JP2012009840A - Method of forming composite film for solar cell and composite film formed by the method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池の光電変換層上に設けられる透明導電膜と導電性反射膜からなる太陽電池用の複合膜を形成する方法及び該方法により形成された複合膜に関する。更に詳しくは、光電変換層と透明導電膜間、透明導電膜と導電性反射膜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、発電効率を向上させ得る太陽電池用の複合膜の形成方法及び該方法により形成された複合膜に関するものである。 The present invention relates to a method for forming a composite film for a solar cell comprising a transparent conductive film and a conductive reflective film provided on a photoelectric conversion layer of the solar cell, and a composite film formed by the method. More specifically, the power generation efficiency can be improved by reducing the contact resistance between the photoelectric conversion layer and the transparent conductive film, between the transparent conductive film and the conductive reflective film, and reducing the series resistance in the solar cell during power generation. The present invention relates to a method for forming a composite film for a solar cell and a composite film formed by the method.
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光電変換層を構成する。特に、光電変換層がシリコン系の材料によって太陽電池が構成されている場合、上記材料による光電変換層の吸光係数が比較的小さいことから、光電変換層が数マイクロメートルオーダーの膜厚では、入射光の一部が光電変換層を透過してしまい、透過した光は発電に寄与しない。そこで、裏面電極を反射膜とするか、或いは裏面電極の上に反射膜を形成し、吸収しきれず光電変換層を透過した光を反射膜によって反射させ、再び光電変換層に戻すことで発電効率を向上させることが一般に行われている。 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 photoelectric conversion layer. In particular, when a photovoltaic cell is composed of a silicon-based material, the photoelectric conversion layer has a relatively small extinction coefficient, so that the photoelectric conversion layer is incident at a thickness of several micrometers. Part of the light passes through the photoelectric conversion layer, and the transmitted light does not contribute to power generation. Therefore, the back electrode is used as a reflection film, or a reflection film is formed on the back electrode, and the light that has not been absorbed and has passed through the photoelectric conversion layer is reflected by the reflection film, and then returned to the photoelectric conversion layer, thereby generating power efficiently. It is generally done to improve.
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、基材側に位置する透明導電膜、即ち図1に示す表面電極12の形成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 of replacing the formation of 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、光電変換層と電極間又は電極同士間の良好な接触性又は導通性が求められる。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、これまで、湿式塗工法を用いた透明導電膜の形成では、光電変換層上に透明導電性酸化物微粒子及びバインダ成分を含む液で塗布し、これを焼成する方法や、先ず、透明導電性酸化物微粒子を光電変換層上に塗布し、次に、これをバインダ成分で固定した後に焼成する方法などが提案されてきた。 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, and the good contact property between the photoelectric conversion layer and the electrodes or between the electrodes. Or electrical conductivity is required. The present inventors examined a method for replacing the formation of the electrode located on the back side with a wet film forming method, and until now, in the formation of a transparent conductive film using a wet coating method, a transparent conductive material is formed on the photoelectric conversion layer. A method of coating with a liquid containing oxide fine particles and a binder component, and baking this, or first, applying transparent conductive oxide fine particles on the photoelectric conversion layer, and then fixing the binder with the binder component and baking. Methods have been proposed.
しかしながら、透明導電性酸化物微粒子として一般的な球状の微粒子を用いて湿式塗工法により透明導電膜を形成した場合には、光電変換層と透明導電膜間にバインダ成分が存在することによって、膜に対して縦方向への導電が阻害されるなどの問題が生じ、特に、光電変換層のキャリア密度が低い場合、このような導電阻害効果の影響を受け易く、これが発電効率向上の弊害となっていることが判明した。例えば、光電変換層13と透明導電膜14aとの導電性が悪化すると、発電の際の光電変換層13と透明導電膜14a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、結果的に発電効率向上を妨げる原因となっていた。
However, when a transparent conductive film is formed by a wet coating method using general spherical fine particles as transparent conductive oxide fine particles, the presence of a binder component between the photoelectric conversion layer and the transparent conductive film causes the film to However, when the carrier density of the photoelectric conversion layer is low, it is easily affected by such a conductivity inhibiting effect, which is a harmful effect of improving the power generation efficiency. Turned out to be. For example, when the electrical conductivity between the
本発明の目的は、光電変換層と透明導電膜間、透明導電膜と導電性反射膜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、太陽電池の発電効率を向上させ得る太陽電池用の複合膜の形成方法及び該方法により形成された複合膜を提供することにある。 The purpose of the present invention is to reduce the contact resistance between the photoelectric conversion layer and the transparent conductive film, between the transparent conductive film and the conductive reflective film, and to reduce the series resistance in the solar cell during power generation, thereby generating power from the solar cell. It is an object of the present invention to provide a method for forming a composite film for a solar cell capable of improving efficiency and a composite film formed by the method.
本発明の第1の観点は、図1に示すように、基材11上に表面電極12を介して積層された太陽電池の光電変換層13上に、導電性酸化物微粒子を含む分散液とバインダ成分を含む分散液又は導電性酸化物微粒子とバインダ成分の双方を含む透明導電膜形成用組成物を湿式塗工法により塗布して透明導電塗膜を形成し、透明導電塗膜上に導電性反射膜用組成物を湿式塗工法により塗布して導電性反射塗膜を形成した後、透明導電塗膜及び導電性反射塗膜を有する基材11を焼成することにより、透明導電膜14aと導電性反射膜14bとからなる太陽電池用の複合膜14を形成する方法であって、導電性酸化物微粒子が、非球形の異方性形状を有する粒子、又は複数の粒子が凝集して形成された異方性構造を有する凝集体のいずれかを含むことを特徴とする。
As shown in FIG. 1, the first aspect of the present invention is a dispersion containing conductive oxide fine particles on a
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、更に異方性形状粒子又は異方性構造凝集体のアスペクト比が3以上であることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is an invention based on the first aspect, and is characterized in that the aspect ratio of the anisotropically shaped particles or the anisotropic structure aggregate is 3 or more.
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、更に異方性形状粒子又は異方性構造凝集体が板状であるとき、板状の粒子又は凝集体の厚さが50〜1500nm、幅厚さ比が2〜100であることを特徴とする。 A third aspect of the present invention is the invention based on the first aspect, and when the anisotropically shaped particles or anisotropic structural aggregates are plate-like, the thickness of the plate-like particles or aggregates Is 50 to 1500 nm, and the width-thickness ratio is 2 to 100.
本発明の第4の観点は、第1ないし第3の観点に基づく発明であって、更に湿式塗工法が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を特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is an invention based on the first to third aspects, and the wet coating method is a spray coating method, a dispenser coating method, a spin coating method, a knife coating method, a slit coating method, an inkjet coating method. Or a screen printing method, an offset printing method, or a die coating method.
本発明の第5の観点は、太陽電池用複合膜を構成する透明導電膜を湿式塗工法により塗布及び焼成することにより形成するための透明導電膜形成用組成物であって、上記組成物が、バインダ成分を含まない導電性酸化物微粒子の分散液と導電性酸化物微粒子を含まないバインダ成分の分散液とから構成されるか、或いは導電性酸化物微粒子とバインダ成分の双方を含む分散液から構成され、導電性酸化物微粒子が、非球形の異方性形状を有する粒子、又は複数の粒子が凝集して形成された異方性構造を有する凝集体のいずれかを含むことを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is a composition for forming a transparent conductive film for forming a transparent conductive film constituting a composite film for a solar cell by applying and baking by a wet coating method, wherein the composition is A dispersion of conductive oxide fine particles not containing a binder component and a dispersion of binder components not containing a conductive oxide fine particle, or a dispersion containing both conductive oxide fine particles and a binder component And the conductive oxide fine particles include either non-spherical anisotropic particles or aggregates having an anisotropic structure formed by aggregation of a plurality of particles, To do.
本発明の第6の観点は、第5の観点に基づく発明であって、更に異方性形状粒子又は異方性構造凝集体のアスペクト比が3以上であることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the invention based on the fifth aspect, and is characterized in that the aspect ratio of the anisotropically shaped particles or the anisotropic structural aggregate is 3 or more.
本発明の第7の観点は、第5の観点に基づく発明であって、更に異方性形状粒子又は異方性構造凝集体が板状であるとき、板状の粒子又は凝集体の厚さが50〜1500nm、幅厚さ比が2〜100であることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the invention based on the fifth aspect, and when the anisotropically shaped particles or anisotropic structural aggregates are plate-like, the thickness of the plate-like particles or aggregates Is 50 to 1500 nm, and the width-thickness ratio is 2 to 100.
本発明の第8の観点は、第1ないし第4の観点に基づく方法により形成された透明導電膜と導電性反射膜とからなる太陽電池用の複合膜である。 An eighth aspect of the present invention is a composite film for a solar cell comprising a transparent conductive film and a conductive reflective film formed by a method based on the first to fourth aspects.
本発明の第9の観点は、第8の観点に基づく太陽電池用の複合膜を備えた太陽電池である。 A ninth aspect of the present invention is a solar cell including a composite film for a solar cell based on the eighth aspect.
本発明の第1の観点の形成方法では、太陽電池の光電変換層上に形成された透明導電膜と導電性反射膜とからなる太陽電池用の複合膜を形成する方法であって、上記透明導電膜の形成に使用する導電性微粒子分散液或いは透明導電膜形成用組成物の導電性酸化物微粒子として、非球形の異方性形状を有する粒子、又は複数の粒子が凝集して形成された異方性構造を有する凝集体のいずれかを含むものを使用する。この異方性形状粒子や異方性構造凝集体は、従来の球状の導電性酸化物微粒子を用いた場合に比べて粒子間の接触面積を大きくでき、導電性を高めることができる。これにより、発電の際の光電変換層と透明導電膜間、透明導電膜と導電性反射膜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、太陽電池の発電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 formation method of the 1st viewpoint of this invention, it is a method of forming the composite film for solar cells which consists of a transparent conductive film formed on the photoelectric converting layer of a solar cell, and an electroconductive reflective film, Comprising: The said transparent As a conductive fine particle dispersion used for forming a conductive film or a conductive oxide fine particle of a composition for forming a transparent conductive film, particles having a non-spherical anisotropic shape or a plurality of particles are formed by aggregation. Those containing any of the aggregates having an anisotropic structure are used. The anisotropic shaped particles and anisotropic structure aggregates can increase the contact area between the particles and increase the conductivity as compared with the case of using conventional spherical conductive oxide fine particles. This reduces the contact resistance between the photoelectric conversion layer and the transparent conductive film during power generation, between the transparent conductive film and the conductive reflective film, and reduces the series resistance in the solar cell during power generation, thereby Power generation efficiency can be improved. Moreover, since it forms by the wet coating method, it does not require vacuum processes, such as a vacuum evaporation method and a sputtering method, and it can manufacture more cheaply.
本発明の第5の観点の透明導電膜形成用組成物では、太陽電池用複合膜を構成する透明導電膜を湿式塗工法により塗布及び焼成することにより形成するための透明導電膜形成用組成物であって、上記組成物が、バインダ成分を含まない導電性酸化物微粒子の分散液と導電性酸化物微粒子を含まないバインダ成分の分散液とから構成されるか、或いは導電性酸化物微粒子とバインダ成分の双方を含む分散液から構成され、導電性酸化物微粒子として、非球形の異方性形状を有する粒子、又は複数の粒子が凝集して形成された異方性構造を有する凝集体のいずれかを含むものを使用する。この異方性形状粒子や異方性構造凝集体は、従来の球状の導電性酸化物微粒子を用いた場合に比べて粒子間の接触面積を大きくでき、導電性を高めることができる。これにより、発電の際の光電変換層と透明導電膜間、透明導電膜と導電性反射膜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、太陽電池の発電効率を向上させることができる。 In the composition for forming a transparent conductive film according to the fifth aspect of the present invention, the composition for forming a transparent conductive film for forming the transparent conductive film constituting the composite film for solar cells by applying and baking by a wet coating method. The composition is composed of a dispersion of conductive oxide fine particles not containing a binder component and a dispersion of binder components not containing conductive oxide fine particles, or conductive oxide fine particles and Consisting of a dispersion containing both binder components, as conductive oxide fine particles, particles having a non-spherical anisotropic shape, or aggregates having an anisotropic structure formed by aggregating a plurality of particles Use one containing either. The anisotropic shaped particles and anisotropic structure aggregates can increase the contact area between the particles and increase the conductivity as compared with the case of using conventional spherical conductive oxide fine particles. This reduces the contact resistance between the photoelectric conversion layer and the transparent conductive film during power generation, between the transparent conductive film and the conductive reflective film, and reduces the series resistance in the solar cell during power generation, thereby Power generation efficiency can be improved.
本発明の第8の観点の太陽電池用の複合膜は、上記本発明の方法によって形成されるため、複合膜を構成する透明導電膜の形成に、導電性微粒子分散液の導電性酸化物微粒子として、非球形の異方性形状を有する粒子、又は複数の粒子が凝集して形成された異方性構造を有する凝集体が使用されているので、従来の球状の導電性酸化物微粒子を用いた場合に比べて粒子間の接触面積を大きくでき、結果として、高い導電性を有する透明導電膜とすることができる。これにより、発電の際の光電変換層と透明導電膜間、透明導電膜と導電性反射膜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、太陽電池の発電効率をより向上させることができる。 Since the composite film for solar cells according to the eighth aspect of the present invention is formed by the method of the present invention, the conductive oxide fine particles of the conductive fine particle dispersion are used for forming the transparent conductive film constituting the composite film. As a non-spherical anisotropic particle or an aggregate having an anisotropic structure formed by agglomerating a plurality of particles, conventional spherical conductive oxide fine particles are used. Compared with the case where it contacted, the contact area between particle | grains can be enlarged and it can be set as the transparent conductive film which has high electroconductivity as a result. As a result, the contact resistance between the photoelectric conversion layer and the transparent conductive film during power generation, the contact resistance between the transparent conductive film and the conductive reflective film is reduced, the series resistance in the solar cell during power generation is reduced, and the power generation efficiency of the solar cell Can be further improved.
本発明の第9の観点の太陽電池は、上記本発明の太陽電池用の複合膜を備えるため、発電の際の太陽電池における直列抵抗が小さく、発電効率が非常に高い。 Since the solar cell of the ninth aspect of the present invention includes the composite film for a solar cell of the present invention, the series resistance in the solar cell during power generation is small, and the power generation efficiency is very high.
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。 Next, an embodiment for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明の太陽電池用の複合膜の製造方法は、図1に示すように、基材11上に表面電極12を介して積層された太陽電池の光電変換層13上に、導電性酸化物微粒子を含む分散液とバインダ成分を含む分散液又は導電性酸化物微粒子とバインダ成分の双方を含む透明導電膜形成用組成物を湿式塗工法により塗布して透明導電塗膜を形成し、透明導電塗膜上に導電性反射膜用組成物を湿式塗工法により塗布して導電性反射塗膜を形成した後、透明導電塗膜及び導電性反射塗膜を有する基材11を焼成することにより、透明導電膜14aと導電性反射膜14bとからなる太陽電池用の複合膜14を形成するものである。
As shown in FIG. 1, the method for producing a composite film for a solar cell of the present invention has conductive oxide fine particles on a
基材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
表面電極12は、基材11側から入射する光を光電変換層13へ透過させるとともに、電極として機能する透明で導電性を有する膜である。この表面電極12としては、例えば、ITO(Indium Tin Oxide:Snドープ酸化インジウム)、ATO(Antimony Tin Oxide:Sbドープ酸化錫)、SnO2(酸化錫)、ZnO(酸化亜鉛)、IZO(Indium Zinc Oxide:Znドープ酸化インジウム)等の膜が挙げられる。また表面電極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。例えば、AZO(Aluminum Zinc Oxide:Alドープ酸化亜鉛)、TZO(Tin Zinc Oxide:Snドープ酸化亜鉛)が挙げられる。上記表面電極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。表面電極12を湿式塗工法により形成する場合には、後述の複合膜14を構成する透明導電膜14aを湿式塗工法で形成する場合と同様にして行うことができる。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、表面電極12の材料として好適である。
The
上記表面電極12上には、光により発電する光電変換層13を形成される。この光電変換層13は、アモルファスシリコン又は微結晶シリコンのいずれか一方又はその双方により構成される。この実施の形態では、光電変換層13は、アモルファスシリコン半導体により形成された第1光電変換層と、微結晶シリコン半導体により形成された第2光電変換層とを有する。具体的には、第1光電変換層は、基材11側から順にp型a−Si(アモルファスシリコン)、i型a−Si(アモルファスシリコン)及びn型a−Si(アモルファスシリコン)が積層されたp−i−n型のアモルファスシリコン層である。また、第2光電変換層は、第1光電変換層側から順にp型μc−Si(微結晶シリコン)、i型μc−Si(微結晶シリコン)及びn型μc−Si(微結晶シリコン)が積層されたp−i−n型の微結晶シリコン層である。
On the
このように光電変換層13にi型a−Si(第1光電変換層)とi型μc−Si(第2光電変換層)とを用いたタンデム型太陽電池は、光吸収波長が異なる2種類の半導体を積層した構造であり、太陽光スペクトルを有効に利用できる。ここで、本明細書において、『微結晶』とは、完全な結晶状態のみならず、部分的に非結晶(アモルファス)状態を含むことを意味するものとする。
As described above, the tandem solar cell using i-type a-Si (first photoelectric conversion layer) and i-type μc-Si (second photoelectric conversion layer) for the
なお、光電変換層がアモルファスシリコン層又は微結晶シリコン層のいずれか一方からなる単接合型か、或いはアモルファスシリコン層又は微結晶シリコン層のいずれか一方又は双方を複数含む多接合型のいずれの形態もとり得る。また、p型a−SiC:H(アモルファス炭化シリコン)/i型a−Si/n型μc−Siのような構造もとり得る。それらは特に限定されるものではないが、プラズマCVD法のような従来から知られている方法で形成することができる。更に、例えば上記タンデム型構造の例で示すと、第1光電変換層(アモルファスシリコン光電変換ユニット)と第2光電変換層(微結晶シリコン光電変換ユニット)との間に、中間層を形成してもよい。この中間層には、表面電極12や後述する複合膜14を構成する透明導電膜14aに用いられるような材料を用いることが好ましい。
Note that the photoelectric conversion layer is either a single junction type composed of either an amorphous silicon layer or a microcrystalline silicon layer, or a multi-junction type including a plurality of either one or both of an amorphous silicon layer and a microcrystalline silicon layer. It can also take. Also, a structure such as p-type a-SiC: H (amorphous silicon carbide) / i-type a-Si / n-type μc-Si can be used. Although they are not particularly limited, they can be formed by a conventionally known method such as a plasma CVD method. Further, for example, in the example of the tandem structure, an intermediate layer is formed between the first photoelectric conversion layer (amorphous silicon photoelectric conversion unit) and the second photoelectric conversion layer (microcrystalline silicon photoelectric conversion unit). Also good. For this intermediate layer, it is preferable to use a material used for the transparent
光電変換層13上には、光電変換層13上に形成される透明導電膜14aと透明導電膜14a上に形成される導電性反射膜14bからなる複合膜14が湿式塗工法により形成される。複合膜14を構成する透明導電膜14aは、光電変換層13と導電性反射膜14bとの相互拡散を抑制し、かつ導電性反射膜14bの反射効率を高める効果を有する。
On the
湿式塗工法によって透明導電膜14aを形成するには、光電変換層上に透明導電性酸化物微粒子及びバインダ成分を含む液で塗布し、これを焼成する方法や、先ず、透明導電性酸化物微粒子を光電変換層上に塗布し、次に、これをバインダ成分で固定した後に焼成する方法などが検討されているが、透明導電性酸化物微粒子として一般的な球状の微粒子を用いる場合には、光電変換層と透明導電膜間にバインダ成分が存在することによって、膜に対して縦方向への導電が阻害されるなどの問題が生じる。このため、光電変換層13と透明導電膜14aとの導電性が悪化すると、光電変換層13と透明導電膜14a間又は光電変換層13と導電性反射膜14b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発電効率の向上が妨げられることになる。
In order to form the transparent
本発明では、透明導電膜14aの導電性を高めるため、透明導電膜の形成に用いる導電性酸化物微粒子として、非球形の異方性形状を有する粒子、又は複数の粒子が凝集して形成された異方性構造を有する凝集体のいずれかを含むものを用いる。この異方性形状粒子や異方性構造凝集体は、従来の球状の導電性酸化物微粒子を用いた場合に比べて粒子間の接触面積を大きくでき、形成する透明導電膜の導電性を高めることができる。
In the present invention, in order to increase the conductivity of the transparent
異方性形状粒子又は異方性構造凝集体は、アスペクト比が3以上の針状や棒状であることが好適である。ここでいうアスペクト比は、最も長径の辺を最も短径の辺で除したときの割合である。アスペクト比が3未満では、従来の球状微粒子を使用して形成した透明導電膜の導電性と大差がなく、その効果が十分に得られないためである。このうち、特に好ましいアスペクト比は3〜30である。また、短径の辺の長さは5〜100nmが好適である。 The anisotropically shaped particles or anisotropic structure aggregates are preferably in the form of needles or rods having an aspect ratio of 3 or more. The aspect ratio here is a ratio when the longest side is divided by the shortest side. This is because when the aspect ratio is less than 3, there is no great difference from the conductivity of the transparent conductive film formed using conventional spherical fine particles, and the effect cannot be obtained sufficiently. Among these, a particularly preferable aspect ratio is 3 to 30. Also, the length of the minor axis side is preferably 5 to 100 nm.
例えば、棒状酸化錫インジウムの製造方法は、先ず、三塩化インジウム水溶液(InCl3水溶液)と四塩化錫水溶液(SnCl4水溶液)とを混合し、この混合液に炭酸水素ナトリウムなどのアルカリ水溶液を添加して、pHを5.0〜8.5、好ましくはpH6.0〜8.0に調整し、液温5℃以上、好ましくは液温10〜80℃で反応させることで、沈殿物を生成させる。沈殿物はインジウム水酸化物と錫水酸化物との共沈現象によるものである。次いで、生成した沈殿物を固液分離して回収し、100〜200℃で2〜24時間加熱することによって乾燥した後、大気下で250℃以上、好ましくは400〜800℃で1〜6時間加熱することによって焼成することにより、短径5〜50nm及び長径30〜150nmであり、アスペクト比3以上の棒状酸化錫インジウム粉末を製造することができる。なお、粒子形状の評価方法は以下のように行う。先ず、粉末をSEMにて5視野以上を撮影し、撮影した像中の100個以上の粒子について、最長の辺と最短の辺を測長し、平均値を求め、これらをそれぞれ長径及び短径とする。更に、この平均の長径と平均の短径の比を求め、対象とする粉体のアスペクト比とする。 For example, in the manufacturing method of rod-shaped indium tin oxide, first, an indium trichloride aqueous solution (InCl 3 aqueous solution) and a tin tetrachloride aqueous solution (SnCl 4 aqueous solution) are mixed, and an alkaline aqueous solution such as sodium hydrogen carbonate is added to this mixed solution. Then, the pH is adjusted to 5.0 to 8.5, preferably pH 6.0 to 8.0, and the precipitate is generated by reacting at a liquid temperature of 5 ° C. or higher, preferably 10 to 80 ° C. Let The precipitate is due to the coprecipitation phenomenon of indium hydroxide and tin hydroxide. Next, the produced precipitate is recovered by solid-liquid separation, dried by heating at 100 to 200 ° C. for 2 to 24 hours, and then at 250 ° C. or higher in the atmosphere, preferably at 400 to 800 ° C. for 1 to 6 hours. By baking by heating, a rod-shaped indium tin oxide powder having a minor axis of 5 to 50 nm and a major axis of 30 to 150 nm and an aspect ratio of 3 or more can be produced. The particle shape evaluation method is performed as follows. First, 5 fields or more of the powder were photographed with an SEM, and for 100 or more particles in the photographed image, the longest side and the shortest side were measured, average values were obtained, and these were measured as the major axis and minor axis, respectively. And Further, the ratio of the average major axis to the average minor axis is obtained to obtain the aspect ratio of the target powder.
また、異方性形状粒子又は異方性構造凝集体が板状であるとき、板状の粒子又は凝集体の厚さが50〜1500nm、幅厚さ比が2〜100が好適である。ここでいう幅厚さ比は、片の最長長さとなる幅を厚みで除したときの割合である。幅厚さ比が2未満では、従来の球状微粒子を使用して形成した透明導電膜の導電性と大差がなく、その効果が十分に得られないためである。また、幅厚さ比が100を越えると粒子の分散状態に不具合を生じるためである。このうち、厚さが70〜200nm、幅厚さ比が5〜30の鱗片形状が好ましい。 Further, when the anisotropically shaped particles or the anisotropic structure aggregates are plate-like, it is preferable that the plate-like particles or aggregates have a thickness of 50 to 1500 nm and a width-thickness ratio of 2 to 100. The width-thickness ratio here is a ratio when the width which is the longest length of the piece is divided by the thickness. This is because when the width-thickness ratio is less than 2, there is no significant difference from the conductivity of the transparent conductive film formed using conventional spherical fine particles, and the effect cannot be obtained sufficiently. Further, if the width-thickness ratio exceeds 100, a problem occurs in the dispersed state of the particles. Of these, a scaly shape having a thickness of 70 to 200 nm and a width to thickness ratio of 5 to 30 is preferable.
例えば、鱗片状酸化錫の製造方法は、先ず、塩化錫水溶液をアンモニアで中和して得られたゲルに塩酸を加えて塩酸解捏した錫コロイド溶液を凍結させ、次に、凍結物が解凍しない温度に保持しながら通常の真空乾燥を行って溶媒を除去する凍結乾燥を行って得られた鱗片状の含水酸化錫を350〜900℃で焼成することにより、厚さが1〜100nm、幅厚さ比が2〜100である鱗片状酸化錫粉末を製造することができる。 For example, a method for producing scaly tin oxide is to first freeze a tin colloid solution obtained by adding hydrochloric acid to a gel obtained by neutralizing a tin chloride aqueous solution with ammonia, and then thawing the frozen product. By calcining scaly hydrous tin oxide obtained by performing freeze-drying to remove the solvent by performing normal vacuum drying while maintaining the temperature at 350 to 900 ° C., the thickness is 1 to 100 nm and the width A scaly tin oxide powder having a thickness ratio of 2 to 100 can be produced.
なお、本明細書中、粒子や凝集体の辺、幅、厚さなどの値はSEM像観察(日立製作所製電子顕微鏡S800)により算出又は測定される値である。SEMにて5視野以上を撮影し、撮影した像中の100個以上の粒子について、最長の辺と最短の辺を測長する。この平均値の比を、対象とする粉体のアスペクト比とする。 In the present specification, values such as sides, widths, and thicknesses of particles and aggregates are values calculated or measured by SEM image observation (Hitachi Electron Microscope S800). 5 fields or more are photographed with SEM, and the longest side and the shortest side are measured for 100 or more particles in the photographed image. The ratio of the average values is the aspect ratio of the target powder.
湿式塗工法による透明導電膜14aの形成方法としては、主に2つの形成方法が挙げられる。第1の方法は、光電変換層13上に導電性酸化物微粒子とバインダ成分の双方を含有させて調製した透明導電膜用組成物を湿式塗工法により塗布して透明導電塗膜を形成し、その後焼成する方法である。第2の方法は、光電変換層13上にバインダ成分を含まない導電性酸化物微粒子の分散液を湿式塗工法を用いて塗布することにより、導電性酸化物微粒子の塗膜を形成した後、この導電性酸化物微粒子の塗膜上に導電性酸化物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、その後焼成する方法である。
As a method for forming the transparent
第1の方法における透明導電膜用組成物は、上記導電性酸化物微粒子を含み、この導電性酸化物微粒子が分散媒に分散した組成物である。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 composition for transparent conductive film in the first method is a composition containing the conductive oxide fine particles, and the conductive oxide fine particles are dispersed in a dispersion medium. As a dispersion medium, in addition to water, alcohols such as methanol, ethanol, isopropyl alcohol and butanol, ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone and isophorone, hydrocarbons such as toluene, xylene, hexane and cyclohexane, N and N -Amides such as dimethylformamide and N, N-dimethylacetamide, sulfoxides such as dimethyl sulfoxide, glycols such as ethylene glycol, glycol ethers such as ethyl cellosolve, and the like.
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酸化物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。導電性酸化物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。 Moreover, it is preferable that the content rate of the electroconductive oxide fine particle which occupies for solid content contained in the composition for transparent conductive films exists in the range of 50-90 mass%. The reason why the content of the conductive oxide fine particles is within the above range is that the conductivity is lowered if the content is less than the lower limit, and the adhesiveness is lowered if the upper limit is exceeded. Among these, it is especially preferable that it exists in the range of 70-90 mass%.
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透明導電膜14a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 a transparent
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。それは導電性酸化物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透明導電膜14aと、光電変換層13或いは導電性反射膜14b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 for improving the bonding property between the conductive oxide fine particles and the binder and the adhesion between the transparent
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.
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等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等が挙げられる。これら低抵抗化剤の含有割合は導電性酸化物粉末に対して0.2〜15質量%が好ましい。水溶性セルロース誘導体は、非イオン化活性剤であるが、他の界面活性剤に比べて少量の添加でも導電性酸化物粉末を分散させる能力が極めて高く、また、水溶性セルロース誘導体の添加により、形成される透明導電膜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等が挙げられる。水溶性セルロース誘導体の添加量は、0.2〜5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 0.2 to 15% by mass with respect to the conductive oxide powder. The water-soluble cellulose derivative is a non-ionizing active agent, but it has a very high ability to disperse the conductive oxide powder even when added in a small amount compared to other surfactants, and it is formed by adding a water-soluble cellulose derivative. Transparency in the transparent conductive film is also improved. 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 0.2 to 5% by mass.
上記透明導電膜用組成物を用いて透明導電膜14aを形成するには、先ず透明導電膜用組成物を、焼成後の透明導電膜14aの厚さが0.01〜0.5μm、好ましくは0.05〜0.1μmの範囲内となるように、光電変換層13上に湿式塗工法により塗布する。ここで、透明導電膜14aの厚さを0.01〜0.5μmの範囲に限定したのは、0.01μm未満又は0.5μmを越えると増反射効果が十分に得られないからである。透明導電膜用組成物を光電変換層13上に塗布した後、20〜100℃の温度で1〜10分間乾燥し、透明導電塗膜を得る。
In order to form the transparent
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.
このようにして、光電変換層13上に透明導電塗膜を形成した後は、この透明導電塗膜上に、後述する導電性反射膜用組成物を用いて導電性反射塗膜を形成し、これらの塗膜を有する基材11を後述の条件で焼成する。これにより、導電性反射膜14bの形成とともに透明導電膜14aが形成される。
Thus, after forming a transparent conductive coating film on the
第2の方法におけるバインダ成分を含まない導電性酸化物微粒子の分散液は、上記導電性酸化物微粒子が分散媒に分散した分散液である。なお、導電性酸化物微粒子の分散液の調製に使用する分散媒は、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分散媒と同種のものを使用することができる。分散液中の分散媒の含有割合は良好な成膜性を得るために、50〜99.99質量%の範囲内であることが好ましい。分散液中の導電性酸化物微粒子の含有割合は0.01〜50質量%の範囲内であることが好ましい。 The dispersion liquid of conductive oxide fine particles not containing a binder component in the second method is a dispersion liquid in which the conductive oxide fine particles are dispersed in a dispersion medium. In addition, the dispersion medium used for preparation of the dispersion liquid of electroconductive oxide fine particles can use the same kind as the dispersion medium used with the composition for transparent conductive films in the said 1st method. The content ratio of the dispersion medium in the dispersion is preferably in the range of 50 to 99.99% by mass in order to obtain good film formability. The content ratio of the conductive oxide fine particles in the dispersion is preferably in the range of 0.01 to 50% by mass.
導電性酸化物微粒子の分散液は、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。それは導電性酸化物微粒子とバインダの結合性及びこの導電性酸化物微粒子の分散液とバインダ分散液とで形成される透明導電膜14aと、光電変換層13或いは導電性反射膜14bとの密着性向上のためである。なお、導電性酸化物微粒子の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。分散液中のカップリング剤の割合は分散媒と導電性酸化物微粒子の合計100質量%に対し、外割で0.01〜10質量%の範囲内であることが好ましい。
It is preferable to add a coupling agent to the dispersion of the conductive oxide fine particles depending on the other components used. That is, the bonding property between the conductive oxide fine particles and the binder, and the adhesion between the transparent
また、バインダ成分を含む分散液は、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透明導電膜14a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 dispersion liquid containing a binder component contains either or both of a polymer-type binder and a non-polymer-type binder that are cured by heating as a binder component. These polymer-type binder and non-polymer-type binder are cured by heating, thereby enabling formation of a transparent
バインダ分散液の調製には、上記導電性酸化物微粒子の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。 For the preparation of the binder dispersion, it is preferable to use the same dispersion medium as the dispersion medium used for the preparation of the dispersion of the conductive oxide fine particles. 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等を加えることが好ましい。低抵抗化剤としては、上述した第1の方法で用いるものと同種のものが挙げられる。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、形成される透明導電膜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、上述した第1の方法で用いるものと同種のものが挙げられる。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. Examples of the low resistance agent include the same type as that used in the first method described above. The content ratio of these low resistance agents is preferably 0.1 to 10% by mass. Moreover, the transparency in the transparent conductive film formed improves by addition of a water-soluble cellulose derivative. Examples of the water-soluble cellulose derivative include the same types as those used in the first method described above. The addition amount of the water-soluble cellulose derivative is preferably in the range of 0.1 to 10% by mass.
上記導電性酸化物微粒子の分散液及びバインダ分散液を用いて透明導電膜14aを形成する方法には、導電性酸化物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、導電性酸化物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 transparent
前者の形成方法で形成された透明導電膜は、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、光電変換層13上に、上記導電性酸化物微粒子の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、導電性酸化物微粒子の塗膜を形成する。
Since the transparent conductive film formed by the former forming method is formed in a state where the entire surface of the conductive oxide fine particle layer is covered with the binder layer, there is an advantage that the change with time is small. In this forming method, first, the dispersion of the conductive oxide fine particles is applied onto the
次に、導電性酸化物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、焼成後の透明導電膜14a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 oxide 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. The conductive oxide fine particle dispersion and the binder dispersion are applied such that the transparent
光電変換層13上に透明導電塗膜を形成した後は、上記第1の方法と同様、透明導電塗膜及び導電性反射塗膜を有する基材11を後述の条件で焼成する。これにより、導電性反射膜14bの形成とともに透明導電膜14aが形成される。
After the transparent conductive coating film is formed on the
一方、後者の形成方法で形成された透明導電膜14aは、発電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、光電変換層13上に、上記導電性酸化物微粒子の分散液を湿式塗工法により塗布して導電性酸化物微粒子の塗膜を形成する。ここでの塗布は焼成後の透明導電膜14a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、導電性酸化物微粒子の塗膜を形成する。
On the other hand, the transparent
次に、導電性酸化物微粒子の塗膜上に、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透明導電膜14a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酸化物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、0.05〜0.5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 oxide fine particles by a wet coating method. At this time, in the transparent
光電変換層13上に透明導電塗膜を形成した後は、上記第1の方法と同様、透明導電塗膜及び導電性反射塗膜を有する基材11を後述の条件で焼成する。これにより、導電性反射膜14bの形成とともに透明導電膜14aが形成される。
After the transparent conductive coating film is formed on the
導電性反射膜14bは、吸収しきれず光電変換層13を透過した光を反射させ、再度光電変換層13に戻すことで発電効率を向上させる役割を果たすため、高い拡散反射率が要求される。このため導電性反射膜14b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。この導電性反射膜14bは、金属ナノ粒子が分散媒に分散した導電性反射膜用組成物を用いた湿式塗工法により形成する。
Since the conductive reflective film 14b plays a role of improving the power generation efficiency by reflecting the light that has not been absorbed and transmitted through the
導電性反射膜用組成物は、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%未満ではこの導電性反射膜用組成物を用いて形成された導電性反射膜14b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、上記導電性反射膜14b内に有機残渣が多く残り、変質又は劣化して導電性反射膜14bの導電性及び反射率が低下してしまうからである。 The composition for conductive reflective film is a composition prepared by dispersing metal nanoparticles in a dispersion medium. In the metal nanoparticles, the proportion of silver in the metal element is 75% by mass or more, preferably 80% by mass or more. The reason why the ratio of silver in the metal element is in the range of 75% by mass or more is that if it is less than 75% by mass, the reflectivity of the conductive reflective film 14b formed using this composition for conductive reflective film decreases. Because it ends up. The metal nanoparticles are chemically modified with a protective agent having an organic molecular main chain having a carbon skeleton of 1 to 3 carbon atoms. The reason why the number of carbon atoms in the carbon skeleton of the organic molecule main chain of the protective agent for chemically modifying the metal nanoparticles is in the range of 1 to 3 is that when the carbon number is 4 or more, the protective agent is desorbed or decomposed (separated) by heating. This is because it is difficult to burn), and a large amount of organic residue remains in the conductive reflective film 14b, which deteriorates or deteriorates, thereby reducing the conductivity and reflectance of the conductive reflective film 14b.
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、導電性反射膜14b内に有機残渣が多く残る。この残渣が変質又は劣化して導電性反射膜14b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導電性反射膜14bの密度が低下するおそれがある。また、導電性反射膜14b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 which is easily desorbed or decomposed (separated / burned) by heating, a large proportion of the organic molecule occupies, so that a large amount of organic residue remains in the conductive reflective film 14b. This residue may be altered or deteriorated to reduce the conductivity and reflectance of the conductive reflective film 14b, or the particle size distribution of the metal nanoparticles may be widened to reduce the density of the conductive reflective film 14b. Moreover, it is because the electroconductivity and reflectance of the electroconductive reflective film 14b will fall. Furthermore, the primary particle size of the metal nanoparticles was set within the range of 10 to 50 nm based on the correlation between the primary particle size and the stability over time (aging stability) of the metal nanoparticles.
この金属ナノ粒子を含む導電性反射膜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。添加物として導電性反射膜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、この導電性反射膜用組成物を用いて導電性反射膜14b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。この導電性反射膜用組成物を用いた導電性反射膜14b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。 One or more additives selected from the group consisting of organic polymers, metal oxides, metal hydroxides, organometallic compounds and silicone oils in the composition for conductive reflective films containing the metal nanoparticles It is preferable that it is further included. As the additive, an organic polymer, metal oxide, metal hydroxide, organometallic compound, or silicone oil contained in the composition for conductive reflective film 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. In addition, when the conductive reflective film 14b is formed using this conductive reflective film composition, grain growth due to sintering between metal nanoparticles can be adjusted. The formation of the conductive reflective film 14b using the composition for conductive reflective film does not require a vacuum process at the time of film formation, so that the process restrictions are small and the running cost of manufacturing equipment can be greatly reduced. it can.
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導電性反射膜14b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. If the content of the additive exceeds 20%, the conductivity of the formed conductive reflective film 14b will be adversely affected, resulting in a problem that the volume resistivity exceeds 2 × 10 −5 Ω · cm.
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、具体的には上述のITO、ATO、IZO、AZO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, ATO, IZO, AZO or the like described above.
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、導電性反射膜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)後の導電性反射膜14b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 conductive reflective film composition, metal nanoparticles other than silver nanoparticles are gold, platinum, palladium, ruthenium, nickel, copper, tin, indium, zinc, iron, chromium and It is preferable to further contain metal nanoparticles composed of one kind of particles selected from the group consisting of manganese, or a mixed composition or alloy composition of two or more kinds. 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 conductive reflective film 14b after the test are not deteriorated as compared with those before the weather resistance test.
また導電性反射膜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導電性反射膜用組成物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。導電性反射膜用組成物100質量%に対する含有割合が95.0質量%を越えると導電性反射膜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 the composition for electroconductive reflective films is 2.5-95 with respect to 100 mass% of composition for electroconductive reflective films which consists of a metal nanoparticle and a dispersion medium. The content is preferably 0% by mass, and more preferably 3.5 to 90% by mass. This is because if the content ratio with respect to 100% by mass of the composition for conductive reflective film exceeds 95.0% by mass, the required fluidity as an ink or paste is lost during wet coating of the composition for conductive reflective film. .
また導電性反射膜14bを形成するための導電性反射膜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、導電性反射膜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、焼成後の導電性反射膜14b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、導電性反射膜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、上記と同様に導電性反射膜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。 Further, the dispersion medium constituting the composition for conductive reflection film for forming the conductive reflection film 14b is 1% by mass or more, preferably 2% by mass or more of water with respect to 100% by mass of all the dispersion media. It is preferable to contain 2% by mass or more, preferably 3% by mass or more of a solvent compatible with water, for example, alcohols. For example, when the dispersion medium is composed of only water and alcohols, it contains 98% by mass of alcohol when it contains 2% by mass of water, and 98% by mass of water when it contains 2% by mass of alcohol. Further, the dispersion medium, that is, the protective molecule chemically modified on the surface of the metal nanoparticles contains one or both of a hydroxyl group (—OH) and a carbonyl group (—C═O). The water content is preferably in the range of 1% by mass or more with respect to 100% by mass of all the dispersion media. This is because when the water content is less than 2% by mass, it is difficult to sinter the film obtained by applying the composition for conductive reflective film by a wet coating method at a low temperature. Furthermore, the conductivity and reflectance of the conductive reflective film 14b after firing are reduced. In addition, when a hydroxyl group (—OH) is contained in a protective agent that chemically modifies metal nanoparticles such as silver nanoparticles, the composition for conductive reflective film is excellent in dispersion stability and can be used for low-temperature sintering of the coating film. There is an effective action. In addition, when a carbonyl group (—C═O) is contained in a protective agent that chemically modifies metal nanoparticles such as silver nanoparticles, it is excellent in dispersion stability of the conductive reflective film composition as described above. There is also an effective action for low-temperature sintering of the film. As the solvent compatible with water used for the dispersion medium, alcohols are preferable. Among these, as the alcohols, it is particularly preferable to use one or more selected from the group consisting of methanol, ethanol, propanol, butanol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, glycerol, isobornyl hexanol and erythritol. preferable.
導電性反射膜14bを形成するための金属ナノ粒子を含む導電性反射膜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 a composition for a conductive reflective film containing metal nanoparticles for forming the conductive reflective film 14b is as follows.
(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、導電性反射膜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、得られる導電性反射膜用組成物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導電性反射膜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. Further, when an additive is further included in the composition for the conductive reflective film, the dispersion is selected from the group consisting of an organic polymer, a metal oxide, a metal hydroxide, an organometallic compound, and a silicone oil. One or two or more additives are added in a desired ratio. Content of an additive is adjusted so that it may exist in the range of 0.1-20 mass% with respect to 100 mass% of compositions for electroconductive reflective films obtained. Thereby, the composition for electroconductive reflective films in which the silver nanoparticle chemically modified with the protective agent of the organic molecule main chain whose carbon number of carbon skeleton is 3 was disperse | distributed to the 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.
上記導電性反射膜用組成物を用いて導電性反射膜14bを形成するには、先ず上記導電性反射膜用組成物を、焼成を行う前の上記透明導電塗膜上に湿式塗工法によって塗布し、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導電性反射膜用組成物を塗布する。続いて、これを温度20〜120℃、好ましくは25〜60℃で1〜30分間、好ましくは2〜10分間乾燥し、導電性反射塗膜を形成する。ここで、焼成後の導電性反射膜14bの厚さが0.05〜2.0μmの範囲となるように塗布するのは、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。なお、湿式塗工法については、上記透明導電膜用組成物等を塗布する際の方法と同様の方法を用いることができる。 In order to form the conductive reflective film 14b using the conductive reflective film composition, first, the conductive reflective film composition is applied onto the transparent conductive coating film before firing by a wet coating method. The conductive reflective film composition is applied so that the thickness after firing is 0.05 to 2.0 μm, preferably 0.1 to 1.5 μm. Subsequently, this is dried at a temperature of 20 to 120 ° C., preferably 25 to 60 ° C. for 1 to 30 minutes, preferably 2 to 10 minutes, to form a conductive reflective coating film. Here, the thickness of the conductive reflective film 14b after baking is applied so as to be in the range of 0.05 to 2.0 μm. If the thickness is less than 0.05 μm, the surface resistance value of the electrode necessary for the solar cell is not good. This is enough. In addition, about the wet coating method, the method similar to the method at the time of apply | coating the said composition for transparent conductive films, etc. can be used.
上述のように透明導電塗膜及び導電性反射塗膜を形成した後は、これらの塗膜を有する基材11を、大気中若しくは窒素やアルゴン等の不活性ガス雰囲気中で好ましくは130〜400℃、更に好ましくは150〜350℃の温度で、好ましくは5〜60分間、更に好ましくは15〜40分間保持して焼成を行う。これにより、透明導電膜14a及び導電性反射膜14bからなる複合膜14が形成される。
After forming the transparent conductive coating film and the conductive reflective coating film as described above, the
焼成温度を130〜400℃の範囲としたのは、130℃未満では複合膜14を構成する透明導電膜14aにおいて表面抵抗値が高くなりすぎる不具合が生じるからである。導電性反射膜14bにおいて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、焼成後の導電性反射膜14b内に有機残渣が多く残り、この残渣が変質又は劣化して導電性反射膜14b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、保持時間を5〜60分間としたのは、5分間未満では、複合膜14を構成する透明導電膜14aにおいて表面抵抗値が高くなりすぎる不具合が生じるからである。また、導電性反射膜14bにおいて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、焼成後の導電性反射膜14b内に有機残渣が多く残り、この残渣が変質又は劣化して導電性反射膜14bの導電性及び反射率が低下してしまうからである。
The reason why the firing temperature is in the range of 130 to 400 ° C. is that when the temperature is less than 130 ° C., the transparent
以上の工程により、太陽電池の光電変換層13上に、透明導電膜14aと導電性反射膜14bとからなる太陽電池用の複合膜を形成することができる。この方法により形成された複合膜14では、複合膜を構成する透明導電膜の形成に、導電性微粒子分散液の導電性酸化物微粒子として、非球形の異方性形状を有する粒子、又は複数の粒子が凝集して形成された異方性構造を有する凝集体が使用されているので、従来の球状の導電性酸化物微粒子を用いた場合に比べて粒子間の接触面積を大きくでき、結果として、高い導電性を有する透明導電膜とすることができる。このため、光電変換層と透明導電膜間、透明導電膜と導電性反射膜間の接触抵抗が小さく、発電の際の太陽電池における直列抵抗を低下させるため、発電効率を向上させることができる。
Through the above steps, a composite film for a solar cell composed of the transparent
また、このように湿式塗工法により複合膜14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。また、この方法により得られる複合膜14では、導電性反射膜14bにおける透明導電膜14aとの接触面又はこの接触面と対向する表面から、平均深さ100nm以下の領域に出現する気孔の平均直径を100nm以下、気孔が位置する平均深さが100nm以下、気孔の数密度が30個/μm2以下とした。これにより、透過率が98%以上の透光性基材を用いた際に、波長500〜1200nmの範囲において、理論反射率の80%以上の高い拡散反射率を達成できる。この波長500〜1200nmの範囲は、多結晶シリコンを光電変換層とした場合の、変換可能な波長をほぼ網羅する。また上記導電性反射膜14bは、導電性反射膜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、この導電性反射膜14bは、スパッタ法等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、比抵抗等の長期安定性に優れる。その理由としては、大気中で成膜するため、真空中で成膜した膜に比べ、水分の浸入や酸化等による影響を受け難いことが挙げられる。
In addition, when the
導電性反射膜14b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 conductive reflective film 14b via a back electrode reinforcing film (not shown) or without a back electrode reinforcing film.
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1〜10、比較例1,2>
以下の表1,表2に示す組成であって、導電性酸化物微粒子と、分散媒と、バインダと、カップリング剤とを表1,表2に示す割合で、合計量を60gとし、これを100ccのガラス瓶中に入れ、直径0.3mmのジルコニアビーズ(ミクロハイカ、昭和シェル石油社製)100gを用いてペイントシェーカーで6時間分散することにより、透明導電膜用組成物を得た。
<Examples 1 to 10, Comparative Examples 1 and 2>
The composition shown in Table 1 and Table 2 below, the conductive oxide fine particles, the dispersion medium, the binder, and the coupling agent in the proportions shown in Table 1 and Table 2, with the total amount being 60 g, Was placed in a 100 cc glass bottle and dispersed with a paint shaker for 6 hours using 100 g of zirconia beads having a diameter of 0.3 mm (Microhaika, Showa Shell Sekiyu KK) to obtain a transparent conductive film composition.
なお、上記使用した導電性酸化物微粒子のうち、ATO粒子並びにATO凝集体は以下の手法により製造した。先ず、90℃の純水5l中に、塩化第二錫5水塩500g及び三塩化アンチモン10gを3N塩酸水溶液500mlに溶解した溶液と、水酸化ナトリウムとを、系のpHを7〜7.5に維持するように20分間にわたって並行添加して共沈殿物を生成させた。次いで、ここへ塩酸を加えて系のpHを3に調整した後、該沈殿物を濾過し、その後濾液の比抵抗が15000Ωcmになるまで水洗した。次に、得られたケーキを110℃で12時間乾燥した後、この乾燥状物に136.5gのホウ砂を加え、両者を均一に混合粉砕した。そして、この混合物を電気炉で900℃にて1時間焼成した。しかる後、得られた焼成生成物をフッ化水素酸水溶液で浸漬処理して可溶性塩類を除去した後、乾燥、粉砕を行って、目的とする針状導電性アンチモン含有酸化錫微粉末を得た。 Of the conductive oxide fine particles used above, ATO particles and ATO aggregates were produced by the following method. First, a solution of 500 g of stannic chloride pentahydrate and 10 g of antimony trichloride in 500 ml of 3N hydrochloric acid solution in 5 l of pure water at 90 ° C. and sodium hydroxide are used, and the pH of the system is adjusted to 7 to 7.5. Was added in parallel over 20 minutes to maintain a coprecipitate. Next, hydrochloric acid was added thereto to adjust the pH of the system to 3, and then the precipitate was filtered, and then washed with water until the specific resistance of the filtrate reached 15000 Ωcm. Next, after the obtained cake was dried at 110 ° C. for 12 hours, 136.5 g of borax was added to the dried product, and both were uniformly mixed and ground. And this mixture was baked at 900 degreeC with the electric furnace for 1 hour. Thereafter, the fired product obtained was immersed in a hydrofluoric acid aqueous solution to remove soluble salts, and then dried and pulverized to obtain the target acicular antimony-containing tin oxide fine powder. .
また、ITO粒子並びにITO凝集体は、三塩化インジウム水溶液(InCl3水溶液)と四塩化錫水溶液(SnCl4水溶液)とを混合し、この混合液に炭酸水素ナトリウムを含有するアルカリ水溶液を添加して、pHを5〜10に調整し、液温20〜60℃で30〜300分間反応させ、生成した沈殿物を固液分離して回収し、乾燥後、大気下で焼成することによって製造した。 In addition, ITO particles and ITO aggregates are mixed with an indium trichloride aqueous solution (InCl 3 aqueous solution) and a tin tetrachloride aqueous solution (SnCl 4 aqueous solution), and an alkaline aqueous solution containing sodium hydrogen carbonate is added to the mixed solution. The pH was adjusted to 5 to 10, reacted at a liquid temperature of 20 to 60 ° C. for 30 to 300 minutes, the produced precipitate was recovered by solid-liquid separation, dried, and then fired in the air.
また、SnO2粒子並びにSnO2凝集体は、塩化錫水溶液をアンモニアで中和して得られたゲルに塩酸を加えて塩酸解捏した錫を酸化物換算で10質量%含有する錫コロイド溶液を5〜120分間で凍結させ、続いて、凍結乾燥を行って得られた鱗片状の含水酸化錫を350〜800℃で1〜10時間焼成することによって製造した。 In addition, SnO 2 particles and SnO 2 aggregates consist of a tin colloid solution containing 10% by mass in terms of oxide of tin obtained by adding hydrochloric acid to a gel obtained by neutralizing an aqueous solution of tin chloride with ammonia. It was produced by baking for 1 to 10 hours at 350 to 800 ° C. with a scaly hydrous tin oxide obtained by freezing for 5 to 120 minutes and then freeze-drying.
なお、表1又は表2中、第1混合液とは、イソプロパノール、エタノール及びN,N−ジメチルホルムアミドを質量比4:2:1で混合した分散媒である。また、第2混合液とは、エタノールとブタノールを質量比98:2で混合した分散媒である。 In Table 1 or Table 2, the first mixed liquid is a dispersion medium in which isopropanol, ethanol and N, N-dimethylformamide are mixed at a mass ratio of 4: 2: 1. The second mixed liquid is a dispersion medium in which ethanol and butanol are mixed at a mass ratio of 98: 2.
次に、以下の手順により、導電性反射膜用組成物を調製した。先ず、硝酸銀を脱イオン水に溶解して金属塩水溶液を調製した。また、クエン酸ナトリウムを脱イオン水に溶解して濃度が26質量%のクエン酸ナトリウム水溶液を調製した。このクエン酸ナトリウム水溶液に、35℃に保持された窒素ガス気流中で粒状の硫酸第1鉄を直接加えて溶解させ、クエン酸イオンと第1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した。 Next, a conductive reflective film composition was prepared by the following procedure. First, silver nitrate was dissolved in deionized water to prepare an aqueous metal salt solution. In addition, sodium citrate was dissolved in deionized water to prepare an aqueous sodium citrate solution having a concentration of 26% by mass. Reduction in which aqueous ferric sulfate is directly added and dissolved in this sodium citrate aqueous solution in a nitrogen gas stream maintained at 35 ° C. to contain citrate ions and ferrous ions in a molar ratio of 3: 2. An aqueous agent solution was prepared.
次いで、上記窒素ガス気流を35℃に保持した状態で、マグネチックスターラーの攪拌子を還元剤水溶液中に入れ、攪拌子を100rpmの回転速度で回転させて、上記還元剤水溶液を攪拌しながら、この還元剤水溶液に上記金属塩水溶液を滴下して混合した。ここで、還元剤水溶液への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40℃に保持されるようにした。また上記還元剤水溶液と金属塩水溶液との混合比は、金属塩水溶液中の金属イオンの総原子価数に対する、還元剤水溶液のクエン酸イオンと第1鉄イオンのモル比がいずれも3倍モルとなるようにした。還元剤水溶液への金属塩水溶液の滴下が終了した後、混合液の攪拌を更に15分間続けることにより、混合液内部に金属粒子を生じさせ、金属粒子が分散した金属粒子分散液を得た。金属粒子分散液のpHは5.5であり、分散液中の金属粒子の化学量論的生成量は5g/リットルであった。 Next, with the nitrogen gas stream maintained at 35 ° C., a magnetic stirrer stirrer is placed in the reducing agent aqueous solution, the stirrer is rotated at a rotation speed of 100 rpm, and the reducing agent aqueous solution is stirred, The metal salt aqueous solution was added dropwise to the reducing agent aqueous solution and mixed. Here, the amount of the metal salt aqueous solution added to the reducing agent aqueous solution is adjusted so that the concentration of each solution is adjusted to 1/10 or less of the amount of the reducing agent aqueous solution. The reaction temperature was maintained at 40 ° C. The mixing ratio of the reducing agent aqueous solution to the metal salt aqueous solution is such that the molar ratio of citrate ions and ferrous ions in the reducing agent aqueous solution to the total valence of metal ions in the metal salt aqueous solution is 3 times the mole. It was made to become. After the addition of the aqueous metal salt solution to the reducing agent aqueous solution was completed, stirring of the mixed solution was further continued for 15 minutes to generate metal particles inside the mixed solution to obtain a metal particle dispersion in which the metal particles were dispersed. The pH of the metal particle dispersion was 5.5, and the stoichiometric amount of metal particles in the dispersion was 5 g / liter.
得られた分散液は室温で放置することにより、分散液中の金属粒子を沈降させ、沈降した金属粒子の凝集物をデカンテーションにより分離した。分離した金属凝集物に脱イオン水を加えて分散体とし、限外濾過により脱塩処理した後、更にメタノールで置換洗浄することにより、金属(銀)の含有量を50質量%にした。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、粒径が100nmを越える比較的大きな銀粒子を分離することにより、一次粒径10〜50nmの範囲内の銀ナノ粒子を数平均で71%含有するように調整した。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71%になるように調整した。得られた銀ナノ粒子は、炭素骨格が炭素数3の有機分子主鎖の保護剤が化学修飾されていた。 The obtained dispersion was allowed to stand at room temperature to precipitate the metal particles in the dispersion, and the aggregates of the precipitated metal particles were separated by decantation. Deionized water was added to the separated metal agglomerated to form a dispersion, subjected to desalting by ultrafiltration, and further washed with substitution with methanol, so that the metal (silver) content was 50% by mass. Thereafter, the centrifugal force of the centrifuge is adjusted using a centrifuge to separate relatively large silver particles having a particle size exceeding 100 nm, thereby obtaining silver nanoparticles having a primary particle size of 10 to 50 nm. It adjusted so that it might contain 71% by a number average. That is, the ratio of the silver nanoparticles in the range of the primary particle diameter of 10 to 50 nm to the silver nanoparticles of 100% on the number average was adjusted to 71%. The obtained silver nanoparticles were chemically modified with a protective agent for an organic molecular main chain having a carbon skeleton of 3 carbon atoms.
次に、得られた金属ナノ粒子10質量部を水、エタノール及びメタノールを含む混合溶液90質量部に添加混合することにより分散させ、更にこの分散液に次の表3,表4に示す添加物を表3,表4に示す割合となるように加えることで、導電性反射膜用組成物をそれぞれ得た。なお、導電性反射膜用組成物を構成する金属ナノ粒子は、75質量%以上の銀ナノ粒子を含有している。なお、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は、上記方法により得られた銀ナノ粒子の分散液を第1分散液とし、硝酸銀に代えて、以下の表3,表4に示す銀ナノ粒子以外の金属ナノ粒子を形成する種類の金属塩を用いた以外は、上記銀ナノ粒子の製造方法と同様にして、銀ナノ粒子以外の金属ナノ粒子の分散液を調製し、この金属ナノ粒子の分散液を第2分散液とし、添加物を加える前に、以下の表3,表4に示す割合となるように、第1分散液と第2分散液を混合することで、導電性反射膜用組成物を得た。 Next, 10 parts by mass of the obtained metal nanoparticles are dispersed by adding and mixing in 90 parts by mass of a mixed solution containing water, ethanol and methanol, and the additives shown in the following Tables 3 and 4 are further added to this dispersion. Were added so as to have the ratios shown in Tables 3 and 4 to obtain conductive reflective film compositions, respectively. In addition, the metal nanoparticle which comprises the composition for electroconductive reflective films contains 75 mass% or more of silver nanoparticles. In addition, when containing metal nanoparticles other than silver nanoparticles together with silver nanoparticles as metal nanoparticles, the dispersion of silver nanoparticles obtained by the above method is used as the first dispersion, and instead of silver nitrate, Metal nanoparticles other than silver nanoparticles are produced in the same manner as the above-described method for producing silver nanoparticles, except that a metal salt of a type that forms metal nanoparticles other than silver nanoparticles shown in Tables 3 and 4 below is used. A dispersion of this metal nanoparticle was prepared as a second dispersion, and before adding the additives, the first dispersion and the second dispersion were made to have the ratios shown in Tables 3 and 4 below. By mixing the dispersion, a composition for a conductive reflective film was obtained.
次に、太陽電池の光電変換層上に複合膜を形成し、太陽電池を形成した。具体的には、先ず、図1に示すように、テクスチャー構造を持つ表面電極12(SnO2膜)を持つ基材11上に、プラズマCVD法により、光電変換層13として、厚さ1.7μmのマイクロクリスタルシリコン層を成膜した。次いで、焼成後の厚さが以下の表5に示す膜厚となるように、以下の表3,4に示す様々な成膜方法で上記調製した透明導電膜用組成物を塗布した後、温度25℃で5分間乾燥して透明導電性塗膜を形成した。続いて、上記調製した導電性反射膜用組成物を、形成した透明導電塗膜上に焼成後の厚さが以下の表5に示す膜厚となるように、以下の表3,4に示す様々な成膜方法で塗布した後、温度25℃で5分間乾燥して導電性反射塗膜を形成した。次に、以下の表3,表4に示す熱処理条件で焼成することにより、光電変換13層上に複合膜14を形成し、太陽電池セル基板を得た。なお、表3,表4中、PVPとあるのは、Mwが360,000のポリビニルピロリドンを表し、PETとあるのは、ポリエチレンテレフタレートを表す。
Next, a composite film was formed on the photoelectric conversion layer of the solar cell to form a solar cell. Specifically, first, as shown in FIG. 1, a thickness of 1.7 μm is formed as a
実施例1〜10及び比較例1,2の光電変換層上に複合膜を形成した太陽電池セル基板について、複合膜における透明導電膜及び導電性反射膜の厚さ、導電性反射膜における気孔分布、直列抵抗について評価した。これらの結果を以下の表5に示す。
About the photovoltaic cell substrate in which the composite film was formed on the photoelectric conversion layers of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2, the thickness of the transparent conductive film and the conductive reflective film in the composite film, the pore distribution in the conductive reflective film The series resistance was evaluated. These results are shown in Table 5 below.
(1) 膜厚:SEM(日立製作所社製の電子顕微鏡:S800)を用いて膜断面からそれぞれ3回、直接計測し、これらの平均値とした。 (1) Film thickness: Using an SEM (Hitachi, Ltd., electron microscope: S800), the film thickness was directly measured three times from the film cross section, and the average value was obtained.
(2) 気孔分布:透明導電膜との接触面側における気孔分布については、透明導電膜から導電性反射膜を引き剥がすことが可能か否かによって、異なる測定方法を用いた。 (2) Pore distribution: For the pore distribution on the contact surface side with the transparent conductive film, different measurement methods were used depending on whether the conductive reflective film could be peeled off from the transparent conductive film.
透明導電膜から導電性反射膜を引き剥がすことが可能な例では、先ず、透明導電膜上に密着した導電性反射膜に対し、平滑な面を持つ冶具に接着材を塗布し、これを導電性反射膜上に押し当て、接着材が十分乾燥して高い接着力を有するようになるまで保持した後に、この冶具を引っ張り試験機(島津製作所製:EZ−TEST)を用いて基材に対し垂直に引き上げて、導電性反射膜を透明導電膜より引き剥がした。 In an example in which the conductive reflective film can be peeled off from the transparent conductive film, first, an adhesive is applied to a jig having a smooth surface to the conductive reflective film adhered on the transparent conductive film, and this is electrically conductive. After pressing onto the reflective film and holding until the adhesive is sufficiently dry and has high adhesive strength, this jig is attached to the substrate using a tensile tester (manufactured by Shimadzu Corporation: EZ-TEST). Pulled up vertically, the conductive reflective film was peeled off from the transparent conductive film.
次に、透明導電膜から引き剥がして冶具上に露出した導電性反射膜の透明導電膜との接触面だった面に対し、原子間力顕微鏡(AFM)を用いて、この面の凹凸像を観察した。観察した凹凸像を解析し、膜表面に現れる空孔の平均直径、平均深さ及び数密度を評価した。平均直径は、5視野以上のAFM像に対し、撮影した像中の直径20nm以上の空孔について、最長の辺と最短の辺を測長したその平均値とみなした。平均深さは、5視野以上のAFM像に対し、撮影した像中の直径20nm以上の空孔について深さを測長し、空孔の最も深い位置を中心とする半径10nmの円内の平均深さとした。 Next, using an atomic force microscope (AFM), an uneven image of the surface of the conductive reflective film that was peeled off from the transparent conductive film and exposed on the jig was contacted with the transparent conductive film. Observed. The observed concavo-convex image was analyzed, and the average diameter, average depth and number density of vacancies appearing on the film surface were evaluated. The average diameter was regarded as an average value obtained by measuring the longest side and the shortest side for holes having a diameter of 20 nm or more in the captured image with respect to an AFM image having five or more fields of view. The average depth of an AFM image of 5 fields or more is measured for a hole having a diameter of 20 nm or more in the photographed image, and an average within a circle having a radius of 10 nm centering on the deepest position of the hole. The depth.
また、透明導電膜から導電性反射膜を引き剥がす別の方法としては、導電性反射膜上に両面テープを貼り付け、この一端を引き上げることで、透明導電膜から導電性反射膜を引き剥がす方法も併せて用いた。 As another method of peeling the conductive reflective film from the transparent conductive film, a method of peeling the conductive reflective film from the transparent conductive film by sticking a double-sided tape on the conductive reflective film and pulling up one end thereof. Was also used.
透明導電膜から導電性反射膜を引き剥がすことができない例では、先ず、透明導電膜上に密着した導電性反射膜に対し、収束イオンビーム(FIB)法で加工して試料断面を露出させた。この試料の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することで、透明導電膜/導電性反射膜の界面の形状を観察した。この界面像について、開口部の直径、平均深さ及び数密度を評価した。開口部の直径は、5視野以上のSEM像に対し、撮影した像中の直径20nm以上の空孔について、最長の辺と最短の辺を測長したその平均値とみなした。平均深さは、5視野以上のSEM像に対し、撮影した像中の直径20nm以上の空孔について深さを測長し、空孔の最も深い位置を中心とする半径10nmの円内の平均深さとした。 In an example in which the conductive reflective film cannot be peeled off from the transparent conductive film, first, the conductive reflective film adhered on the transparent conductive film was processed by the focused ion beam (FIB) method to expose the sample cross section. . By observing the cross section of this sample with a scanning electron microscope (SEM), the shape of the transparent conductive film / conductive reflective film interface was observed. About this interface image, the diameter, average depth, and number density of the opening were evaluated. The diameter of the opening was regarded as an average value obtained by measuring the longest side and the shortest side of a hole having a diameter of 20 nm or more in a photographed image with respect to an SEM image having five or more fields of view. The average depth is measured with respect to a SEM image of 5 fields of view or more, and the depth is measured for holes having a diameter of 20 nm or more in the photographed image, and the average within a circle having a radius of 10 nm centered on the deepest position of the hole. The depth.
(3) 直列抵抗: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。 (3) Series resistance: I- when the lead wire is wired on the substrate after the solar cell line processing and irradiated with light of AM1.5, 100 mW / cm 2 using a solar simulator and a digital source meter. A V (current-voltage) curve was obtained. 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.
本発明は、発電の際の発電効率を高める太陽電池用の複合膜を製造するための技術として極めて好適である。また、本発明を用いることで、従来、真空成膜法で形成していた透明導電膜及び導電性反射膜からなる複合膜を、塗布、焼成プロセスに置き換えることが可能であり、製造コストの大幅な削減が期待できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is extremely suitable as a technique for producing a composite film for a solar cell that increases power generation efficiency during power generation. Further, by using the present invention, it is possible to replace a composite film composed of a transparent conductive film and a conductive reflective film, which has been conventionally formed by a vacuum film formation method, with a coating and baking process, which greatly increases the manufacturing cost. Reduction can be expected.
11 基材
12 表面電極
13 光電変換層
14 複合膜
14a 透明導電膜
14b 導電性反射膜
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記透明導電塗膜上に導電性反射膜用組成物を湿式塗工法により塗布して導電性反射塗膜を形成した後、
前記透明導電塗膜及び導電性反射塗膜を有する基材を焼成することにより、透明導電膜と導電性反射膜とからなる太陽電池用の複合膜を形成する方法であって、
前記導電性酸化物微粒子が、非球形の異方性形状を有する粒子、又は複数の粒子が凝集して形成された異方性構造を有する凝集体のいずれかを含む
ことを特徴とする太陽電池用の複合膜の形成方法。 On a photoelectric conversion layer of a solar cell laminated on a substrate via a surface electrode, a dispersion containing conductive oxide fine particles and a dispersion containing a binder component or both conductive oxide fine particles and a binder component are included. Applying the transparent conductive film forming composition by a wet coating method to form a transparent conductive coating film,
After forming the conductive reflective coating film by applying the composition for conductive reflective film on the transparent conductive coating film by a wet coating method,
A method for forming a composite film for a solar cell comprising a transparent conductive film and a conductive reflective film by firing a substrate having the transparent conductive film and the conductive reflective film,
The conductive oxide fine particle includes either a non-spherical anisotropic particle or an aggregate having an anisotropic structure formed by aggregating a plurality of particles. Of forming a composite film for use.
前記板状の粒子又は凝集体の厚さが50〜1500nm、幅厚さ比が2〜100である請求項1記載の太陽電池用の複合膜の形成方法。 When the anisotropically shaped particles or anisotropic structure aggregates are plate-like,
The method for forming a composite film for a solar cell according to claim 1, wherein the plate-like particles or aggregates have a thickness of 50 to 1500 nm and a width-thickness ratio of 2 to 100.
前記組成物が、バインダ成分を含まない導電性酸化物微粒子の分散液と前記導電性酸化物微粒子を含まない前記バインダ成分の分散液とから構成されるか、或いは前記導電性酸化物微粒子と前記バインダ成分の双方を含む分散液から構成され、
前記導電性酸化物微粒子が、非球形の異方性形状を有する粒子、又は複数の粒子が凝集して形成された異方性構造を有する凝集体のいずれかを含む
ことを特徴とする透明導電膜形成用組成物。 A composition for forming a transparent conductive film for forming the transparent conductive film constituting the composite film for a solar cell by applying and baking by a wet coating method,
The composition is composed of a dispersion of conductive oxide fine particles not containing a binder component and a dispersion of binder component not containing the conductive oxide fine particles, or the conductive oxide fine particles and the Consists of a dispersion containing both binder components,
The conductive oxide fine particle includes either a non-spherical anisotropic particle or an aggregate having an anisotropic structure formed by aggregating a plurality of particles. Film forming composition.
前記板状の粒子又は凝集体の厚さが50〜1500nm、幅厚さ比が2〜100である請求項5記載の透明導電膜形成用組成物。 When the anisotropically shaped particles or anisotropic structure aggregates are plate-like,
The composition for forming a transparent conductive film according to claim 5, wherein the plate-like particles or aggregates have a thickness of 50 to 1500 nm and a width-thickness ratio of 2 to 100.
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