer, and 280 ° C. for the n-type amorphous silicon carbide layer.
Subsequently, using a DC magnetron sputtering apparatus, a ZnO: Ga (Ga: 5 wt%) ceramic target was sputtered to form a gallium-doped zinc oxide transparent conductive film having a thickness of 15 nm to form a lower transparent electrode.
Finally, a metal electrode made of aluminum having a film thickness of 100 nm is formed on the lower transparent electrode at room temperature by a vacuum deposition apparatus, and a lower electrode made of the lower transparent electrode and the metal electrode is formed. A solar cell sample (Comparative Example 2 sample) was prepared.
実施例1〜4および比較例1、2で作製した太陽電池サンプルの特性測定実験を行った。
25℃の雰囲気中で、ソーラーシミュレーターによってAM1.5、100mW/cm2の擬似太陽光を作り出し、これを各太陽電池サンプルに照射して、開放電圧、曲線因子、短絡電流および変換効率の4つの特性を測定した。
実施例1〜4および比較例1、2の太陽電池用光散乱膜の特性を表1にまとめて示すとともに、実施例1〜4および比較例1、2の太陽電池の特性を表2および図4に示す。ここで透過率とは波長400nm〜800nmでの積分球による透過率測定値(空気をレファレンスとして測定)の平均値で表している。
表2および図4から分かるように、実施例1〜4の太陽電池サンプルの開放電圧、曲線因子、短絡電流および変換効率の値は、比較例1、2の太陽電池サンプルよりも高くなり、優れた発電特性を示すことがわかる。
The characteristic measurement experiment of the solar cell sample produced in Examples 1-4 and Comparative Examples 1 and 2 was conducted.
In a 25 ° C. atmosphere, a solar simulator creates pseudo-sunlight of AM 1.5, 100 mW / cm 2 and irradiates each solar cell sample with four voltages: open-circuit voltage, fill factor, short-circuit current, and conversion efficiency. Characteristics were measured.
The characteristics of the light scattering films for solar cells of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 are collectively shown in Table 1, and the characteristics of the solar cells of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in Table 2 and FIG. 4 shows. Here, the transmittance is expressed as an average value of transmittance measured values (measured with air as a reference) using an integrating sphere at wavelengths of 400 nm to 800 nm.
As can be seen from Table 2 and FIG. 4, the open-circuit voltage, the fill factor, the short-circuit current, and the conversion efficiency of the solar cell samples of Examples 1 to 4 are higher than those of the solar cell samples of Comparative Examples 1 and 2, and are excellent. It can be seen that power generation characteristics are exhibited.
1…基板(透明基体)、1a…光取り込み面、1b…反対側の面、2…太陽電池用光散乱膜、2a…光取り込み面、2b…平坦面、3…上部電極層、4…光電変換層、5…下部電極層、5’…下部電極層、6…下部光電変換層、7…高抵抗バッファー層、8…光電変換層、9…下部電極層、10…太陽電池用光学部材、11…基板、12…光電変換層、12a…CdS層、12b…CdTe層、13…下部電極層、14…光電変換層、14a…電極層、14b…色素層(色素)、14c…電解質層、15…光電変換層、15a…有機半導体p層、15b…有機半導体i層、15c…有機半導体n層、41…p型薄膜シリコン層、42…i型薄膜シリコン層、43…n型薄膜シリコン層、51…下部透明導電電極、52…金属電極、61…p型薄膜シリコン層、62…i型薄膜シリコン層、63…n型薄膜シリコン層、81…光吸収層、100,101,103,104,105,106,107…太陽電池。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate (transparent substrate), 1a ... Light capturing surface, 1b ... Opposite surface, 2 ... Light scattering film for solar cell, 2a ... Light capturing surface, 2b ... Flat surface, 3 ... Upper electrode layer, 4 ... Photoelectric Conversion layer, 5 ... lower electrode layer, 5 '... lower electrode layer, 6 ... lower photoelectric conversion layer, 7 ... high resistance buffer layer, 8 ... photoelectric conversion layer, 9 ... lower electrode layer, 10 ... optical member for solar cell, DESCRIPTION OF
Claims (8)
(R1)xSi(OR2)4−x…(1)
ただし、R1は炭素数1〜6のアルキル基あるいは末端に反応性官能基を有する有機基、R2は炭素数1〜3のアルキル基を示し、xは0≦x≦3を満たす整数である。
M(OR3)n…(2)
ただし、MはAl、Ti、Zr、Znのいずれかの金属、R3は炭素数1〜4のアルキル基、nは金属Mの価数である。 The inorganic binder matrix is an organosilicon compound represented by the chemical formula (1), a hydrolyzed polymer of the organosilicon compound, a metal alkoxide represented by the chemical formula (2), a chelate derivative of the metal alkoxide, or a chelate derivative of the metal alkoxide. It consists of 1 or more types of materials chosen from a polymer, The light-scattering film for solar cells of any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned.
(R 1 ) x Si (OR 2 ) 4-x (1)
Where R 1 is an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms or an organic group having a reactive functional group at the terminal, R 2 is an alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and x is an integer satisfying 0 ≦ x ≦ 3. is there.
M (OR 3 ) n (2)
However, M is a metal of any one of Al, Ti, Zr and Zn, R 3 is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms, and n is a valence of the metal M.
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