JP2011192804A - Method of manufacturing solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、シリコン系の薄膜型又は多接合型の太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a silicon-based thin film type or multi-junction solar cell.
現在、環境保護の立場から、クリーンなエネルギーの研究開発が進められている。中でも太陽電池は、その資源である太陽光が無限であること、無公害であること等から注目を集めている。従来、太陽電池による太陽光発電には、単結晶シリコンや多結晶シリコンのバルク状結晶を製造し、これをスライス加工して厚い板状の半導体として使用するバルク太陽電池が用いられてきた。しかし、バルク太陽電池に使用する上記シリコン結晶は、結晶の成長に多くのエネルギーと時間とを要し、かつ、続く製造工程においても複雑な工程が必要となるため量産効率が上がり難く、低価格の太陽電池を提供することが困難であった。 Currently, clean energy research and development is underway from the standpoint of environmental protection. In particular, solar cells are attracting attention because of the infinite amount of sunlight, which is a resource, and no pollution. Conventionally, for solar power generation using a solar cell, a bulk solar cell in which a bulk crystal of single crystal silicon or polycrystalline silicon is manufactured and sliced to be used as a thick plate semiconductor has been used. However, the above silicon crystal used for bulk solar cells requires a lot of energy and time for crystal growth, and it is difficult to increase mass production efficiency because of the complicated manufacturing process required in the subsequent manufacturing process. It was difficult to provide solar cells.
一方、厚さが数マイクロメートル以下のアモルファスシリコン等の半導体を用いた薄膜半導体太陽電池(以下、薄膜太陽電池という。)は、ガラスやステンレススチール等の安価な基板上に、光電変換層である半導体層を必要なだけ形成すればよい。従って、この薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コストの安さ、大面積化が容易であること等から、今後の太陽電池の主流になると考えられている。 On the other hand, a thin film semiconductor solar cell using a semiconductor such as amorphous silicon having a thickness of several micrometers or less (hereinafter referred to as a thin film solar cell) is a photoelectric conversion layer on an inexpensive substrate such as glass or stainless steel. It is only necessary to form as many semiconductor layers as necessary. Therefore, this thin film solar cell is considered to become the mainstream of future solar cells because it is thin and light, low in manufacturing cost, and easy to increase in area.
薄膜太陽電池は、その構造によってスーパーストレート型やサブストレート型があり、透光性基板側から光を入射させるスーパーストレート型太陽電池では、通常、基板−透明電極−光電変換層−裏面電極の順で形成された構造をとる。光電変換層がシリコン系材料で形成されたスーパーストレート型太陽電池では、例えば、透明電極、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、裏面電極の順で形成された構造をとることで発電効率を高めることが検討されている(例えば、非特許文献1参照。)。この非特許文献1に示される構造では、アモルファスシリコンや多結晶シリコンが光電変換層を構成する。 Thin film solar cells are classified into a super straight type and a substrate type depending on the structure. In a super straight type solar cell in which light is incident from the translucent substrate side, the order is usually substrate-transparent electrode-photoelectric conversion layer-back electrode. The structure formed by is taken. For super straight solar cells with a photoelectric conversion layer formed of a silicon-based material, for example, it is considered to increase the power generation efficiency by taking a structure formed in the order of transparent electrode, amorphous silicon, polycrystalline silicon, and back electrode. (See, for example, Non-Patent Document 1). In the structure shown in this non-patent document 1, amorphous silicon or polycrystalline silicon constitutes a photoelectric conversion layer.
特に光電変換層がシリコン系の材料によって太陽電池が構成されている場合、上記材料による光電変換層の吸光係数が比較的小さいことから、光電変換層が数マイクロメートルオーダーの膜厚では、入射光の一部が光電変換層を透過してしまい、透過した光は発電に寄与しない。そこで、裏面電極を反射膜とするか、或いは裏面電極の上に反射膜を形成し、吸収しきれず光電変換層を透過した光を反射膜によって反射させ、再び光電変換層に戻すことで発電効率を向上させることが一般に行われている。 In particular, when the photovoltaic layer is made of a silicon-based material, the photoelectric conversion layer made of the above material has a relatively small extinction coefficient. A part of the light is transmitted through the photoelectric conversion layer, and the transmitted light does not contribute to power generation. Therefore, the back electrode is used as a reflection film, or a reflection film is formed on the back electrode, and the light that has not been absorbed and has passed through the photoelectric conversion layer is reflected by the reflection film, and then returned to the photoelectric conversion layer, thereby generating power efficiently. It is generally done to improve.
また、薄膜太陽電池において、発電効率を向上させるためには、各電極自体の電気抵抗を低下させることや、光電変換層と電極間又は電極同士間の良好な接触性又は導通性が求められる。しかし、従来の薄膜太陽電池では、電極の形成過程で、電極内に有機物等の導電性を阻害する物質が混入して電極自体の電気抵抗が上がることによって発電効率が低下するという問題があった。 Moreover, in a thin film solar cell, in order to improve electric power generation efficiency, the electrical resistance of each electrode itself is reduced, and the favorable contact property or electroconductivity between a photoelectric converting layer and electrodes or between electrodes is calculated | required. However, the conventional thin-film solar cell has a problem in that the power generation efficiency is lowered due to an increase in the electrical resistance of the electrode itself due to mixing of substances that inhibit conductivity such as organic substances in the electrode during the electrode formation process. .
本発明の目的は、電極の電気抵抗を下げることにより、発電効率を向上させた太陽電池を製造する方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing a solar cell with improved power generation efficiency by reducing the electrical resistance of an electrode.
本発明の第1の観点は、図1又は図3に示すように、表面に表面側電極層12が形成された透明基板11の上記表面側電極層12上に、アモルファスシリコン又は微結晶シリコンのいずれか一方又はその双方からなる光電変換層13を形成し、この光電変換層13上に裏面側透明電極層14を形成する太陽電池の製造方法において、裏面側透明電極層14の形成が、図2又は図4に示すように、光電変換層13の表面に、導電性微粒子を含む分散液を湿式塗工法により塗布して導電性微粒子の塗膜24aを形成した後、形成した導電性微粒子の塗膜24a上に0.5〜10J/cm2の出力で紫外線を照射し、紫外線を照射した導電性微粒子の塗膜24aにバインダを含む分散液24bを湿式塗工法を用いて塗布することによりバインダ成分を含浸させ、透明導電塗膜24を形成し、この透明導電塗膜24を焼成することにより行われることを特徴とする。
As shown in FIG. 1 or FIG. 3, the first aspect of the present invention is that amorphous silicon or microcrystalline silicon is formed on the surface-
本発明の第2の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプが、低圧水銀ランプ、高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ又はエキシマランプであることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, wherein the ultraviolet irradiation lamp used for ultraviolet irradiation is a low pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, a metal halide lamp or an excimer lamp. And
本発明の第3の観点は、第1又は第2の観点に基づく製造方法によって得られる太陽電池である。 The 3rd viewpoint of this invention is a solar cell obtained by the manufacturing method based on a 1st or 2nd viewpoint.
本発明の第1の観点の製造方法では、表面に表面側電極層が形成された透明基板の上記表面側電極層上に、アモルファスシリコン又は微結晶シリコンのいずれか一方又はその双方からなる光電変換層を形成し、この光電変換層上に裏面側透明電極層を形成する太陽電池の製造方法において、裏面側透明電極層の形成が、光電変換層の表面に、導電性微粒子を含む分散液を湿式塗工法により塗布して導電性微粒子の塗膜を形成した後、形成した導電性微粒子の塗膜上に特定出力で紫外線を照射し、紫外線を照射した導電性微粒子の塗膜にバインダを含む分散液を湿式塗工法を用いて塗布することによりバインダ成分を含浸させ、透明導電塗膜を形成し、透明導電塗膜を焼成することにより行われる。これにより、電極の電気抵抗を下げ、発電効率を向上させることができる。 In the manufacturing method according to the first aspect of the present invention, photoelectric conversion comprising either one or both of amorphous silicon and microcrystalline silicon on the surface-side electrode layer of the transparent substrate having the surface-side electrode layer formed on the surface. In the method for manufacturing a solar cell in which a back surface side transparent electrode layer is formed on the photoelectric conversion layer, the back side transparent electrode layer is formed on the surface of the photoelectric conversion layer with a dispersion containing conductive fine particles. After applying a wet coating method to form a coating film of conductive fine particles, the conductive fine particle coating film is irradiated with ultraviolet rays at a specific output, and the conductive fine particle coating film irradiated with ultraviolet rays contains a binder. The dispersion is applied by using a wet coating method to impregnate the binder component, form a transparent conductive coating film, and fire the transparent conductive coating film. Thereby, the electrical resistance of an electrode can be lowered | hung and power generation efficiency can be improved.
次に本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。本発明の太陽電池の製造方法は、図1又は図3に示すように、表面に表面側電極層12が形成された透明基板11の上記表面側電極層12上に、アモルファスシリコン又は微結晶シリコンのいずれか一方又はその双方からなる光電変換層13を形成し、この光電変換層13上に裏面側透明電極層14を形成するものである。そして、この裏面側透明電極層14上に裏面側反射電極層16を設けた構造を持つ。
Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1 or FIG. 3, the method for manufacturing a solar cell of the present invention comprises amorphous silicon or microcrystalline silicon on the surface-
透明基板11には、ガラス、セラミックス又は高分子材料からなる透光性基板のいずれか、或いはガラス、セラミックス、高分子材料及びシリコンからなる群より選ばれた2種類以上の透光性積層体を使用することができる。高分子基板としては、ポリイミドやPET(ポリエチレンテレフタレート)等の有機ポリマーにより形成された基板が挙げられる。
The
表面側電極層12は、基板11側から入射する光を光電変換層13へ透過させるとともに、電極として機能する透明で導電性を有する膜である。この表面側電極層12としては、例えば、ITO(酸化インジウム−酸化錫系複合酸化物)、ATO(酸化アンチモン−酸化錫系複合酸化物)、SnO2(酸化錫)、ZnO(酸化亜鉛)、IZO(酸化インジウム−酸化亜鉛系複合酸化物)、AZO(酸化アルミニウム−酸化亜鉛系複合酸化物)等の膜が挙げられる。また表面側電極層12は、ZnO,In2O3,SnO2,CdO,TiO2,CdIn2O4,Cd2SnO4又はZn2SnO4のいずれかに、Sn,Sb,F又はAlのいずれかをドープした金属酸化物の群から選ばれた1種又は2種以上の金属酸化物により構成してもよい。上記表面側電極層12は、例えば、熱CVD法、スパッタ法、真空蒸着法、湿式塗工法等の従来から知られている方法で形成してよく、特に限定されるものではない。表面側電極層12を湿式塗工法により形成する場合には、後述の裏面側透明電極層14を湿式塗工法で形成する場合と同様にして行われる。なお、上記ZnOは、高い光透過性、低抵抗性、可塑性を有し、低価格であるため、表面側電極層12の材料として好適である。
The surface-
上記表面側電極層12上には、光により発電する光電変換層13が形成される。この光電変換層13は、アモルファスシリコン又は微結晶シリコンのいずれか一方又はその双方により構成される。この実施の形態では、光電変換層13は、アモルファスシリコン半導体により形成された第1光電変換層と、微結晶シリコン半導体により形成された第2光電変換層とを有する。具体的には、第1光電変換層は、基板11側から順にp型a−Si(アモルファスシリコン)、i型a−Si(アモルファスシリコン)及びn型a−Si(アモルファスシリコン)が積層されたp−i−n型のアモルファスシリコン層である。また、第2光電変換層は、第1光電変換層側から順にp型μc−Si(微結晶シリコン)、i型μc−Si(微結晶シリコン)及びn型μc−Si(微結晶シリコン)が積層されたp−i−n型の微結晶シリコン層である。
On the surface-
このように光電変換層13にi型a−Si(第1光電変換層)とi型μc−Si(第2光電変換層)とを用いたタンデム型太陽電池は、光吸収波長が異なる2種類の半導体を積層した構造であり、太陽光スペクトルを有効に利用できる。ここで、本明細書において、『微結晶』とは、完全な結晶状態のみならず、部分的に非結晶(アモルファス)状態を含むことを意味するものとする。
As described above, the tandem solar cell using i-type a-Si (first photoelectric conversion layer) and i-type μc-Si (second photoelectric conversion layer) for the
なお、光電変換層がアモルファスシリコン層又は微結晶シリコン層のいずれか一方からなる単接合型か、或いはアモルファスシリコン層又は微結晶シリコン層のいずれか一方又は双方を複数含む多接合型のいずれの形態もとり得る。また、p型a−SiC:H(アモルファス炭化シリコン)/i型a−Si/n型μc−Siのような構造もとり得る。それらは特に限定されるものではないが、プラズマCVD法のような従来から知られている方法で形成することができる。更に、例えば上記タンデム型構造の例で示すと、第1光電変換層(アモルファスシリコン光電変換ユニット)と第2光電変換層(微結晶シリコン光電変換ユニット)との間に、中間層を形成してもよい。この中間層には、表面側電極層12や裏面側透明電極層14に用いられるような材料を用いることが好ましい。
Note that the photoelectric conversion layer is either a single junction type composed of either an amorphous silicon layer or a microcrystalline silicon layer, or a multi-junction type including a plurality of either one or both of an amorphous silicon layer and a microcrystalline silicon layer. It can also take. Also, a structure such as p-type a-SiC: H (amorphous silicon carbide) / i-type a-Si / n-type μc-Si can be used. Although they are not particularly limited, they can be formed by a conventionally known method such as a plasma CVD method. Further, for example, in the example of the tandem structure, an intermediate layer is formed between the first photoelectric conversion layer (amorphous silicon photoelectric conversion unit) and the second photoelectric conversion layer (microcrystalline silicon photoelectric conversion unit). Also good. The intermediate layer is preferably made of a material used for the front-
光電変換層13上には、裏面側透明電極層14が形成される。この裏面側透明電極層14は、光電変換層13と裏面側反射電極層16との相互拡散を抑制し、かつ裏面側反射電極層16の反射効率を高めるために設けられる。裏面側透明電極層14は湿式塗工法により形成する。裏面側透明電極層14の形成には、従来からスパッタ法が利用されているが、このスパッタ法により形成される裏面側透明電極層14の膜の屈折率は、ターゲット材料の材質によって決まるため、所望の屈折率が得られ難い。一方、湿式塗工法を用いる場合、導電性微粒子や他の成分を混合した組成物等を塗布して形成するため、湿式塗工法を用いて形成される膜は組成物等の成分調整によって所望の1.5〜2程度の低屈折率の膜の形成が容易となる。低屈折率を持つ裏面側透明電極層14は、接合する裏面側反射電極層16に対して光学設計上の増反射効果を与えるため、湿式塗工法を用いて形成される裏面側透明電極層14と接合する裏面側反射電極層16は、スパッタ法により形成された高屈折率の裏面側透明電極層14と接合する裏面側反射電極層16よりも高い反射率が得られる。
On the
上記湿式塗工法による裏面側透明電極層14の形成には、バインダ成分を含まず、導電性微粒子を含む分散液と、バインダ成分を含み、導電性微粒子を含まない分散液の2つの分散液を用いる。バインダ成分を含まない導電性微粒子分散液は、導電性微粒子が分散媒に分散した分散液である。導電性微粒子としては、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウム−酸化錫系複合酸化物)、ATO(Antimony Tin Oxide:酸化アンチモン−酸化錫系複合酸化物)の酸化錫粉末やAl、Co、Fe、In、Sn、Ga及びTiからなる群より選ばれた1種又は2種以上の金属を含有する酸化亜鉛粉末等が好ましい。このうち、ITO、ATO、AZO(Aluminum Zinc Oxide:アルミドープ酸化亜鉛)、IZO(Indium Zinc Oxide:酸化インジウム−酸化亜鉛系複合酸化物)、TZO(Tin Zinc Oxide:錫含有酸化亜鉛系複合酸化物)が特に好ましい。また、導電性微粒子の平均粒径は、分散媒中で安定性を保つため、10〜100nmの範囲内であることが好ましく、このうち、20〜60nmの範囲内であることが特に好ましい。
In the formation of the back surface side
分散媒としては、水の他、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール等のアルコール類、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン等のケトン類、トルエン、キシレン、ヘキサン、シクロヘキサン等の炭化水素類、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド類、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド類やエチレングリコール等のグリコール類、エチルセロソルブ等のグリコールエーテル類等が挙げられる。 As a dispersion medium, in addition to water, alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol and butanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone and isophorone, hydrocarbons such as toluene, xylene, hexane and cyclohexane, N and N -Amides such as dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, glycols such as ethylene glycol, glycol ethers such as ethyl cellosolve, and the like.
導電性微粒子分散液には、使用する他の成分に応じてカップリング剤を加えるのが好ましい。それは導電性微粒子とバインダの結合性及びこの導電性微粒子分散液とバインダ分散液とで形成される裏面側透明電極層14と、光電変換層13或いは裏面側反射電極層16との密着性向上のためである。導電性微粒子分散液の調製に使用するカップリング剤としては、シランカップリング剤、アルミカップリング剤及びチタンカップリング剤等が挙げられる。
It is preferable to add a coupling agent to the conductive fine particle dispersion according to other components to be used. That is, the bonding between the conductive fine particles and the binder and the adhesion between the backside
シランカップリング剤としては、ビニルトリエトキシキシシラン、γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。またアルミカップリング剤としては、次の式(1)で示されるアセトアルコキシ基を含有するアルミカップリング剤が挙げられる。更にチタンカップリング剤としては、次の式(2)〜(4)で示されるジアルキルパイロホスファイト基を有するチタンカップリング剤や、次の式(5)で示されるジアルキルホスファイト基を有するチタンカップリング剤が挙げられる。 Examples of the silane coupling agent include vinyltriethoxyxysilane, γ-glycidoxypropyltrimethoxysilane, and γ-methacryloxypropyltrimethoxysilane. Examples of the aluminum coupling agent include an aluminum coupling agent containing an acetoalkoxy group represented by the following formula (1). Further, as a titanium coupling agent, a titanium coupling agent having a dialkyl pyrophosphite group represented by the following formulas (2) to (4), or a titanium having a dialkyl phosphite group represented by the following formula (5): A coupling agent is mentioned.
バインダ分散液の調製には、上記導電性微粒子分散液の調製に用いた分散媒と同種の分散媒を使用するのが好ましい。分散媒の含有割合は均一な膜を形成するために、50〜99.99質量%の範囲内であることが好ましい。 In preparing the binder dispersion, it is preferable to use a dispersion medium of the same type as the dispersion medium used in the preparation of the conductive fine particle dispersion. In order to form a uniform film, the content of the dispersion medium is preferably in the range of 50 to 99.99% by mass.
また、使用する成分に応じて、低抵抗化剤や水溶性セルロース誘導体などを加えることが好ましい。低抵抗化剤としては、コバルト、鉄、インジウム、ニッケル、鉛、錫、チタン及び亜鉛の鉱酸塩及び有機酸塩からなる群より選ばれた1種又は2種以上が好ましい。例えば、酢酸ニッケルと塩化第二鉄の混合物、ナフテン酸亜鉛、オクチル酸錫と塩化アンチモンの混合物、硝酸インジウムと酢酸鉛の混合物、アセチル酢酸チタンとオクチル酸コバルトの混合物などが挙げられる。これら低抵抗化剤の含有割合は0.1〜10質量%が好ましい。また、水溶性セルロース誘導体の添加により、形成される透明電極層における透明性も向上する。水溶性セルロース誘導体としては、ヒドロキシプロピルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロースなどが挙げられる。水溶性セルロース誘導体の添加量は、0.1〜10質量%の範囲内が好ましい。 Moreover, it is preferable to add a low resistance agent, a water-soluble cellulose derivative, etc. according to the component to be used. The low resistance agent is preferably one or more selected from the group consisting of cobalt, iron, indium, nickel, lead, tin, titanium and zinc mineral salts and organic acid salts. For example, a mixture of nickel acetate and ferric chloride, zinc naphthenate, a mixture of tin octylate and antimony chloride, a mixture of indium nitrate and lead acetate, a mixture of titanium acetyl acetate and cobalt octylate, and the like can be mentioned. The content ratio of these low resistance agents is preferably 0.1 to 10% by mass. Moreover, the transparency in the formed transparent electrode layer is also improved by the addition of the water-soluble cellulose derivative. Examples of the water-soluble cellulose derivative include hydroxypropyl cellulose and hydroxypropyl methylcellulose. The addition amount of the water-soluble cellulose derivative is preferably in the range of 0.1 to 10% by mass.
上記2つの分散液を用いた裏面側透明電極層14の形成方法には、図1に示すように、導電性微粒子とバインダ成分の双方を含む第1層14aを下層とし、主にバインダ成分からなる第2層14bを上層とする第1の形成方法と、図3に示すように、導電性微粒子とバインダ成分の双方を含む第1層14aを下層とし、バインダ成分を含まない第2層14cを上層とする方法がある。第1の形成方法で形成された裏面側透明電極層は、導電性酸化物微粒子層の全表面がバインダ成分からなる第2層14bで被覆された状態で形成されるため、経時変化が少ないという利点がある。一方、第2の形成方法で形成された裏面側透明電極層は、変換効率を決める因子の一つであるフィルファクターを増大させるのに効果的である。
As shown in FIG. 1, the back side
先ず、図2又は図4に示すように、光電変換層13上にバインダ成分を含まない導電性微粒子分散液を湿式塗工法を用いて塗布し、温度20〜120℃、好ましくは25〜60℃で1〜30分間、好ましくは2〜10分間乾燥させることにより、導電性微粒子の塗膜24aを形成する。第2の形成方法の場合、ここでの塗布は焼成後の裏面側透明電極層の厚さが0.01〜0.5μm、好ましくは0.05〜0.1μmの厚さとなるように塗布する。なお、光電変換層13上に裏面側透明電極層14を形成する前に、光電変換層13の表面に、後述する条件と同一条件で紫外線を照射しても良い。これにより、裏面側透明電極層14との接触面となる、光電変換層13表面の付着有機物等の導電性を阻害する物質を除去し、光電変換層13と裏面側透明電極層14間の接触性又は導通性を改善することができ、その結果、発電の際の電気抵抗を下げ、太陽電池の発電効率を向上させることができる。
First, as shown in FIG. 2 or FIG. 4, a conductive fine particle dispersion containing no binder component is applied on the
次に、上記形成した導電性微粒子の塗膜24a上に、出力0.5〜10J/cm2にて紫外線を照射する。この製造方法では、裏面側透明導電層の形成において、2つの分散液を用い、これらを別工程で塗布して行うため、導電性微粒子の塗膜を形成した後、バインダ分散液を含浸させる際に、導電性微粒子の塗膜表面に付着した有機物等が原因となって、形成後の裏面側透明電極層内に有機物が混入する場合がある。電極内に有機物が混入すると、電極自体の電気抵抗が上がり、その結果、太陽電池の発電効率が低下する。これを防止するために、導電性微粒子の塗膜上に上記特定範囲の出力で紫外線の照射を行う。
Then, on the
紫外線照射の方法として、紫外線ランプを用いる。本発明に使用できる紫外線ランプの種類は特に限定されないが、具体的には低圧水銀ランプ(主波長254nm)、高圧水銀ランプ(主波長254nm,365nm)、メタルハライドランプ(主波長365nm)、エキシマランプ(主波長120〜310nm)を用いることができる。 An ultraviolet lamp is used as an ultraviolet irradiation method. Although the kind of ultraviolet lamp which can be used in the present invention is not particularly limited, specifically, a low-pressure mercury lamp (main wavelength 254 nm), a high-pressure mercury lamp (main wavelengths 254 nm and 365 nm), a metal halide lamp (main wavelength 365 nm), an excimer lamp ( Main wavelength 120-310 nm) can be used.
紫外線照射の出力(強度及び時間の積算)として、1cm2当り、0.5〜10J/cm2が好ましく、1〜9.5J/cm2がより好ましい。 As the output of the ultraviolet radiation (intensity and integration time), 1 cm 2 per preferably 0.5~10J / cm 2, 1~9.5J / cm 2 is more preferable.
照射する紫外線の出力を上記範囲とする理由は、紫外線照射の出力が下限値未満では導電性微粒子の塗膜表面の付着有機物を十分に除去することができず、一方、上限値を越えると導電性微粒子の塗膜、更には光電変換層へダメージを与えてしまい、結果として、電気抵抗が上昇してしまうため、太陽電池の発電効率の向上が見込めないからである。 The reason why the output of the ultraviolet rays to be irradiated is within the above range is that if the output of the ultraviolet rays is less than the lower limit value, the adhering organic substances on the surface of the conductive fine particles cannot be sufficiently removed. This is because the coating film of the conductive fine particles and further the photoelectric conversion layer are damaged, and as a result, the electric resistance is increased, so that it is not possible to improve the power generation efficiency of the solar cell.
次に、紫外線を照射した導電性微粒子の塗膜24a上に、上記バインダ成分を含むバインダ分散液24bを湿式塗工法により含浸させる。図1に示される、主にバインダ成分からなる第2層14bを上層とする第1の形成方法では、図2に示すように紫外線照射後の導電性微粒子の塗膜24aの全表面をバインダ分散液24bで完全に被覆するように塗布する。また、塗布するバインダ分散液中のバインダ成分の質量が、塗布した導電性酸化物微粒子の塗膜中に含まれる微粒子の総質量に対し、0.5〜10の質量比(塗布するバインダ分散液中のバインダ成分の質量/導電性酸化物微粒子の質量)となるように塗布するのが好ましい。下限値未満では十分な密着性が得られ難く、上限値を越えると表面抵抗が増大しやすい。第1の形成方法において、上記導電性酸化物微粒子の分散液及びバインダ分散液の塗布は、焼成後の裏面側透明電極層の厚さが0.01〜0.5μm、好ましくは0.03〜0.1μmの厚さとなるように塗布する。バインダ分散液を含浸させた後、温度20〜120℃、好ましくは25〜60℃で1〜30分間、好ましくは2〜10分間乾燥させて、裏面側透明導電塗膜24を形成する。
Next, the
一方、図3に示される、バインダ成分を含まない第2層14cを上層とする第2の形成方法では、焼成後に形成される裏面側透明電極層14のうち、バインダ成分を含まない第2層14cが第1層14aの体積の1〜30%露出するように、バインダ分散液24bを紫外線照射後の導電性微粒子の塗膜24aの所定深さまで完全に含浸させる(図4)。また、ここでの塗布は、塗布するバインダ分散液中のバインダ成分の質量が、塗布した導電性微粒子の塗膜中に含まれる微粒子の総質量に対し、0.05〜0.5の質量比(塗布するバインダ分散液中のバインダ成分の質量/導電性微粒子の質量)となるように塗布するのが好ましい。下限値未満では十分な密着性が得られ難く、上限値を越えると表面抵抗が増大し易い。バインダ分散液24bを含浸させた後、温度20〜120℃、好ましくは25〜60℃で1〜30分間、好ましくは2〜10分間乾燥させて、透明導電塗膜24を形成する。
On the other hand, in the second forming method shown in FIG. 3 with the
上記湿式塗工法は、スプレーコーティング法、ディスペンサコーティング法、スピンコーティング法、ナイフコーティング法、スリットコーティング法、インクジェットコーティング法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法又はダイコーティング法のいずれかであることが特に好ましいが、これに限られるものではなく、あらゆる方法を利用できる。 The wet coating method is particularly preferably a spray coating method, a dispenser coating method, a spin coating method, a knife coating method, a slit coating method, an inkjet coating method, a screen printing method, an offset printing method or a die coating method. However, the present invention is not limited to this, and any method can be used.
スプレーコーティング法は分散体を圧縮エアにより霧状にして基材に塗布したり、或いは分散体自体を加圧し霧状にして基材に塗布する方法であり、ディスペンサコーティング法は例えば分散体を注射器に入れこの注射器のピストンを押すことにより注射器先端の微細ノズルから分散体を吐出させて基材に塗布する方法である。スピンコーティング法は分散体を回転している基材上に滴下し、この滴下した分散体をその遠心力により基材周縁に拡げる方法であり、ナイフコーティング法はナイフの先端と所定の隙間をあけた基材を水平方向に移動可能に設け、このナイフより上流側の基材上に分散体を供給して基材を下流側に向って水平移動させる方法である。スリットコーティング法は分散体を狭いスリットから流出させて基材上に塗布する方法であり、インクジェットコーティング法は市販のインクジェットプリンタのインクカートリッジに分散体を充填し、基材上にインクジェット印刷する方法である。スクリーン印刷法は、パターン指示材として紗を用い、その上に作られた版画像を通して分散体を基材に転移させる方法である。オフセット印刷法は、版に付けた分散体を直接基材に付着させず、版から一度ゴムシートに転写させ、ゴムシートから改めて基材に転移させる、インクの撥水性を利用した印刷方法である。ダイコーティング法は、ダイ内に供給された分散体をマニホールドで分配させてスリットより薄膜上に押し出し、走行する基材の表面を塗工する方法である。ダイコーティング法には、スロットコート方式やスライドコート方式、カーテンコート方式がある。 The spray coating method is a method in which the dispersion is atomized by compressed air and applied to the substrate, or the dispersion itself is pressurized and atomized to apply to the substrate. The dispenser coating method is, for example, a method in which the dispersion is injected into a syringe. The dispersion is discharged from the fine nozzle at the tip of the syringe and applied to the substrate by pushing the piston of the syringe. The spin coating method is a method in which a dispersion is dropped onto a rotating substrate, and the dropped dispersion is spread to the periphery of the substrate by its centrifugal force. The knife coating method leaves a predetermined gap from the tip of the knife. In this method, the substrate is provided so as to be movable in the horizontal direction, the dispersion is supplied onto the substrate upstream of the knife, and the substrate is moved horizontally toward the downstream side. The slit coating method is a method in which a dispersion is discharged from a narrow slit and applied onto a substrate, and the inkjet coating method is a method in which a dispersion is filled in an ink cartridge of a commercially available inkjet printer and ink jet printing is performed on the substrate. is there. The screen printing method is a method in which wrinkles are used as a pattern indicating material and a dispersion is transferred to a substrate through a plate image formed thereon. The offset printing method is a printing method utilizing the water repellency of ink, in which the dispersion attached to the plate is not directly attached to the substrate, but is transferred from the plate to a rubber sheet and then transferred from the rubber sheet to the substrate again. . The die coating method is a method in which a dispersion supplied in a die is distributed by a manifold and extruded onto a thin film from a slit to coat the surface of a traveling substrate. The die coating method includes a slot coat method, a slide coat method, and a curtain coat method.
最後に、透明導電塗膜を有する基材を大気中若しくは窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で130〜400℃、好ましくは150〜350℃の温度に、5〜60分間、好ましくは15〜40分間保持して焼成することにより、図1又は図3に示すように、裏面側透明電極層14が形成される。
Finally, the substrate having a transparent conductive coating is placed in the air or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon at a temperature of 130 to 400 ° C., preferably 150 to 350 ° C., for 5 to 60 minutes, preferably 15 to By holding and baking for 40 minutes, the back surface side
裏面側透明電極層14上には、裏面側反射電極層16が形成される。この裏面側反射電極層16は、吸収しきれず光電変換層13を透過した光を反射させ、再度光電変換層13に戻すことで発電効率を向上させる役割を果たすため、高い拡散反射率が要求される。このため裏面側反射電極層16は、反射率の高い金属が好ましい。この金属としては、銀、鉄、クロム、タンタル、モリブデン、ニッケル、アルミニウム、コバルト又はチタン等の金属、又はこれらの金属の合金、或いはニクロム又はステンレス等の合金が例示される。この裏面側反射電極層16は、特に限定されないが、例えば、熱CVD法、スパッタ法、真空蒸着法、湿式塗工法などの従来から知られている方法で形成してよい。裏面側反射電極層16を湿式塗工法により形成する場合には、金属ナノ粒子が分散媒に分散した電極用組成物を用いる。この電極用組成物は、金属ナノ粒子が分散媒に分散することにより調製された組成物である。上記金属ナノ粒子は、金属元素中の銀の割合が75質量%以上、好ましくは80質量%以上である。金属元素中の銀の割合を75質量%以上の範囲としたのは、75質量%未満ではこの電極用組成物を用いて形成された裏面側反射電極層16の反射率が低下してしまうからである。また金属ナノ粒子は炭素骨格が炭素数1〜3の有機分子主鎖の保護剤で化学修飾される。金属ナノ粒子を化学修飾する保護剤の有機分子主鎖の炭素骨格の炭素数を1〜3の範囲としたのは、炭素数が4以上であると加熱により保護剤が脱離或いは分解(分離・燃焼)し難く、上記裏面側反射電極層16内に有機残渣が多く残り、変質又は劣化して裏面側反射電極層16の導電性及び反射率が低下してしまうからである。
On the back side
金属ナノ粒子は一次粒径10〜50nmの範囲内の金属ナノ粒子を数平均で70%以上、好ましくは75%以上含有することが好適である。一次粒径10〜50nmの範囲内の金属ナノ粒子の含有量を、数平均で全ての金属ナノ粒子100%に対して、70質量%未満では、金属ナノ粒子の比表面積が増大して有機物の占める割合が大きくなる。このため、加熱により脱離或いは分解(分離・燃焼)し易い有機分子であっても、この有機分子の占める割合が多いため、裏面側反射電極層16内に有機残渣が多く残る。この残渣が変質又は劣化して裏面側反射電極層16の導電性及び反射率が低下したり、或いは金属ナノ粒子の粒度分布が広くなり裏面側反射電極層16の密度が低下するおそれがある。また、裏面側反射電極層16の導電性及び反射率が低下してしまうからである。更に一次粒径と金属ナノ粒子の経時安定性(経年安定性)との相関より、上記金属ナノ粒子の一次粒径を10〜50nmの範囲内とした。
The metal nanoparticles preferably contain 70% or more, preferably 75% or more of the number average of metal nanoparticles having a primary particle size of 10 to 50 nm. When the content of the metal nanoparticles within the range of the primary particle size of 10 to 50 nm is less than 70% by mass with respect to 100% of all the metal nanoparticles, the specific surface area of the metal nanoparticles is increased and The proportion occupied is increased. For this reason, even if it is an organic molecule that is easily desorbed or decomposed (separated / burned) by heating, a large proportion of the organic molecule occupies it, so that a large amount of organic residue remains in the back-side
この金属ナノ粒子を含む電極用組成物中に有機高分子、金属酸化物、金属水酸化物、有機金属化合物及びシリコーンオイルからなる群より選ばれた1種又は2種以上の添加物を更に含むことが好ましい。添加物として電極用組成物中に含まれる有機高分子、金属酸化物、金属水酸化物、有機金属化合物又はシリコーンオイルが用いられる。これにより、基材との化学的な結合又はアンカー効果の増大、或いは加熱して焼成する工程における金属ナノ粒子と基材との濡れ性の改善が図られ、導電性を損なうことなく、基材との密着性を向上させることができる。また、この電極用組成物を用いて裏面側反射電極層16を形成すると、金属ナノ粒子間の焼結による粒成長を調整することができる。この電極用組成物を用いた裏面側反射電極層16の形成では、成膜時に真空プロセスを必要としないため、プロセスの制約が小さく、また製造設備のランニングコストを大幅に低減することができる。
The electrode composition containing the metal nanoparticles further includes one or more additives selected from the group consisting of organic polymers, metal oxides, metal hydroxides, organometallic compounds, and silicone oils. It is preferable. As the additive, an organic polymer, metal oxide, metal hydroxide, organometallic compound, or silicone oil contained in the electrode composition is used. Thereby, the chemical bond with the base material or the anchor effect is increased, or the wettability between the metal nanoparticles and the base material is improved in the process of heating and firing, and the base material is not impaired. Adhesiveness can be improved. Moreover, when the back surface side
添加物の含有量は金属ナノ粒子を構成する銀ナノ粒子の質量の0.1〜20%、好ましくは0.2〜10%である。添加物の含有量が0.1%未満では平均直径の大きな気孔が出現したり、気孔の密度が高くなるおそれがある。添加物の含有量が20%を越えると形成した裏面側反射電極層16の導電性に悪影響を及ぼし、体積抵抗率が2×10-5Ω・cmを越える不具合を生じる。
The content of the additive is 0.1 to 20%, preferably 0.2 to 10% of the mass of the silver nanoparticles constituting the metal nanoparticles. If the content of the additive is less than 0.1%, pores having a large average diameter may appear or the pore density may be increased. When the content of the additive exceeds 20%, the conductivity of the back-side
添加物として使用する有機高分子としては、ポリビニルピロリドン(Polyvinylpyrrolidone;以下、PVPという。)、PVPの共重合体及び水溶性セルロースからなる群より選ばれた1種又は2種以上が使用される。具体的には、PVPの共重合体としては、PVP−メタクリレート共重合体、PVP−スチレン共重合体、PVP−酢酸ビニル共重合体等が挙げられる。また水溶性セルロースとしては、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロース等のセルロースエーテルが挙げられる。 As the organic polymer used as the additive, one or more selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone (hereinafter referred to as PVP), a PVP copolymer and water-soluble cellulose is used. Specifically, examples of the PVP copolymer include a PVP-methacrylate copolymer, a PVP-styrene copolymer, and a PVP-vinyl acetate copolymer. Examples of the water-soluble cellulose include cellulose ethers such as hydroxypropylmethylcellulose, methylcellulose, and hydroxyethylmethylcellulose.
添加物として使用する金属酸化物としては、アルミニウム、シリコン、チタン、ジルコニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銀、銅、亜鉛、モリブデン、錫、インジウム及びアンチモンからなる群より選ばれた少なくとも1種を含む酸化物或いは複合酸化物が好適である。複合酸化物とは具体的にはITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウム−酸化錫系複合酸化物)、ATO(Antimony Tin Oxide:酸化アンチモン−酸化錫系複合酸化物)、IZO(Indium Zic Oxide:酸化インジウム−酸化亜鉛系複合酸化物)、AZO(Aluminum Zinc Oxide:酸化アルミニウム−酸化亜鉛系複合酸化物)等である。 The metal oxide used as an additive is at least selected from the group consisting of aluminum, silicon, titanium, zirconium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, silver, copper, zinc, molybdenum, tin, indium and antimony An oxide or composite oxide containing one kind is preferable. Specifically, the composite oxide is ITO (Indium Tin Oxide), ATO (Antimony Tin Oxide), IZO (Indium Zic Oxide). Indium-zinc oxide composite oxide), AZO (Aluminum Zinc Oxide: aluminum oxide-zinc oxide composite oxide) and the like.
添加物として使用する金属水酸化物としては、アルミニウム、シリコン、チタン、ジルコニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銀、銅、亜鉛、モリブデン、錫、インジウム及びアンチモンからなる群より選ばれた少なくとも1種を含む水酸化物が好適である。 The metal hydroxide used as an additive was selected from the group consisting of aluminum, silicon, titanium, zirconium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, silver, copper, zinc, molybdenum, tin, indium and antimony. A hydroxide containing at least one kind is preferred.
添加物として使用する有機金属化合物としては、シリコン、チタン、ジルコニウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銀、銅、亜鉛、モリブデン及び錫からなる群より選ばれた少なくとも1種を含む金属石鹸、金属錯体或いは金属アルコキシドが好適である。例えば、金属石鹸は、酢酸クロム、ギ酸マンガン、クエン酸鉄、ギ酸コバルト、酢酸ニッケル、クエン酸銀、酢酸銅、クエン酸銅、酢酸錫、酢酸亜鉛、シュウ酸亜鉛、酢酸モリブデン等が挙げられる。また金属錯体はアセチルアセトン亜鉛錯体、アセチルアセトンクロム錯体、アセチルアセトンニッケル錯体等が挙げられる。また金属アルコキシドはチタニウムイソプロポキシド、メチルシリケート、イソアナトプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン等が挙げられる。 As an organometallic compound used as an additive, a metal soap containing at least one selected from the group consisting of silicon, titanium, zirconium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, silver, copper, zinc, molybdenum and tin Metal complexes or metal alkoxides are preferred. Examples of the metal soap include chromium acetate, manganese formate, iron citrate, cobalt formate, nickel acetate, silver citrate, copper acetate, copper citrate, tin acetate, zinc acetate, zinc oxalate, and molybdenum acetate. Examples of the metal complex include an acetylacetone zinc complex, an acetylacetone chromium complex, and an acetylacetone nickel complex. Examples of the metal alkoxide include titanium isopropoxide, methyl silicate, isoanatopropyltrimethoxysilane, aminopropyltrimethoxysilane and the like.
添加物として使用するシリコーンオイルとしては、ストレートシリコーンオイル並びに変性シリコーンオイルの双方を用いることができる。変性シリコーンオイルは更にポリシロキサンの側鎖の一部に有機基を導入したもの(側鎖型)、ポリシロキサンの両末端に有機基を導入したもの(両末端型)、ポリシロキサンの両末端のうちのどちらか一方に有機基を導入したもの(片末端型)並びにポリシロキサンの側鎖の一部と両末端に有機基を導入したもの(側鎖両末端型)を用いることができる。変性シリコーンオイルには反応性シリコーンオイルと非反応性シリコーンオイルとがあるが、その双方の種類ともに本発明の添加物として使用することができる。なお、反応性シリコーンオイルとは、アミノ変性、エポキシ変性、カルボキシ変性、カルビノール変性、メルカプト変性、並びに異種官能基変性(エポキシ基、アミノ基、ポリエーテル基)を示し、非反応性シリコーンオイルとは、ポリエーテル変性、メチルスチリル基変性、アルキル変性、高級脂肪酸エステル変性、フッ素変性、並びに親水特殊変性を示す。 As the silicone oil used as the additive, both straight silicone oil and modified silicone oil can be used. The modified silicone oil further has an organic group introduced into part of the side chain of the polysiloxane (side chain type), an organic group introduced into both ends of the polysiloxane (both end type), and both ends of the polysiloxane. Those having an organic group introduced into one of them (one end type) and those having an organic group introduced into a part of both side chains and both ends of the polysiloxane (both side chain end type) can be used. The modified silicone oil includes a reactive silicone oil and a non-reactive silicone oil. Both types can be used as the additive of the present invention. Reactive silicone oil means amino modification, epoxy modification, carboxy modification, carbinol modification, mercapto modification, and heterogeneous functional group modification (epoxy group, amino group, polyether group). Indicates polyether modification, methylstyryl group modification, alkyl modification, higher fatty acid ester modification, fluorine modification, and hydrophilic special modification.
一方、電極用組成物を構成する金属ナノ粒子のうち、銀ナノ粒子以外の金属ナノ粒子は、金、白金、パラジウム、ルテニウム、ニッケル、銅、錫、インジウム、亜鉛、鉄、クロム及びマンガンからなる群より選ばれた1種の粒子又は2種以上の混合組成又は合金組成からなる金属ナノ粒子を更に含有することが好ましい。この銀ナノ粒子以外の金属ナノ粒子は全ての金属ナノ粒子100質量%に対して0.02質量%以上かつ25質量%未満とすることが好ましく、0.03質量%〜20質量%とすることが更に好ましい。これは銀ナノ粒子以外の粒子の含有量が0.02質量%以上かつ25質量%未満の範囲内においては、耐候性試験(温度100℃かつ湿度50%の恒温恒湿槽に1000時間保持する試験)後の裏面電極層16の導電性及び反射率が耐候性試験前と比べて悪化しないからである。
On the other hand, among the metal nanoparticles constituting the electrode composition, the metal nanoparticles other than silver nanoparticles are composed of gold, platinum, palladium, ruthenium, nickel, copper, tin, indium, zinc, iron, chromium and manganese. It is preferable to further contain metal nanoparticles composed of one kind of particles selected from the group or two or more kinds of mixed compositions or alloy compositions. The metal nanoparticles other than silver nanoparticles are preferably 0.02% by mass or more and less than 25% by mass with respect to 100% by mass of all metal nanoparticles, and 0.03% by mass to 20% by mass. Is more preferable. When the content of particles other than silver nanoparticles is in the range of 0.02% by mass or more and less than 25% by mass, it is maintained in a constant temperature and humidity chamber having a temperature of 100 ° C. and a humidity of 50% for 1000 hours. This is because the conductivity and reflectance of the
また電極用組成物中の銀ナノ粒子を含む金属ナノ粒子の含有量は、金属ナノ粒子及び分散媒からなる電極用組成物100質量%に対して2.5〜95.0質量%含有することが好ましく、3.5〜90質量%含有することが更に好ましい。電極用組成物100質量%に対する含有割合が95.0質量%を越えると電極用組成物の湿式塗工時にインク或いはペーストとしての必要な流動性を失ってしまうからである。 Moreover, content of the metal nanoparticle containing the silver nanoparticle in an electrode composition should contain 2.5-95.0 mass% with respect to 100 mass% of electrode compositions which consist of a metal nanoparticle and a dispersion medium. Is preferable, and it is further more preferable to contain 3.5-90 mass%. This is because if the content ratio with respect to 100% by mass of the electrode composition exceeds 95.0% by mass, the required fluidity as an ink or paste is lost during wet coating of the electrode composition.
また裏面側反射電極層16を形成するための電極用組成物を構成する分散媒は、全ての分散媒100質量%に対して、1質量%以上、好ましくは2質量%以上の水と、2質量%以上、好ましくは3質量%以上の水と相溶する溶剤、例えば、アルコール類とを含有することが好適である。例えば、分散媒が水及びアルコール類のみからなる場合、水を2質量%含有するときはアルコール類を98質量%含有し、アルコール類を2質量%含有するときは水を98質量%含有する。更に分散媒、即ち金属ナノ粒子表面に化学修飾している保護分子は、水酸基(−OH)又はカルボニル基(−C=O)のいずれか一方又は双方を含有する。水の含有量を全ての分散媒100質量%に対して1質量%以上の範囲が好適であるとした。これは、水の含有量が2質量%未満では、電極用組成物を湿式塗工法により塗工して得られた膜を低温で焼結し難くなるためである。更に、焼成後の裏面側反射電極層16の導電性と反射率が低下してしまうからである。なお、水酸基(−OH)が銀ナノ粒子等の金属ナノ粒子を化学修飾する保護剤に含有されると、電極用組成物の分散安定性に優れ、塗膜の低温焼結にも効果的な作用がある。また、カルボニル基(−C=O)が銀ナノ粒子等の金属ナノ粒子を化学修飾する保護剤に含有されると、上記と同様に電極用組成物の分散安定性に優れ、塗膜の低温焼結にも効果的な作用がある。分散媒に用いる水と相溶する溶剤としては、アルコール類が好ましい。このうち、上記アルコール類としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、グリセロール、イソボニルヘキサノール及びエリトリトールからなる群より選ばれた1種又は2種以上を用いることが特に好ましい。
Moreover, the dispersion medium which comprises the composition for electrodes for forming the back surface side
裏面側反射電極層16を形成するための金属ナノ粒子を含む電極用組成物を製造する方法は以下の通りである。
(a) 銀ナノ粒子を化学修飾する保護剤の有機分子主鎖の炭素骨格の炭素数を3とする場合
先ず硝酸銀を脱イオン水等の水に溶解して金属塩水溶液を調製する。一方、クエン酸ナトリウムを脱イオン水等の水に溶解させて得られた濃度10〜40%のクエン酸ナトリウム水溶液に、窒素ガス等の不活性ガスの気流中で粒状又は粉状の硫酸第一鉄を直接加えて溶解させ、クエン酸イオンと第一鉄イオンを3:2のモル比で含有する還元剤水溶液を調製する。次に上記不活性ガス気流中で上記還元剤水溶液を撹拌しながら、この還元剤水溶液に上記金属塩水溶液を滴下して混合する。ここで、金属塩水溶液の添加量は還元剤水溶液の量の1/10以下になるように、各溶液の濃度を調整することで、室温の金属塩水溶液を滴下しても反応温度が30〜60℃に保持されるようにすることが好ましい。また上記両水溶液の混合比は、還元剤として加えられる第1鉄イオンの当量が、金属イオンの当量の3倍となるように調整する。即ち、(金属塩水溶液中の金属イオンのモル数)×(金属イオンの価数)=3×(還元剤水溶液中の第1鉄イオンのモル数)となるように調整する。金属塩水溶液の滴下が終了した後、混合液の撹拌を更に10〜300分間続けて金属コロイドからなる分散液を調製する。この分散液を室温で放置し、沈降した金属ナノ粒子の凝集物をデカンテーションや遠心分離法等により分離した後、この分離物に脱イオン水等の水を加えて分散体とし、限外ろ過により脱塩処理する。更に引き続いてアルコール類で置換洗浄して、金属(銀)の含有量を2.5〜50質量%にする。その後、遠心分離機を用いこの遠心分離機の遠心力を調整して粗粒子を分離することにより、銀ナノ粒子が一次粒径10〜50nmの範囲内の銀ナノ粒子を数平均で70%以上含有するように調製する。即ち、数平均で全ての銀ナノ粒子100%に対する一次粒径10〜50nmの範囲内の銀ナノ粒子の占める割合が70%以上になるように調整する。これにより銀ナノ粒子を化学修飾する保護剤の有機分子主鎖の炭素骨格の炭素数が3である分散体が得られる。
A method for producing an electrode composition containing metal nanoparticles for forming the back side
(a) When the carbon number of the carbon skeleton of the organic molecular main chain of the protective agent for chemically modifying the silver nanoparticles is set to 3 First, silver nitrate is dissolved in water such as deionized water to prepare an aqueous metal salt solution. On the other hand, the aqueous solution of sodium citrate having a concentration of 10 to 40% obtained by dissolving sodium citrate in deionized water or the like is mixed with granular or powdered sulfuric acid in a stream of inert gas such as nitrogen gas. Iron is directly added and dissolved to prepare an aqueous reducing agent solution containing citrate ions and ferrous ions in a molar ratio of 3: 2. Next, the aqueous metal salt solution is added dropwise to and mixed with the reducing agent aqueous solution while stirring the reducing agent aqueous solution in the inert gas stream. Here, by adjusting the concentration of each solution so that the addition amount of the metal salt aqueous solution is 1/10 or less of the amount of the reducing agent aqueous solution, the reaction temperature is 30 to 30 even when the metal salt aqueous solution at room temperature is dropped. It is preferable to keep the temperature at 60 ° C. The mixing ratio of the two aqueous solutions is adjusted so that the equivalent of ferrous ions added as a reducing agent is three times the equivalent of metal ions. That is, the number of moles of metal ions in the aqueous solution of metal salt × (valence of metal ions) = 3 × (number of moles of ferrous ions in the aqueous reducing agent solution) is adjusted. After the dropping of the aqueous metal salt solution is completed, the mixture is further stirred for 10 to 300 minutes to prepare a dispersion composed of metal colloid. This dispersion is allowed to stand at room temperature, and the aggregates of the precipitated metal nanoparticles are separated by decantation, centrifugation, etc., and then water such as deionized water is added to the separation to form a dispersion, followed by ultrafiltration. Demineralize by. Further, it is subsequently substituted and washed with alcohols so that the metal (silver) content is 2.5 to 50% by mass. Thereafter, by adjusting the centrifugal force of the centrifuge using a centrifuge to separate coarse particles, the silver nanoparticles having a primary particle size in the range of 10 to 50 nm are 70% or more in average number of silver nanoparticles. Prepare to contain. That is, the ratio of the silver nanoparticles in the range of the primary particle diameter of 10 to 50 nm with respect to 100% of all silver nanoparticles is adjusted so that the number average is 70% or more. Thereby, a dispersion in which the carbon skeleton of the carbon skeleton of the organic molecular main chain of the protective agent for chemically modifying the silver nanoparticles is 3 is obtained.
続いて、得られた分散体を分散体100質量%に対する最終的な金属含有量(銀含有量)が2.5〜95質量%の範囲内となるように調整する。また、分散媒をアルコール類含有水溶液とする場合には、溶媒の水及びアルコール類をそれぞれ1%以上及び2%以上にそれぞれ調整することが好ましい。また、電極用組成物中に添加物を更に含ませる場合には、分散体に有機高分子、金属酸化物、金属水酸化物、有機金属化合物及びシリコーンオイルからなる群より選ばれた1種又は2種以上の添加物を所望の割合で添加することにより行われる。添加物の含有量は、得られる電極用組成物100質量%に対して0.1〜20質量%の範囲内となるように調整する。これにより炭素骨格の炭素数が3である有機分子主鎖の保護剤で化学修飾された銀ナノ粒子が分散媒に分散した電極用組成物が得られる。
(b) 銀ナノ粒子を化学修飾する保護剤の有機分子主鎖の炭素骨格の炭素数を2とする場合
還元剤水溶液を調製するときに用いたクエン酸ナトリウムをりんご酸ナトリウムに替えること以外は上記(a)と同様にして分散体を調製する。これにより銀ナノ粒子を化学修飾する有機分子主鎖の炭素骨格の炭素数が2である分散体が得られる。
(c) 銀ナノ粒子を化学修飾する保護剤の有機分子主鎖の炭素骨格の炭素数を1とする場合
還元剤水溶液を調製するときに用いたクエン酸ナトリウムをグリコール酸ナトリウムに替えること以外は上記(a)と同様にして分散体を調製する。これにより銀ナノ粒子を化学修飾する有機分子主鎖の炭素骨格の炭素数が1である分散体が得られる。
(d) 銀ナノ粒子以外の金属ナノ粒子を化学修飾する保護剤の有機分子主鎖の炭素骨格の炭素数を3とする場合
銀ナノ粒子以外の金属ナノ粒子を構成する金属としては、金、白金、パラジウム、ルテニウム、ニッケル、銅、錫、インジウム、亜鉛、鉄、クロム及びマンガンが挙げられる。金属塩水溶液を調製するときに用いた硝酸銀を、塩化金酸、塩化白金酸、硝酸パラジウム、三塩化ルテニウム、塩化ニッケル、硝酸第一銅、二塩化錫、硝酸インジウム、塩化亜鉛、硫酸鉄、硫酸クロム又は硫酸マンガンに替えること以外は上記(a)と同様にして分散体を調製する。これにより銀ナノ粒子以外の金属ナノ粒子を化学修飾する保護剤の有機分子主鎖の炭素骨格の炭素数が3である分散体が得られる。
Subsequently, the obtained dispersion is adjusted so that the final metal content (silver content) with respect to 100% by mass of the dispersion is in the range of 2.5 to 95% by mass. When the dispersion medium is an alcohol-containing aqueous solution, it is preferable to adjust the solvent water and the alcohol to 1% or more and 2% or more, respectively. In addition, when an additive is further included in the electrode composition, the dispersion is one or more selected from the group consisting of organic polymers, metal oxides, metal hydroxides, organometallic compounds, and silicone oils. It is carried out by adding two or more additives in a desired ratio. Content of an additive is adjusted so that it may become in the range of 0.1-20 mass% with respect to 100 mass% of composition for electrodes obtained. As a result, an electrode composition in which silver nanoparticles chemically modified with a protective agent for an organic molecular main chain having 3 carbon skeletons is dispersed in a dispersion medium is obtained.
(b) When the carbon number of the carbon skeleton of the organic molecular main chain of the protective agent that chemically modifies the silver nanoparticles is 2, except that the sodium citrate used when preparing the reducing agent aqueous solution is replaced with sodium malate A dispersion is prepared in the same manner as in the above (a). As a result, a dispersion having 2 carbon atoms in the carbon skeleton of the organic molecular main chain that chemically modifies the silver nanoparticles can be obtained.
(c) When the carbon number of the carbon skeleton of the organic molecular main chain of the protective agent for chemically modifying the silver nanoparticles is 1, except that sodium citrate used when preparing the reducing agent aqueous solution is replaced with sodium glycolate A dispersion is prepared in the same manner as in the above (a). Thereby, a dispersion in which the carbon skeleton of the carbon skeleton of the organic molecular main chain for chemically modifying the silver nanoparticles is 1 is obtained.
(d) When the carbon number of the carbon skeleton of the organic molecular main chain of the protective agent for chemically modifying metal nanoparticles other than silver nanoparticles is 3, the metal constituting the metal nanoparticles other than silver nanoparticles is gold, Examples include platinum, palladium, ruthenium, nickel, copper, tin, indium, zinc, iron, chromium and manganese. The silver nitrate used to prepare the aqueous metal salt solution is chloroauric acid, chloroplatinic acid, palladium nitrate, ruthenium trichloride, nickel chloride, cuprous nitrate, tin dichloride, indium nitrate, zinc chloride, iron sulfate, sulfuric acid A dispersion is prepared in the same manner as in the above (a) except that it is replaced with chromium or manganese sulfate. Thereby, the dispersion whose carbon number of the carbon skeleton of the organic molecular principal chain of the protective agent which chemically modifies metal nanoparticles other than silver nanoparticles is 3 is obtained.
なお、銀ナノ粒子以外の金属ナノ粒子を化学修飾する保護剤の有機分子主鎖の炭素骨格の炭素数を1や2とする場合、金属塩水溶液を調製するときに用いた硝酸銀を、上記種類の金属塩に替えること以外は上記(b)や上記(c)と同様にして分散体を調製する。これにより、銀ナノ粒子以外の金属ナノ粒子を化学修飾する保護剤の有機分子主鎖の炭素骨格の炭素数が1や2である分散体が得られる。 In addition, when the carbon number of the carbon skeleton of the organic molecular main chain of the protective agent that chemically modifies the metal nanoparticles other than the silver nanoparticles is 1 or 2, the silver nitrate used when preparing the metal salt aqueous solution is the above kind. A dispersion is prepared in the same manner as in the above (b) and (c) except that the metal salt is replaced. Thereby, the dispersion whose carbon number of carbon skeleton of the organic molecular principal chain of the protective agent which chemically modifies metal nanoparticles other than silver nanoparticles is 1 or 2 is obtained.
金属ナノ粒子として、銀ナノ粒子とともに、銀ナノ粒子以外の金属ナノ粒子を含有させる場合には、例えば、上記(a)の方法で製造した銀ナノ粒子を含む分散体を第1分散体とし、上記(d)の方法で製造した銀ナノ粒子以外の金属ナノ粒子を含む分散体を第2分散体とすると、75質量%以上の第1分散体と25質量%未満の第2分散体とを第1及び第2分散体の合計含有量が100質量%となるように混合する。なお、第1分散体は、上記(a)の方法で製造した銀ナノ粒子を含む分散体に留まらず、上記(b)の方法で製造した銀ナノ粒子を含む分散体や上記(c)の方法で製造した銀ナノ粒子を含む分散体を使用しても良い。 When the metal nanoparticles include metal nanoparticles other than silver nanoparticles together with silver nanoparticles, for example, a dispersion containing silver nanoparticles produced by the method of (a) is used as the first dispersion, When the dispersion containing metal nanoparticles other than the silver nanoparticles produced by the method (d) is used as the second dispersion, 75% by mass or more of the first dispersion and less than 25% by mass of the second dispersion are obtained. Mixing is performed so that the total content of the first and second dispersions is 100% by mass. The first dispersion is not limited to the dispersion containing the silver nanoparticles produced by the method (a), but the dispersion containing the silver nanoparticles produced by the method (b) or the above (c). You may use the dispersion containing the silver nanoparticle manufactured by the method.
上記電極用組成物を用いて裏面側反射電極層16を形成するには、先ず上記電極用組成物を裏面側透明電極層14上に湿式塗工法によって塗布し、加熱して焼成後の厚さが0.05〜2.0μm、好ましくは0.1〜1.5μmの厚さとなるように電極用塗布層を形成する。次にこの電極用塗布層を大気中若しくは窒素やアルゴンなどの不活性ガス雰囲気中で130〜400℃、好ましくは150〜350℃の温度に、5分間〜1時間、好ましくは15〜40分間保持して焼成する。ここで、焼成後の裏面側反射電極層16の厚さを0.05〜2.0μmの範囲となるように限定した。これは、0.05μm未満では太陽電池に必要な電極の表面抵抗値が不十分となるからである。また電極用塗布層の加熱温度を130〜400℃の範囲とした。これは、130℃未満では金属ナノ粒子同士の焼結が不十分になるとともに保護剤の加熱により脱離或いは分解(分離・燃焼)し難いためである。即ち、焼成後の裏面側反射電極層16内に有機残渣が多く残り、この残渣が変質又は劣化して裏面側反射電極層16の導電性及び反射率が低下してしまうからである。また、400℃を越えると低温プロセスという生産上のメリットを生かせない。即ち、製造コストが増大し生産性が低下してしまい、特にアモルファスシリコン、微結晶シリコン、或いはこれらを用いたハイブリッド型シリコン太陽電池における光電変換の光波長域に影響を及ぼしてしまうからである。更に、電極用塗布層の加熱時間を5分間〜1時間の範囲とした。これは、5分間未満では金属ナノ粒子同士の焼結が不十分になるとともに保護剤の加熱により脱離或いは分解(分離・燃焼)し難いため、焼成後の裏面側反射電極層16内に有機残渣が多く残り、この残渣が変質又は劣化して裏面側反射電極層16の導電性及び反射率が低下してしまうからである。
In order to form the back-side
このように湿式塗工法により裏面側反射電極層16を形成すると、簡易な工程で短時間で済み、また成膜時に真空プロセスを必要としないため、プロセスの制約が小さく、製造設備のランニングコストを大幅に低減することができる。この方法により得られる裏面側反射電極層16は、層の光電変換層13側の接触面に出現する気孔の平均直径が100nm以下、気孔が位置する平均深さが100nm以下、気孔の数密度が30個/μm2以下とした。これにより、透過率が98%以上の透光性基材を用いた際に、波長500〜1200nmの範囲において、理論反射率の80%以上の高い拡散反射率を達成できる。この波長500〜1200nmの範囲は、多結晶シリコンを光電変換層とした場合の、変換可能な波長をほぼ網羅する。また上記裏面側反射電極層16は、電極用組成物中に含まれる金属ナノ粒子を構成する金属そのものが有する比抵抗に近い比抵抗が得られる。即ち、太陽電池モジュール用電極として使用可能なバルクと同程度の低い比抵抗を示す。また、本発明の裏面側反射電極層16は、スパッタ法などの真空プロセスで成膜した膜に比べ、膜の反射率や密着性、比抵抗などの長期安定性に優れる。その理由としては、大気中で成膜した本発明の裏面側反射電極層16は、真空中で成膜した膜に比べ、水分の浸入や酸化などによる影響を受け難いことが挙げられる。
When the back-side
裏面側反射電極層16上には、図示しない裏面電極補強膜を介して又は裏面電極補強膜を介することなくバリア膜を形成してもよい。
A barrier film may be formed on the back-side
以上、本発明の製造方法により、発電の際の電気抵抗を下げ、発電効率を向上させた太陽電池を製造することができる。 As described above, according to the manufacturing method of the present invention, it is possible to manufacture a solar cell in which electric resistance during power generation is reduced and power generation efficiency is improved.
次に本発明の実施例を比較例とともに詳しく説明する。 Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples.
<実施例1>
先ず、図2に示すように、透明基板11には縦横10cm角、厚さ4mmのガラス板を用意し、表面側電極層12としてSnO2を用いた。この際の表面側電極層12の膜厚は800nm、シート抵抗は10Ω/□、ヘイズ率は15〜20%とした。
<Example 1>
First, as shown in FIG. 2, a glass plate having 10 cm square and 4 mm thickness was prepared for the
次に、以下の表1及び表2に示すように、表面側電極層12の上から、プラズマCVD法を用いてアモルファスシリコン層を300nmの厚さで成膜し、続いて、アモルファスシリコン層の上に、プラズマCVD法を用いて微結晶シリコン層を1.7μmの厚さで成膜することで光電変換層13を形成した。
Next, as shown in Table 1 and Table 2 below, an amorphous silicon layer is formed with a thickness of 300 nm on the surface-
次に、図5に示すように、光電変換層13表面の中央部を横断するようにテープ17でマスキングした。
Next, as shown in FIG. 5, it masked with the
次に、次の表1及び表3に示すように、導電性微粒子として原子比でSn/(Sn+In)=0.1、粒子径0.03μmのITO粉末を1.0質量部、カップリング剤として上記式(3)に示される有機チタンカップリング剤を0.01質量部添加し、更に分散媒としてエタノールを加えることで全体を100質量部とした。この混合物をダイノーミル(横型ビーズミル)により、0.3mm径のジルコニアビーズを使用して、2時間稼働させて、混合物中の微粒子を分散させることにより、導電性微粒子分散液を得た。なお、上記導電性微粒子の平均粒子径の測定方法については、以下の通り個数平均より算出した。先ず、対象微粒子の電子顕微鏡写真を撮影した。撮影に使用する電子顕微鏡については、粒子径の大きさ、粉末の種類によって、適宜SEMやTEMを使い分けた。次に、得られた電子顕微鏡写真から、1000個程度の各粒子の直径を測定し、頻度分布のデータを得た。そして、累積頻度が50%(D50)の数値を平均粒子径とした。 Next, as shown in Table 1 and Table 3 below, as conductive fine particles, 1.0 part by mass of ITO powder having an atomic ratio of Sn / (Sn + In) = 0.1 and a particle diameter of 0.03 μm, a coupling agent As a result, 0.01 parts by mass of the organic titanium coupling agent represented by the above formula (3) was added, and ethanol was added as a dispersion medium to make 100 parts by mass as a whole. This mixture was operated for 2 hours with a dyno mill (horizontal bead mill) using zirconia beads having a diameter of 0.3 mm to disperse the fine particles in the mixture, thereby obtaining a conductive fine particle dispersion. In addition, about the measuring method of the average particle diameter of the said electroconductive fine particles, it computed from the number average as follows. First, an electron micrograph of the target fine particles was taken. Regarding the electron microscope used for photographing, SEM or TEM was appropriately used depending on the size of the particle diameter and the type of powder. Next, from the obtained electron micrograph, the diameter of about 1000 particles was measured to obtain frequency distribution data. A numerical value with an accumulated frequency of 50% (D50) was taken as the average particle size.
また、バインダとしてエチルシリケートを加水分解したシロキサンポリマを1.0質量部用意し、更に分散媒としてエタノールを加えることで全体を100質量部としバインダ分散液を得た。 Further, 1.0 part by mass of a siloxane polymer obtained by hydrolyzing ethyl silicate as a binder was prepared, and ethanol was added as a dispersion medium to make the whole 100 parts by mass to obtain a binder dispersion.
次に、図2に示すように、上記形成した光電変換層13上に、スピンコーティング法により導電性微粒子塗膜24aの膜厚が80nmとなるように上記調製した導電性微粒子分散液を塗工した後、温度50℃で5分間乾燥して導電性微粒子塗膜24aを形成した。
Next, as shown in FIG. 2, the conductive fine particle dispersion prepared above is applied onto the formed
続いて、主波長が365nmのメタルハライドランプ(ウシオ電機社製)を用い、
導電性微粒子塗膜24aの表面から3J/cm2の出力で紫外線照射を施した。紫外線のエネルギー測定はウシオ電機製の紫外線照度計を使用した。
Subsequently, a metal halide lamp (manufactured by USHIO INC.) Having a dominant wavelength of 365 nm is used.
The surface of the conductive
次に、紫外線を照射した導電性微粒子塗膜24a上に、スピンコーティング法により、図2に示すように導電性微粒子塗膜の全表面をバインダ分散液で完全に被覆するように、かつ焼成後の裏面側透明電極層14の膜厚が90nmとなるように、上記調製したバインダ分散液24bを含浸させ、温度50℃で5分間乾燥して透明導電塗膜24を形成した。なお、バインダ分散液中のバインダ成分の質量が、導電性微粒子塗膜中に含まれる微粒子の総質量に対し、微粒子/バインダ比が1/1となるようにバインダ分散液を塗布した。
Next, on the conductive fine
更に、透明導電塗膜24を200℃で30分焼き付けることにより、図1に示すように、裏面側透明電極層14を形成した。
Furthermore, as shown in FIG. 1, the back surface side
裏面側反射電極層16の形成後、光電変換層13表面にマスキングしたテープ17を剥がし、評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を得た。
After the formation of the back surface side
その後、この評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池について、図6に示すように、マスキングにより分断された裏面側反射電極層16,16にソースメーター21(ケースレー社製:2400型)を接続し、この状態で電圧をかけた際の電流値より抵抗を測定し、その抵抗値を接触抵抗とした。その結果を次の表1に示す。 Thereafter, as shown in FIG. 6, for the multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation, a source meter 21 (manufactured by Keithley: Model 2400) was connected to the back-side reflective electrode layers 16 and 16 separated by masking. Resistance was measured from the current value when voltage was applied in this state, and the resistance value was defined as contact resistance. The results are shown in Table 1 below.
<実施例2>
次の表1に示すように、紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプとして主波長が254nmの低圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)を用い、紫外線照射の出力を0.5J/cm2とし、裏面側透明電極層14の微粒子/バインダ比を4/3とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Example 2>
As shown in Table 1 below, a low-pressure mercury lamp (manufactured by Ushio Inc.) having a dominant wavelength of 254 nm is used as the ultraviolet irradiation lamp used for ultraviolet irradiation, the output of ultraviolet irradiation is 0.5 J / cm 2 , and the back surface A multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation was produced in the same manner as in Example 1 except that the fine particle / binder ratio of the side
<実施例3>
次の表1に示すように、紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプとして主波長が254nm,365nmの高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)を用い、紫外線照射の出力を10J/cm2とし、裏面側透明電極層14を形成する導電性微粒子として原子比でSn/(Sn+In)=0.05、粒子径が0.02μmのITO粉末を、バインダとしてエポキシ樹脂をそれぞれ用い、微粒子/バインダ比を2/1とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Example 3>
As shown in the following Table 1, a high-pressure mercury lamp (manufactured by Ushio Inc.) having principal wavelengths of 254 nm and 365 nm is used as an ultraviolet irradiation lamp used for ultraviolet irradiation, the output of ultraviolet irradiation is 10 J / cm 2 , and the back surface The conductive fine particles forming the side
<実施例4>
次の表1に示すように、光電変換層13の構成を厚さが2.0μmのアモルファスシリコン層のみとし、紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプとして主波長が126nmのエキシマランプ(ウシオ電機社製)を用い、紫外線照射の出力を5J/cm2とし、裏面側透明電極層14を形成する導電性微粒子として原子比でSn/(Sn+In)=0.02、粒子径が0.03μmのITO粉末を、バインダとしてアクリルウレタン樹脂をそれぞれ用いた以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Example 4>
As shown in the following Table 1, the
<実施例5>
次の表1に示すように、光電変換層13の構成を厚さが2.0μmの微結晶シリコン層のみとし、紫外線照射の出力を2J/cm2とし、裏面側透明電極層14を形成する導電性微粒子として原子比でAl/(Al+Zn)=0.1、粒子径が0.05μmのAZO粉末を用い、微粒子/バインダ比を1/3とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Example 5>
As shown in the following Table 1, the
<実施例6>
次の表1に示すように、光電変換層13の構成を厚さが2.0μmのアモルファスシリコン層のみとし、紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプとして主波長が254nmの低圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)を用い、紫外線照射の出力を8J/cm2とし、裏面側透明電極層14の微粒子/バインダ比を1/3とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Example 6>
As shown in the following Table 1, the
<実施例7>
次の表1に示すように、紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプとして主波長が254nm,365nmの高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)を用い、紫外線照射の出力を1J/cm2とし、裏面側透明電極層14を形成する導電性微粒子として原子比でSb/(Sb+Sn)=0.05、粒子径が0.03μmのATO粉末を用い、微粒子/バインダ比を4/1とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Example 7>
As shown in the following Table 1, a high-pressure mercury lamp (manufactured by Ushio Inc.) having dominant wavelengths of 254 nm and 365 nm is used as the ultraviolet irradiation lamp used for ultraviolet irradiation, the output of ultraviolet irradiation is 1 J / cm 2 , and the back surface Implementation was performed except that ATO powder having an atomic ratio of Sb / (Sb + Sn) = 0.05 and a particle diameter of 0.03 μm was used as the conductive fine particles forming the side
<実施例8>
次の表1に示すように、光電変換層13の構成を厚さが2.0μmの微結晶シリコン層のみとし、紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプとして主波長が126nmのエキシマランプ(ウシオ電機社製)を用い、紫外線照射の出力を6J/cm2とし、裏面側透明電極層14を形成する導電性微粒子として原子比でAl/(Al+Zn)=0.1、粒子径が0.08μmのAZO粉末を、バインダとしてエポキシ樹脂をそれぞれ用い、微粒子/バインダ比を1/3とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Example 8>
As shown in the following Table 1, the
<実施例9>
次の表1に示すように、紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプとして主波長が254nm,365nmの高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)を用い、紫外線照射の出力を9.5J/cm2とし、裏面側透明電極層14を形成する導電性微粒子として原子比でP/(P+Sn)=0.05、粒子径が0.03μmのPTO粉末を用い、微粒子/バインダ比を1/3とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Example 9>
As shown in Table 1 below, a high-pressure mercury lamp (manufactured by Ushio Inc.) having principal wavelengths of 254 nm and 365 nm is used as an ultraviolet irradiation lamp used for ultraviolet irradiation, and the output of ultraviolet irradiation is 9.5 J / cm 2. The PTO powder having an atomic ratio of P / (P + Sn) = 0.05 and a particle diameter of 0.03 μm was used as the conductive fine particles forming the back-side
<実施例10>
次の表1に示すように、裏面側透明電極層14を形成する導電性微粒子として原子比でSn/(Sn+In)=0.05、粒子径が0.03μmのITO粉末を用い、導電性微粒子塗膜の膜厚を90nmとし、図3に示すようにバインダ成分を含まない第2層14cが露出するように、かつ焼成後の第1層14aの膜厚が80nmとなるようにバインダ分散液を含浸し、微粒子/バインダ比を8/1とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Example 10>
As shown in the following Table 1, as the conductive fine particles forming the back side
<実施例11>
次の表1に示すように、紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプとして主波長が254nm,365nmの高圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)を用い、紫外線照射の出力を4J/cm2とし、裏面側透明電極層14を形成する導電性微粒子として原子比でSn/(Sn+In)=0.05、粒子径が0.03μmのITO粉末を用い、導電性微粒子塗膜の膜厚を90nmとし、図3に示すようにバインダ成分を含まない第2層14cが露出するように、かつ焼成後の第1層14aの膜厚が80nmとなるようにバインダ分散液を含浸し、微粒子/バインダ比を10/1とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Example 11>
As shown in the following Table 1, a high-pressure mercury lamp (manufactured by Ushio Inc.) having principal wavelengths of 254 nm and 365 nm is used as an ultraviolet irradiation lamp used for ultraviolet irradiation, the output of ultraviolet irradiation is 4 J / cm 2 , and the back surface As the conductive fine particles forming the side
<実施例12>
次の表1に示すように、紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプとして主波長が254nmの低圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)を用い、紫外線照射の出力を5J/cm2とし、裏面側透明電極層14を形成する導電性微粒子として原子比でSn/(Sn+In)=0.05、粒子径が0.03μmのITO粉末を用い、導電性微粒子塗膜の膜厚を90nmとし、図3に示すようにバインダ成分を含まない第2層14cが露出するように、かつ焼成後の第1層14aの膜厚が80nmとなるようにバインダ分散液を含浸し、微粒子/バインダ比を8/1とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Example 12>
As shown in Table 1 below, a low-pressure mercury lamp (manufactured by Ushio Inc.) having a dominant wavelength of 254 nm is used as the ultraviolet irradiation lamp used for ultraviolet irradiation, the output of ultraviolet irradiation is 5 J / cm 2 , and the back side is transparent. As the conductive fine particles forming the
<実施例13>
次の表1に示すように、紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプとして主波長が126nmのエキシマランプ(ウシオ電機社製)を用い、紫外線照射の出力を6J/cm2とし、裏面側透明電極層14を形成する導電性微粒子として原子比でSn/(Sn+In)=0.05、粒子径が0.03μmのITO粉末を用い、導電性微粒子塗膜の膜厚を90nmとし、図3に示すようにバインダ成分を含まない第2層14cが露出するように、かつ焼成後の第1層14aの膜厚が80nmとなるようにバインダ分散液を含浸し、微粒子/バインダ比を10/1とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Example 13>
As shown in Table 1 below, an excimer lamp (manufactured by Ushio Inc.) having a dominant wavelength of 126 nm is used as the ultraviolet irradiation lamp used for ultraviolet irradiation, the output of ultraviolet irradiation is 6 J / cm 2 , and the back side transparent electrode As the conductive fine particles forming the
<比較例1>
次の表1に示すように、導電性微粒子塗膜24aの表面に紫外線を照射しない以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
As shown in the following Table 1, a multijunction thin film silicon solar cell for evaluation was produced in the same manner as in Example 1 except that the surface of the conductive fine
<比較例2>
次の表1に示すように、紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプとして主波長が254nmの低圧水銀ランプ(ウシオ電機社製)を用い、紫外線照射の出力を0.4J/cm2とし、裏面側透明電極層14を形成する導電性微粒子として原子比でSb/(Sb+Sn)=0.05、粒子径が0.03μmのATO粉末を用い、微粒子/バインダ比を4/1とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
As shown in the following Table 1, a low-pressure mercury lamp (manufactured by Ushio Inc.) having a dominant wavelength of 254 nm is used as the ultraviolet irradiation lamp used for ultraviolet irradiation, the output of ultraviolet irradiation is 0.4 J / cm 2 , and the back surface Implementation was performed except that ATO powder having an atomic ratio of Sb / (Sb + Sn) = 0.05 and a particle diameter of 0.03 μm was used as the conductive fine particles forming the side
<比較例3>
次の表1に示すように、紫外線の照射に使用する紫外線照射ランプとして主波長が126nmのエキシマランプ(ウシオ電機社製)を用い、紫外線照射の出力を10.5J/cm2とし、裏面側透明電極層14を形成する導電性微粒子として原子比でAl/(Al+Zn)=0.1、粒子径が0.05μmのAZO粉末を用い、微粒子/バインダ比を1/3とした以外は実施例1と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Comparative Example 3>
As shown in Table 1 below, an excimer lamp (manufactured by Ushio Inc.) having a dominant wavelength of 126 nm is used as the ultraviolet irradiation lamp used for ultraviolet irradiation, the output of ultraviolet irradiation is 10.5 J / cm 2 , and the back side Example except that AZO powder having an atomic ratio of Al / (Al + Zn) = 0.1 and a particle diameter of 0.05 μm was used as the conductive fine particles forming the
<比較例4>
次の表1に示すように、導電性微粒子塗膜24aの表面に紫外線を照射しない以外は実施例10と同様にして評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を作製し、接触抵抗を測定した。その結果を表1に示す。
<Comparative example 4>
As shown in the following Table 1, a multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation was produced in the same manner as in Example 10 except that the surface of the conductive fine
一方、実施例1〜13では接触抵抗が16〜24Ω程度の低い抵抗値に抑制された結果が得られた。 On the other hand, in Examples 1-13, the result in which the contact resistance was suppressed to a low resistance value of about 16-24Ω was obtained.
この結果から、太陽電池の製造において、導電性微粒子塗膜上に特定出力で紫外線を照射した後に、バインダ成分を含浸させ、裏面側透明電極層を形成することで、発電の際の電気抵抗を下げ、発電効率を向上させた太陽電池を製造することができることが確認された。 From this result, in the manufacture of solar cells, after irradiating the conductive fine-particle coating film with ultraviolet rays with a specific output, impregnating the binder component and forming a backside transparent electrode layer, the electrical resistance during power generation is reduced. It was confirmed that a solar cell with reduced power generation efficiency could be manufactured.
10 太陽電池
11 透明基板
12 表面側電極層
13 光電変換層
14 裏面側透明電極層
16 裏面側反射電極層
24a 導電性微粒子の塗膜
24b バインダ分散液
24 透明導電塗膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
Claims (3)
前記裏面側透明電極層の形成が、前記光電変換層の表面に、導電性微粒子を含む分散液を湿式塗工法により塗布して導電性微粒子の塗膜を形成した後、前記形成した導電性微粒子の塗膜上に0.5〜10J/cm2の出力で紫外線を照射し、前記紫外線を照射した導電性微粒子の塗膜にバインダを含む分散液を湿式塗工法を用いて塗布することによりバインダ成分を含浸させ、透明導電塗膜を形成し、前記透明導電塗膜を焼成することにより行われることを特徴とする太陽電池の製造方法。 A photoelectric conversion layer made of one or both of amorphous silicon and microcrystalline silicon is formed on the surface-side electrode layer of the transparent substrate having the surface-side electrode layer formed on the surface, and the back surface is formed on the photoelectric conversion layer. In the method of manufacturing a solar cell for forming the side transparent electrode layer,
The backside transparent electrode layer is formed by coating the surface of the photoelectric conversion layer with a dispersion containing conductive fine particles by a wet coating method to form a coating film of conductive fine particles, and then forming the conductive fine particles. By irradiating ultraviolet rays with an output of 0.5 to 10 J / cm < 2 > onto the coating film, and applying a dispersion containing the binder to the coating film of the conductive fine particles irradiated with the ultraviolet rays using a wet coating method. A method for producing a solar cell, which is carried out by impregnating components, forming a transparent conductive coating film, and firing the transparent conductive coating film.
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