JP2011205086A - Photoelectric conversion element manufacturable by method suitable for mass production - Google Patents

Photoelectric conversion element manufacturable by method suitable for mass production Download PDF

Info

Publication number
JP2011205086A
JP2011205086A JP2011045087A JP2011045087A JP2011205086A JP 2011205086 A JP2011205086 A JP 2011205086A JP 2011045087 A JP2011045087 A JP 2011045087A JP 2011045087 A JP2011045087 A JP 2011045087A JP 2011205086 A JP2011205086 A JP 2011205086A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
photoelectric conversion
conversion element
layer
metal oxide
oxide semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011045087A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5641981B2 (en
Inventor
Hiroaki Matsuyoshi
弘明 松好
Shogo Ito
省吾 伊藤
Toshihiro Ryo
俊宏 漁
Hitoshi Nishino
仁 西野
Noriyuki Kitagawa
憲幸 北川
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyogo Prefectural Government
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Hyogo Prefectural Government
Osaka Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyogo Prefectural Government, Osaka Gas Co Ltd filed Critical Hyogo Prefectural Government
Priority to JP2011045087A priority Critical patent/JP5641981B2/en
Publication of JP2011205086A publication Critical patent/JP2011205086A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5641981B2 publication Critical patent/JP5641981B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541CuInSe2 material PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element that can attain photoelectric conversion efficiency with good reproducibility without depending on a vacuum process of high manufacturing cost and is suitable for CIS solar cells or the like.SOLUTION: The photoelectric conversion element includes at least a metal oxide semiconductor layer and a buffer layer made of InS, wherein the buffer layer is formed on the metal oxide semiconductor layer by the spray method and its thickness is 0.2 to 1.0 μm.

Description

本発明は、量産に適した方法で製造可能で、且つ、高い光電変換効率を得られる光発電素子に関する。   The present invention relates to a photovoltaic device that can be manufactured by a method suitable for mass production and can obtain high photoelectric conversion efficiency.

地球温暖化、有限な化石燃料の埋蔵量等の観点から、エネルギー資源が見直されるようになり、その一つとしてクリーンな発電技術である太陽光発電が注目を浴びている。太陽光エネルギーは無尽蔵で、化石燃料のような枯渇の心配がなく、また、COを増やす事もない。しかし、現在主流であるシリコン太陽電池には、製造コストが高く、現状の電気代のコストに対する減価償却が困難なため、未だ自由経済に則った商品開発がされていない。従ってより低コスト且つ高効率の太陽電池が求められており、シリコンの利用量を低減した薄膜シリコン太陽電池、Cu(In,Ga)Se、CuInS等のカルコゲナイド系薄膜太陽電池(CIS太陽電池)、色素増感太陽電池等の有機系太陽電池の開発が進められている。その中でも、シリコン太陽電池に替わる高いポテンシャルを秘めている太陽電池としてCu(In,Ga)Se、CuInS等のカルコゲナイド系薄膜太陽電池が、広く研究されている。しかし、現在のCIS太陽電池に使用される薄膜作製のほとんどは蒸着法、スパッタ法、ALD、CVD等の真空プロセスを用いるため、設備及び生産効率面で低コスト化は困難であり、大面積化には適用できない。 From the viewpoint of global warming, finite fossil fuel reserves, etc., energy resources have been reviewed, and as one of them, solar power generation, which is a clean power generation technology, has attracted attention. Solar energy is inexhaustible, there is no fear of exhaustion like fossil fuels, and there is no increase in CO 2 . However, silicon solar cells, which are currently mainstream, have high production costs and are difficult to depreciate against the current cost of electricity, so product development based on a free economy has not yet been made. Accordingly, there is a demand for a lower cost and higher efficiency solar cell, a thin film silicon solar cell with reduced silicon usage, a chalcogenide thin film solar cell (CIS solar cell) such as Cu (In, Ga) Se 2 , CuInS 2, etc. ), Organic solar cells such as dye-sensitized solar cells are being developed. Among them, chalcogenide-based thin film solar cells such as Cu (In, Ga) Se 2 and CuInS 2 have been widely studied as solar cells that have high potential to replace silicon solar cells. However, since most of the thin film fabrication used in current CIS solar cells uses vacuum processes such as vapor deposition, sputtering, ALD, and CVD, it is difficult to reduce costs in terms of equipment and production efficiency, resulting in a large area. Not applicable to

そこで真空プロセスに頼らずに、安価且つ大面積化可能な製膜方法として、電着法、スクリーン印刷法、スプレー熱分解法等が挙げられる。上記のような低コストプロセスで作製される太陽電池としてCdTe太陽電池がアメリカのFirst Solar社で生産されている。現在、First Solar社は世界でトップの太陽電池生産メーカーとなっている。なお、この太陽電池はモジュールで10%の変換効率であり、他の太陽電池モジュールの変換効率15%程度から比べると非常に低いものであるが、コストが100円/Wであり、他の太陽電池の5分の2程度である。つまり、消費者はコストが最大の関心であることが判明した。よって、生産・販売においてコスト面が非常に大きなファクターであることは明白である。   Thus, electrodeposition methods, screen printing methods, spray pyrolysis methods, and the like can be cited as film forming methods that are inexpensive and capable of increasing the area without relying on a vacuum process. CdTe solar cells are produced by First Solar in the United States as solar cells manufactured by the low-cost process as described above. Currently, First Solar is the world's top solar cell manufacturer. This solar cell has a module conversion efficiency of 10%, which is very low compared to the conversion efficiency of about 15% of other solar cell modules, but the cost is 100 yen / W, and other solar cells It is about 2/5 of the battery. In other words, consumers have found that cost is the biggest concern. Therefore, it is clear that the cost is a very big factor in production and sales.

以上のことから、太陽電池の生産でもっとも重要な点はコストであるが、スプレー熱分解法は、大面積エリアの製膜方法として知られており、CIS太陽電池作製に応用できれば、発電コストを大幅に減らせる魅力的な製膜方法である。スプレー熱分解法によるCIS太陽電池を商業生産させるためには、充分な光電変換効率と再現性が重要となる。   From the above, the most important point in the production of solar cells is the cost. However, the spray pyrolysis method is known as a film formation method for a large area, and if it can be applied to CIS solar cell production, the power generation cost is reduced. It is an attractive film forming method that can be greatly reduced. Sufficient photoelectric conversion efficiency and reproducibility are important for commercial production of CIS solar cells by spray pyrolysis.

しかし、非特許文献1には、スプレー熱分解法による変換効率は9%が報告されているものの、詳細な最適化及び再現性についての記述はされていない。   However, Non-Patent Document 1 reports 9% conversion efficiency by spray pyrolysis, but does not describe detailed optimization and reproducibility.

T. T. John、et al., Solar Energy Materials & Solar Cells 89 (2005) 27-36.T. T. John, et al., Solar Energy Materials & Solar Cells 89 (2005) 27-36.

本発明は、製造コストの高い真空プロセスに頼らずに、再現性よく高い光電変換効率が得られる、CIS太陽電池等に適した光電変換素子を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the photoelectric conversion element suitable for a CIS solar cell etc. from which high photoelectric conversion efficiency is obtained with high reproducibility without relying on the vacuum process with a high manufacturing cost.

上記目的に鑑み、鋭意検討した結果、金属酸化物半導体層上にスプレー法により、厚みが0.2〜1.0μmである、Inからなるバッファー層を形成することで、製造コストの高い真空プロセスに頼らずに、再現性よく高い光電変換効率が得られることを見出し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下の構成からなる。
項1.少なくとも、金属酸化物半導体層、及びインジウム及び硫黄を含む化合物からなるバッファー層を備え、
該バッファー層は、金属酸化物半導体層上にスプレー法により形成され、厚みが0.2〜1.0μmである、光電変換素子。
項2.前記インジウム及び硫黄を含む化合物が、Inである、項1に記載の光電変換素子。
項3.金属酸化物半導体層が、多孔質構造である、項1又は2に記載の光電変換素子。
項4.金属酸化物半導体層は、チタン酸化物、タングステン酸化物、亜鉛酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物及びチタン酸ストロンチウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項1〜3のいずれかに記載の光電変換素子。
項5.さらに、バッファー層上にスプレー法により形成されたカルコパイライト系半導体からなる光吸収層を備える、項1〜4のいずれかに記載の光電変換素子。
項6.さらに、金属酸化物半導体層上に透光性導電層を備える、項1〜5のいずれかに記載の光電変換素子。
項7.透光性導電層が、フッ素ドープ錫酸化物、インジウムドープ錫酸化物、ガリウムドープ錫酸化物、アルミニウムドープ錫酸化物及びニオブドープ錫酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の透明導電性酸化物からなる、項1〜6のいずれかに記載の光電変換素子。
項8.さらに、透光性導電層上に透光性基板を備え、光吸収層上に背面電極を備える、項1〜7のいずれかに記載の光電変換素子。
項9.透光性基板が、ガラス又はプラスチックからなる、項8に記載の光電変換素子。
項10.背面電極が、モリブデン、金、銀、アルミニウム、カーボン及び白金よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる、項8又は9に記載の光電変換素子。
項11.少なくとも、噴霧表面が150〜350℃に加熱された金属酸化物半導体層上に、InCl及びCS(NHを含む原料溶液を、空気中で噴霧してバッファー層を形成する工程
を備える、項1〜10のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法。
項12.少なくとも、噴霧表面が250〜310℃に加熱されたバッファー層上に、CuCl、InCl及びCS(NHを含む原料溶液を、空気中で噴霧して光吸収層を形成する工程
を備える、項5〜10のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法。
As a result of intensive investigations in view of the above object, by forming a buffer layer made of In 2 S 3 having a thickness of 0.2 to 1.0 μm on the metal oxide semiconductor layer by a spray method, the manufacturing cost can be reduced. The inventors have found that high photoelectric conversion efficiency can be obtained with high reproducibility without depending on a high vacuum process, and the present invention has been completed. That is, the present invention has the following configuration.
Item 1. At least a metal oxide semiconductor layer and a buffer layer made of a compound containing indium and sulfur,
The buffer layer is a photoelectric conversion element formed on a metal oxide semiconductor layer by a spray method and having a thickness of 0.2 to 1.0 μm.
Item 2. Item 2. The photoelectric conversion element according to Item 1, wherein the compound containing indium and sulfur is In 2 S 3 .
Item 3. Item 3. The photoelectric conversion element according to Item 1 or 2, wherein the metal oxide semiconductor layer has a porous structure.
Item 4. The metal oxide semiconductor layer is at least one selected from the group consisting of titanium oxide, tungsten oxide, zinc oxide, niobium oxide, tantalum oxide, and strontium titanate, The photoelectric conversion element as described.
Item 5. Item 5. The photoelectric conversion element according to any one of Items 1 to 4, further comprising a light absorption layer made of a chalcopyrite semiconductor formed on the buffer layer by a spray method.
Item 6. Furthermore, the photoelectric conversion element in any one of claim | item 1 -5 provided with a translucent conductive layer on a metal oxide semiconductor layer.
Item 7. The translucent conductive layer is at least one transparent conductive oxide selected from the group consisting of fluorine-doped tin oxide, indium-doped tin oxide, gallium-doped tin oxide, aluminum-doped tin oxide and niobium-doped tin oxide Item 7. The photoelectric conversion element according to any one of Items 1 to 6.
Item 8. Item 8. The photoelectric conversion element according to any one of Items 1 to 7, further comprising a translucent substrate on the translucent conductive layer and a back electrode on the light absorption layer.
Item 9. Item 9. The photoelectric conversion element according to Item 8, wherein the translucent substrate is made of glass or plastic.
Item 10. Item 10. The photoelectric conversion element according to Item 8 or 9, wherein the back electrode is made of at least one selected from the group consisting of molybdenum, gold, silver, aluminum, carbon, and platinum.
Item 11. At least a step of forming a buffer layer by spraying a raw material solution containing InCl 3 and CS (NH 2 ) 2 in air on a metal oxide semiconductor layer having a spray surface heated to 150 to 350 ° C. The manufacturing method of the photoelectric conversion element in any one of claim | item 1 -10.
Item 12. A step of forming a light absorption layer by spraying a raw material solution containing CuCl 2 , InCl 3 and CS (NH 2 ) 2 in air on at least a buffer layer whose spray surface is heated to 250 to 310 ° C. The manufacturing method of the photoelectric conversion element in any one of claim | item 5-10 provided.

本発明によれば、製造コストの高い真空プロセスに頼らずに、再現性よく高い光電変換効率が得られる、CIS太陽電池等に適した光電変換素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion element suitable for a CIS solar cell etc. from which high photoelectric conversion efficiency is obtained with high reproducibility without relying on a vacuum process with a high manufacturing cost can be provided.

金属酸化物半導体層が平滑構造を有する場合の本発明の光電変換素子の一態様を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the one aspect | mode of the photoelectric conversion element of this invention in case a metal oxide semiconductor layer has a smooth structure. 金属酸化物半導体層が多孔質構造を有する場合の本発明の光電変換素子の一態様を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows the one aspect | mode of the photoelectric conversion element of this invention in case a metal oxide semiconductor layer has a porous structure. 実施例1及び比較例1の開放電圧と短絡電流密度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the open circuit voltage of Example 1 and Comparative Example 1, and a short circuit current density.

1.光電変換素子
本発明の光電変換素子は、少なくとも、金属酸化物半導体層、及びInからなるバッファー層を備えるものであり、該バッファー層は、金属酸化物半導体層上にスプレー法により形成され、厚みが0.2〜1.0μmである。これにより、再現性よく高い光電変換効率を実現できる。
1. Photoelectric Conversion Element The photoelectric conversion element of the present invention includes at least a metal oxide semiconductor layer and a buffer layer made of In 2 S 3 , and the buffer layer is formed on the metal oxide semiconductor layer by a spray method. And the thickness is 0.2 to 1.0 μm. Thereby, high photoelectric conversion efficiency with high reproducibility can be realized.

<金属酸化物半導体層>
本発明では、金属酸化物半導体層は、平滑構造であってもよいし、多孔質構造であってもよい。多孔質構造とは、特に制限されるわけではないが、粒状体、線状体(線状体:針状、チューブ状、柱状等)等の金属酸化物半導体が集合してなるものであればよい。金属酸化物半導体層を多孔質構造とすれば、ナノスケールであるため、スプレー法により形成する後述の光吸収層の活性表面積を著しく増加させ、光電変換効率を向上させるとともに、電子収集に優れる金属酸化物半導体層とすることができる。
<Metal oxide semiconductor layer>
In the present invention, the metal oxide semiconductor layer may have a smooth structure or a porous structure. The porous structure is not particularly limited as long as it is a collection of metal oxide semiconductors such as granular bodies, linear bodies (linear bodies: needles, tubes, columns, etc.). Good. If the metal oxide semiconductor layer has a porous structure, it is nanoscale, so the active surface area of the light absorption layer described later formed by the spray method is remarkably increased, the photoelectric conversion efficiency is improved, and the metal is excellent in electron collection. An oxide semiconductor layer can be formed.

また、金属酸化物半導体層に使用される金属酸化物半導体としては、バンドギャップが2〜5eV程度のn型半導体であれば特に制限はない。例えば、チタン(Ti)、亜鉛(Zn)、スズ(Sn)、ニオブ(Nb)、インジウム(In)、イットリウム(Y)、ランタン(La)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)、ハフニウム(Hf)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)、バナジウム(V)、タングステン(W)等の金属元素よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む金属酸化物が好ましい。また、窒素(N)、炭素(C)、弗素(F)、硫黄(S)、塩素(Cl)、リン(P)等の非金属元素よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有していてもよい。具体的には、チタン酸化物、タングステン酸化物、亜鉛酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物、チタン酸ストロンチウム等がより好ましく、チタン酸化物がさらに好ましい。特に、電子エネルギー準位においてその伝導帯がバッファー層に使用されるInの伝導帯よりも低いn型半導体が好ましい。なお、金属酸化物半導体として、ペロブスカイト型の酸化物半導体を使用する場合には、ドナーがドープされていてもよい。これらの金属酸化物半導体からなる金属酸化物半導体層を形成することで、該金属酸化物半導体層が、後述する光吸収層に光を導入するための窓層となり、且つ、後述するバッファー層からの電子を収集する役割を担うn型半導体層とすることができる。なお、これらの金属酸化物半導体は、単独で用いてもよいし、2種以上を組合せて用いてもよい。 The metal oxide semiconductor used for the metal oxide semiconductor layer is not particularly limited as long as it is an n-type semiconductor having a band gap of about 2 to 5 eV. For example, titanium (Ti), zinc (Zn), tin (Sn), niobium (Nb), indium (In), yttrium (Y), lanthanum (La), zirconium (Zr), tantalum (Ta), hafnium (Hf) ), Strontium (Sr), barium (Ba), vanadium (V), a metal oxide containing at least one selected from the group consisting of metal elements such as tungsten (W) is preferable. Further, it contains at least one selected from the group consisting of non-metallic elements such as nitrogen (N), carbon (C), fluorine (F), sulfur (S), chlorine (Cl), phosphorus (P) and the like. Also good. Specifically, titanium oxide, tungsten oxide, zinc oxide, niobium oxide, tantalum oxide, strontium titanate, and the like are more preferable, and titanium oxide is more preferable. In particular, an n-type semiconductor whose conduction band is lower than the conduction band of In 2 S 3 used for the buffer layer in the electron energy level is preferable. Note that in the case where a perovskite oxide semiconductor is used as the metal oxide semiconductor, a donor may be doped. By forming a metal oxide semiconductor layer made of these metal oxide semiconductors, the metal oxide semiconductor layer becomes a window layer for introducing light into a light absorption layer described later, and from a buffer layer described later. It can be set as the n-type semiconductor layer which plays the role which collects these electrons. In addition, these metal oxide semiconductors may be used independently and may be used in combination of 2 or more type.

金属酸化物半導体層に使用される金属酸化物半導体として、チタン酸化物を採用する場合には、結晶構造はアナターゼ型のものを用いることが好ましい。   When titanium oxide is employed as the metal oxide semiconductor used for the metal oxide semiconductor layer, it is preferable to use an anatase type crystal structure.

金属酸化物半導体層の厚みは、10〜2000nm程度が好ましく、20〜300nm程度がより好ましい。金属酸化物半導体層の厚みをこの程度とすることにより、より確実にリーク電流を抑制し、且つ、後述するバッファー層からの電子を収集することができる。   The thickness of the metal oxide semiconductor layer is preferably about 10 to 2000 nm, and more preferably about 20 to 300 nm. By setting the thickness of the metal oxide semiconductor layer to this level, it is possible to more reliably suppress leakage current and collect electrons from a buffer layer described later.

<バッファー層>
本発明では、バッファー層は、インジウム及び硫黄を含む化合物からなるものである。このようなインジウム及び硫黄を含む化合物としては、具体的には、例えば、InS、In等が挙げられるが、光電変換効率の点からInが好ましい。また、光吸収層を構成している元素、光吸収層にドーピングを行う元素等がバッファー層に拡散していてもよい。
<Buffer layer>
In the present invention, the buffer layer is made of a compound containing indium and sulfur. Specific examples of such a compound containing indium and sulfur include InS and In 2 S 3. In 2 S 3 is preferable from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency. Further, elements constituting the light absorption layer, elements for doping the light absorption layer, and the like may be diffused in the buffer layer.

バッファー層の材質としては、CdS等も挙げられるが、安全性の懸念に加え、光吸収では青色領域のスペクトル応答に減少がみられるため、本発明では、インジウム及び硫黄を含む化合物を使用する。   Examples of the material for the buffer layer include CdS. In addition to safety concerns, a decrease in the spectral response in the blue region is observed in light absorption. Therefore, in the present invention, a compound containing indium and sulfur is used.

また、本発明のバッファー層は、上述の金属酸化物半導体層上に、スプレー法により形成される。これにより、真空プロセスを使わないため、製造コストを低減することができる。   The buffer layer of the present invention is formed on the above-described metal oxide semiconductor layer by a spray method. Thereby, since a vacuum process is not used, manufacturing cost can be reduced.

本発明では、バッファー層の厚みは、0.2〜1.0μm、好ましくは0.4〜0.8μm程度である。バッファー層の厚みが薄すぎると、再現性の高い光電変換効率を得られる光電変換素子を得ることが困難となり、厚すぎると光吸収層までの透過光が減少し、変換効率が低下する。   In the present invention, the buffer layer has a thickness of about 0.2 to 1.0 μm, preferably about 0.4 to 0.8 μm. If the thickness of the buffer layer is too thin, it is difficult to obtain a photoelectric conversion element capable of obtaining highly reproducible photoelectric conversion efficiency. If the buffer layer is too thick, the transmitted light to the light absorption layer is reduced and the conversion efficiency is lowered.

なお、金属酸化物半導体層として、多孔質の金属酸化物半導体層を採用する場合には、金属酸化物半導体層の上に、0.2〜1.0μmの厚みのバッファー層を形成する態様に限られず、例えば、粒状体、線状体(線状体:針状、チューブ状、柱状等)等の金属酸化物半導体の表面に0.2〜1.0μmの厚みのInを形成し、それが集合してなるものを、金属酸化物半導体層及びバッファー層としてもよい。 In the case where a porous metal oxide semiconductor layer is employed as the metal oxide semiconductor layer, a buffer layer having a thickness of 0.2 to 1.0 μm is formed on the metal oxide semiconductor layer. For example, In 2 S 3 having a thickness of 0.2 to 1.0 μm is formed on the surface of a metal oxide semiconductor such as a granular body or a linear body (linear body: needle shape, tube shape, columnar shape, etc.) In addition, a combination of these may be used as a metal oxide semiconductor layer and a buffer layer.

<光吸収層>
本発明では、バッファー層上(金属酸化物半導体層とは反対側)に、光吸収層を形成することが好ましい。
<Light absorption layer>
In the present invention, it is preferable to form a light absorption layer on the buffer layer (on the side opposite to the metal oxide semiconductor layer).

この光吸収層は、カルコパイライト型半導体からなることが好ましい。光吸収層に使用できるカルコパイライト型半導体としては、例えば、CuInS、CuIn(S,Se)、CuZnSnS等が挙げられる。 This light absorption layer is preferably made of a chalcopyrite semiconductor. Examples of the chalcopyrite semiconductor that can be used for the light absorption layer include CuInS 2 , CuIn (S, Se) 2 , and CuZnSnS 2 .

また、光吸収層は、スプレー法により形成されることが好ましい。これにより、真空プロセスを使わないため、製造コストを低減することができる。   The light absorption layer is preferably formed by a spray method. Thereby, since a vacuum process is not used, manufacturing cost can be reduced.

本発明では、光吸収層の厚みは、色素増感太陽電池よりも薄くすることができ、0.8〜2.5μm程度が好ましく、1.0〜2.0μm程度がより好ましい。光吸収層の厚みを上記範囲内とすることにより、光吸収層にピンホールを発生させず、一定の強度を保てるとともに、より効率よく光を吸収できる。   In the present invention, the thickness of the light absorption layer can be made thinner than that of the dye-sensitized solar cell, preferably about 0.8 to 2.5 μm, and more preferably about 1.0 to 2.0 μm. By setting the thickness of the light absorption layer within the above range, pinholes are not generated in the light absorption layer, a certain strength can be maintained, and light can be absorbed more efficiently.

<透光性導電層>
本発明では、金属酸化物半導体層上(バッファー層とは反対側)に、透光性導電層を備えることが好ましい。
<Translucent conductive layer>
In the present invention, it is preferable to provide a translucent conductive layer on the metal oxide semiconductor layer (on the side opposite to the buffer layer).

透光性導電層は、例えば、透明導電性酸化物からなるものとすればよく、例えば、フッ素ドープ錫酸化物(FTO)、インジウム錫酸化物(ITO)、ガリウムドープ亜鉛酸化物、アルミニウムドープ亜鉛酸化物、ニオブドープチタン酸化物等からなるものが好ましく、なかでも、ITOからなるものがより好ましい。これにより、透光性導電層が、光吸収層に導入するための窓層となり、且つ、光吸収層から得られた電力を効率よく取り出すことができる。   The light-transmitting conductive layer may be made of, for example, a transparent conductive oxide. For example, fluorine-doped tin oxide (FTO), indium tin oxide (ITO), gallium-doped zinc oxide, aluminum-doped zinc What consists of an oxide, niobium dope titanium oxide, etc. is preferable, and what consists of ITO among these is more preferable. Thereby, a translucent conductive layer becomes a window layer for introducing into a light absorption layer, and the electric power obtained from the light absorption layer can be taken out efficiently.

透光性導電層の厚みは、0.01〜10.0μm程度が好ましく、0.3〜1.0μm程度がより好ましい。透光性導電層の厚みを上記範囲内とすることにより、シート抵抗を低減し、結果として光電変換装置のシリーズ抵抗を低減できるため、フィルファクター特性を維持できる。   The thickness of the translucent conductive layer is preferably about 0.01 to 10.0 μm, and more preferably about 0.3 to 1.0 μm. By setting the thickness of the translucent conductive layer within the above range, the sheet resistance can be reduced, and as a result, the series resistance of the photoelectric conversion device can be reduced, so that the fill factor characteristic can be maintained.

<透光性基板>
本発明では、透光性導電層上(金属酸化物半導体層とは反対側)に、透光性基板を備えることが好ましい。
<Translucent substrate>
In the present invention, it is preferable to provide a translucent substrate on the translucent conductive layer (on the side opposite to the metal oxide semiconductor layer).

透光性基板としては、特に制限されないが、例えば、ガラス、プラスチック等から構成すればよい。これにより、光を光吸収層に導入するための窓層になり得る。   Although it does not restrict | limit especially as a translucent board | substrate, For example, what is necessary is just to comprise from glass, a plastics, etc. Thereby, it can become a window layer for introducing light into the light absorption layer.

透光性基板の厚みは、特に限定されないが、0.1〜5.0mm程度とすればよい。   Although the thickness of a translucent board | substrate is not specifically limited, What is necessary is just to be about 0.1-5.0 mm.

なお、例えば、ITO膜付きガラス、FTO膜付きガラス等の透明導電膜付き基板を、透光性基板及び透光性導電層としてもよい。   For example, a substrate with a transparent conductive film such as a glass with an ITO film or a glass with an FTO film may be used as the light-transmitting substrate and the light-transmitting conductive layer.

<背面電極>
本発明では、光吸収層上(バッファー層とは反対側)に、背面電極を備えることが好ましい。
<Back electrode>
In the present invention, a back electrode is preferably provided on the light absorption layer (on the side opposite to the buffer layer).

背面電極としては、特に制限されないが、例えば、金属電極、特にモリブデン、金、銀、アルミニウム、カーボン、白金等が好ましい。また、これらの金属の合金等も好ましく用いられる。   Although it does not restrict | limit especially as a back electrode, For example, a metal electrode, especially molybdenum, gold | metal | money, silver, aluminum, carbon, platinum etc. are preferable. Also, alloys of these metals are preferably used.

背面電極の厚みは、特に制限されないが、0.1〜2.0μm程度とすればよい。   The thickness of the back electrode is not particularly limited, but may be about 0.1 to 2.0 μm.

<具体的な態様>
上記で説明した本発明の光電変換素子の具体的な態様について、図面を参照してさらに詳細に説明する。
<Specific embodiment>
Specific embodiments of the photoelectric conversion element of the present invention described above will be described in more detail with reference to the drawings.

図1は、金属酸化物半導体層が平滑構造を有する場合の本発明の光電変換素子の一態様を示す模式断面図である。   FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating one embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention when the metal oxide semiconductor layer has a smooth structure.

光電変換素子1は、例えば、スーパーストレート構造で形成することができ、一主面として下面側に、透光性基板2が配置され、その上に、透光性導電層3、平滑な金属酸化物半導体層4、バッファー層5、光吸収層6及び背面電極7がこの順に積層されている。このような構成を採用することにより、再現性よく高い光電変換効率を実現できる。   The photoelectric conversion element 1 can be formed with, for example, a super straight structure, and a translucent substrate 2 is disposed on the lower surface side as one main surface, and a translucent conductive layer 3 and a smooth metal oxide are formed thereon. The physical semiconductor layer 4, the buffer layer 5, the light absorption layer 6, and the back electrode 7 are laminated in this order. By adopting such a configuration, high photoelectric conversion efficiency can be realized with high reproducibility.

透光性基板2、透光性導電層3、平滑な金属酸化物半導体層4、バッファー層5、光吸収層6及び背面電極7について、材質や厚み等は上記したとおりである。   The materials, thicknesses, and the like of the translucent substrate 2, the translucent conductive layer 3, the smooth metal oxide semiconductor layer 4, the buffer layer 5, the light absorption layer 6, and the back electrode 7 are as described above.

透光性導電層3は、透光性基板2上に、CVD法、スパッタリング法、スプレー法等により形成すればよい。製造コスト、大面積化が容易なこと、品質が安定していることを考慮すると、スプレー法が好ましい。また、市販の透明導電膜付きガラス等を、透光性基板2及び透光性導電層3として使用することもできる。   The translucent conductive layer 3 may be formed on the translucent substrate 2 by a CVD method, a sputtering method, a spray method, or the like. The spray method is preferable in consideration of manufacturing cost, easy area enlargement, and stable quality. Commercially available glass with a transparent conductive film or the like can also be used as the translucent substrate 2 and the translucent conductive layer 3.

平滑な金属酸化物半導体層4は、透光性導電層3上に、CVD法、スパッタリング法、スプレー法等により形成すればよい。製造コスト、大面積化が容易なこと、品質が安定していることを考慮すると、スプレー法が好ましい。   The smooth metal oxide semiconductor layer 4 may be formed on the translucent conductive layer 3 by a CVD method, a sputtering method, a spray method, or the like. The spray method is preferable in consideration of manufacturing cost, easy area enlargement, and stable quality.

バッファー層5は、平滑な金属酸化物半導体層4上に、スプレー法により形成される。例えば、噴霧表面が150〜350℃に加熱された平滑な金属酸化物半導体層4上に、InCl及びCS(NHを含む原料溶液(濃度は、それぞれInCl:1mM〜500mM、及びCS(NH:1mM〜500mM)を、空気中で噴霧してバッファー層を形成すればよい。この際、平滑な金属酸化物半導体層4の噴霧表面が低すぎると、充分な熱分解反応が得られず、目的とするバッファー層5が得られない。また、平滑な金属酸化物半導体層4の噴霧表面が高すぎると、バッファー層5の厚みを厚くするのが困難となる。 The buffer layer 5 is formed on the smooth metal oxide semiconductor layer 4 by a spray method. For example, on the smooth metal oxide semiconductor layer 4 whose spray surface is heated to 150 to 350 ° C., a raw material solution containing InCl 3 and CS (NH 2 ) 2 (concentrations are InCl 3 : 1 mM to 500 mM, and CS (NH 2 ) 2 : 1 mM to 500 mM) may be sprayed in air to form a buffer layer. At this time, if the spray surface of the smooth metal oxide semiconductor layer 4 is too low, sufficient thermal decomposition reaction cannot be obtained, and the target buffer layer 5 cannot be obtained. Moreover, if the spray surface of the smooth metal oxide semiconductor layer 4 is too high, it is difficult to increase the thickness of the buffer layer 5.

光吸収層6は、バッファー層5上に、スプレー法により形成される。例えば、噴霧表面が250〜310℃、好ましくは280〜300℃に加熱されたバッファー層5上に、CuCl、InCl及びCS(NHを含む原料溶液(濃度は、それぞれCuCl:1mM〜500mM、InCl:1mM〜500mM、及びCS(NH:1mM〜1000mM)を、空気中で噴霧して光吸収層6を形成すればよい。この際、バッファー層5の噴霧表面が低すぎると、充分な熱分解反応が得られない。また、バッファー層5の光電変換効率が著しく悪化する。なお、使用するCuClは、水和物(CuCl・2HO)、CS(NHはCS(NHCHであってもよい。 The light absorption layer 6 is formed on the buffer layer 5 by a spray method. For example, a raw material solution containing CuCl 2 , InCl 3 and CS (NH 2 ) 2 on the buffer layer 5 whose spray surface is heated to 250 to 310 ° C., preferably 280 to 300 ° C. (concentrations are each CuCl 2 : The light absorption layer 6 may be formed by spraying 1 mM to 500 mM, InCl 3 : 1 mM to 500 mM, and CS (NH 2 ) 2 : 1 mM to 1000 mM in the air. At this time, if the spray surface of the buffer layer 5 is too low, a sufficient thermal decomposition reaction cannot be obtained. Further, the photoelectric conversion efficiency of the buffer layer 5 is remarkably deteriorated. The CuCl 2 used may be a hydrate (CuCl 2 .2H 2 O), and the CS (NH 2 ) 2 may be CS (NHCH 3 ) 2 .

なお、上記では、バッファー層5及び光吸収層6の形成方法について、一例を示したが、これに限定されることはなく、様々な組成及び条件で作製することができる。   In addition, although an example was shown about the formation method of the buffer layer 5 and the light absorption layer 6 above, it is not limited to this, It can produce with various compositions and conditions.

背面電極7は、光吸収層層6上に、CVD法、スパッタリング法、スクリーン印刷法等により形成すればよい。   The back electrode 7 may be formed on the light absorption layer 6 by a CVD method, a sputtering method, a screen printing method, or the like.

一方、図2は、金属酸化物半導体層が多孔質構造を有する場合の本発明の光電変換素子の一態様を示す模式断面図である。   On the other hand, FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention when the metal oxide semiconductor layer has a porous structure.

図2では、一主面として下面側に、透光性基板2が配置され、その上に、透光性導電層3、平滑な金属酸化物半導体層4及び背面電極7がこの順に積層されており、さらに、平滑な金属酸化物半導体層4と背面電極7との間に、半導体微粒子8がバッファー層の材料であるIn9により被覆され、その空隙に光吸収層の材料であるCuInS10が入り込んでいる層が形成されている。 In FIG. 2, the translucent substrate 2 is disposed on the lower surface side as one main surface, and the translucent conductive layer 3, the smooth metal oxide semiconductor layer 4, and the back electrode 7 are laminated in this order. Further, between the smooth metal oxide semiconductor layer 4 and the back electrode 7, semiconductor fine particles 8 are covered with In 2 S 3 9 which is a material of the buffer layer, and the gap is a material of the light absorption layer. A layer containing CuInS 2 10 is formed.

この構成の光電変換素子1は、例えば、以下の方法により作製できる。   The photoelectric conversion element 1 having this configuration can be manufactured, for example, by the following method.

透光性基板2、透光性導電層3及び平滑な金属酸化物半導体層4を、上記図1の態様と同様に形成する。   The translucent substrate 2, the translucent conductive layer 3, and the smooth metal oxide semiconductor layer 4 are formed in the same manner as in the embodiment of FIG.

次に、金属酸化物半導体層4の上に、半導体微粒子8からなる多孔質半導体層を形成する。例えば、多孔質半導体層が酸化チタンからなる場合、アナターゼ型酸化チタンにアセチルアセトン、酢酸、クエン酸等のキレート剤を添加した後、脱イオン水とともに混練し、トリトンX−100等の界面活性剤を加えて攪拌することで安定化させた酸化チタンのペーストを用いて、スピンコート法、スクリーン印刷法等で塗布し、大気中で300〜600℃、好ましくは400〜500℃で、10〜60分、好ましくは20〜40分加熱処理することにより、簡便に多孔質半導体層を形成できる。具体的な組成としては、これに限定されるわけではないが、アナターゼ型酸化チタン(6g)、アセチルアセトン(0.2mL)、脱イオン水(8mL)、トリトンX−100(ポリ(オキシエチレン)=オクチルフェニルエーテル;ロシュ・ダイアグノスティックス(株)製)(0.2mL)である。   Next, a porous semiconductor layer made of semiconductor fine particles 8 is formed on the metal oxide semiconductor layer 4. For example, when the porous semiconductor layer is made of titanium oxide, a chelating agent such as acetylacetone, acetic acid or citric acid is added to anatase-type titanium oxide and then kneaded with deionized water, and a surfactant such as Triton X-100 is added. In addition, using a titanium oxide paste that has been stabilized by stirring, it is applied by spin coating, screen printing, or the like, and is 300 to 600 ° C., preferably 400 to 500 ° C. in air, for 10 to 60 minutes. Preferably, the porous semiconductor layer can be easily formed by heat treatment for 20 to 40 minutes. The specific composition is not limited to this, but anatase-type titanium oxide (6 g), acetylacetone (0.2 mL), deionized water (8 mL), Triton X-100 (poly (oxyethylene) = Octylphenyl ether; Roche Diagnostics Co., Ltd.) (0.2 mL).

また、形成された多孔質半導体層の表面に、例えば、TiCl処理、つまり、TiCl水溶液に、多孔質半導体層が形成された積層体を5〜95℃程度で1〜100分程度浸漬し、水洗した後、300〜650℃程度で1〜100分程度焼成処理を施せば、より伝導性を向上させ、光電変換効率を向上させることができる。 Further, on the surface of the formed porous semiconductor layer, for example, TiCl 4 treatment, that is, a laminate in which the porous semiconductor layer is formed is immersed in a TiCl 4 aqueous solution at about 5 to 95 ° C. for about 1 to 100 minutes. After washing with water, if baking treatment is performed at about 300 to 650 ° C. for about 1 to 100 minutes, the conductivity can be further improved and the photoelectric conversion efficiency can be improved.

その後、上記図1の態様と同様に、バッファー層5の原料溶液、光吸収層6の原料溶液を順にスプレーする。これにより、半導体微粒子8がバッファー層の材料であるIn9により被覆され、その空隙に光吸収層の材料であるCuInS10が入り込んでいる層が形成される。これにより、光吸収層6の活性面積を大きくし、光電変換効率を向上させることができる。 Thereafter, the raw material solution of the buffer layer 5 and the raw material solution of the light absorption layer 6 are sprayed in order as in the embodiment of FIG. As a result, the semiconductor fine particles 8 are covered with In 2 S 3 9 which is a material of the buffer layer, and a layer in which CuInS 2 10 which is the material of the light absorption layer enters the gap is formed. Thereby, the active area of the light absorption layer 6 can be enlarged and photoelectric conversion efficiency can be improved.

そして、さらにその上に、背面電極を、上記図1の態様と同様に形成すればよい。   Further, a back electrode may be formed thereon in the same manner as in the embodiment shown in FIG.

2.光電変換素子の用途
本発明の光電変換素子を、発電手段として用い、発電手段の発電電力を負荷へ供給するように成した構成とすることで、様々な用途に適用可能である。具体的には、本発明の光電変換素子、本発明の光電変換素子から出力された直流電流を交流電流に変換するインバータ装置、電気モーター、照明装置等の負荷等を有する構成の光電変換装置とすることができる。その用途としては、例えば、建築物の屋根、壁面等に設置されるCIS型太陽電池等として使用することができる。
2. Application of photoelectric conversion element The photoelectric conversion element of the present invention can be applied to various applications by using the photoelectric conversion element of the present invention as a power generation means and supplying the generated power of the power generation means to a load. Specifically, the photoelectric conversion device of the present invention, a photoelectric conversion device having a configuration including an inverter device that converts a direct current output from the photoelectric conversion device of the present invention into an alternating current, an electric motor, a lighting device, and the like can do. As its application, for example, it can be used as a CIS type solar cell installed on the roof, wall surface, etc. of a building.

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明は、これらのみに限定されるものではない。   The present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to these examples.

実施例1
図1の態様の光電変換素子を以下のように作製した。
Example 1
The photoelectric conversion element of the aspect of FIG. 1 was produced as follows.

透光性導電層3を具備した透光性基板2として、シート抵抗10Ω/□(スクエア)の厚み0.5μm程度のSnO:F層(フッ素ドープSnO層)からなる透光性導電層が一主面に形成されたガラス基板の上に、酸化チタンからなる金属酸化物半導体層4を厚み200nm程度積層させた。積層法としてはスプレー法を用い、透光性導電層の表面温度は400〜450℃程度とし、プリカーサー溶液としてTAA溶液(チタン(IV)イソプロポキシドとアセチルアセトン=1:2(モル比)の溶液)を10倍に希釈したエタノール溶液を50ml用い、50分間噴霧した。 As the translucent substrate 2 having the translucent conductive layer 3, a translucent conductive layer made of SnO 2 : F layer (fluorine-doped SnO 2 layer) having a sheet resistance of 10Ω / □ (square) and a thickness of about 0.5 μm. A metal oxide semiconductor layer 4 made of titanium oxide was laminated on a glass substrate having a main surface of about 200 nm in thickness. The spraying method is used as the laminating method, the surface temperature of the light-transmitting conductive layer is about 400 to 450 ° C., and the precursor solution is a TAA solution (a solution of titanium (IV) isopropoxide and acetylacetone = 1: 2 (molar ratio)). 50 ml of an ethanol solution diluted 10-fold, and sprayed for 50 minutes.

この金属酸化物半導体層4上に、スプレー法により厚み0.7μm程度のバッファー層5を形成した。金属酸化物半導体層4の表面温度は200℃程度とし、プリカーサー溶液として10mMのInCl3と20mMのCS(NHを混合した水溶液を50ml用い、50分間噴霧した。 A buffer layer 5 having a thickness of about 0.7 μm was formed on the metal oxide semiconductor layer 4 by a spray method. The surface temperature of the metal oxide semiconductor layer 4 was set to about 200 ° C., and 50 ml of an aqueous solution in which 10 mM InCl 3 and 20 mM CS (NH 2 ) 2 were mixed as a precursor solution was sprayed for 50 minutes.

次に、このバッファー層5上に、スプレー法により光吸収層6を厚み1μm程度積層させた。その際、バッファー層5上の表面温度は300℃程度にし、プリカーサー溶液としては、30mMのCuCl・2HO、24mMのInCl3と120mMのCS(NHを混合した水溶液を30ml用い、30分間噴霧した。 Next, a light absorption layer 6 having a thickness of about 1 μm was laminated on the buffer layer 5 by a spray method. At that time, the surface temperature on the buffer layer 5 is set to about 300 ° C., and 30 ml of a mixed solution of 30 mM CuCl 2 .2H 2 O, 24 mM InCl 3 and 120 mM CS (NH 2 ) 2 is used as the precursor solution. For 30 minutes.

最後に、光吸収層6上に、背面電極7としてモリブデンをスパッタリング法で厚み100nm程度に堆積させ、光電変換素子1を作製した。光電変換素子1は5mm角(=25mm)でこれと同じ構造の光電変換素子1を6個作製した。 Finally, molybdenum was deposited as a back electrode 7 on the light absorption layer 6 to a thickness of about 100 nm by a sputtering method, and the photoelectric conversion element 1 was manufactured. The photoelectric conversion element 1 was 5 mm square (= 25 mm 2 ), and six photoelectric conversion elements 1 having the same structure were produced.

比較例1
再現性及び光電変換効率向上の比較例として、バッファー層5の厚みを0.2μm未満としたこと以外は実施例1と同様に、光電変換素子1を作製した。
Comparative Example 1
As a comparative example for improving reproducibility and photoelectric conversion efficiency, a photoelectric conversion element 1 was produced in the same manner as in Example 1 except that the thickness of the buffer layer 5 was less than 0.2 μm.

具体的には、バッファー層5は、実地例1と同様のプリカーサー溶液を10ml使用し、30分間噴霧することにより形成した。   Specifically, the buffer layer 5 was formed by using 10 ml of the same precursor solution as in Example 1 and spraying for 30 minutes.

実施例2
WOからなる金属酸化物半導体層4を形成したこと以外は実施例1と同様にした。
Example 2
The same procedure as in Example 1 was performed except that the metal oxide semiconductor layer 4 made of WO 3 was formed.

まず100mMとなるようにWClをエタノールに溶解させ、マグネチックスターラーで1時間攪拌し溶液を作製した。 First, WCl 6 was dissolved in ethanol so as to be 100 mM, and stirred with a magnetic stirrer for 1 hour to prepare a solution.

続いて、溶液を1mLスポイトでFTOガラス基板上に垂らし、スピンコートを行った。その後125℃で3分間乾燥させた。そして基板を充分に冷却させた(室温で7〜8分程度)。   Subsequently, the solution was dropped on an FTO glass substrate with a 1 mL dropper, and spin coating was performed. Thereafter, it was dried at 125 ° C. for 3 minutes. Then, the substrate was sufficiently cooled (about 7 to 8 minutes at room temperature).

この作業を20回繰り返し、最後に600℃で3時間焼結させ、厚みが200nm程度のWO層を得た。 This operation was repeated 20 times, and finally sintered at 600 ° C. for 3 hours to obtain a WO 3 layer having a thickness of about 200 nm.

試験例
実施例1及び比較例1の光電交換素子について、AM1.5のソーラーシミュレータの光(100mW/cm)を照射し、光電特性の測定を行った。
Test Example The photoelectric exchange elements of Example 1 and Comparative Example 1 were irradiated with AM1.5 solar simulator light (100 mW / cm 2 ) to measure photoelectric characteristics.

比較例1の光電変換素子は、光電変換効率は0.6±0.4%と低く、且つばらつきが大きな結果となった。これに対して、0.7μm程度のバッファー層を積層させた実施例1の光電変換素子の光電変換効率は1.0±0.3%となり、光電変換効率が向上し、ばらつきが減少された(図3)。   The photoelectric conversion element of Comparative Example 1 had a low photoelectric conversion efficiency of 0.6 ± 0.4% and a large variation. On the other hand, the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element of Example 1 in which the buffer layer of about 0.7 μm was laminated was 1.0 ± 0.3%, the photoelectric conversion efficiency was improved, and the variation was reduced. (Figure 3).

1 光電変換素子
2 透光性基板
3 透光性導電層
4 金属酸化物半導体層
5 バッファー層
6 光吸収層
7 背面電極
8 半導体微粒子
9 In
10 CuInS
S 太陽光
1 photoelectric conversion element 2 a transparent substrate 3 transparent conductive layer 4 metal oxide semiconductor layer 5 buffer layer 6 light absorbing layer 7 back electrode 8 semiconductor fine particles 9 an In 2 S 3
10 CuInS 2
S sunlight

Claims (12)

少なくとも、金属酸化物半導体層、及びインジウム及び硫黄を含む化合物からなるバッファー層を備え、
該バッファー層は、金属酸化物半導体層上にスプレー法により形成され、厚みが0.2〜1.0μmである、光電変換素子。
At least a metal oxide semiconductor layer and a buffer layer made of a compound containing indium and sulfur,
The buffer layer is a photoelectric conversion element formed on a metal oxide semiconductor layer by a spray method and having a thickness of 0.2 to 1.0 μm.
前記インジウム及び硫黄を含む化合物が、Inである、請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the compound containing indium and sulfur is In 2 S 3 . 金属酸化物半導体層が、多孔質構造である、請求項1又は2に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the metal oxide semiconductor layer has a porous structure. 金属酸化物半導体層は、チタン酸化物、タングステン酸化物、亜鉛酸化物、ニオブ酸化物、タンタル酸化物及びチタン酸ストロンチウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換素子。 The metal oxide semiconductor layer is at least one selected from the group consisting of titanium oxide, tungsten oxide, zinc oxide, niobium oxide, tantalum oxide, and strontium titanate. The photoelectric conversion element as described in 2. さらに、バッファー層上にスプレー法により形成されたカルコパイライト系半導体からなる光吸収層を備える、請求項1〜4のいずれかに記載の光電変換素子。 Furthermore, the photoelectric conversion element in any one of Claims 1-4 provided with the light absorption layer which consists of a chalcopyrite type | system | group semiconductor formed by the spray method on the buffer layer. さらに、金属酸化物半導体層上に透光性導電層を備える、請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換素子。 Furthermore, the photoelectric conversion element in any one of Claims 1-5 provided with a translucent conductive layer on a metal oxide semiconductor layer. 透光性導電層が、フッ素ドープ錫酸化物、インジウムドープ錫酸化物、ガリウムドープ錫酸化物、アルミニウムドープ錫酸化物及びニオブドープ錫酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の透明導電性酸化物からなる、請求項1〜6のいずれかに記載の光電変換素子。 The translucent conductive layer is at least one transparent conductive oxide selected from the group consisting of fluorine-doped tin oxide, indium-doped tin oxide, gallium-doped tin oxide, aluminum-doped tin oxide and niobium-doped tin oxide The photoelectric conversion element according to claim 1, comprising: さらに、透光性導電層上に透光性基板を備え、光吸収層上に背面電極を備える、請求項1〜7のいずれかに記載の光電変換素子。 Furthermore, the photoelectric conversion element in any one of Claims 1-7 provided with a translucent board | substrate on a translucent conductive layer, and provided with a back electrode on a light absorption layer. 透光性基板が、ガラス又はプラスチックからなる、請求項8に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 8, wherein the translucent substrate is made of glass or plastic. 背面電極が、モリブデン、金、銀、アルミニウム、カーボン及び白金よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる、請求項8又は9に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 8 or 9, wherein the back electrode is made of at least one selected from the group consisting of molybdenum, gold, silver, aluminum, carbon, and platinum. 少なくとも、噴霧表面が150〜350℃に加熱された金属酸化物半導体層上に、InCl及びCS(NHを含む原料溶液を、空気中で噴霧してバッファー層を形成する工程
を備える、請求項1〜10のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法。
At least a step of forming a buffer layer by spraying a raw material solution containing InCl 3 and CS (NH 2 ) 2 in air on a metal oxide semiconductor layer having a spray surface heated to 150 to 350 ° C. The manufacturing method of the photoelectric conversion element in any one of Claims 1-10.
少なくとも、噴霧表面が250〜310℃に加熱されたバッファー層上に、CuCl、InCl及びCS(NHを含む原料溶液を、空気中で噴霧して光吸収層を形成する工程
を備える、請求項5〜10のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法。
A step of forming a light absorption layer by spraying a raw material solution containing CuCl 2 , InCl 3 and CS (NH 2 ) 2 in air on at least a buffer layer whose spray surface is heated to 250 to 310 ° C. The manufacturing method of the photoelectric conversion element in any one of Claims 5-10 provided.
JP2011045087A 2010-03-02 2011-03-02 Photoelectric conversion element that can be manufactured by a method suitable for mass production Active JP5641981B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011045087A JP5641981B2 (en) 2010-03-02 2011-03-02 Photoelectric conversion element that can be manufactured by a method suitable for mass production

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010045277 2010-03-02
JP2010045277 2010-03-02
JP2011045087A JP5641981B2 (en) 2010-03-02 2011-03-02 Photoelectric conversion element that can be manufactured by a method suitable for mass production

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011205086A true JP2011205086A (en) 2011-10-13
JP5641981B2 JP5641981B2 (en) 2014-12-17

Family

ID=44881364

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011045087A Active JP5641981B2 (en) 2010-03-02 2011-03-02 Photoelectric conversion element that can be manufactured by a method suitable for mass production

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5641981B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013214548A (en) * 2012-03-30 2013-10-17 Honda Motor Co Ltd Chalcopyrite solar cell and manufacturing method therefor
JP2014029923A (en) * 2012-07-31 2014-02-13 Kobe Steel Ltd Photoelectric conversion element, method of manufacturing the same, photoelectric conversion element array, and solar cell module
WO2015122448A1 (en) * 2014-02-12 2015-08-20 ソーラーフロンティア株式会社 Compound-based thin-film solar cell
CN112028116A (en) * 2020-07-14 2020-12-04 西南大学 Metal-doped indium sulfide and photoelectric biosensor thereof

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112014006695T5 (en) 2014-05-22 2017-02-16 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation Buffer layer film forming method and buffer layer

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050271827A1 (en) * 2004-06-07 2005-12-08 Malle Krunks Solar cell based on CulnS2 absorber layer prepared by chemical spray pyrolysis
JP2011181695A (en) * 2010-03-01 2011-09-15 Daiwa Sangyo:Kk Photoelectric conversion element and method of manufacturing the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050271827A1 (en) * 2004-06-07 2005-12-08 Malle Krunks Solar cell based on CulnS2 absorber layer prepared by chemical spray pyrolysis
JP2011181695A (en) * 2010-03-01 2011-09-15 Daiwa Sangyo:Kk Photoelectric conversion element and method of manufacturing the same

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JPN6014028431; Teny Theresa Johna, et al.: 'CuInS2/In2S3 thin film solar cell using spray pyrolysis technique having 9.5% efficiency' Solar Energy Materials and Solar Cells Vol.89, 2005, P.27-36 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013214548A (en) * 2012-03-30 2013-10-17 Honda Motor Co Ltd Chalcopyrite solar cell and manufacturing method therefor
JP2014029923A (en) * 2012-07-31 2014-02-13 Kobe Steel Ltd Photoelectric conversion element, method of manufacturing the same, photoelectric conversion element array, and solar cell module
WO2015122448A1 (en) * 2014-02-12 2015-08-20 ソーラーフロンティア株式会社 Compound-based thin-film solar cell
US9240501B2 (en) 2014-02-12 2016-01-19 Solar Frontier K.K. Compound-based thin film solar cell
JPWO2015122448A1 (en) * 2014-02-12 2017-03-30 ソーラーフロンティア株式会社 Compound thin film solar cell
CN112028116A (en) * 2020-07-14 2020-12-04 西南大学 Metal-doped indium sulfide and photoelectric biosensor thereof
CN112028116B (en) * 2020-07-14 2022-08-19 西南大学 Metal-doped indium sulfide and photoelectric biosensor thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP5641981B2 (en) 2014-12-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ye et al. Recent advances in quantum dot-sensitized solar cells: insights into photoanodes, sensitizers, electrolytes and counter electrodes
Sharma et al. Dye sensitized solar cells: From genesis to recent drifts
EP3172776B9 (en) Mesoscopic framework for organic-inorganic perovskite based photoelectric conversion device and method for manufacturing the same
Grätzel Photovoltaic and photoelectrochemical conversion of solar energy
Zou et al. Fiber-shaped flexible solar cells
Li Nanomaterials for sustainable energy
Chou et al. The effect of ZnO-coating on the performance of a dye-sensitized solar cell
Liu et al. Sequentially vacuum evaporated high-quality CsPbBr3 films for efficient carbon-based planar heterojunction perovskite solar cells
US20230335344A1 (en) Perovskite solar cell configurations
CN104659123A (en) Compound film solar battery and manufacturing method thereof
JP5641981B2 (en) Photoelectric conversion element that can be manufactured by a method suitable for mass production
Yugis et al. Review on metallic and plastic flexible dye sensitized solar cell
Manjunath et al. 22% efficient Kusachiite solar cells of CuBi2O4 light harvester and ABO3 buffer layers: a theoretical analysis
Long et al. Flexible perovskite solar cells: device design and perspective
Wang et al. Enhanced electrocatalytic activity of vacuum thermal evaporated CuxS counter electrode for quantum dot-sensitized solar cells
Moon et al. Titanium oxide films prepared by sputtering, sol gel and dip coating methods for photovoltaic application
Khan et al. Enhancing the efficiency of dye sensitized solar cells by using anatase and brookite mixed phases of TiO2
KR101694803B1 (en) Perovskite solar cells comprising metal nanowire as photoelectrode, and the preparation method thereof
Setiawan et al. Surface dependent photoelectrochemical water-splitting performance of zinc tin oxide films
JP5583060B2 (en) Zinc-containing photoelectric conversion element that can be manufactured by a method suitable for mass production
US20120024369A1 (en) Photo-chemical solar cell with nanoneedle electrode and method manufacturing the same
JP5984425B2 (en) Photoelectric conversion device that can be easily manufactured
JP2005158620A (en) Lamination type photoelectric converter
Khan et al. Nanomaterials for Solar Cells
JP2011181695A (en) Photoelectric conversion element and method of manufacturing the same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140124

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20140124

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20140124

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140626

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140708

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140908

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140930

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141028

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5641981

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150