JP2011204972A - Method of manufacturing solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電層と裏面側透明電極層間の接触抵抗を低下させ、変換効率を向上させ得る薄膜型シリコン太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing a thin-film silicon solar cell that can reduce contact resistance between a power generation layer and a back-side transparent electrode layer and improve conversion efficiency.
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、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発電層を構成する。特に、発電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、上記材料による発電層の吸光係数が比較的小さいことから、発電層が数マイクロメートルオーダーの膜厚では、入射光の一部が発電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、吸収しきれず発電層を透過した光を反射膜によって反射させ、再び発電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。 For example, a thin film solar cell has been studied to increase power generation efficiency by adopting a structure in which a transparent electrode, amorphous silicon, polycrystalline silicon, and a back electrode are formed in this order (see, for example, Non-Patent Document 1). . In the structure shown in this non-patent document 1, amorphous silicon or polycrystalline silicon constitutes a power generation layer. In particular, when the solar cell is formed of a silicon-based material for the power generation layer, the absorption coefficient of the power generation layer by the above material is relatively small. The portion passes through the power generation layer, and the transmitted light does not contribute to power generation. Therefore, the power generation efficiency is improved by using the back electrode as a reflection film, or forming a reflection film on the back electrode, reflecting the light that has not been absorbed and transmitted through the power generation layer, and returning it to the power generation layer again. It is generally done.
従来、このような薄膜太陽電池を製造する際、各層の形成はスパッタ法等の真空成膜法によって形成されていた。しかし、一般に、大型の真空成膜装置の維持及び運転には多大なコストが必要であるため、できるだけこれを湿式成膜法に置き換えることで、より安価に製造する方法の開発が進められている(例えば、特許文献1参照。)。この特許文献1に示された方法では、基板側に位置する透明導電膜、即ち図1に示す表面電極12を湿式成膜法に置き換える方法が開示されている。
Conventionally, when such a thin film solar cell is manufactured, each layer is formed by a vacuum film forming method such as a sputtering method. However, in general, maintenance and operation of a large-scale vacuum film forming apparatus requires a great deal of cost, and therefore, development of a method for manufacturing at a lower cost is being promoted by replacing this with a wet film forming method as much as possible. (For example, refer to Patent Document 1). The method disclosed in Patent Document 1 discloses a method in which the transparent conductive film located on the substrate side, that is, the
ところで、薄膜太陽電池において、発電効率を向上させるためには、各電極を構成する層或いは膜自体が有する電気抵抗を低下させることや、発電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。本発明者らは、裏面側に位置する電極の形成を湿式成膜法に置き換える方法について検討していたところ、成膜条件や使用する材料の違い等によって、図1に示す裏面側電極層14表面の仕事関数と、この裏面側電極層14が形成される発電層13表面の仕事関数との間にが大きな差が生じており、これが変換効率向上の弊害となっていることが判明した。例えば、発電層13表面の仕事関数と裏面側電極層14表面の仕事関数との差が大きくなると、発電の際の発電層13と裏面側電極層14間の接触抵抗が上がり、これが発電の際の太陽電池における直列抵抗を上昇させ、結果的に変換効率向上を妨げる原因となっていた。
By the way, in the thin film solar cell, in order to improve the power generation efficiency, the electrical resistance of the layer constituting each electrode or the film itself is decreased, or the good contact property between the power generation layer and the electrodes or between the electrodes or Conductivity is required. The present inventors have studied a method of replacing the formation of the electrode located on the back side with a wet film forming method. Depending on the film forming conditions, the material used, and the like, the back
本発明の目的は、発電層と裏面側透明電極層間の接触抵抗を低下させ、発電の際の太陽電池における直列抵抗を低下させることにより、太陽電池の変換効率を向上させ得る太陽電池の製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a solar cell manufacturing method capable of improving the conversion efficiency of a solar cell by reducing the contact resistance between the power generation layer and the transparent electrode layer on the back side and reducing the series resistance in the solar cell during power generation. Is to provide.
本発明の第1の観点は、図1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、シリコン系の発電層13を形成し、この発電層13上に湿式塗工法により裏面側透明電極層14を形成する太陽電池の製造方法において、発電層13の形成後であって裏面側透明電極層14の形成前に、少なくとも発電層13の表面に処理液を接触させる処理液接触処理が施され、この処理液には、水、水溶液、有機溶媒、或いは水と有機溶媒との混合溶媒が使用され、上記水を使用するとき、10〜70℃の水で0.5〜1440分間接触処理し、上記水溶液を使用するとき、0〜60℃の水溶液で0.5〜280分間接触処理し、上記有機溶媒を使用するとき、10〜50℃の有機溶媒で0.5〜1440分間接触処理し、上記混合溶媒を使用するとき、25〜50℃の混合溶媒で5〜720分間接触処理することにより行われることを特徴とする。
As shown in FIG. 1, the first aspect of the present invention is to form a silicon-based
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、更に水溶液が水と、硝酸、塩酸、硫酸及びリン酸からなる群より選ばれた1種の化合物又は2種以上の化合物からなる混合物との組合せであることを特徴とする。 The second aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, wherein the aqueous solution is one kind compound selected from the group consisting of water, nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid and phosphoric acid, or two or more kinds. It is a combination with a mixture of compounds.
本発明の第3の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に有機溶媒が、アルコール類、ケトン類、炭化水素類、カルボン酸、スルホン酸、グリコール類及びグリコールエーテル類からなる群より選ばれた1種の化合物からなる単一溶媒、又は2種以上の化合物からなる混合溶媒であることを特徴とする。 The third aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, wherein the organic solvent further comprises alcohols, ketones, hydrocarbons, carboxylic acid, sulfonic acid, glycols and glycol ethers. It is characterized by being a single solvent composed of one compound selected from the above or a mixed solvent composed of two or more compounds.
本発明の第4の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に処理液接触処理後であって裏面側透明電極層を形成する前に乾燥が施され、乾燥が、減圧乾燥、自然乾燥、送風乾燥又は加熱乾燥により行われることを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, further drying is performed after the treatment liquid contact treatment and before forming the back side transparent electrode layer, and drying is performed under reduced pressure, It is characterized by being carried out by natural drying, air drying or heat drying.
本発明の第5の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更に裏面側透明電極層の形成後、この裏面側透明電極層上に反射電極層として、Ag又はAlのいずれか一方からなる金属膜を形成することを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, and further, after forming the back side transparent electrode layer, either one of Ag or Al is formed as a reflective electrode layer on the back side transparent electrode layer. A metal film made of is formed.
本発明の第6の観点は、第1の観点に基づく発明であって、更にシリコン系の発電層が、アモルファスシリコンと微結晶シリコンの組合せによる2層以上の多接合型であることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, wherein the silicon-based power generation layer is a multi-junction type of two or more layers by a combination of amorphous silicon and microcrystalline silicon. To do.
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、シリコン系の発電層を形成し、この発電層上に湿式塗工法により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、発電層の形成後であって裏面側透明電極層の形成前に、少なくとも発電層の表面に水、水溶液、有機溶媒、或いは水と有機溶媒との混合溶媒からなる処理液を特定条件で接触させる処理液接触処理を施す。この処理液接触処理により、発電層13表面に溶媒分子又は溶質分子を吸着させることで、発電層表面の仕事関数を向上させるため、発電層表面の仕事関数と裏面側透明電極層の仕事関数との差を小さくすることができる。これにより、発電の際の発電層と裏面側透明電極層間の接触抵抗を低下させ、発電の際の太陽電池における直列抵抗を低下させることにより、太陽電池の変換効率を向上させることができる。また、湿式塗工法により形成するため、真空蒸着法やスパッタ法等のような真空プロセスを必要とせず、より安価に製造することができる。
In the manufacturing method according to the first aspect of the present invention, a silicon-based power generation layer is formed on the surface-side electrode layer of the transparent substrate having the surface-side electrode layer formed on the surface, and a wet coating method is applied on the power generation layer. In the method of manufacturing a solar cell for forming a backside transparent electrode layer according to the above, after forming the power generation layer and before forming the backside transparent electrode layer, at least the surface of the power generation layer has water, an aqueous solution, an organic solvent, or water. A treatment liquid contact treatment is performed in which a treatment liquid composed of a mixed solvent with an organic solvent is brought into contact under specific conditions. In order to improve the work function of the surface of the power generation layer by adsorbing solvent molecules or solute molecules on the surface of the
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、シリコン系の発電層13を形成し、この発電層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, the solar cell manufacturing method of the present invention forms a silicon-based
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シリコン系の発電層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 front-
上記表面側電極層12上には、光により発電するシリコン系の発電層13が形成される。この発電層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、発電層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発電層と、微結晶シリコン半導体により形成された第2発電層とを有する。具体的には、第1発電層は、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発電層は、第1発電層側から順に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-
このように発電層13にi型a−Si(第1発電層)とi型μc−Si(第2発電層)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 power generation layer) and i-type μc-Si (second power generation layer) for the
なお、発電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発電層(アモルファスシリコン発電ユニット)と第2発電層(微結晶シリコン発電ユニット)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 power generation layer may take either a single-junction type consisting 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. obtain. 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 may be formed between the first power generation layer (amorphous silicon power generation unit) and the second power generation layer (microcrystalline silicon power generation unit). The intermediate layer is preferably made of a material used for the front-
発電層13上には、裏面側透明電極層14が湿式塗工法により形成される。しかし、湿式塗工法によって形成される裏面側透明電極層14の仕事関数は、物質の特性上、発電層13表面と比較して高い傾向にある。このため、裏面側透明電極層14表面の仕事関数と、発電層13表面の仕事関数との間に差が生じ、これらの差が大きくなると、発電層13と裏面側透明電極層14間の接触抵抗が上がり、発電の際の太陽電池における直列抵抗が上がるため、結果的に太陽電池の変換効率の向上が妨げられることになる。
On the
そこで本発明の製造方法では、シリコン系の発電層13の形成後であって裏面側透明電極層14の形成前に、少なくともシリコン系の発電層13の表面に処理液を接触させる処理液接触処理を施すことを特徴ある構成とする。この処理液には、水、水溶液、有機溶媒、或いは水と有機溶媒との混合溶媒が使用される。そして、上記水を使用するとき、10〜70℃の水で0.5〜1440分間接触処理し、上記水溶液を使用するとき、0〜60℃の水溶液で0.5〜280分間接触処理し、上記有機溶媒を使用するとき、10〜50℃の有機溶媒で0.5〜1440分間接触処理し、上記混合溶媒を使用するとき、25〜50℃の混合溶媒で5〜720分間接触処理することにより行われる。
Therefore, in the manufacturing method of the present invention, after the formation of the silicon-based
上記特定条件での処理液接触処理によって、発電層13表面に溶媒分子又は溶質分子を吸着させることで、発電層13表面の仕事関数を向上させるため、これにより、発電層13表面の仕事関数と裏面側透明電極層の仕事関数との差を小さくすることができる。
In order to improve the work function of the surface of the
なお、発電層13表面の仕事関数や裏面側電極層14表面の仕事関数は、ケルビンプローブなどを用いることにより測定できる。
The work function on the surface of the
各処理液の温度が下限値未満では発電層13表面の仕事関数を十分に上げることができず、また、上限値を越えると発電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。また、各処理液の接触時間が下限値未満では発電層13表面の仕事関数を十分に上げることができず、また、上限値を越えると発電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。
If the temperature of each treatment liquid is less than the lower limit, the work function of the surface of the
このうち、10〜25℃の低めの温度の水で接触処理するときは、接触時間を1〜1440分間とし、25〜70℃の高めの温度の水で接触処理するときは、接触時間を0.5〜120分間とすることが好ましい。また、0〜25℃の低めの温度の水溶液で接触処理するときは、接触時間を1〜280分間とし、25〜60℃の高めの温度の水溶液で接触処理するときは、接触時間を0.5〜60分間とすることが好ましい。また、10〜25℃の低めの温度の有機溶媒で接触処理するときは、接触時間を0.5〜1440分間とし、25〜50℃の高めの温度の有機溶媒で接触処理するときは、接触時間を0.5〜720分間とすることが好ましい。更に、25〜30℃の低めの温度の混合溶媒で接触処理するときは、接触時間を0.5〜720分間とし、30〜50℃の高めの温度の混合溶媒で接触処理するときは、接触時間を5〜120分間とすることが好ましい。 Among these, when the contact treatment is performed with water having a lower temperature of 10 to 25 ° C., the contact time is 1 to 1440 minutes, and when the contact treatment is performed with water having a higher temperature of 25 to 70 ° C., the contact time is 0. 5 to 120 minutes is preferable. When the contact treatment is performed with an aqueous solution having a lower temperature of 0 to 25 ° C., the contact time is 1 to 280 minutes, and when the contact treatment is performed with an aqueous solution having a higher temperature of 25 to 60 ° C., the contact time is set to 0. It is preferable to set it for 5 to 60 minutes. Further, when the contact treatment is performed with an organic solvent having a lower temperature of 10 to 25 ° C., the contact time is 0.5 to 1440 minutes, and when the contact treatment is performed with an organic solvent having a higher temperature of 25 to 50 ° C., the contact is performed. The time is preferably 0.5 to 720 minutes. Furthermore, when the contact treatment is performed with a mixed solvent having a lower temperature of 25 to 30 ° C., the contact time is 0.5 to 720 minutes, and when the contact treatment is performed with a mixed solvent having a higher temperature of 30 to 50 ° C., the contact is performed. The time is preferably 5 to 120 minutes.
水溶液としては、水と、硝酸、塩酸、硫酸及びリン酸からなる群より選ばれた1種の化合物又は2種以上の化合物からなる混合物との組合せが挙げられる。硝酸水溶液は1.0×10-4〜1.0×10-1質量%濃度が、塩酸水溶液は1.0×10-4〜1.0×10-1質量%濃度が、硫酸水溶液は1.0×10-4〜1.0×10-1質量%濃度が、リン酸水溶液は1.0×10-4〜1.0×10-1質量%濃度がそれぞれ好ましい。 Examples of the aqueous solution include a combination of water and one compound selected from the group consisting of nitric acid, hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid, or a mixture composed of two or more compounds. A nitric acid aqueous solution has a concentration of 1.0 × 10 −4 to 1.0 × 10 −1 mass%, a hydrochloric acid aqueous solution has a concentration of 1.0 × 10 −4 to 1.0 × 10 −1 mass%, and a sulfuric acid aqueous solution has a concentration of 1 .0 × 10 -4 ~1.0 × 10 -1 wt% concentration, aqueous phosphoric acid, respectively preferably 1.0 × 10 -4 ~1.0 × 10 -1 wt% concentration.
有機溶媒としては、アルコール類、ケトン類、炭化水素類、カルボン酸、スルホン酸、グリコール類及びグリコールエーテル類からなる群より選ばれた1種の化合物からなる単一溶媒、又は2種以上の化合物からなる混合溶媒が挙げられる。具体的には、アルコール類としては、メタノールやエタノール、1−ブタノール、2−ブタノール、1−プロパノール、2−プロパノールが、ケトン類としては、ジメチルホルムアミドやアセチルアセトン、アセトン、2−ブタノン、シクロヘキサノンが、炭化水素類としては、n−オクタンやシクロヘキサン、n−ヘキサンが、カルボン酸としては、ギ酸や酢酸が、スルホン酸としては、ベンゼンスルホン酸やメタンスルホン酸が、グリコール類としては、エチレングリコールやプロピレングリコールが、グリコールエーテル類としては、エチレングリコールモノイソプロピルエーテルやジエチレングリコールモノヘキシルエーテルがそれぞれ例示される。また、2種以上の化合物からなる混合溶媒としては、メタノールとエタノールの組合せやエタノールとアセチルアセトンの組合せが例示される。 As the organic solvent, a single solvent composed of one compound selected from the group consisting of alcohols, ketones, hydrocarbons, carboxylic acids, sulfonic acids, glycols and glycol ethers, or two or more compounds A mixed solvent consisting of Specifically, as alcohols, methanol, ethanol, 1-butanol, 2-butanol, 1-propanol, 2-propanol, and as ketones, dimethylformamide, acetylacetone, acetone, 2-butanone, cyclohexanone, Hydrocarbons include n-octane, cyclohexane, and n-hexane, carboxylic acids include formic acid and acetic acid, sulfonic acids include benzene sulfonic acid and methane sulfonic acid, and glycols include ethylene glycol and propylene. Examples of glycol ethers include ethylene glycol monoisopropyl ether and diethylene glycol monohexyl ether. Examples of the mixed solvent composed of two or more compounds include a combination of methanol and ethanol and a combination of ethanol and acetylacetone.
水と有機溶媒との混合溶媒としては、水とメタノールとエタノールの組合せや、水とアセトンの組合せが例示される。水と有機溶媒との混合割合は質量比で1〜1:1〜4が好ましい。 Examples of the mixed solvent of water and an organic solvent include a combination of water, methanol and ethanol, and a combination of water and acetone. The mixing ratio of water and the organic solvent is preferably 1 to 1: 1 to 4 by mass ratio.
上記処理液の接触方法としては、ディッピング法やスプレー法、スピン法などが特に好ましいが、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。また、ディッピング法に超音波処理を組合せても良い。 As the method for contacting the treatment liquid, a dipping method, a spray method, a spin method, and the like are particularly preferable. However, the method is not limited to this, and any method can be used. Further, ultrasonic treatment may be combined with the dipping method.
処理液接触処理後は、裏面側透明電極層を形成する前に乾燥が施される。乾燥方法としては、減圧乾燥、自然乾燥、送風乾燥又は加熱乾燥などが特に好ましい。これら乾燥方法の違いによって化学修飾の程度、即ち吸着物質の量が変化する。 After the treatment liquid contact treatment, drying is performed before the back side transparent electrode layer is formed. As the drying method, reduced pressure drying, natural drying, blow drying or heat drying is particularly preferable. The degree of chemical modification, that is, the amount of adsorbed material changes depending on the difference in the drying method.
次に、処理液接触処理が施された発電層13上には、裏面側透明電極層14が湿式塗工法により形成される。この裏面側透明電極層14は、発電層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。
Next, the back-side
湿式塗工法を用いた第1の方法としては、発電層13上に導電性微粒子とバインダ成分とを一緒に含有させて調製した透明導電膜用組成物を湿式塗工法を用いて塗布し、その後焼成することにより裏面側透明電極層14が形成される。
As a first method using the wet coating method, a composition for transparent conductive film prepared by containing conductive fine particles and a binder component together on the
また、湿式塗工法を用いた第2の方法としては、発電層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することにより、導電性微粒子の塗膜を形成した後、この導電性微粒子の塗膜上に導電性微粒子を含まないバインダ分散液を湿式塗工法を用いて含浸し、焼成することにより裏面側透明電極層14が形成される。
In addition, as a second method using the wet coating method, a conductive fine particle coating film is formed by applying a conductive fine particle dispersion containing no binder component on the
第1の方法における透明導電膜用組成物は、導電性微粒子を含み、この導電性微粒子が分散媒に分散した組成物である。透明導電膜用組成物に含まれ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。 The composition for transparent conductive film in the first method is a composition containing conductive fine particles, and the conductive fine particles are dispersed in a dispersion medium. As the conductive fine particles contained in the composition for transparent conductive film, oxidation of ITO (Indium Tin Oxide: indium oxide-tin oxide composite oxide) and ATO (Antimony Tin Oxide: antimony oxide-tin oxide composite oxide) Tin powder and zinc oxide powder containing one or more metals selected from the group consisting of Al, Co, Fe, In, Sn, Ga and Ti are preferred. Of these, ITO, ATO, AZO (Aluminum Zinc Oxide), IZO (Indium Zinc Oxide), TZO (Tin Zinc Oxide: Tin-containing zinc oxide composite oxide) Is particularly preferred.
また、透明導電膜用組成物に含まれる分散媒としては、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。 The dispersion medium contained in the transparent conductive film composition includes water, alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol, and butanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, and isophorone, toluene, xylene, and hexane. Hydrocarbons such as cyclohexane, amides such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, glycols such as ethylene glycol, glycol ethers such as ethyl cellosolve, etc. It is done.
また、透明導電膜用組成物に含まれる固形分中に占める導電性微粒子の含有割合は、50〜90質量%の範囲内であることが好ましい。導電性微粒子の含有割合を上記範囲内としたのは、下限値未満では導電性が低下するため好ましくなく、上限値を越えると密着性が低下するため好ましくないからである。このうち、70〜90質量%の範囲内であることが特に好ましい。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。 Moreover, it is preferable that the content rate of the electroconductive fine particle which occupies for the solid content contained in the composition for transparent conductive films exists in the range of 50-90 mass%. The reason why the content ratio of the conductive fine particles is within the above range is that the conductivity is lowered if the content is less than the lower limit value, and the adhesiveness is lowered if the upper limit value is exceeded. Among these, it is especially preferable that it exists in the range of 70-90 mass%. The average particle diameter of the conductive fine particles is preferably in the range of 10 to 100 nm in order to maintain stability in the dispersion medium, and particularly preferably in the range of 20 to 60 nm.
透明導電膜用組成物は、加熱により硬化するポリマー型バインダ又はノンポリマー型バインダのいずれか一方又は双方を含む組成物である。ポリマー型バインダとしては、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリエステル、アルキッド樹脂、ポリウレタン、アクリルウレタン、ポリスチレン、ポリアセタール、ポリアミド、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、セルロース及びシロキサンポリマ等が挙げられる。またポリマー型バインダには、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、モリブデン又は錫の金属石鹸、金属錯体或いは金属アルコキシドの加水分解体が含まれることが好ましい。この金属アルコキシドの加水分解体にはゾルゲルを含む。ノンポリマー型バインダとしては、金属石鹸、金属錯体、金属アルコキシド、ハロシラン類、2−アルコキシエタノール、β−ジケトン及びアルキルアセテート等が挙げられる。また金属石鹸、金属錯体又は金属アルコキシドに含まれる金属は、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、インジウム又はアンチモンである。これらポリマー型バインダ、ノンポリマー型バインダが、加熱により硬化することで、低温での低いヘイズ率及び体積抵抗率の裏面側透明電極層14の形成を可能とする。これらバインダの含有割合は、透明導電膜用組成物中の固形分に占める割合として5〜50質量%の範囲内が好ましく、10〜30質量%の範囲内が特に好ましい。
The composition for transparent conductive film is a composition containing one or both of a polymer binder and a non-polymer binder that are cured by heating. Examples of the polymer binder include acrylic resin, polycarbonate, polyester, alkyd resin, polyurethane, acrylic urethane, polystyrene, polyacetal, polyamide, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, cellulose, and siloxane polymer. Polymeric binders include aluminum, silicon, titanium, zirconium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, silver, copper, zinc, molybdenum or tin metal soaps, metal complexes or metal alkoxide hydrolysates. It is preferable. The hydrolyzate of the metal alkoxide includes sol-gel. Examples of the non-polymer type binder include metal soap, metal complex, metal alkoxide, halosilanes, 2-alkoxyethanol, β-diketone, and alkyl acetate. The metal contained in the metal soap, metal complex or metal alkoxide is aluminum, silicon, titanium, zirconium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, silver, copper, zinc, molybdenum, tin, indium or antimony. These polymer-type binder and non-polymer-type binder are cured by heating, thereby enabling formation of the back-side
透明導電膜用組成物は、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透明導電膜用組成物により形成される裏面側透明電極層14と、発電層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。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 composition for transparent conductive films according to the other components used. This is to improve the adhesion 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.
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.
第2の方法におけ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。なお、導電性微粒子分散液の調製に使用する導電性微粒子及び分散媒は、上記第1の方法における透明導電膜用組成物で使用した導電性微粒子及び分散媒と同種のものを使用することができる。 The conductive fine particle dispersion containing no binder component in the second method is a dispersion in which conductive fine particles are dispersed in a dispersion medium. The conductive fine particles and the dispersion medium used for the preparation of the conductive fine particle dispersion may be the same type as the conductive fine particles and the dispersion medium used in the transparent conductive film composition in the first method. it can.
導電性微粒子分散液は、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、発電層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。なお、導電性微粒子分散液の調製に使用するカップリング剤は、上記第1の方法における透明導電膜用組成物で使用したカップリング剤と同種のものを使用することができる。
It is preferable to add a coupling agent to the conductive fine particle dispersion according to other components to be used. This is to improve the bonding between the conductive fine particles and the binder and the adhesion between the backside
また、導電性微粒子を含まないバインダ分散液は、バインダ成分として、加熱により硬化するポリマー型バインダ又はノンポリマー型バインダのいずれか一方又は双方を含む。これらポリマー型バインダ、ノンポリマー型バインダが、加熱により硬化することで、低温での低いヘイズ率及び体積抵抗率の裏面側透明電極層14の形成を可能とする。バインダ分散液中のこれらバインダの含有割合は、0.01〜50質量%の範囲内が好ましく、0.5〜20質量%の範囲内が特に好ましい。なお、バインダ分散液の調製に使用するポリマー型バインダ及びノンポリマー型バインダは、上記第1の方法における透明導電膜用組成物で使用したポリマー型バインダ及びノンポリマー型バインダと同種のものを使用することができる。
Moreover, the binder dispersion liquid which does not contain electroconductive fine particles contains either one or both of the polymer type binder and the non-polymer type binder which harden | cure by heating as a binder component. These polymer-type binder and non-polymer-type binder are cured by heating, thereby enabling formation of the back-side
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.
上記導電性微粒子分散液及びバインダ分散液を用いて裏面側透明電極層14を形成する方法には、導電性微粒子とバインダ成分の双方を含む第1層を下層とし、主にバインダ成分からなる第2層を上層とする形成方法と、導電性微粒子とバインダ成分の双方を含む第1層を下層とし、バインダ成分を含まない第2層を上層とする方法がある。
In the method of forming the back side
前者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層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。この形成方法では、先ず、発電層13上に、上記導電性微粒子分散液を湿式塗工法により塗布し、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を形成する。
The back side transparent electrode layer formed by the former forming method is formed in a state in which the entire surface of the conductive oxide fine particle layer is covered with the binder layer, and thus has an advantage of little change with time. In this formation method, first, the conductive fine particle dispersion is applied onto the
次に、導電性微粒子の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塗布する。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。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、透明導電塗膜を形成する。 Next, it coat | covers so that the whole surface of the coating film of electroconductive fine particles may be coat | covered completely with a binder dispersion liquid. Moreover, the coating here is such that the mass of the binder component in the binder dispersion to be applied is 0.5 to 10 mass ratio with respect to the total mass of the fine particles contained in the coating film of the applied conductive oxide fine particles. It is preferable to apply so as to be (mass of binder component / mass of conductive oxide fine particles in binder dispersion to be applied). If it is less than the lower limit, sufficient adhesion is difficult to obtain, and if it exceeds the upper limit, the surface resistance tends to increase. When the conductive oxide fine particle dispersion and the binder dispersion are applied, the back-side transparent electrode layer after firing has a thickness of 0.01 to 0.5 μm, preferably 0.03 to 0.1 μm. Apply as follows. After impregnating the binder dispersion, the transparent conductive coating film is formed by drying at a temperature of 20 to 120 ° C., preferably 25 to 60 ° C. for 1 to 30 minutes, preferably 2 to 10 minutes.
最後に、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裏面側透明電極層14が形成される。
Finally, the substrate having the coating film is heated to 130 to 400 ° C., preferably 150 to 350 ° C. in the air or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, for 5 to 60 minutes, preferably 15 to 40 minutes. The back side
一方、後者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。この形成方法では、先ず、発電層13上に、上記導電性微粒子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する。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を形成する。
On the other hand, the back side transparent electrode layer formed by the latter forming method is effective in increasing the fill factor, which is one of the factors that determine the conversion efficiency. In this forming method, first, the conductive fine particle dispersion is applied onto the
次に、導電性微粒子の塗膜上に、上記バインダ分散液を湿式塗工法により含浸させる。このとき、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層が第1層の体積の1〜30%露出するように、バインダ分散液を導電性微粒子の塗膜の所定の深さまで完全に含浸させる。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、透明導電塗膜を形成する。
Next, the binder dispersion liquid is impregnated on the coating film of conductive fine particles by a wet coating method. At this time, the binder dispersion liquid is coated with conductive fine particles so that the second layer that does not contain the binder component of the back-side
最後に、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裏面側透明電極層14が形成される。
Finally, the substrate having the coating film is heated to 130 to 400 ° C., preferably 150 to 350 ° C. in the air or in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, for 5 to 60 minutes, preferably 15 to 40 minutes. The back 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、吸収しきれず発電層13を透過した光を反射させ、再度発電層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。このうち、銀、アルミニウムが特に好ましい。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、層の発電層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、多結晶シリコンを発電層とした場合の、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、発電層13表面の仕事関数を向上させるため、発電層13表面の仕事関数と裏面側透明電極層の仕事関数との差を小さくすることができる。これにより、発電の際の発電層と裏面側透明電極層間の接触抵抗を低下させ、発電の際の太陽電池における直列抵抗を低下させることにより、太陽電池の変換効率を向上させることができる。
As described above, since the work function of the surface of the
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1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. 1, a glass plate having 10 cm square and 4 mm thickness was prepared for the
次いで、以下の表1及び表3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シリコン系の発電層13を形成した。形成した発電層表面の仕事関数をケルビンプローブ(KP Technology社製;型式SKP020)を用いて測定した。
Next, as shown in Table 1 and Table 3 below, an amorphous silicon layer is formed with a thickness of 300 nm on the surface-
続いて、処理液として液温が25℃のイオン交換水を用意し、この処理液を液槽に貯留し、基板を液槽中の処理液に浸漬して、基板上の発電層13表面を処理液と0.5分間接触させるディッピング法による処理液接触処理を施した。処理液接触処理後の基板は、室温で放置して自然乾燥させた。乾燥した処理液接触処理後の発電層13表面の仕事関数を上記ケルビンプローブを用いて測定した。そして、処理液接触処理前に測定した発電層13表面の仕事関数と処理液接触処理後に測定した発電層13表面の仕事関数との差を求めた。
Subsequently, ion-exchanged water having a liquid temperature of 25 ° C. is prepared as a treatment liquid, the treatment liquid is stored in a liquid tank, the substrate is immersed in the treatment liquid in the liquid tank, and the surface of the
次に、裏面側透明電極層14の形成に用いる透明導電膜用組成物を以下のように調製した。以下の表1及び表4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、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0.2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。
Next, the composition for transparent conductive films used for formation of the back surface side
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。 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.
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、透明導電膜用組成物を得た。 This mixture was operated with a dyno mill (horizontal bead mill) for 2 hours using zirconia beads having a diameter of 0.3 mm to disperse fine particles in the mixture, thereby obtaining a transparent conductive film composition.
次に、処理液接触処理を施した発電層13上に、スピンコーティング法により焼成後の膜厚が80nmとなるように上記調製した透明導電膜用組成物を塗工し、塗膜を200℃で30分焼き付けることにより、裏面側透明電極層14を形成した。焼成後の膜厚は、断面をSEMにより撮影した写真により測定した。焼成して得られた裏面側透明電極層14における微粒子とバインダの割合は、微粒子/バインダ比が2/1であった。なお、焼付け時の温度については、10cm角のガラス板の角の4点の温度を測定し、平均値が設定温度の±5℃に入る条件とした。
Next, on the
更に、形成した裏面側透明電極層14上に、スピンコーティング法により焼成後の膜厚が200nmとなるように平均粒子径0.03μmのAgコロイドがエタノール溶媒に分散されたAgナノインクを塗工し、塗膜を200℃で30分焼き付けることにより、裏面側反射電極層16を形成することで、評価用多接合型薄膜シリコン太陽電池を得た。した。なお、使用したAgナノインクの組成は、Agコロイドが10質量部及びエタノールが90質量部である。
Further, an Ag nano ink in which an Ag colloid having an average particle size of 0.03 μm is dispersed in an ethanol solvent is applied onto the formed 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、太陽電池セルのライン加工後の基板にリード線を配索し、ソーラシミュレータとデジタルソースメータを用いて、AM1.5、100mW/cm2の光を照射した時のI−V(電流−電圧)曲線を得た。更に、得られたI−V(電流−電圧)曲線における電流値(I)を太陽電池セルの表面積で除することによりJ−V曲線(電流密度−電圧)を求め、開放電圧(電流値が0の時の電圧)近辺の傾きの逆数を直列抵抗とした。その結果を次の表1に示す。 Thereafter, for this multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation, lead wires were routed on the substrate after the line processing of the solar cells, and using a solar simulator and a digital source meter, AM 1.5, 100 mW / cm 2 An IV (current-voltage) curve was obtained when irradiated with light. Further, the current value (I) in the obtained IV (current-voltage) curve is divided by the surface area of the solar battery cell to obtain a JV curve (current density-voltage). The reciprocal of the slope in the vicinity of the voltage at 0) was taken as the series resistance. The results are shown in Table 1 below.
<実施例2>
処理液接触処理において、処理液との接触時間を1分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 2>
In the treatment liquid contact treatment, a multijunction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the contact time with the treatment liquid was changed to 1 minute.
<実施例3>
処理液接触処理において、処理液の温度を70℃、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 3>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multi-junction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the treatment liquid was changed to 70 ° C. and the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes.
<実施例4>
処理液接触処理において、処理液との接触時間を5分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 4>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multi-junction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the contact time with the treatment liquid was changed to 5 minutes.
<実施例5>
処理液接触処理において、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 5>
In the treatment liquid contact treatment, a multijunction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes.
<実施例6>
処理液接触処理において、処理液の温度を50℃、処理液との接触時間を720分間に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板を50℃に加熱する加熱乾燥に変更した以外は実施例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得た。
<Example 6>
In the treatment liquid contact treatment, the temperature of the treatment liquid is changed to 50 ° C., the contact time with the treatment liquid is changed to 720 minutes, and in the drying method, the substrate after the treatment liquid contact treatment is changed to heat drying to heat to 50 ° C. Obtained a multijunction thin film silicon solar cell for evaluation in the same manner as in Example 1.
<実施例7>
処理液接触処理において、処理液との接触時間を1440分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 7>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multi-junction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the contact time with the treatment liquid was changed to 1440 minutes.
<実施例8>
処理液接触処理において、接触方法としてディッピング法に超音波処理の組合せとし、処理液との接触時間を5分間に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板を1.0×10-5MPaの減圧雰囲気下で保持する減圧乾燥に変更した以外は実施例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得た。
<Example 8>
In the treatment liquid contact treatment, the dipping method is combined with ultrasonic treatment as the contact method, the contact time with the treatment liquid is changed to 5 minutes, and the substrate after the treatment liquid contact treatment is 1.0 × 10 − in the drying method. A multi-junction thin-film silicon solar cell for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the drying was performed under reduced pressure held in a reduced pressure atmosphere of 5 MPa.
<実施例9>
処理液接触処理において、接触方法として処理液を100ml/分の流量で噴霧するスプレー法とし、処理液の温度を10℃、処理液との接触時間を10分間に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板に室温の空気を送風する送風乾燥に変更した以外は実施例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得た。
<Example 9>
In the treatment liquid contact treatment, a spray method in which the treatment liquid is sprayed at a flow rate of 100 ml / min is used as a contact method, the temperature of the treatment liquid is changed to 10 ° C., and the contact time with the treatment liquid is changed to 10 minutes. A multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the substrate after the liquid contact treatment was changed to blow drying which blows air at room temperature.
<実施例10>
処理液接触処理において、処理液として0.01mol/L濃度硝酸水溶液を用い、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 10>
In the treatment liquid contact treatment, a multijunction thin film silicon solar cell for evaluation was used in the same manner as in Example 1 except that a 0.01 mol / L nitric acid aqueous solution was used as the treatment liquid and the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes. Got.
<実施例11>
処理液接触処理において、接触方法として処理液を100ml/分の流量で噴霧するスプレー法とし、処理液として0.01mol/L濃度硝酸水溶液を用い、処理液の温度を0℃、処理液との接触時間を280分間に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板を1.0×10-5MPaの減圧雰囲気下で保持する減圧乾燥に変更した以外は実施例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得た。
<Example 11>
In the treatment liquid contact treatment, a spray method in which the treatment liquid is sprayed at a flow rate of 100 ml / min as a contact method, a 0.01 mol / L nitric acid aqueous solution is used as the treatment liquid, the temperature of the treatment liquid is 0 ° C., and the treatment liquid The contact time was changed to 280 minutes, and the drying method was the same as in Example 1 except that the substrate after the treatment liquid contact treatment was changed to reduced-pressure drying that was held in a reduced-pressure atmosphere of 1.0 × 10 −5 MPa. A multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained.
<実施例12>
処理液接触処理において、接触方法として処理液を100ml/分の流量で噴霧するスプレー法とし、処理液として0.01mol/L濃度硝酸水溶液を用い、処理液の温度を50℃に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板を1.0×10-5MPaの減圧雰囲気下で保持する減圧乾燥に変更した以外は実施例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得た。
<Example 12>
In the treatment liquid contact treatment, a spray method in which the treatment liquid is sprayed at a flow rate of 100 ml / min as the contact method, a 0.01 mol / L nitric acid aqueous solution is used as the treatment liquid, the temperature of the treatment liquid is changed to 50 ° C., and drying is performed. In the method, an evaluation multi-junction thin-film silicon solar cell was prepared in the same manner as in Example 1 except that the substrate after the treatment liquid contact treatment was changed to reduced-pressure drying which was held in a reduced-pressure atmosphere of 1.0 × 10 −5 MPa. Obtained.
<実施例13>
処理液接触処理において、接触方法として処理液を100ml/分の流量で噴霧するスプレー法とし、処理液として0.01mol/L濃度塩酸水溶液を用い、処理液との接触時間を10分間に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板を50℃に加熱する加熱乾燥に変更した以外は実施例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得た。
<Example 13>
In the treatment liquid contact treatment, a spray method in which the treatment liquid is sprayed at a flow rate of 100 ml / min is used as the contact method, a 0.01 mol / L hydrochloric acid aqueous solution is used as the treatment liquid, and the contact time with the treatment liquid is changed to 10 minutes. In the drying method, a multijunction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the substrate after the treatment liquid contact treatment was changed to heat drying where the substrate was heated to 50 ° C.
<実施例14>
処理液接触処理において、処理液として0.01mol/L濃度硫酸水溶液を用い、処理液との接触時間を10分間に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板に室温の空気を吹き付けるエアナイフ法に変更した以外は実施例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得た。
<Example 14>
In the treatment liquid contact treatment, 0.01 mol / L sulfuric acid aqueous solution is used as the treatment liquid, the contact time with the treatment liquid is changed to 10 minutes, and air at room temperature is blown onto the substrate after the treatment liquid contact treatment in the drying method. A multijunction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the air knife method was used.
<実施例15>
処理液接触処理において、処理液として0.01mol/L濃度リン酸水溶液を用い、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 15>
In the treatment liquid contact treatment, a multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation was used in the same manner as in Example 1 except that a 0.01 mol / L phosphoric acid aqueous solution was used as the treatment liquid and the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes. A battery was obtained.
<実施例16>
処理液接触処理において、処理液としてエタノールを用い、処理液との接触時間を5分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 16>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multi-junction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that ethanol was used as the treatment liquid and the contact time with the treatment liquid was changed to 5 minutes.
<実施例17>
処理液接触処理において、処理液としてエタノールを用い、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 17>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multi-junction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that ethanol was used as the treatment liquid and the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes.
<実施例18>
処理液接触処理において、処理液としてエタノールを用い、処理液の温度を50℃、処理液との接触時間を720分間に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板を50℃に加熱する加熱乾燥に変更した以外は実施例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得た。
<Example 18>
In the treatment liquid contact treatment, ethanol is used as the treatment liquid, the temperature of the treatment liquid is changed to 50 ° C., the contact time with the treatment liquid is changed to 720 minutes, and the substrate after the treatment liquid contact treatment is heated to 50 ° C. in the drying method. A multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the drying was changed to heat drying.
<実施例19>
処理液接触処理において、処理液としてエタノールを用い、処理液の温度を10℃、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 19>
In the treatment liquid contact treatment, ethanol was used as the treatment liquid, the evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the treatment liquid was changed to 10 ° C. and the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes. A battery was obtained.
<実施例20>
処理液接触処理において、処理液としてエタノールを用い、処理液との接触時間を1440分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 20>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multi-junction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that ethanol was used as the treatment liquid and the contact time with the treatment liquid was changed to 1440 minutes.
<実施例21>
処理液接触処理において、接触方法として基板を300rpmで回転させながら処理液を100ml/分の流量で発電層表面に滴下し、回転によって生じる遠心力によって発電層表面を乾燥させるスピン法とし、処理液としてエタノールを用いることに変更した以外は実施例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得た。
<Example 21>
In the treatment liquid contact treatment, as a contact method, a spin method is used in which the treatment liquid is dropped onto the surface of the power generation layer at a flow rate of 100 ml / min while rotating the substrate at 300 rpm, and the power generation layer surface is dried by centrifugal force generated by the rotation. A multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that ethanol was used.
<実施例22>
処理液接触処理において、処理液としてメタノールを用い、処理液との接触時間を1分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 22>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multijunction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that methanol was used as the treatment liquid and the contact time with the treatment liquid was changed to 1 minute.
<実施例23>
処理液接触処理において、処理液としてメタノールを用い、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 23>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multijunction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that methanol was used as the treatment liquid and the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes.
<実施例24>
処理液接触処理において、処理液としてエタノールとメタノールが質量比で9:1の割合となるように混合した溶媒を用い、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 24>
In the treatment liquid contact treatment, a solvent mixed so that ethanol and methanol are in a mass ratio of 9: 1 was used as the treatment liquid, and the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes. Thus, a multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained.
<実施例25>
処理液接触処理において、接触方法として処理液を100ml/分の流量で噴霧するスプレー法とし、処理液としてエタノールとメタノールが質量比で9:1の割合となるように混合した溶媒を用い、処理液の温度を50℃、処理液との接触時間を10分間に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板に室温の空気を送風する送風乾燥に変更した以外は実施例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得た。
<Example 25>
In the treatment liquid contact treatment, a spray method in which the treatment liquid is sprayed at a flow rate of 100 ml / min is used as the contact method, and the treatment liquid is treated using a solvent in which ethanol and methanol are mixed at a mass ratio of 9: 1. The temperature of the liquid was changed to 50 ° C., the contact time with the treatment liquid was changed to 10 minutes, and the drying method was the same as in Example 1 except that the drying was performed by blowing air at room temperature to the substrate after the treatment liquid contact treatment. Thus, a multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained.
<実施例26>
処理液接触処理において、接触方法としてディッピング法に超音波処理の組合せとし、処理液としてエタノールとメタノールが質量比で9:1の割合となるように混合した溶媒を用い、処理液との接触時間を5分間に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板を1.0×10-5MPaの減圧雰囲気下で保持する減圧乾燥に変更した以外は実施例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得た。
<Example 26>
In the treatment liquid contact treatment, a dipping method is combined with ultrasonic treatment as the contact method, and a solvent in which ethanol and methanol are mixed at a mass ratio of 9: 1 is used as the treatment liquid, and the contact time with the treatment liquid is used. Was changed to 5 minutes, and in the drying method, evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the substrate after the treatment liquid contact treatment was changed to reduced-pressure drying in which the substrate was held in a reduced-pressure atmosphere of 1.0 × 10 −5 MPa. A multi-junction thin film silicon solar cell was obtained.
<実施例27>
処理液接触処理において、処理液として水とエタノールとメタノールが質量比で1:2.7:0.3の割合となるように混合した溶媒を用い、処理液との接触時間を720分間に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板を1.0×10-5MPaの減圧雰囲気下で保持する減圧乾燥に変更した以外は実施例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得た。
<Example 27>
In the treatment liquid contact treatment, a solvent in which water, ethanol, and methanol are mixed at a mass ratio of 1: 2.7: 0.3 is used as the treatment liquid, and the contact time with the treatment liquid is changed to 720 minutes. Then, in the drying method, the multi-junction thin film silicon for evaluation was evaluated in the same manner as in Example 1 except that the substrate after the treatment liquid contact treatment was changed to reduced-pressure drying which was held in a reduced-pressure atmosphere of 1.0 × 10 −5 MPa. A solar cell was obtained.
<実施例28>
処理液接触処理において、処理液としてエチレングリコールモノイソプロピルエーテルを用い、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 28>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multi-junction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that ethylene glycol monoisopropyl ether was used as the treatment liquid and the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes. .
<実施例29>
処理液接触処理において、処理液としてアセチルアセトンを用い、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 29>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multi-junction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that acetylacetone was used as the treatment liquid and the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes.
<実施例30>
処理液接触処理において、処理液としてジメチルホルムアミドを用い、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Example 30>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multi-junction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that dimethylformamide was used as the treatment liquid and the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes.
<実施例31>
処理液接触処理において、処理液として1−ブタノールを用い、処理液との接触時間を60分間に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板を1.0×10-5MPaの減圧雰囲気下で保持する減圧乾燥に変更した以外は実施例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得た。
<Example 31>
In the treatment liquid contact treatment, 1-butanol was used as the treatment liquid, the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes, and the substrate after the treatment liquid contact treatment was reduced to 1.0 × 10 −5 MPa in the drying method. A multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the drying under reduced pressure was changed to hold under an atmosphere.
<実施例32>
処理液接触処理において、処理液としてエチレングリコールを用い、処理液との接触時間を60分間に変更し、乾燥方法において、処理液接触処理後の基板を50℃に加熱する加熱乾燥に変更した以外は実施例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得た。
<Example 32>
In the treatment liquid contact treatment, ethylene glycol is used as the treatment liquid, the contact time with the treatment liquid is changed to 60 minutes, and in the drying method, the substrate after the treatment liquid contact treatment is changed to heat drying to heat to 50 ° C. Obtained a multijunction thin film silicon solar cell for evaluation in the same manner as in Example 1.
<実施例33>
処理液接触処理において、処理液としてエタノールとメタノールが質量比で9:1の割合となるように混合した溶媒を用い、処理液との接触時間を60分間に変更し、反射電極層の形成において、反射電極層の金属種をアルミニウム膜に変更した以外は実施例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得た。
<Example 33>
In the treatment liquid contact treatment, a solvent in which ethanol and methanol are mixed at a mass ratio of 9: 1 is used as the treatment liquid, the contact time with the treatment liquid is changed to 60 minutes, and the reflective electrode layer is formed. A multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that the metal species of the reflective electrode layer was changed to an aluminum film.
<比較例1>
処理液接触処理並びに乾燥処理を施さない以外は実施例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得た。
<Comparative Example 1>
An evaluation multi-junction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the treatment liquid contact treatment and the drying treatment were not performed.
<比較例2>
処理液接触処理において、処理液の温度を75℃、処理液との接触時間を300分間に変更した以外は実施例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得た。
<Comparative example 2>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multi-junction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the treatment liquid was changed to 75 ° C. and the contact time with the treatment liquid was changed to 300 minutes.
<比較例3>
処理液接触処理において、処理液の温度を85℃、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Comparative Example 3>
In the treatment liquid contact treatment, an evaluation multi-junction thin film silicon solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the temperature of the treatment liquid was changed to 85 ° C. and the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes.
<比較例4>
処理液接触処理において、処理液として0.01mol/L濃度硝酸水溶液を用い、処理液との接触時間を300分間に変更した以外は実施例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得た。
<Comparative example 4>
In the treatment liquid contact treatment, a multijunction thin film silicon solar cell for evaluation was used in the same manner as in Example 1 except that a 0.01 mol / L nitric acid aqueous solution was used as the treatment liquid and the contact time with the treatment liquid was changed to 300 minutes. Got.
<比較例5>
処理液接触処理において、処理液として0.01mol/L濃度硝酸水溶液を用い、処理液の温度を70℃、処理液との接触時間を60分間に変更した以外は実施例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得た。
<Comparative Example 5>
In the treatment liquid contact treatment, evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that a 0.01 mol / L aqueous nitric acid solution was used as the treatment liquid, the temperature of the treatment liquid was changed to 70 ° C., and the contact time with the treatment liquid was changed to 60 minutes. A multi-junction thin-film silicon solar cell was obtained.
<比較例6>
処理液接触処理において、処理液としてエタノールとメタノールが質量比で9:1の割合となるように混合した溶媒を用い、処理液との接触時間を14400分間に変更した以外は実施例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得た。
<Comparative Example 6>
In the treatment liquid contact treatment, a solvent mixed so that ethanol and methanol are in a mass ratio of 9: 1 is used as the treatment liquid, and the contact time with the treatment liquid is changed to 14400 minutes. Thus, a multi-junction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained.
<比較例7>
処理液接触処理において、処理液としてエタノールとメタノールが質量比で9:1の割合となるように混合した溶媒を用い、処理液の温度を70℃、処理液との接触時間を720分間に変更した以外は実施例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得た。
<Comparative Example 7>
In the treatment liquid contact treatment, a solvent in which ethanol and methanol are mixed at a mass ratio of 9: 1 is used as the treatment liquid, the temperature of the treatment liquid is changed to 70 ° C., and the contact time with the treatment liquid is changed to 720 minutes. A multijunction thin film silicon solar cell for evaluation was obtained in the same manner as in Example 1 except that.
<比較例8>
処理液接触処理において、処理液との接触時間を5分間に変更し、裏面側透明電極層の形成において、形成方法を真空成膜法に変更した以外は実施例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得た。
<Comparative Example 8>
In the treatment liquid contact treatment, the contact time with the treatment liquid was changed to 5 minutes, and in the formation of the back surface side transparent electrode layer, the formation method was changed to the vacuum film formation method, and the evaluation was performed in the same manner as in Example 1. A junction-type thin film silicon solar cell was obtained.
処理液に水を使用した実施例1〜9を比較すると、処理液の温度が高い条件であるほど或いは接触時間が長い条件であるほど直列抵抗を抑制した結果が得られていたが、接触時間が1440分と長い実施例7では直列抵抗値の抑制幅が小さくなる傾向が見られた。処理液に水溶液を使用した実施例10〜15では、塩酸水溶液、硫酸水溶液を用いた実施例13,14の結果が特に優れていた。処理液に有機溶媒を使用した実施例16〜26,28〜33を比較すると、処理液の温度が高い条件であるほど或いは接触時間が長い条件であるほど直列抵抗を抑制した結果が得られたが、接触時間が1440分と長い実施例20では直列抵抗値の抑制幅が小さくなる傾向が見られた。 When comparing Examples 1 to 9 using water as the treatment liquid, the result that the series resistance was suppressed as the temperature of the treatment liquid was higher or the contact time was longer was obtained. However, in Example 7, which had a long time of 1440 minutes, the suppression width of the series resistance value tended to be small. In Examples 10 to 15 where an aqueous solution was used as the treatment liquid, the results of Examples 13 and 14 using an aqueous hydrochloric acid solution and an aqueous sulfuric acid solution were particularly excellent. When Examples 16 to 26 and 28 to 33 using an organic solvent as the treatment liquid were compared, the result that the series resistance was suppressed as the temperature of the treatment liquid was higher or the contact time was longer was obtained. However, in Example 20, where the contact time was as long as 1440 minutes, the suppression width of the series resistance value tended to be small.
また、同じ処理条件で処理液の種類のみが異なる実施例17,23,31では、炭素数が高いアルコール類であるほど低い抵抗値となった。また、反射電極層の金属種のみが異なる実施例24,33では、AlよりもAgの方が低い抵抗値となった。 Moreover, in Examples 17, 23, and 31 in which only the type of the treatment liquid was different under the same treatment conditions, the lower the resistance value was, the higher the number of carbons was. Further, in Examples 24 and 33 in which only the metal type of the reflective electrode layer was different, the resistance value of Ag was lower than that of Al.
一方、処理液の温度が高い条件或いは接触時間が長い条件の比較例2〜7では、直列抵抗が高い結果となるか、或いは発電層が剥離してしまって測定不能となった。 On the other hand, in Comparative Examples 2 to 7 under conditions where the temperature of the treatment liquid was high or the contact time was long, the result was that the series resistance was high, or the power generation layer was peeled off, making measurement impossible.
この結果から、太陽電池の製造において、発電層表面に所定の条件で処理液を接触させた後に、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 production of solar cells, after the treatment liquid is brought into contact with the surface of the power generation layer under predetermined conditions, the back side transparent electrode layer is formed, thereby reducing the electrical resistance during power generation and improving the power generation efficiency. It was confirmed that the solar cell made can be manufactured.
11 透明基板
12 表面側電極層
13 発電層
14 裏面側透明電極層
16 裏面側反射電極層
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記発電層の形成後であって前記裏面側透明電極層の形成前に、少なくとも前記発電層の表面に処理液を接触させる処理液接触処理が施され、
前記処理液には、水、水溶液、有機溶媒、或いは前記水と前記有機溶媒との混合溶媒が使用され、
前記水を使用するとき、10〜70℃の水で0.5〜1440分間接触処理し、
前記水溶液を使用するとき、0〜60℃の水溶液で0.5〜280分間接触処理し、
前記有機溶媒を使用するとき、10〜50℃の有機溶媒で0.5〜1440分間接触処理し、
前記混合溶媒を使用するとき、25〜50℃の混合溶媒で5〜720分間接触処理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 solar cell in which a silicon-based power generation layer is formed on the surface-side electrode layer of a transparent substrate having a surface-side electrode layer formed on the surface, and a back-side transparent electrode layer is formed on the power generation layer by a wet coating method. In the manufacturing method,
After the formation of the power generation layer and before the formation of the back side transparent electrode layer, at least a treatment liquid contact treatment for bringing a treatment liquid into contact with the surface of the power generation layer is performed,
For the treatment liquid, water, an aqueous solution, an organic solvent, or a mixed solvent of the water and the organic solvent is used,
When using the water, it is contact-treated with water at 10 to 70 ° C. for 0.5 to 1440 minutes,
When using the aqueous solution, contact treatment with an aqueous solution at 0 to 60 ° C. for 0.5 to 280 minutes,
When using the organic solvent, contact treatment with an organic solvent at 10 to 50 ° C. for 0.5 to 1440 minutes,
When using the said mixed solvent, it is performed by carrying out contact processing for 5 to 720 minutes with a mixed solvent of 25-50 degreeC. The manufacturing method of the solar cell characterized by the above-mentioned.
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CN112582553A (en) * | 2020-11-16 | 2021-03-30 | 新余学院 | Advanced special equipment for large-area preparation of perovskite solar cell |
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