JP2013016669A - Manufacturing method of photoelectric conversion element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は有機光電変換素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing an organic photoelectric conversion element.
近年、太陽電池の需要が高まり、軽量化(フレキシブル化)やコスト低減が期待できる有機エレクトロニクスデバイスが注目されている。特に、全固体型の有機薄膜太陽電池の期待が高まっている。 In recent years, the demand for solar cells has increased, and organic electronics devices that can be expected to be lightweight (flexible) and cost-cutting have attracted attention. In particular, expectations for all-solid-state organic thin-film solar cells are increasing.
有機薄膜太陽電池(有機光電変換素子からなる太陽電池)の構成としては、2つの異種電極(正極と負極)間に、電子供与材料(ドナー)と電子受容材料(アクセプター)を混合してなるバルクヘテロ接合型の光電変換層を配置してなるものが一般的であり、アモルファスシリコン等を用いてなる従来の薄膜太陽電池に比べて製造が容易で、低コストで任意の面積の太陽電池を製造しうるという利点があり、実用化が望まれている。 The structure of an organic thin film solar cell (solar cell comprising an organic photoelectric conversion element) is a bulk heterostructure formed by mixing an electron donating material (donor) and an electron accepting material (acceptor) between two different electrodes (positive electrode and negative electrode). It is common to have a junction-type photoelectric conversion layer arranged, and it is easier to manufacture than conventional thin-film solar cells using amorphous silicon or the like, and solar cells of any area can be manufactured at low cost. There is an advantage that it can be obtained, and practical application is desired.
有機薄膜太陽電池のような有機エレクトロニクスデバイスにおいては、受光側の電極は高い透明性を有することが発電効率の点から好ましい。透明電極としては、通常、透明導電性酸化物(TCO)が用いられており、なかでも、可視光透過性の高さと電気伝導率の高さが両立し、製造加工も容易な酸化インジウム錫(ITO)が主に使用されている。しかしながら、ITO材料は価格が近年高騰している上に、スパッタ等の物理的気相製膜法(PVD法)で形成しないと高品質なITO電極が得られないので製造コストが嵩む問題がある。そのために、代替となる電極材料が求められているのが現状である。 In an organic electronic device such as an organic thin film solar cell, it is preferable from the viewpoint of power generation efficiency that the electrode on the light receiving side has high transparency. As the transparent electrode, a transparent conductive oxide (TCO) is usually used. In particular, indium tin oxide (equivalent to high visible light transmission and high electrical conductivity, and easy to process) ITO) is mainly used. However, the price of ITO materials has been rising in recent years, and high-quality ITO electrodes cannot be obtained unless they are formed by a physical vapor deposition method (PVD method) such as sputtering. . For this reason, there is a demand for an alternative electrode material.
また、半透明など、光透過性を有する薄膜太陽電池とする場合は正極、負極共に光透過性が必要とされる。プラスチックフィルムを支持体としたフレキシブル薄膜太陽電池や導電性ポリマーを含む有機半導体を光電変換層とした有機薄膜太陽電池、更には両者を組合せた太陽電池は、有機材料が劣化しないように電極を低温形成する必要があるが、ITOなどのTCOを低温製膜するとその結晶性が悪くなり電極の抵抗が増大してしまう。 Moreover, when it is set as the thin film solar cell which has translucency, such as semi-transparency, both a positive electrode and a negative electrode require a light transmittance. Flexible thin-film solar cells using plastic film as a support, organic thin-film solar cells using an organic semiconductor containing a conductive polymer as a photoelectric conversion layer, and solar cells using a combination of both, have electrodes at low temperatures so that organic materials do not deteriorate. Although it is necessary to form it, when TCO such as ITO is formed at a low temperature, its crystallinity is deteriorated and the resistance of the electrode is increased.
特許文献1や特許文献2では、支持体上に正極用補助配線としてメッシュパターンの金属電極(メッシュ電極)を形成した後にTCOや導電性ポリマーからなる正極(正孔輸送層)を形成して、正極側の抵抗を低減した有機薄膜太陽電池が開示されている。しかしながら、正極用補助配線が形成された部分は遮光されてしまうので太陽電池の実効面積が減少し(開口率が低下し)変換効率が劣化してしまう。そのために、正極用補助配線は、その線幅を狭める必要があり、一方で導電性を低下させないよう、その膜厚を大きくする必要がある。ところが、正極用補助配線の端部に、その膜厚分の段差が生じるので、正極と負極が接触して短絡する短絡故障の発生率が増大してしまう。特許文献1では、正孔輸送層の膜厚をメッシュ電極の膜厚以上にする必要性を示唆しているが、正孔輸送層の膜厚増加は、コストアップに直結する上、正孔輸送層で吸収される入射光量が増大(透過率が低下)するので、太陽電池の更なる効率低下につながってしまう。
一方、特許文献2では、導電性を確保するために充分な膜厚のメッシュ電極が基板に埋込まれるようにして形成されると、(メッシュ電極による段差が低減されて)負極(対向電極)との短絡を効果的に抑制できる方法が記載されている。
In Patent Document 1 and Patent Document 2, after forming a mesh pattern metal electrode (mesh electrode) as a positive electrode auxiliary wiring on a support, a positive electrode (hole transport layer) made of TCO or a conductive polymer is formed, An organic thin film solar cell with reduced resistance on the positive electrode side is disclosed. However, since the portion where the positive electrode auxiliary wiring is formed is shielded from light, the effective area of the solar cell is reduced (the aperture ratio is reduced) and the conversion efficiency is deteriorated. Therefore, it is necessary to narrow the line width of the auxiliary wiring for positive electrode, while it is necessary to increase the film thickness so as not to lower the conductivity. However, since a step corresponding to the film thickness occurs at the end of the auxiliary wiring for positive electrode, the occurrence rate of short-circuit failure in which the positive electrode and the negative electrode contact and short-circuit increases. Patent Document 1 suggests that the thickness of the hole transport layer needs to be greater than or equal to the thickness of the mesh electrode. However, the increase in the thickness of the hole transport layer directly leads to an increase in cost, and the hole transport. The amount of incident light absorbed by the layer increases (transmittance decreases), leading to a further decrease in efficiency of the solar cell.
On the other hand, in Patent Document 2, when a mesh electrode having a sufficient thickness to ensure conductivity is formed so as to be embedded in a substrate (a step due to the mesh electrode is reduced), a negative electrode (counter electrode) The method which can suppress a short circuit with is effectively described.
しかしながら、特許文献2に記載されている製造方法は、製造工程数や工程時間が増大してコストアップにつながる上、特に支持体がプラスチックフィルムの場合は、支持体のエッチング工程や表面研磨工程により、支持体が劣化して表面凹凸増加につながり、かえって短絡故障が増大する。 However, the production method described in Patent Document 2 increases the number of production steps and the process time, leading to an increase in cost. In particular, when the support is a plastic film, the support is etched or surface-polished. The support deteriorates and leads to an increase in surface irregularities, which in turn increases short circuit failures.
また、特許文献3には、(導電性金属パターンと記載されている)メッシュパターン金属配線の開口部(透光部)のみに液体吐出(インクジェット)装置で透明樹脂を埋込んでから導電性ポリマーを成膜して表面段差を低減した補助電極が開示されている。しかしながら、この方法は、位置合せを含めて、工程時間が非常に増大してしまう。 Patent Document 3 discloses a conductive polymer after a transparent resin is embedded in a liquid discharge (inkjet) device only in an opening (translucent portion) of a mesh pattern metal wiring (described as a conductive metal pattern). An auxiliary electrode is disclosed in which a surface step is reduced by forming a film. However, this method greatly increases the process time including alignment.
更に、特許文献3では、メッシュパターン金属配線を形成した支持体(透明フィルム基材)上全面に紫外線硬化樹脂を成膜して、支持体(裏面)側から紫外線露光して洗浄することにより、金属配線開口部のみに透明樹脂を形成して表面段差を解消する方法も開示されている。 Furthermore, in Patent Document 3, an ultraviolet curable resin is formed on the entire surface of the support (transparent film substrate) on which the mesh pattern metal wiring is formed, and is exposed to ultraviolet light from the support (back surface) side and washed. A method of forming a transparent resin only at the metal wiring opening to eliminate the surface step is also disclosed.
特許文献3に記載の紫外線硬化樹脂を成膜して、支持体(裏面)側から紫外線露光して洗浄することにより、金属配線開口部のみに透明樹脂を形成して表面段差を解消する方法は、比較的容易な方法でコストの抑制も可能と考えられる。 The method of eliminating the surface step by forming a transparent resin only in the metal wiring opening by forming a film of the ultraviolet curable resin described in Patent Document 3 and exposing it to ultraviolet light from the support (back surface) side and washing it. The cost can be suppressed by a relatively easy method.
しかしながら、金属配線断面は理想的な矩形ではなく、現実は台形(端部断面が直角ではなくて鋭角)であるため、この方法によると、金属配線端部の斜面に成膜された紫外線硬化樹脂に紫外線が照射されず洗浄工程で除去されてしまう。つまり、金属配線端部に透明樹脂が形成されない溝ができてしまうおそれがある。このような補助電極を用いた場合、その溝による表面段差で、下部電極と上部電極の接触ひいては短絡が発生する恐れがあると考えられる。 However, the cross section of the metal wiring is not an ideal rectangle and is actually a trapezoid (the cross section of the end is not a right angle but an acute angle), so according to this method, the UV curable resin formed on the slope of the end of the metal wiring Are not irradiated with ultraviolet light and are removed in the cleaning process. That is, there is a possibility that a groove in which the transparent resin is not formed is formed at the end portion of the metal wiring. When such an auxiliary electrode is used, it is considered that there is a possibility that a contact between the lower electrode and the upper electrode and a short circuit may occur due to a surface step due to the groove.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、下部電極に導電性及び透明性が良好な補助電極を備え、短絡故障の発生が抑制された有機薄膜太陽電池を、低工程数および低コストで製造する方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and includes an organic thin-film solar cell in which the lower electrode includes an auxiliary electrode having good conductivity and transparency and the occurrence of short-circuit failure is suppressed. It aims at providing the method of manufacturing at low cost.
本発明の太陽電池の製造方法は、
支持体上に、複数の開口部を有する補助金属配線と、少なくとも前記開口部に充填された透明樹脂からなる平坦化層とを有する補助電極と、
下部電極と有機材料を含む光電変換層と上部電極とをこの順に積層してなる光電変換素子を備えた太陽電池の製造方法であって、
前記支持体上に、前記補助金属配線を形成する工程と、
多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物を重合してなる透明樹脂で前記開口部を埋め込むと共に前記補助金属配線を被覆して透明絶縁層を形成する工程と、
前記透明絶縁層を、前記補助金属配線の表面の少なくとも一部が露出すると共に前記開口部における該透明絶縁層の表面が該補助金属配線の表面と略同一平面となるまでエッチングする工程と、
前記透明絶縁層および前記補助金属配線の表面上に前記下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に前記光電変換層および上部電極を順次形成する工程とを有することを特徴とするものである。
The method for producing the solar cell of the present invention comprises:
On the support, an auxiliary electrode having an auxiliary metal wiring having a plurality of openings, and a planarization layer made of a transparent resin filled at least in the openings,
A method for producing a solar cell comprising a photoelectric conversion element in which a lower electrode, a photoelectric conversion layer containing an organic material, and an upper electrode are laminated in this order,
Forming the auxiliary metal wiring on the support;
A step of filling the opening with a transparent resin obtained by polymerizing a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer and covering the auxiliary metal wiring to form a transparent insulating layer;
Etching the transparent insulating layer until at least part of the surface of the auxiliary metal wiring is exposed and the surface of the transparent insulating layer in the opening is substantially flush with the surface of the auxiliary metal wiring;
Forming the lower electrode on the surface of the transparent insulating layer and the auxiliary metal wiring; and
A step of sequentially forming the photoelectric conversion layer and the upper electrode on the lower electrode.
本明細書において、「多官能(メタ)アクリルモノマー」とは、2つ以上の(メタ)アクリル基を有するモノマー(単量体)を意味する。「(メタ)アクリル」とは、アクリルもしくはメタクリルを意味する。 In the present specification, the “polyfunctional (meth) acrylic monomer” means a monomer (monomer) having two or more (meth) acrylic groups. “(Meth) acryl” means acrylic or methacrylic.
前記透明絶縁層を形成する工程において、前記組成物を、前記開口部及び前記補助金属配線の表面に塗布した後に光重合させて前記透明絶縁層を形成することが好ましい。 In the step of forming the transparent insulating layer, it is preferable that the transparent insulating layer is formed by applying the composition to the opening and the surface of the auxiliary metal wiring and then photopolymerizing the composition.
前記多官能(メタ)アクリルモノマーは、3官能以上であることが好ましく、(メタ)アクリル基同士を連結する連結鎖に酸素を含まないことが好ましい。 The polyfunctional (meth) acrylic monomer is preferably trifunctional or more, and preferably contains no oxygen in a connecting chain that connects (meth) acrylic groups.
本発明の太陽電池の製造方法の好適な態様としては、前記透明絶縁層を形成する工程において、前記透明絶縁層を、該透明絶縁層の表面が、前記補助金属配線の表面上方に後に形成される前記光電変換層の表面よりも高い位置となる厚みで形成し、
前記透明絶縁層をエッチングする工程において、前記補助金属配線の表面を含む平面上の少なくとも一部に、前記透明絶縁層の一部が前記下部電極の形成領域の少なくとも一部を区画する絶縁性隔壁として残るようにエッチングする態様が挙げられる。かかる態様では、前記絶縁性隔壁を、前記下部電極の形成領域を取り囲むように形成し、該絶縁性隔壁により取り囲まれた形成領域に、前記下部電極および前記光電変換層を順次形成し、前記上部電極を、前記光電変換層および前記絶縁性隔壁上に、該上部電極と前記絶縁性隔壁とにより前記光電変換層が封止されるように形成することが好ましい。
In a preferred embodiment of the method for producing a solar cell of the present invention, in the step of forming the transparent insulating layer, the transparent insulating layer is formed after the surface of the transparent insulating layer is above the surface of the auxiliary metal wiring. Formed with a thickness that is higher than the surface of the photoelectric conversion layer,
In the step of etching the transparent insulating layer, an insulating partition in which a part of the transparent insulating layer defines at least a part of the formation region of the lower electrode on at least a part of a plane including the surface of the auxiliary metal wiring As an example, the etching is performed so as to remain. In such an embodiment, the insulating partition is formed so as to surround the formation region of the lower electrode, and the lower electrode and the photoelectric conversion layer are sequentially formed in the formation region surrounded by the insulating partition, It is preferable to form an electrode on the photoelectric conversion layer and the insulating partition so that the photoelectric conversion layer is sealed by the upper electrode and the insulating partition.
本発明の太陽電池は、支持体上に、
複数の開口部を有する補助金属配線と、少なくとも前記開口部に充填された透明樹脂からなる平坦化層とを有する補助電極と、
下部電極と、有機材料を含む光電変換層と、上部電極とをこの順に積層してなる光電変換素子を備え、
前記平坦化層が、前記補助金属配線の表面が露出すると共に前記開口部における前記透明樹脂の表面が該補助金属配線の表面と略同一平面となるようにエッチングされて形成されてなり、
前記透明樹脂が多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物を重合してなる樹脂であることを特徴とするものである。
The solar cell of the present invention is provided on a support.
An auxiliary electrode having an auxiliary metal wiring having a plurality of openings, and a planarization layer made of a transparent resin filled in at least the openings,
A photoelectric conversion element formed by laminating a lower electrode, a photoelectric conversion layer containing an organic material, and an upper electrode in this order,
The planarizing layer is formed by etching so that the surface of the auxiliary metal wiring is exposed and the surface of the transparent resin in the opening is substantially flush with the surface of the auxiliary metal wiring.
The transparent resin is a resin obtained by polymerizing a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer.
本発明の太陽電池の製造方法では、多数の開口部を有する補助金属配線の開口部を埋め込む平坦化層を、多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物を重合してなる透明樹脂で補助金属配線を覆うように形成した後に、補助金属配線の表面が露出するまでエッチングすることにより形成する。かかる方法によれば、平坦化層の透明樹脂の形状保持性が高いため、エッチングにより表面平滑性の良好な平坦化層を形成することができる。また、多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物を重合してなる透明樹脂は、耐熱性及び耐溶剤性に優れるため、後工程のアニール処理等の加熱処理や、透明樹脂上に成膜される物質による平滑性への悪影響が少ない。従って、本発明によれば、下部電極の補助電極として、導電性,透明性及び平滑性の良好な補助電極を備え、短絡故障の発生が抑制された有機薄膜太陽電池を、低工程数および低コストで製造することができる。 In the method for manufacturing a solar cell of the present invention, the planarizing layer for embedding the openings of the auxiliary metal wiring having a large number of openings is made of an auxiliary metal with a transparent resin obtained by polymerizing a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer After the wiring is formed so as to cover it, it is formed by etching until the surface of the auxiliary metal wiring is exposed. According to such a method, since the shape retaining property of the transparent resin of the planarization layer is high, a planarization layer having excellent surface smoothness can be formed by etching. In addition, a transparent resin obtained by polymerizing a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer is excellent in heat resistance and solvent resistance. Therefore, the transparent resin is formed on the transparent resin by heat treatment such as an annealing treatment in a subsequent step. There is little adverse effect on the smoothness of the material. Therefore, according to the present invention, an organic thin-film solar cell provided with an auxiliary electrode having good conductivity, transparency, and smoothness as an auxiliary electrode of the lower electrode, in which occurrence of short-circuit failure is suppressed, can be achieved with a low number of steps and a low number of steps. Can be manufactured at cost.
以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
(第1の実施形態)
本発明の第1の実施形態にかかる太陽電池の製造方法について、図1A〜図1Cを参照して説明する。図1A、図1Bは、第1の実施形態の太陽電池の製造方法における製造工程を示す断面図であり、図1Cは、本実施形態の製造方法により製造される太陽電池の構造を示す断面図である。
(First embodiment)
The manufacturing method of the solar cell concerning the 1st Embodiment of this invention is demonstrated with reference to FIG. 1A-FIG. 1C. 1A and 1B are cross-sectional views showing manufacturing steps in the method for manufacturing a solar cell of the first embodiment, and FIG. 1C is a cross-sectional view showing the structure of the solar cell manufactured by the manufacturing method of the present embodiment. It is.
まず、図1Aに示すように、支持体10の表面に、複数の開口部を有する補助金属配線26を形成する。補助金属配線26は、例えばメッシュ状の配線であり、メッシュの目が開口部となる。 First, as shown in FIG. 1A, auxiliary metal wiring 26 having a plurality of openings is formed on the surface of the support 10. The auxiliary metal wiring 26 is, for example, a mesh-shaped wiring, and mesh eyes serve as openings.
この補助金属配線26は、例えば、支持体10上にハロゲン化銀を含む組成物を塗布してハロゲン化銀含有層を形成する工程と、ハロゲン化銀含有層の一部を露光する工程と、ハロゲン化銀含有層を現像する工程と、現像済みハロゲン化銀含有層を定着して銀を含む該補助配線を形成する工程とを順に行うことにより形成することができる。補助金属配線26の詳しい形成方法については後述する。 The auxiliary metal wiring 26 includes, for example, a step of applying a silver halide-containing composition on the support 10 to form a silver halide-containing layer, a step of exposing a part of the silver halide-containing layer, It can be formed by sequentially performing the step of developing the silver halide-containing layer and the step of fixing the developed silver halide-containing layer to form the auxiliary wiring containing silver. A detailed method of forming the auxiliary metal wiring 26 will be described later.
その後、図1Aに示すように、この補助金属配線26が形成された支持体10上に、多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物を重合してなる透明樹脂で補助金属配線26の開口部を埋め込むと共に、補助金属配線26を被覆するように透明絶縁層30を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 1A, the opening of the auxiliary metal wiring 26 is made of a transparent resin obtained by polymerizing a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer on the support 10 on which the auxiliary metal wiring 26 is formed. And a transparent insulating layer 30 is formed so as to cover the auxiliary metal wiring 26.
透明絶縁層30の形成方法は、特に制限されないが、多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物からなる塗布液を、前記開口部及び前記補助金属配線の表面に塗布した後に重合させて形成することが好ましい。 The method for forming the transparent insulating layer 30 is not particularly limited, and is formed by polymerizing a coating liquid made of a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer on the opening and the surface of the auxiliary metal wiring. It is preferable.
塗布の際は、多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物(塗布液)によって開口部を充填し、補助金属配線26を被覆するように過剰の塗布液を塗布する。 At the time of application, an opening is filled with a composition (coating liquid) containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer, and an excessive coating liquid is applied so as to cover the auxiliary metal wiring 26.
多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物の重合方法は特に制限されないが、光もしくは電子線を用いた光重合であることが好ましい。組成物中には、モノマーの種類に応じて好適な光重合開始剤を含んでいることが好ましい。光及び電子線の波長は、モノマー及び重合開始剤の種類応じて適宜選択すればよい。製造工程における照射光波長との関係で増感剤を添加してもよい。 Although the polymerization method of the composition containing a polyfunctional (meth) acryl monomer is not particularly limited, photopolymerization using light or an electron beam is preferable. It is preferable that the composition contains a suitable photopolymerization initiator depending on the type of monomer. What is necessary is just to select the wavelength of light and an electron beam suitably according to the kind of monomer and a polymerization initiator. A sensitizer may be added in relation to the irradiation light wavelength in the production process.
多官能(メタ)アクリルモノマーは、重合により架橋構造を形成することができるため、単官能(メタ)アクリルモノマーを用いた場合に比して、耐熱性及び耐溶剤性に優れる透明絶縁層30を形成することができる。ここで、耐溶剤性とは、有機溶剤及びモノマーに対する耐性を意味する。 Since the polyfunctional (meth) acrylic monomer can form a crosslinked structure by polymerization, the transparent insulating layer 30 having excellent heat resistance and solvent resistance as compared with the case where the monofunctional (meth) acrylic monomer is used. Can be formed. Here, the solvent resistance means resistance to organic solvents and monomers.
多官能(メタ)アクリルモノマーとしては、特に制限されないが、(メタ)アクリル基を3つ以上有する(以下、3官能以上とする)モノマーであることが好ましい。3官能の(メタ)アクリルモノマーとしては、下記トリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA)及びペンタエリスリトールトリアクリレート(PETIA)を好ましく用いることができる。
2官能(メタ)アクリルモノマーとしては、下記1,6ヘキサンジオールジアクリレートを好ましく用いることができる。
多官能(メタ)アクリルモノマーは、複数の(メタ)アクリル基を有している。下記ポリエチレングリコールジアクリレート(A−600)のように、(メタ)アクリル基同士を連結する部分(連結鎖)に酸素原子を含む構造の多官能(メタ)アクリルモノマーを重合して得られる樹脂は、酸素原子を含まない構造のものに比して形状保持性が低くなる。従って、多官能(メタ)アクリルモノマーとしては、(メタ)アクリル基同士を連結する部分(連結鎖)に酸素原子を含まない構造を有するものが好ましい。
その他の2官能(メタ)アクリルモノマーとしては、下記の化合物が例示される。
多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物は、その他のビニルモノマーを含んでもよい。多官能(メタ)アクリレートモノマーを含む組成物における多官能(メタ)アクリレートモノマーの組成比は50質量%〜100質量%であることが好ましく、60質量%〜100質量%であることがより好ましく、さらには70質量%〜100質量%であることがより好ましい。 The composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer may contain other vinyl monomers. The composition ratio of the polyfunctional (meth) acrylate monomer in the composition containing the polyfunctional (meth) acrylate monomer is preferably 50% by mass to 100% by mass, more preferably 60% by mass to 100% by mass, Furthermore, it is more preferable that it is 70 mass%-100 mass%.
ビニルモノマーの例としては、(メタ)アクリレート、(メタ)アクリルアミド、スチレン等が挙げられ、単官能(メタ)アクリレートモノマーが好ましい。以下に、単官能(メタ)アクリレートモノマーの好ましい具体例を示すが、本発明はこれらに限定されない。
次に、図1Bに示すように、補助金属配線26上に堆積した過剰の透明絶縁層30を、補助金属配線26の表面が露出し、開口部に埋め込まれた絶縁層30の表面が補助金属配線26の表面と略面一となるまでエッチングして除去する。なお、ここで補助金属配線開口部に埋め込まれてエッチングにより補助金属配線26の表面と略同一の面を有する絶縁層30を平坦化層31と称し、補助金属配線26と平坦化層31とにより構成される電極を補助電極11と称する。 Next, as shown in FIG. 1B, the excess transparent insulating layer 30 deposited on the auxiliary metal wiring 26 is exposed to the surface of the auxiliary metal wiring 26 and the surface of the insulating layer 30 embedded in the opening is the auxiliary metal. Etching is performed until the surface of the wiring 26 is substantially flush with the surface of the wiring 26. Here, the insulating layer 30 embedded in the opening portion of the auxiliary metal wiring and having a surface substantially the same as the surface of the auxiliary metal wiring 26 by etching is referred to as a flattening layer 31, and the auxiliary metal wiring 26 and the flattening layer 31 The configured electrode is referred to as auxiliary electrode 11.
透明絶縁層30のエッチング方法は特に制限されず、各種のドライエッチング(例えば反応性イオンエッチング、プラズマエッチングなど)を用いることができ、中でも、プラズマエッチングが好ましく、酸素プラズマエッチングが特に好ましい。 The etching method of the transparent insulating layer 30 is not particularly limited, and various dry etching (for example, reactive ion etching, plasma etching, etc.) can be used. Among them, plasma etching is preferable, and oxygen plasma etching is particularly preferable.
プラズマエッチングは樹脂を構成する炭素−炭素結合を切断しながら、樹脂を削っていくため、補助金属配線26がちょうど露出してエッチングを終了した後の透明絶縁層30の表面は通常プラズマダメージを受ける。多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物の重合体が架橋構造形成できることを既に述べたが、架橋構造を有する場合は形状保持性が高く、ドライエッチング性、とりわけ耐プラズマ性が高くなる。従って、このようなプラズマダメージが少なく、その結果として平坦化層31の平坦性が確保され、更に、補助金属配線26と平坦化層31との段差のほとんどない、平坦性の良好な補助電極11を形成することができる。 In the plasma etching, the carbon-carbon bond constituting the resin is cut and the resin is scraped. Therefore, the surface of the transparent insulating layer 30 after the auxiliary metal wiring 26 is just exposed and the etching is finished usually receives plasma damage. . Although it has already been described that a polymer of a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer can form a crosslinked structure, when it has a crosslinked structure, shape retention is high, and dry etching property, particularly plasma resistance is enhanced. Therefore, the plasma damage is small, and as a result, the flatness of the planarizing layer 31 is ensured. Further, the auxiliary electrode 11 with good flatness has almost no step between the auxiliary metal wiring 26 and the planarizing layer 31. Can be formed.
平坦化層31と補助金属配線26の上部は段差がなく面一となっていることが好ましいが、上に形成する下部電極層12の平坦性が確保できる程度の段差は許容される。平坦化層31と補助金属配線26の上部との段差は1μm以下であることが好ましく、より好ましくは500nm以下であることが好ましく、さらには200nm以下であることが好ましい。 The upper portions of the planarization layer 31 and the auxiliary metal wiring 26 are preferably flush with each other, but a level difference sufficient to ensure the flatness of the lower electrode layer 12 formed thereon is allowed. The step between the planarization layer 31 and the upper portion of the auxiliary metal wiring 26 is preferably 1 μm or less, more preferably 500 nm or less, and further preferably 200 nm or less.
上記のように、本実施形態の製造方法によれば、補助金属配線26の開口部を良好に埋め込んで平坦性の良好な補助金属配線26を有する補助電極11を製造することができる。かかる方法では、補助金属配線26の厚みを厚く形成することができるため、高い導電性及び透明性を有する補助電極11を形成することができる。 As described above, according to the manufacturing method of the present embodiment, it is possible to manufacture the auxiliary electrode 11 having the auxiliary metal wiring 26 with good flatness by filling the opening of the auxiliary metal wiring 26 well. In this method, since the auxiliary metal wiring 26 can be formed thick, the auxiliary electrode 11 having high conductivity and transparency can be formed.
次に、補助金属配線26と平坦化層31からなる補助電極11上に下部電極層12を形成する。下部電極層12は、例えば、補助電極11表面に、例えば水系塗布法により導電性ポリマーを形成することにより製造することができる。 Next, the lower electrode layer 12 is formed on the auxiliary electrode 11 composed of the auxiliary metal wiring 26 and the planarizing layer 31. The lower electrode layer 12 can be manufactured, for example, by forming a conductive polymer on the surface of the auxiliary electrode 11 by, for example, an aqueous coating method.
下部電極層12の形成時に、その下地となる補助電極11(平坦化層31)の表面は、その形成方法及び下部電極層12の材料によってはその平滑性に影響を及ぼすことがある。例えば、導電性ポリマーからなる下部電極層12を塗布法により形成する場合は、塗布液に対する平坦化層31の耐性が低いとその表面平滑性が低下する。また、下部電極層12の形成時やその後のアニール処理等により加熱工程を必要とする場合も、平坦化層31の耐熱性が低いと平滑性を損なう原因となる。上記したように、本実施形態の平坦化層31は、耐熱性及び耐溶剤性に優れることから、下部電極層12の形成時も、良好な平滑性を保持することができる。 When the lower electrode layer 12 is formed, the surface of the auxiliary electrode 11 (flattening layer 31) serving as the base may affect the smoothness depending on the formation method and the material of the lower electrode layer 12. For example, when the lower electrode layer 12 made of a conductive polymer is formed by a coating method, the surface smoothness is lowered if the resistance of the planarizing layer 31 to the coating solution is low. In addition, when the heating process is required at the time of forming the lower electrode layer 12 or subsequent annealing treatment or the like, if the heat resistance of the planarizing layer 31 is low, the smoothness is impaired. As described above, since the planarization layer 31 of this embodiment is excellent in heat resistance and solvent resistance, good smoothness can be maintained even when the lower electrode layer 12 is formed.
下部電極層12の形成前及び形成時(形成中)に、補助電極11において透明絶縁層30が補助金属配線26から盛り上がっている状態となっていたり、透明絶縁層30によって補助金属配線26の開口部が埋められていない場合、平坦化されていない部分に段差が生じる。この段差があるとその部分の下部電極層12は厚みが薄くなるために、有機薄膜太陽電池において、段差の角部で上部電極との短絡が生じやすくなり、変換効率にも悪影響を及ぼす。 Before and during the formation of the lower electrode layer 12 (during formation), the transparent insulating layer 30 rises from the auxiliary metal wiring 26 in the auxiliary electrode 11, or the auxiliary metal wiring 26 is opened by the transparent insulating layer 30. When the portion is not filled, a step is generated in the portion that is not flattened. If this step is present, the thickness of the lower electrode layer 12 at that portion is reduced, and therefore, in an organic thin film solar cell, a short circuit with the upper electrode is likely to occur at the corner of the step, which adversely affects conversion efficiency.
上記のように、本発明によれば、補助電極11の平坦性を良好にすることができるため、下部電極層12の膜厚の均一性を良好にし、太陽電池における短絡を生じにくくすることができる。 As described above, according to the present invention, the flatness of the auxiliary electrode 11 can be improved, so that the uniformity of the film thickness of the lower electrode layer 12 is improved and short-circuiting in the solar cell is less likely to occur. it can.
次に、下部電極層12上に、少なくとも有機材料を含む光電変換層15を積層する。図1Cに示す太陽電池1は、下部電極12と光電変換層15との間にさらに正孔輸送層などの半導体層13を備えることができる。 Next, a photoelectric conversion layer 15 including at least an organic material is stacked on the lower electrode layer 12. The solar cell 1 shown in FIG. 1C can further include a semiconductor layer 13 such as a hole transport layer between the lower electrode 12 and the photoelectric conversion layer 15.
さらに、光電変換層15上に上部電極21を形成することにより図1Cに示すような太陽電池1を形成する。なお、光電変換層15と上部電極21間には電子輸送層などの半導体層を備えていてもよい。
以上のようにして、太陽電池1を製造することができる。
Furthermore, the solar cell 1 as shown in FIG. 1C is formed by forming the upper electrode 21 on the photoelectric conversion layer 15. A semiconductor layer such as an electron transport layer may be provided between the photoelectric conversion layer 15 and the upper electrode 21.
The solar cell 1 can be manufactured as described above.
本実施形態の太陽電池1の製造方法では、多数の開口部を有する補助金属配線26の開口部を埋め込む平坦化層31を、多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物を重合してなる透明樹脂で補助金属配線26を覆うように形成した後に、補助金属配線26の表面が露出するまでエッチングすることにより形成する。かかる方法によれば、平坦化層31の透明樹脂の形状保持性が高いため、エッチングにより表面平滑性の良好な平坦化層31を形成することができる。また、多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物を重合してなる透明樹脂は、耐熱性及び耐溶剤性に優れるため、後工程のアニール処理等の加熱処理や、透明樹脂上に成膜される物質による平滑性への悪影響が少ない。
従って、本発明によれば、下部電極層12の補助電極11として、導電性,透明性及び平滑性の良好な補助電極11を備え、短絡故障の発生が抑制された有機薄膜太陽電池1を、低工程数および低コストで製造することができる。
In the method for manufacturing the solar cell 1 of the present embodiment, the planarization layer 31 that fills the openings of the auxiliary metal wiring 26 having a large number of openings is transparentized by polymerizing a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer. After the auxiliary metal wiring 26 is formed so as to cover the resin, it is formed by etching until the surface of the auxiliary metal wiring 26 is exposed. According to this method, since the shape retaining property of the transparent resin of the planarizing layer 31 is high, the planarizing layer 31 having good surface smoothness can be formed by etching. In addition, a transparent resin obtained by polymerizing a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer is excellent in heat resistance and solvent resistance. Therefore, the transparent resin is formed on the transparent resin by heat treatment such as an annealing treatment in a subsequent step. There is little adverse effect on the smoothness of the material.
Therefore, according to the present invention, as the auxiliary electrode 11 of the lower electrode layer 12, the organic thin-film solar cell 1 provided with the auxiliary electrode 11 having good conductivity, transparency and smoothness, and the occurrence of short-circuit failure is suppressed. It can be manufactured with a low number of steps and low cost.
(第2の実施形態)
本発明の第2の実施形態にかかる太陽電池の製造方法について、図2A〜図2Gを参照して説明する。図2Aから図2Fは、第2の実施形態の太陽電池の製造方法における製造工程を示すものであり、図2Aは平面図、図2B〜図2Fは断面図であり、図2Gは本実施形態の製造方法により製造される太陽電池の構造を示す断面図である。なお、第1の実施形態の太陽電池の構成要素と同一の要素には同等の符号を付し詳細な説明を省略する。
(Second Embodiment)
A method for manufacturing a solar cell according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2A to 2G. 2A to 2F show manufacturing steps in the method for manufacturing a solar cell according to the second embodiment. FIG. 2A is a plan view, FIGS. 2B to 2F are sectional views, and FIG. 2G is the present embodiment. It is sectional drawing which shows the structure of the solar cell manufactured by this manufacturing method. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the element same as the component of the solar cell of 1st Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
まず、図2Aに示すように、支持体10の表面に、補助金属配線25を形成する。補助金属配線としては、図2Aに示すように、素子形成位置に対応する領域には、メッシュ状の配線26を設け、その両端にはやや太いライン状の配線(バスライン)27をメッシュ状の配線に連続して設ける。
なお、この補助金属配線25の形成時に、十字模様のアライメントマーク(位置検出用マーク)28を同時に補助金属配線と同じ材料で形成することが好ましい。
First, as shown in FIG. 2A, the auxiliary metal wiring 25 is formed on the surface of the support 10. As the auxiliary metal wiring, as shown in FIG. 2A, a mesh-like wiring 26 is provided in a region corresponding to the element formation position, and a slightly thick line-like wiring (bus line) 27 is provided at both ends thereof. Provide continuously in the wiring.
When forming the auxiliary metal wiring 25, it is preferable that the alignment mark (position detection mark) 28 having a cross pattern is simultaneously formed of the same material as the auxiliary metal wiring.
アライメントマーク28を形成しておくことにより、後の工程において、このアライメントマークを位置合わせの基準点として、画像認識機能を備えた各種製造装置や印刷装置を用いて、所望の位置に精度よく絶縁性隔壁などの機能膜の形成を行うことができる。 By forming the alignment mark 28 in advance, the alignment mark is used as a reference point for alignment in the subsequent process, and is accurately insulated to a desired position using various manufacturing apparatuses and printing apparatuses having an image recognition function. A functional film such as a conductive partition can be formed.
補助金属配線25のメッシュ状の配線26の間および素子形成位置以外の補助金属配線が形成されていない領域(以下においては、両者を併せて配線開口部と称する。)に、図2Bに示すように、補助金属配線25を埋め込むように透明絶縁層30を形成する。 As shown in FIG. 2B, between the mesh-like wirings 26 of the auxiliary metal wiring 25 and a region where no auxiliary metal wiring other than the element formation position is formed (hereinafter, both are collectively referred to as a wiring opening). Then, the transparent insulating layer 30 is formed so as to embed the auxiliary metal wiring 25.
たとえば、アクリル系やエポキシ系などの光硬化性材料を塗布し、その材料に適した波長の光を全面に照射する事で、補助金属配線25を光硬化性樹脂からなる透明絶縁層30により被覆する。熱硬化性材料や電子線硬化性材料でも透明絶縁層30を形成できる。 For example, by applying a photo-curable material such as acrylic or epoxy, and irradiating the entire surface with light having a wavelength suitable for the material, the auxiliary metal wiring 25 is covered with a transparent insulating layer 30 made of a photo-curable resin. To do. The transparent insulating layer 30 can also be formed using a thermosetting material or an electron beam curable material.
さらに、図2Cに示すように、透明絶縁層30上にさらに光硬化性材料を塗布し、塗布膜30aを形成し、先に形成した銀からなるアライメントマーク28を位置合せの基準点として、絶縁性隔壁を形成する部分のみにフォトマスク50を介して光照射し、この部分のみを硬化させる。なお、このとき、塗布膜30aを、先に設けた透明絶縁層の材料とは異なる透明絶縁性の材料により形成してもよい。 Further, as shown in FIG. 2C, a photo-curing material is further applied on the transparent insulating layer 30 to form a coating film 30a, and the insulating mark 28 made of silver is formed as a reference point for alignment. Only the portion where the conductive barrier rib is formed is irradiated with light through the photomask 50, and only this portion is cured. At this time, the coating film 30a may be formed of a transparent insulating material different from the material of the previously provided transparent insulating layer.
その後未硬化の光硬化性材料を適切な溶媒で洗浄すれば、図2Dに示すように、露光されなった部分の塗布膜30aを除去することができる。これにより、2度光照射を行なった部分に厚い透明絶縁層30が形成される。 Thereafter, if the uncured photocurable material is washed with an appropriate solvent, the exposed portion of the coating film 30a can be removed as shown in FIG. 2D. Thereby, the thick transparent insulating layer 30 is formed in the part which irradiated light twice.
次に、第1の実施形態の場合と同様に、補助金属配線25表面と補助金属配線開口部に形成された透明絶縁層30の表面が略同一平面になるまで、光硬化性樹脂の表面をプラズマエッチングして、平坦化層31を形成する(図2E参照。)。このエッチングの際、透明絶縁層30の厚い部分は、後に形成する下部電極の形成領域の少なくとも一部を区画する絶縁性隔壁32として残る。このとき絶縁性隔壁32は、その表面が、後工程において形成される光電変換層の表面よりも高い位置となるように立設する。 Next, as in the case of the first embodiment, the surface of the photocurable resin is changed until the surface of the auxiliary metal wiring 25 and the surface of the transparent insulating layer 30 formed in the auxiliary metal wiring opening are substantially flush with each other. The planarizing layer 31 is formed by plasma etching (see FIG. 2E). During this etching, the thick portion of the transparent insulating layer 30 remains as an insulating partition wall 32 that divides at least a part of a formation region of a lower electrode to be formed later. At this time, the insulating partition 32 is erected so that the surface thereof is positioned higher than the surface of the photoelectric conversion layer formed in a later step.
その後、図2Fに示すように、下部電極12、正孔輸送層などの半導体層13および有機材料を含む光電変換層15を順次積層形成し、さらに、光電変換層15上、絶縁性隔壁32および露出している端部の平坦化層31上に上部電極層20を形成する。 Thereafter, as shown in FIG. 2F, a lower electrode 12, a semiconductor layer 13 such as a hole transport layer, and a photoelectric conversion layer 15 including an organic material are sequentially stacked. Further, on the photoelectric conversion layer 15, an insulating partition wall 32 and The upper electrode layer 20 is formed on the exposed planarization layer 31 at the end.
電極層20のうち、光電変換層15直上に形成されている部分が上部電極21として機能し、上部電極21から連続的に形成された端部領域は外部接続端子23として機能する。 Of the electrode layer 20, a portion formed immediately above the photoelectric conversion layer 15 functions as the upper electrode 21, and an end region continuously formed from the upper electrode 21 functions as the external connection terminal 23.
次に、上部電極21上および一部露出している下部電極12、正孔輸送層などの半導体層13、光電変換層15を覆うように、保護層40を形成する。 Next, the protective layer 40 is formed so as to cover the upper electrode 21 and the partially exposed lower electrode 12, the semiconductor layer 13 such as a hole transport layer, and the photoelectric conversion layer 15.
最後に、封止フィルム41を保護層40上に配置してラミネートすることにより、図2Gに示す太陽電池2を作製することができる。 Finally, the sealing film 41 is disposed on the protective layer 40 and laminated, whereby the solar cell 2 shown in FIG. 2G can be manufactured.
本実施形態では、平坦化層31の作製工程で、絶縁性隔壁32を同時に作り込むことができる。絶縁性隔壁32を平坦化層31の形成工程の後に、別途の工程で形成してもよい。しかしながら、本実施形態のように、絶縁性隔壁を平坦化層と同時に形成することにより、工程数をあまり増加させることなく、絶縁性隔壁32を形成することができ、さまざまな構造の光電変換素子を支持体上に形成することが可能となる。 In the present embodiment, the insulating partition 32 can be formed at the same time in the process of forming the planarization layer 31. The insulating partition 32 may be formed in a separate step after the step of forming the planarization layer 31. However, as in this embodiment, by forming the insulating partition simultaneously with the planarization layer, the insulating partition 32 can be formed without increasing the number of steps so much, and the photoelectric conversion elements having various structures. Can be formed on the support.
たとえば、下部電極12の形成領域を取り囲むように、且つ、光電変換層15の表面位置よりも表面位置が高い絶縁性隔壁32を設けることにより、光電変換層15が絶縁性隔壁32と上部電極層20間に封止された構造とすることができる。このように、有機材料からなる光電変換層15を封止する構造とすることにより、耐久性のさらなる向上を図ることができる。 For example, by providing the insulating partition wall 32 that surrounds the formation region of the lower electrode 12 and whose surface position is higher than the surface position of the photoelectric conversion layer 15, the photoelectric conversion layer 15 is made to have the insulating partition wall 32 and the upper electrode layer. It can be set as the structure sealed between 20. Thus, durability can be further improved by setting it as the structure which seals the photoelectric converting layer 15 which consists of organic materials.
上記実施形態においては、単一の光電変換素子からなる太陽電池について説明したが、本発明の製造方法は複数の光電変換素子を直列接続した集積化太陽電池の製造にも同様に適用することができる。 In the said embodiment, although the solar cell which consists of a single photoelectric conversion element was demonstrated, the manufacturing method of this invention can be similarly applied to manufacture of the integrated solar cell which connected the some photoelectric conversion element in series. it can.
集積化太陽電池を製造する場合には、支持体10上に、素子毎に対応させて、素子間で分離した補助金属配線25を形成する。また、絶縁性隔壁32を、隣接素子間で下部電極同士や光電変換層同士が接触しないように少なくとも素子間に形成する。上部電極層20を、素子間において、下部電極層12あるいは補助金属配線25と接触するように形成することにより、上部電極層20の素子間領域は電極接続配線部として機能し、素子同士を直列接続させることができる。 When manufacturing an integrated solar cell, the auxiliary metal wiring 25 separated between elements is formed on the support 10 so as to correspond to each element. In addition, the insulating partition 32 is formed at least between the elements so that the lower electrodes and the photoelectric conversion layers do not contact between adjacent elements. By forming the upper electrode layer 20 so as to be in contact with the lower electrode layer 12 or the auxiliary metal wiring 25 between the elements, the inter-element region of the upper electrode layer 20 functions as an electrode connection wiring portion, and the elements are connected in series. Can be connected.
以下、本発明の太陽電池の製造方法に好ましく用いることができる材料等について詳しく述べる。 Hereinafter, materials and the like that can be preferably used in the method for producing the solar cell of the present invention will be described in detail.
<支持体>
支持体10は、補助金属配線26(25)や平坦化層31を保持できる表面平滑な基板あるいはフィルムであれば特に制限はなく、目的に応じて適宜選択できるが、通常、透明性(使用する光の透過性)を有する支持体が好ましい。例としては、プラスチックフィルムやガラスの薄層板などが挙げられる。なお、仮支持体を用いて太陽電池を形成し、この仮支持体を剥離して任意の透明支持体上に太陽電池を配置する場合には、仮支持体は特に透明性を必要とせず、プラスチックフィルム、金属箔、紙にプラスチックや金属をラミネートした積層体などを任意に選択して用いることができる。
<Support>
The support 10 is not particularly limited as long as it is a smooth substrate or film that can hold the auxiliary metal wiring 26 (25) and the flattening layer 31, and can be appropriately selected according to the purpose. A support having light permeability is preferred. Examples include a plastic film and a thin glass plate. In addition, when a solar cell is formed using a temporary support, and the temporary support is peeled off and the solar cell is disposed on an arbitrary transparent support, the temporary support does not particularly need transparency. A plastic film, a metal foil, a laminate in which plastic or metal is laminated on paper, and the like can be arbitrarily selected and used.
以下、透明支持体の代表的な例としてプラスチックフィルム基板について説明する。 Hereinafter, a plastic film substrate will be described as a representative example of the transparent support.
(プラスチックフィルム基板)
プラスチックフィルム基板は、材質、厚み等に特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。基板に用いうるプラスチックフィルムの素材としては、具体的には、例えば、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、セルロースアシレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、シクロオレフィルンコポリマー、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂、フルオレン環変性ポリエステル樹脂、アクリロイル化合物などの熱可塑性樹脂が挙げられる。
(Plastic film substrate)
There is no restriction | limiting in particular in a material, thickness, etc., a plastic film board | substrate can be suitably selected according to the objective. Specific examples of the plastic film material that can be used for the substrate include polyester resin, methacrylic resin, methacrylic acid-maleic acid copolymer, polystyrene resin, transparent fluororesin, polyimide resin, fluorinated polyimide resin, and polyamide resin. , Polyamideimide resin, polyetherimide resin, cellulose acylate resin, polyurethane resin, polyetheretherketone resin, polycarbonate resin, cycloaliphatic polyolefin resin, polyarylate resin, polyethersulfone resin, polysulfone resin, cycloolefin copolymer, Examples thereof include thermoplastic resins such as a fluorene ring-modified polycarbonate resin, an alicyclic ring-modified polycarbonate resin, a fluorene ring-modified polyester resin, and an acryloyl compound.
プラスチックフィルム基板としてはTgの高い耐熱性樹脂も好ましく用いられる。耐熱性樹脂の例としては、例えば、ポリエチレンナフタレート(PEN:120℃)、ポリカーボネート(PC:140℃)、脂環式ポリオレフィン(例えば日本ゼオン(株)製 ゼオノア1600:160℃)、ポリアリレート(PAr:210℃)、ポリエーテルスルホン(PES:220℃)、ポリスルホン(PSF:190℃)、シクロオレフィンコポリマー(COC:特開2001−150584号公報の化合物:162℃)、フルオレン環変性ポリカーボネート(BCF−PC:特開2000−227603号公報の化合物:225℃)、脂環変性ポリカーボネート(IP−PC:特開2000−227603号公報の化合物:205℃)、アクリロイル化合物(特開2002−80616号公報の化合物:300℃以上)、ポリイミド等が挙げられ(括弧内はTgを示す)、これらは本発明における基材として好適である。 A heat resistant resin having a high Tg is also preferably used as the plastic film substrate. Examples of the heat resistant resin include, for example, polyethylene naphthalate (PEN: 120 ° C.), polycarbonate (PC: 140 ° C.), alicyclic polyolefin (for example, Zeonore 1600: 160 ° C. manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) PAr: 210 ° C), polyethersulfone (PES: 220 ° C), polysulfone (PSF: 190 ° C), cycloolefin copolymer (COC: compound of JP 2001-150584 A, 162 ° C), fluorene ring-modified polycarbonate (BCF) -PC: Compound disclosed in JP 2000-227603 A: 225 ° C., alicyclic modified polycarbonate (IP-PC: Compound disclosed in JP 2000-227603 A: 205 ° C.), acryloyl compound (JP 2002-80616 A) Compound: 300 ° C. or higher) Imide and the like (in parentheses indicate the Tg), they are suitable as substrates in the present invention.
本発明においてプラスチックフィルムは、光に対して透明であることが求められる。より具体的には、400nm〜800nmの波長範囲の光に対する光透過率は、通常80%以上であることが好ましく、より好ましくは85%以上、さらに90%以上であることが好ましい。光透過率は、積分球式光透過率測定装置を用いて全光透過率として測定することができる。プラスチックフィルムの厚みに関して特に制限はないが、典型的には1μm〜800μmであり、好ましくは10μm〜300μmである。 In the present invention, the plastic film is required to be transparent to light. More specifically, the light transmittance for light in the wavelength range of 400 nm to 800 nm is usually preferably 80% or more, more preferably 85% or more, and further preferably 90% or more. The light transmittance can be measured as the total light transmittance using an integrating sphere light transmittance measuring device. Although there is no restriction | limiting in particular regarding the thickness of a plastic film, Typically, they are 1 micrometer-800 micrometers, Preferably they are 10 micrometers-300 micrometers.
(易接着層/下塗り層)
プラスチックフィルム基板は、易接着層もしくは下塗り層を有していてもよい。易接着層もしくは下塗り層の構成としては、単層であっても、多層構造であってもよい。易接着層はバインダーポリマーを含有することが必須であるが、適宜マット剤、界面活性剤、帯電防止剤、屈折率制御のための微粒子などを含有してもよい。易接着層に用いうるバインダーポリマーには特に制限はなく、アクリル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、及び、ゴム系樹脂などから適宜選択して用いることができる。
(Easily adhesive layer / undercoat layer)
The plastic film substrate may have an easy adhesion layer or an undercoat layer. The structure of the easy adhesion layer or the undercoat layer may be a single layer or a multilayer structure. The easy-adhesion layer must contain a binder polymer, but may appropriately contain a matting agent, a surfactant, an antistatic agent, fine particles for controlling the refractive index, and the like. There is no restriction | limiting in particular in the binder polymer which can be used for an easily bonding layer, It can select suitably from an acrylic resin, a polyurethane resin, a polyester resin, a rubber-type resin, etc., and can be used.
易接着層もしくは下塗り層の乾燥後の塗布膜厚は、50nm〜2μmの範囲であることが好ましい。なお、支持体を仮支持体として用いる場合には、支持体表面に易剥離性処理を施すことも可能である。 The coating film thickness after drying the easy-adhesion layer or the undercoat layer is preferably in the range of 50 nm to 2 μm. In addition, when using a support body as a temporary support body, it is also possible to give an easily peelable process to the support surface.
アクリル樹脂とはアクリル酸、メタクリル酸及びこれらの誘導体を成分とするポリマーである。具体的には、例えばアクリル酸、メタクリル酸、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、ブチルアクリレート、2−エチルヘキシルアクリレート、アクリルアミド、アクリロニトリル、ヒドロキシルアクリレートなどを主成分とし、これらと共重合可能なモノマー(例えば、スチレン、ジビニルベンゼンなど)を共重合したポリマーであることが好ましい。 An acrylic resin is a polymer containing acrylic acid, methacrylic acid and derivatives thereof as components. Specifically, for example, acrylic acid, methacrylic acid, methyl methacrylate, ethyl acrylate, butyl acrylate, 2-ethylhexyl acrylate, acrylamide, acrylonitrile, hydroxyl acrylate, and the like as a main component and a monomer copolymerizable therewith (for example, styrene, A polymer obtained by copolymerizing divinylbenzene or the like is preferable.
ポリウレタン樹脂とは主鎖にウレタン結合を有するポリマーの総称であり、通常ポリイソシアネートとポリオールの反応によって得られる。ポリイソシアネートとしては、TDI(Tolylene Diisocyanate)、MDI(Methyl Diphenyl Isocyanate)、HDI(Hexylene diisocyanate)、IPDI(Isophoron diisocyanate)などがあり、ポリオールとしてはエチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ヘキサントリオール、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトールなどを好ましく挙げることができる。さらに、本発明のイソシアネートとしてはポリイソシアネートとポリオールの反応によって得られたポリウレタンポリマーに鎖延長処理をして分子量を増大させたポリマーも使用できる。 Polyurethane resin is a general term for polymers having a urethane bond in the main chain, and is usually obtained by reaction of polyisocyanate and polyol. Examples of the polyisocyanate include TDI (Tolylene Diisocyanate), MDI (Methyl Diphenylisocyanate), HDI (Hexylene diisocyanate), IPDI (Isophoron diisocyanate), and the like. And pentaerythritol. Furthermore, as the isocyanate of the present invention, a polymer obtained by subjecting a polyurethane polymer obtained by the reaction of polyisocyanate and polyol to chain extension treatment to increase the molecular weight can also be used.
ポリエステル樹脂とは主鎖にエステル結合を有するポリマーの総称であり、通常ポリカルボン酸とポリオールの反応で得られる。ポリカルボン酸としては、例えば、フマル酸、イタコン酸、アジピン酸、セバシン酸、テレフタル酸、イソフタル酸、ナフタレンジカルボン酸などがあり、ポリオールとしては例えば前述のものがある。 A polyester resin is a general term for polymers having an ester bond in the main chain, and is usually obtained by the reaction of a polycarboxylic acid and a polyol. Examples of the polycarboxylic acid include fumaric acid, itaconic acid, adipic acid, sebacic acid, terephthalic acid, isophthalic acid, and naphthalenedicarboxylic acid. Examples of the polyol include those described above.
ゴム系樹脂とは合成ゴムのうちジエン系合成ゴムをいう。具体例としてはポリブタジエン、スチレン−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、スチレン−ブタジエン−ジビニルベンゼン共重合体、ブタジエン−アクリロニトリル共重合体、ポリクロロプレンなどがある。 The rubber-based resin refers to a diene-based synthetic rubber among the synthetic rubbers. Specific examples include polybutadiene, styrene-butadiene copolymer, styrene-butadiene-acrylonitrile copolymer, styrene-butadiene-divinylbenzene copolymer, butadiene-acrylonitrile copolymer, and polychloroprene.
<補助電極>
<<補助金属配線>>
補助金属配線26(25)を構成する金属材料の例としては、金、白金、鉄、銅、銀、アルミニウム、クロム、コバルト、ステンレス鋼等が挙げられる。金属材料の好ましい例としては、銅、銀、アルミニウム、金等の低抵抗金属が挙げられ、なかでも、製造コストと材料コストが低く、酸化されにくい銀もしくは銅が好ましく用いられる。
<Auxiliary electrode>
<< Auxiliary metal wiring >>
Examples of the metal material constituting the auxiliary metal wiring 26 (25) include gold, platinum, iron, copper, silver, aluminum, chromium, cobalt, and stainless steel. Preferable examples of the metal material include low resistance metals such as copper, silver, aluminum, and gold. Among them, silver or copper that is low in manufacturing cost and material cost and hardly oxidizes is preferably used.
補助金属配線26(25)のパターン形状は特に限定されないが、光透過性及び導電性の観点から、メッシュ状のもの(メッシュパターン電極)が好ましい。メッシュパターンには特に制限がなく、正方形、長方形、菱形等の格子状、縞状(ストライプ状)、ハニカム、あるいは曲線の組合せを用いてもよい。 The pattern shape of the auxiliary metal wiring 26 (25) is not particularly limited, but a mesh shape (mesh pattern electrode) is preferable from the viewpoint of light transmittance and conductivity. There is no particular limitation on the mesh pattern, and a lattice shape such as a square, a rectangle, or a rhombus, a stripe shape (stripe shape), a honeycomb, or a combination of curves may be used.
これらのメッシュデザインは開口率(光透過率)と表面抵抗(電気伝導率)が所望の値となるように調整される。このようなメッシュパターンの補助金属配線26とする場合、メッシュの開口率は通常は70%以上であり、80%以上が好ましく、85%以上がより好ましい。 These mesh designs are adjusted so that the aperture ratio (light transmittance) and the surface resistance (electric conductivity) become desired values. When the auxiliary metal wiring 26 having such a mesh pattern is used, the mesh opening ratio is usually 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 85% or more.
補助金属配線26(25)の表面抵抗は10Ω/□以下であることが好ましく、3Ω/□以下であることがさらに好ましく、1Ω/□以下であることがより好ましい。光透過率と電気伝導率はトレードオフの関係にあるため、開口率は大きいほど好ましいが、現実的には95%以下となる。 The surface resistance of the auxiliary metal wiring 26 (25) is preferably 10Ω / □ or less, more preferably 3Ω / □ or less, and even more preferably 1Ω / □ or less. Since the light transmittance and the electrical conductivity are in a trade-off relationship, the larger the aperture ratio, the better. However, in practice, it becomes 95% or less.
補助金属配線26(25)の厚みは特に制限は無いが、通常は0.02μm〜20μm程度である。 The thickness of the auxiliary metal wiring 26 (25) is not particularly limited, but is usually about 0.02 μm to 20 μm.
補助金属配線26(25)のメッシュパターンにおける線幅は、光透過性と導電性の観点から、平面視による線幅が1μm〜500μmの範囲であり、1μm〜100μmが好ましく、3μm〜20μmがより好ましい。 The line width in the mesh pattern of the auxiliary metal wiring 26 (25) is from 1 μm to 500 μm, preferably from 1 μm to 100 μm, more preferably from 3 μm to 20 μm, from the viewpoint of light transmittance and conductivity. preferable.
補助金属配線26(25)のメッシュパターンにおけるピッチは小さい(メッシュが細かい)方が太陽電池の特性上有利である。しかしながらピッチが小さいと光の透過率が低下するので、妥協点が選ばれる。ピッチは金属細線の線幅に応じて変化するが、平面視によるピッチが50μm〜2000μmであることが好ましく、100μm〜1000μmがより好ましく、150μm〜500μmがさらに好ましい。 A smaller pitch (fine mesh) in the mesh pattern of the auxiliary metal wiring 26 (25) is advantageous in terms of the characteristics of the solar cell. However, if the pitch is small, the light transmittance decreases, so a compromise is chosen. Although a pitch changes according to the line | wire width of a metal fine wire, it is preferable that the pitch by planar view is 50 micrometers-2000 micrometers, 100 micrometers-1000 micrometers are more preferable, 150 micrometers-500 micrometers are more preferable.
開口部の観点から言えば補助金属配線26(25)の繰り返し単位となる開口部の面積が1×10−9m2〜1×10−4m2であることが好ましく、3×10−9m2〜1×10−5m2であることがより好ましく、1×10−8m2〜1×10−6m2であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of the opening, the area of the opening serving as a repeating unit of the auxiliary metal wiring 26 (25) is preferably 1 × 10 −9 m 2 to 1 × 10 −4 m 2 , and 3 × 10 −9. m 2 to 1 × 10 −5 m 2 is more preferable, and 1 × 10 −8 m 2 to 1 × 10 −6 m 2 is even more preferable.
補助金属配線26(25)の形成方法としては特に制限はなく、公知の形成方法を適宜使用しうる。例えば、予め作製したメッシュパターン金属を支持体表面に貼り合せる方法、導電材料をメッシュパターンに塗布する方法、蒸着もしくはスパッタ等のPVD法を用いて導電膜を全面に形成した後にエッチングしてメッシュパターンの導電膜を形成する方法、スクリーン印刷、インクジェット印刷などの各種印刷法によりメッシュパターンの導電材料を塗布する方法、蒸着もしくはスパッタによりシャドウマスクを用いてメッシュパターンの金属補助配線を基材表面に直接形成する方法、特開2006−352073号公報、特開2009−231194号公報等に記載のハロゲン化銀感光材料を用いる方法(以下、銀塩法と呼ぶことがある)等が挙げられる。 There is no restriction | limiting in particular as a formation method of the auxiliary metal wiring 26 (25), A well-known formation method can be used suitably. For example, a method in which a mesh pattern metal prepared in advance is bonded to the support surface, a method in which a conductive material is applied to the mesh pattern, a conductive film is formed on the entire surface using a PVD method such as vapor deposition or sputtering, and then the mesh pattern is etched. A method of forming a conductive film, a method of applying a conductive material of a mesh pattern by various printing methods such as screen printing, ink jet printing, etc., a metal mask of a mesh pattern directly on the substrate surface using a shadow mask by vapor deposition or sputtering And a method using a silver halide photosensitive material described in JP-A-2006-352073, JP-A-2009-231194, and the like (hereinafter sometimes referred to as silver salt method).
補助金属配線26(25)をメッシュ電極として形成する場合は、そのピッチが小さいため、銀塩法で形成することが好ましい。銀塩法で補助金属配線25を形成する場合、補助金属配線を形成するための塗液を支持体上に設け、補助金属配線25を形成するための塗膜に対してパターン露光を行う工程と、パターン露光された塗膜を現像する工程と、現像された塗膜を定着する工程とにより、支持体上に所望のパターンを有する補助金属配線26(25)を形成することができる。 When the auxiliary metal wiring 26 (25) is formed as a mesh electrode, it is preferably formed by a silver salt method because the pitch is small. When forming the auxiliary metal wiring 25 by the silver salt method, a step of providing a coating liquid for forming the auxiliary metal wiring on the support and performing pattern exposure on the coating film for forming the auxiliary metal wiring 25; The auxiliary metal wiring 26 (25) having a desired pattern can be formed on the support by developing the pattern-exposed coating film and fixing the developed coating film.
銀塩法で作製される補助金属配線26(25)は、銀と親水性ポリマーの層である。親水性ポリマーの例としては、ゼラチン、ゼラチン誘導体、カゼイン、寒天、アルギン酸ソーダ、でんぷん、ポリビニルアルコールなどの水溶性ポリマー、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロースエステル等が例示される。層内には銀や親水性ポリマーのほかにも塗布、現像、定着工程に由来する物質が含まれる。 The auxiliary metal wiring 26 (25) produced by the silver salt method is a layer of silver and a hydrophilic polymer. Examples of the hydrophilic polymer include water-soluble polymers such as gelatin, gelatin derivatives, casein, agar, sodium alginate, starch, and polyvinyl alcohol, and cellulose esters such as carboxymethyl cellulose and hydroxyethyl cellulose. In addition to silver and hydrophilic polymer, the layer contains substances derived from the coating, developing and fixing processes.
銀塩法で補助配線を形成した後に銅めっきを施して、さらに抵抗の低い補助配線を得る方法も好ましく用いられる。 A method of forming an auxiliary wiring by the silver salt method and then performing copper plating to obtain an auxiliary wiring with lower resistance is also preferably used.
<<アライメントマーク>>
補助金属配線25を形成する工程において、後工程で積層する各機能膜やフィルム基板の重ね合せ精度を向上させて集積化密度を高めるため、位置検出用のアライメントマーク28を該金属配線と同時に形成することが好ましい。アライメントマークは、各機能膜の製造装置や印刷装置の画像認識仕様が指定するパターンを適宜形成するが、縞、十字、矩形、円やそれらを組合わせた幾何学的模様や、記号、文字などが好ましく使用される。
<< Alignment mark >>
In the process of forming the auxiliary metal wiring 25, in order to improve the overlay accuracy of each functional film and film substrate to be stacked in the subsequent process and increase the integration density, the position detection alignment mark 28 is formed simultaneously with the metal wiring. It is preferable to do. The alignment mark appropriately forms a pattern specified by the image recognition specifications of each functional film manufacturing device or printing device, but stripes, crosses, rectangles, circles, geometric patterns combining them, symbols, characters, etc. Are preferably used.
<<平坦化層、絶縁性隔壁>>
平坦化層31、絶縁性隔壁32の材料及び好ましい製造方法については既に述べたとりである。
<< Planarization layer, insulating partition wall >>
The materials for the planarization layer 31 and the insulating partition wall 32 and the preferred manufacturing method have already been described.
絶縁性隔壁32を備えた太陽電池を作製する場合、平坦化層31と絶縁性隔壁32は別工程で作製することも可能であるが、第2の実施形態にて説明したように、同一工程にて作製することが好ましい。 In the case of manufacturing a solar cell including the insulating partition 32, the planarization layer 31 and the insulating partition 32 can be manufactured in separate processes, but as described in the second embodiment, the same process is performed. It is preferable to produce by.
<下部電極層>
下部電極層12は、光透過性を有する各種導電材料から選ばれる。光透過性を有する導電材料としては、透明導電性ポリマーやITO(酸化インジウムスズ)等が挙げられるが、可撓性に優れることから導電性ポリマーを主成分とする層であることが好ましい。下部電極に好適な導電性ポリマー層は、特願2010−181078号(本出願時において未公開)に詳細が開示されている。
<Lower electrode layer>
The lower electrode layer 12 is selected from various conductive materials having optical transparency. Examples of the light-transmitting conductive material include a transparent conductive polymer, ITO (indium tin oxide), and the like, but a layer containing a conductive polymer as a main component is preferable because of excellent flexibility. Details of a conductive polymer layer suitable for the lower electrode are disclosed in Japanese Patent Application No. 2010-181078 (not disclosed at the time of this application).
上記補助電極11と下部電極層12とによる構成される太陽電池の正極は、表面抵抗値が、20Ω/sq以下であることが好ましく、10Ω/sq以下であることがより好ましく、1Ω/sq以下であることが更に好ましい(JIS7194に従って測定)。また、400nm〜800nmの光波長範囲の平均透過率は50%以上であり、60%以上であることが好ましく、70%以上がより好ましい。光透過率は、支持体と同様、積分球式光透過率測定装置を用いて全光透過率として測定することができる。また、正極の一部として酸化モリブデンを用いてもよい。 The positive electrode of the solar cell constituted by the auxiliary electrode 11 and the lower electrode layer 12 has a surface resistance value of preferably 20 Ω / sq or less, more preferably 10 Ω / sq or less, and more preferably 1 Ω / sq or less. More preferably (measured according to JIS 7194). Further, the average transmittance in the light wavelength range of 400 nm to 800 nm is 50% or more, preferably 60% or more, and more preferably 70% or more. Similar to the support, the light transmittance can be measured as the total light transmittance using an integrating sphere light transmittance measuring device. Further, molybdenum oxide may be used as part of the positive electrode.
<機能性層>
支持体10の裏面側(下部電極を形成しない面側)には機能性層を設けてもよい。例えば、ガスバリア層、マット剤層、反射防止層、ハードコート層、防曇層、防汚層、易接着層等が挙げられる。このほか、機能性層に関しては特開2006−289627号公報の段落番号〔0036〕〜〔0038〕に詳しく記載されており、ここに記載の機能性層を目的に応じて設けてもよい。
<Functional layer>
A functional layer may be provided on the back side of the support 10 (the side on which the lower electrode is not formed). Examples thereof include a gas barrier layer, a matting agent layer, an antireflection layer, a hard coat layer, an antifogging layer, an antifouling layer, and an easy adhesion layer. In addition, the functional layer is described in detail in paragraphs [0036] to [0038] of JP-A-2006-289627, and the functional layer described herein may be provided according to the purpose.
<光電変換層>
光電変換層15は、太陽光を受けて励起子(電子−正孔対)を生成した後に、その励起子が電子と正孔に解離して、電子が負極側へ、正孔が正極側へ、輸送されるという光電変換過程が高効率で発現する材料から選択して構成される。有機薄膜太陽電池とする場合は、有機材料からなる電子供与領域(ドナー)を含む光電変換層15を形成し、変換効率の観点から、バルクへテロ接合型の光電変換層(適宜、「バルクへテロ層」という。)が好ましく適用される。
<Photoelectric conversion layer>
After the photoelectric conversion layer 15 receives sunlight and generates excitons (electron-hole pairs), the excitons dissociate into electrons and holes, and electrons move to the negative electrode side and holes move to the positive electrode side. The photoelectric conversion process of being transported is selected from materials that are expressed with high efficiency. In the case of an organic thin film solar cell, a photoelectric conversion layer 15 including an electron donating region (donor) made of an organic material is formed, and from the viewpoint of conversion efficiency, a bulk heterojunction type photoelectric conversion layer (as appropriate, “to bulk”). "Terrorism layer") is preferably applied.
バルクヘテロ層は電子供与材料(ドナー)と電子受容材料(アクセプター)が混合された有機の光電変換層である。電子供与材料と電子受容材料の混合比は変換効率が最も高くなるように調整されるが、通常は、質量比で、10:90〜90:10の範囲から選ばれる。このような混合層の形成方法は、例えば、共蒸着法が用いられる。あるいは、両方の有機材料に共通する溶媒を用いて溶剤塗布することによって作製することも可能である。 The bulk hetero layer is an organic photoelectric conversion layer in which an electron donating material (donor) and an electron accepting material (acceptor) are mixed. The mixing ratio of the electron donating material and the electron accepting material is adjusted so that the conversion efficiency is the highest, but is usually selected from the range of 10:90 to 90:10 by mass ratio. As a method for forming such a mixed layer, for example, a co-evaporation method is used. Or it is also possible to produce by carrying out solvent application | coating using the solvent common to both organic materials.
バルクヘテロ層の膜厚は10〜500nmが好ましく、20〜300nmが特に好まし
い。
The thickness of the bulk hetero layer is preferably 10 to 500 nm, particularly preferably 20 to 300 nm.
電子供与材料(ドナー又は正孔輸送材料ともいう。)は、その最高被占軌道(HOMO)準位が4.5〜6.0eVのπ電子共役系化合物であり、具体的には、各種のアレーン(例えば、チオフェン、カルバゾール、フルオレン、シラフルオレン、チエノピラジン、チエノベンゾチオフェン、ジチエノシロール、キノキサリン、ベンゾチアジアゾール、チエノチオフェンなど)をカップリングさせた共役系ポリマー、フェニレンビニレン系ポリマー、ポルフィリン類、フタロシアニン類等が例示される。このほか、ケミカルレビュー第107巻、953〜1010頁(2007年)にHole−Transporting Materialsとして記載されている化合物群やジャーナル オブ ジアメリカン ケミカル ソサエティー第131巻、16048頁(2009年)に記載のポルフィリン誘導体も適用可能である。 An electron-donating material (also referred to as a donor or a hole-transporting material) is a π-electron conjugated compound having a maximum occupied orbital (HOMO) level of 4.5 to 6.0 eV. Conjugated polymers obtained by coupling arenes (for example, thiophene, carbazole, fluorene, silafluorene, thienopyrazine, thienobenzothiophene, dithienosilol, quinoxaline, benzothiadiazole, thienothiophene, etc.), phenylene vinylene polymers, porphyrins, phthalocyanines, etc. Is exemplified. In addition, the compound group described as Hole-Transporting Materials in Chemical Review Vol. 107, 953-1010 (2007) and the Porphyrin described in Journal of the American Chemical Society Vol. 131, page 16048 (2009) Derivatives are also applicable.
これらの中では、チオフェン、カルバゾール、フルオレン、シラフルオレン、チエノピラジン、チエノベンゾチオフェン、ジチエノシロール、キノキサリン、ベンゾチアジアゾール、チエノチオフェンからなる群より選ばれた構成単位をカップリングさせた共役系ポリマーが特に好ましい。具体例としてはポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリ−3−オクチルチオフェン(P3OT)、ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサエティー第130巻、3020頁(2008年)に記載の各種ポリチオフェン誘導体、アドバンスト マテリアルズ第19巻、2295頁(2007年)に記載のPCTBT、ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサエティー第130巻、732頁(2008年)に記載のPCDTQx、PCDTPP、PCDTPT、PCDTBX、PCDTPX、ネイチャー フォトニクス第3巻、649頁(2009年)に記載のPBDTTT−E、PBDTTT−C、PBDTTT−CF、アドバンスト マテリアルズ第22巻、E135〜E138頁(2010年)に記載のPTB7等が挙げられる。 Among these, a conjugated polymer obtained by coupling a structural unit selected from the group consisting of thiophene, carbazole, fluorene, silafluorene, thienopyrazine, thienobenzothiophene, dithienosilole, quinoxaline, benzothiadiazole, and thienothiophene is particularly preferable. Specific examples include poly-3-hexylthiophene (P3HT), poly-3-octylthiophene (P3OT), various polythiophene derivatives described in Journal of the American Chemical Society Vol. 130, p. 3020 (2008), and Advanced Materials. PCTBT described in Vol. 19, page 2295 (2007), Journal of the American Chemical Society vol. 130, PCDTQx, PCDTPP, PCDTPT, PCDTBX, PCDTPX, Nature Photonics vol. 3, described in page 732 (2008), PBDTTT-E, PBDTTTT-C, PBDTTTT-CF described in page 649 (2009), PTB7 described in Advanced Materials Vol. 22, E135-E138 (2010), and the like. It is done.
電子受容材料(アクセプター又は電子輸送材料ともいう。)は、その最低空軌道(LUMO)準位が3.5〜4.5eVであるようなπ電子共役系化合物であり、具体的にはフラーレンおよびその誘導体、フェニレンビニレン系ポリマー、ナフタレンテトラカルボン酸イミド誘導体、ペリレンテトラカルボン酸イミド誘導体等が挙げられる。これらの中では、フラーレン誘導体が好ましい。フラーレン誘導体の具体例としてはC60、フェニル−C61−酪酸メチルエステル(文献等でPCBM、[60]PCBM、あるいはPC61BMと称されるフラーレン誘導体)、C70、フェニル−C71−酪酸メチルエステル(多くの文献等でPCBM、[70]PCBM、あるいはPC71BMと称されるフラーレン誘導体)、およびアドバンスト ファンクショナル マテリアルズ第19巻、779〜788頁(2009年)に記載のフラーレン誘導体、ジャーナル オブ ジ アメリカケミカル ソサエティー第131巻、16048頁(2009年)に記載のフラーレン誘導体SIMEF等が挙げられる。 An electron-accepting material (also referred to as an acceptor or an electron-transporting material) is a π-electron conjugated compound having a lowest orbital (LUMO) level of 3.5 to 4.5 eV, specifically fullerene and Examples thereof include phenylene vinylene-based polymers, naphthalene tetracarboxylic imide derivatives, and perylene tetracarboxylic imide derivatives. Of these, fullerene derivatives are preferred. Specific examples of the fullerene derivative include C 60 , phenyl-C 61 -butyric acid methyl ester (fullerene derivatives referred to as PCBM, [60] PCBM, or PC 61 BM in literatures), C 70 , phenyl-C 71 -butyric acid. Methyl esters (fullerene derivatives referred to as PCBM, [70] PCBM, or PC 71 BM in many literatures) and fullerene derivatives described in Advanced Functional Materials, Vol. 19, pp. 779-788 (2009) And the fullerene derivative SIMEF described in Journal of the American Chemical Society, vol. 131, page 16048 (2009).
<電子輸送層>
必要に応じて、光電変換層(バルクヘテロ層)15と負極の間に電子輸送材料からなる電子輸送層を設置しても良い。電子輸送層に用いることのできる電子輸送材料としては、前記の光電変換層で挙げた電子受容材料および、ケミカル レビュー第107巻、953〜1010頁(2007年)にElectron−Transporting and Hole−Blocking Materialsとして記載されているものが挙げられる。各種金属酸化物も安定性が高い電子輸送層の材料として好ましく利用され、例えば、酸化リチウム、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ストロンチウム、酸化ニオブ、酸化ルテニウム、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化バリウムが挙げられる。これらのうち比較的に安定な酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化亜鉛がより好ましい。電子輸送層の膜厚は0.1〜500nmであり、好ましくは0.5〜300nmである。電子輸送層は、塗布などによる湿式製膜法、蒸着やスパッタ等のPVD法による乾式製膜法、転写法、印刷法など、いずれによっても好適に形成することができる。
<Electron transport layer>
If necessary, an electron transport layer made of an electron transport material may be disposed between the photoelectric conversion layer (bulk hetero layer) 15 and the negative electrode. Examples of the electron transporting material that can be used for the electron transporting layer include the electron-accepting materials mentioned in the photoelectric conversion layer and Electron-Transporting and Hole-Blocking Materials in Chemical Review Vol. 107, pages 953 to 1010 (2007). Are described. Various metal oxides are also preferably used as materials for highly stable electron transport layers, such as lithium oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, calcium oxide, titanium oxide, zinc oxide, strontium oxide, niobium oxide, ruthenium oxide, and indium oxide. Zinc oxide and barium oxide. Of these, relatively stable aluminum oxide, titanium oxide, and zinc oxide are more preferable. The film thickness of the electron transport layer is 0.1 to 500 nm, preferably 0.5 to 300 nm. The electron transport layer can be suitably formed by any of a wet film formation method by coating or the like, a dry film formation method by PVD method such as vapor deposition or sputtering, a transfer method, or a printing method.
<その他の半導体層>
必要に応じて、正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、電子注入層、正孔阻止層、励起子拡散防止層等の補助層を有していてもよい。なお、本発明において、下部電極12と上部電極21の間に形成された、バルクヘテロ層、正孔注入層、正孔輸送層、電子阻止層、電子注入層、電子輸送層、正孔阻止層、励起子拡散防止層など、電子や正孔を輸送する層の総称として「半導体層」の言葉を用いる。
<Other semiconductor layers>
If necessary, it may have auxiliary layers such as a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer, an electron injection layer, a hole blocking layer, and an exciton diffusion preventing layer. In the present invention, a bulk hetero layer, a hole injection layer, a hole transport layer, an electron blocking layer, an electron injection layer, an electron transport layer, a hole blocking layer, formed between the lower electrode 12 and the upper electrode 21, The term “semiconductor layer” is used as a general term for layers that transport electrons and holes, such as an exciton diffusion prevention layer.
<上部電極(負極)>
上部電極を構成する材料としては、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。上部電極が負極として機能する場合は、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、銅、亜鉛、ストロンチウム、銀、インジウム、錫、バリウム、ビスマスなどの金属やこれらの合金が好ましく用いられる。上部電極が正極として機能する場合は、コバルト、ニッケル、銅、モリブデン、パラジウム、銀、タンタル、タングステン、白金、金などの金属やこれらの合金、TCO,導電性ポリマーが好ましく用いられる。これらは、1種のみで使用しても、2種以上を混合または積層してもよい。
<Upper electrode (negative electrode)>
The material constituting the upper electrode can be appropriately selected from known electrode materials. When the upper electrode functions as a negative electrode, metals such as magnesium, aluminum, calcium, titanium, chromium, manganese, iron, copper, zinc, strontium, silver, indium, tin, barium, bismuth, and alloys thereof are preferably used. . When the upper electrode functions as a positive electrode, metals such as cobalt, nickel, copper, molybdenum, palladium, silver, tantalum, tungsten, platinum, and gold, alloys thereof, TCO, and conductive polymers are preferably used. These may be used alone, or two or more may be mixed or laminated.
上部電極の形成方法については、特に制限はなく、公知の方法に従って行うことできる。例えば、塗布や印刷による湿式製膜法、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のPVD法や各種化学的気相製膜法(CVD法)による乾式製膜法などの中から、前記した構成材料との適性を考慮して適宜選択した方法に従って形成することができる。 There is no restriction | limiting in particular about the formation method of an upper electrode, According to a well-known method, it can carry out. For example, from the wet film forming method by coating or printing, the vacuum deposition method, the sputtering method, the PVD method such as the ion plating method, the dry film forming method by various chemical vapor deposition methods (CVD method), etc. It can be formed according to a method appropriately selected in consideration of suitability with the constituent material.
上部電極を形成するに際してのパターニングは、フォトリソグラフィなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、シャドウマスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等を行ってもよいし、リフトオフ法や印刷法によって行ってもよい。 The patterning for forming the upper electrode may be performed by chemical etching such as photolithography, physical etching by laser, or the like, or may be performed by vacuum deposition or sputtering with a shadow mask overlapped. It may be performed by a lift-off method or a printing method.
また、負極と半導体層との間に、アルカリ金属又はアルカリ土類金属の弗化物、酸化物等による誘電体層を0.1〜5nmの厚みで挿入してもよい。この誘電体層は、一種の電子注入層と見ることもできる。誘電体層は、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のPVD法により形成することができる。 Further, a dielectric layer made of an alkali metal or alkaline earth metal fluoride or oxide may be inserted between the negative electrode and the semiconductor layer in a thickness of 0.1 to 5 nm. This dielectric layer can also be regarded as a kind of electron injection layer. The dielectric layer can be formed by, for example, a PVD method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method.
上部電極の厚みは、その構成材料により適宜選択することができ、一概に規定することはできないが、導電性の観点から、通常、0.01μm〜10μm程度であり、0.05μm〜1μmが好ましい。 The thickness of the upper electrode can be appropriately selected depending on the constituent material and cannot be generally defined. However, from the viewpoint of conductivity, it is usually about 0.01 μm to 10 μm, preferably 0.05 μm to 1 μm. .
<保護層>
保護層40の材料としては、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、酸化珪素(SiOx)、酸化チタン、酸化ゲルマニウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム等の金属酸化物、窒化珪素(SiNx)等の金属窒化物、窒化酸化珪素(SiOxNy)等の金属窒化酸化物(金属酸化窒化物)、弗化リチウム、弗化マグネシウム、弗化アルミニウム、弗化カルシウム等の金属弗化物、ダイヤモンド状炭素(DLC)、などの無機材料が挙げられる。また、有機材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ弗化ビニリデン、ポリパラキシリレン、ポリビニルアルコール等のポリマーが挙げられる。これらのうち、金属の酸化物、窒化物、窒化酸化物やDLCが好ましく、珪素、アルミニウムの酸化物、窒化物、窒化酸化物が特に好ましい。保護層は単層でも多層構成であっても良い。保護層の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタ法、MBE(分子線エピタキシ)法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法などのPVD法や、原子層堆積法(ALD法またはALE法)を含む各種CVD法、塗布法、印刷法、転写法を適用できる。
<Protective layer>
Examples of the material of the protective layer 40 include metal oxides such as magnesium oxide, aluminum oxide, silicon oxide (SiO x ), titanium oxide, germanium oxide, yttrium oxide, zirconium oxide, and hafnium, and metals such as silicon nitride (SiN x ). Metal nitride oxide (metal oxynitride) such as nitride, silicon nitride oxide (SiO x N y ), metal fluoride such as lithium fluoride, magnesium fluoride, aluminum fluoride, calcium fluoride, diamond-like carbon ( Inorganic materials such as DLC). Examples of the organic material include polymers such as polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polyparaxylylene, and polyvinyl alcohol. Of these, metal oxides, nitrides, nitride oxides and DLC are preferred, and silicon, aluminum oxides, nitrides and nitride oxides are particularly preferred. The protective layer may be a single layer or a multilayer structure. The method for forming the protective layer is not particularly limited. For example, the vacuum deposition method, the sputtering method, the MBE (molecular beam epitaxy) method, the cluster ion beam method, the ion plating method, the plasma polymerization method, or the like, Various CVD methods including a layer deposition method (ALD method or ALE method), coating methods, printing methods, and transfer methods can be applied.
<ガスバリア層>
水分子や酸素分子など活性因子の浸透を阻止する目的の保護層を特にガスバリア層ともいい、有機薄膜太陽電池はガスバリア層を有することが好ましい。ガスバリア層は、水分子や酸素分子等の活性因子を遮断する層であれば、特に制限はないが、保護層として先に例示した材料が通常利用される。これらは純物質でもよいし、複数組成からなる混合物や傾斜組成でもよい。これらのうち、珪素、アルミニウムの酸化物、窒化物、窒化酸化物が好ましい。
<Gas barrier layer>
A protective layer intended to prevent the penetration of active factors such as water molecules and oxygen molecules is also called a gas barrier layer, and the organic thin-film solar cell preferably has a gas barrier layer. The gas barrier layer is not particularly limited as long as it is a layer that blocks active factors such as water molecules and oxygen molecules, but the materials exemplified above as the protective layer are usually used. These may be pure substances, or may be a mixture of multiple compositions or a gradient composition. Of these, silicon, aluminum oxide, nitride, and nitride oxide are preferable.
ガスバリア層は単層でも、複数層でも良い。有機材料層と無機材料層の積層でも良く、複数の無機材料層と複数の有機材料層の交互積層でも良い。有機材料層は平滑性があれば特に制限はないが、(メタ)アクリレートの重合物からなる層などが好ましく例示される。無機材料層は、上述の保護層材料が好ましく、珪素、アルミニウムの酸化物、窒化物、窒化酸化物が特に好ましい。 The gas barrier layer may be a single layer or a plurality of layers. An organic material layer and an inorganic material layer may be laminated, or a plurality of inorganic material layers and a plurality of organic material layers may be alternately laminated. Although there will be no restriction | limiting in particular if an organic material layer has smoothness, The layer etc. which consist of a polymer of (meth) acrylate are illustrated preferably. The above-mentioned protective layer material is preferable for the inorganic material layer, and silicon, aluminum oxide, nitride, and nitride oxide are particularly preferable.
無機材料層の厚みに関しては特に限定されないが、1層に付き、通常は5〜500nmであり、好ましくは10〜200nmである。無機材料層は複数のサブレイヤーから成る積層構造であってもよい。この場合、各サブレイヤーが同じ組成であっても異なる組成であってもよい。また、米国特許出願公開2004/0046497号明細書に開示してあるようにポリマーからなる有機材料層との界面が明確で無く、組成が膜厚方向で連続的に変化する層であってもよい。 Although it does not specifically limit regarding the thickness of an inorganic material layer, It attaches to 1 layer, Usually, it is 5-500 nm, Preferably it is 10-200 nm. The inorganic material layer may have a laminated structure including a plurality of sublayers. In this case, each sublayer may have the same composition or a different composition. Further, as disclosed in US Patent Application Publication No. 2004/0046497, the interface with the organic material layer made of a polymer is not clear, and the layer may be a layer whose composition changes continuously in the film thickness direction. .
<封止フィルム>
ガスバリア層をプラスチックフィルム基板上にあらかじめ形成したものを本発明では封止フィルムと表現している。有機光電変換素子からなる太陽電池を形成した後に、封止フィルムを公知の接着剤やシーラントで貼り合せる製造方法が、該太陽電池の製造工程数を削減できるので好ましく使用されている。特に、太陽電池の支持体10がプラスチックフィルムからなる場合は、支持体の裏面(下部電極を形成しない面)側からも水分子や酸素分子などの活性分子が浸透するので、該太陽電池の両面に封止フィルムを貼り合せる(ラミネートする)ことが好ましい。
<Sealing film>
In the present invention, a gas barrier layer formed in advance on a plastic film substrate is expressed as a sealing film. A production method of bonding a sealing film with a known adhesive or sealant after forming a solar cell made of an organic photoelectric conversion element is preferably used because the number of production steps of the solar cell can be reduced. In particular, when the support 10 of the solar cell is made of a plastic film, active molecules such as water molecules and oxygen molecules penetrate from the back surface (surface not forming the lower electrode) side of the support. It is preferable to attach (laminate) the sealing film to the substrate.
本発明に製造方法により製造される太陽電池の厚さは特に限定されないが、光透過性を有する有機薄膜太陽電池とする場合は、50μm〜1mmであることが好ましく、100μm〜500μmであることがより好ましい。 Although the thickness of the solar cell manufactured by the manufacturing method according to the present invention is not particularly limited, when an organic thin film solar cell having light transmittance is preferably 50 μm to 1 mm, and preferably 100 μm to 500 μm. More preferred.
以下に実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明する。 The present invention will be described more specifically with reference to the following examples.
(実施例1)
実施例1として図1A〜図1Cに示した第1の実施形態の製造方法に沿って太陽電池1を製造した。
Example 1
As Example 1, solar cell 1 was manufactured according to the manufacturing method of the first embodiment shown in FIGS. 1A to 1C.
支持体10としてポリエチレンナフタレート(PEN)フィルム(100μm厚、50mm角)を用い、PENフィルム上に、0.01mm幅、0.2mmピッチ、2μm厚の正方格子状の補助金属配線26を形成した。 A polyethylene naphthalate (PEN) film (100 μm thickness, 50 mm square) was used as the support 10, and a square grid auxiliary metal wiring 26 having a width of 0.01 mm, a pitch of 0.2 mm, and a thickness of 2 μm was formed on the PEN film. .
補助金属配線の形成方法は、以下の通りとした。 The method for forming the auxiliary metal wiring was as follows.
[ハロゲン化銀乳剤の調製]
反応容器内で下記溶液Aを34℃に保ち、特開昭62−160128号公報記載の混合撹拌装置を用いて高速に撹拌しながら、硝酸(濃度6%)を用いて水素イオン濃度pHを2.95に調整した。引き続き、ダブルジェット法を用いて下記溶液Bと下記溶液Cを一定の流量で8分6秒間かけて添加した。添加終了後に、炭酸ナトリウム(濃度5%)を用いてpHを5.90に調整し、続いて下記溶液Dと溶液Eを添加した。
[Preparation of silver halide emulsion]
The following solution A was kept at 34 ° C. in the reaction vessel, and the hydrogen ion concentration pH was adjusted to 2 using nitric acid (concentration 6%) while stirring at high speed using the mixing and stirring apparatus described in JP-A-62-160128. .95. Subsequently, the following solution B and the following solution C were added at a constant flow rate over 8 minutes and 6 seconds using the double jet method. After completion of the addition, the pH was adjusted to 5.90 using sodium carbonate (concentration 5%), and then the following solution D and solution E were added.
(溶液A)
アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 18.7g
塩化ナトリウム 0.31g
溶液I(下記) 1.59cm3
純水 1,246cm3
(Solution A)
Alkali-treated inert gelatin (average molecular weight 100,000) 18.7g
Sodium chloride 0.31g
Solution I (below) 1.59 cm 3
Pure water 1,246cm 3
(溶液B)
硝酸銀 169.9g
硝酸(濃度6%) 5.89cm3
純水にて全量を317.1cm3とした。
(Solution B)
169.9g of silver nitrate
Nitric acid (concentration 6%) 5.89 cm 3
The total amount was 317.1 cm 3 with pure water.
(溶液C)
アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 5.66g
塩化ナトリウム 58.8g
臭化カリウム 13.3g
溶液I(下記) 0.85cm3
溶液II(下記) 2.72cm3
純水にて全量を317.1cm3とした。
(Solution C)
Alkali-treated inert gelatin (average molecular weight 100,000) 5.66 g
Sodium chloride 58.8g
13.3 g of potassium bromide
Solution I (below) 0.85 cm 3
Solution II (below) 2.72 cm 3
The total amount was 317.1 cm 3 with pure water.
(溶液D)
2−メチル−4ヒドロキシ−1,3,3a,7−テトラアザインデン 0.56g
純水 112.1cm3
(Solution D)
2-Methyl-4hydroxy-1,3,3a, 7-tetraazaindene 0.56 g
Pure water 112.1cm 3
(溶液E)
アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 3.96g
溶液I(下記) 0.40cm3
純水 128.5cm3
(Solution E)
Alkali-treated inert gelatin (average molecular weight 100,000) 3.96 g
Solution I (below) 0.40 cm 3
Pure water 128.5cm 3
〈溶液I〉
ポリイソプロピレンポリエチレンオキシジ琥珀酸エステルナトリウム塩の10質量%メタノール溶液
<Solution I>
10% by mass methanol solution of polyisopropylene polyethylene oxydioxalate sodium salt
〈溶液II〉
六塩化ロジウム錯体の10質量%水溶液
<Solution II>
10% by weight aqueous solution of rhodium hexachloride complex
上記操作終了後に、常法に従い40℃にてフロキュレーション法を用いて脱塩及び水洗処理を施し、溶液Fと防黴剤を加えて60℃でよく分散し、40℃にてpHを5.90に調整して、最終的に臭化銀を10mol%含む平均粒子径0.09μm、変動係数10%の塩臭化銀立方体粒子乳剤を得た。 After completion of the above operation, desalting and washing with water using a flocculation method are performed at 40 ° C. according to a conventional method. To 90.90 to obtain a silver chlorobromide cubic grain emulsion finally containing 10 mol% of silver bromide and having an average grain size of 0.09 μm and a coefficient of variation of 10%.
(溶液F)
アルカリ処理不活性ゼラチン(平均分子量10万) 16.5g
純水 139.8cm3
(Solution F)
Alkali-treated inert gelatin (average molecular weight 100,000) 16.5g
Pure water 139.8cm 3
上記塩臭化銀立方体粒子乳剤に対し、チオ硫酸ナトリウムをハロゲン化銀1mol当たり20mg用い、40℃にて80分間化学増感を行い、化学増感終了後に4−ヒドロキシ−6−メチル−1,3,3a,7−テトラザインデン(TAI)をハロゲン化銀1mol当たり500mg、1−フェニル−5−メルカプトテトラゾールをハロゲン化銀1mol当たり150mg添加して、ハロゲン化銀乳剤を得た。このハロゲン化銀乳剤のハロゲン化銀粒子とゼラチンの体積比(ハロゲン化銀粒子/ゼラチン)は0.625であった。 The silver chlorobromide cubic grain emulsion was subjected to chemical sensitization at 40 ° C. for 80 minutes using 20 mg of sodium thiosulfate per mol of silver halide, and after completion of chemical sensitization, 4-hydroxy-6-methyl-1, 500 mg of 3,3a, 7-tetrazaindene (TAI) per 1 mol of silver halide and 150 mg of 1-phenyl-5-mercaptotetrazole per 1 mol of silver halide were added to obtain a silver halide emulsion. This silver halide emulsion had a volume ratio of silver halide grains to gelatin (silver halide grains / gelatin) of 0.625.
[塗布]
さらに硬膜剤としてテトラキス(ビニルスルホニルメチル)メタンをゼラチン1g当たり200mgの比率となるようにして添加し、また塗布助剤(界面活性剤)として、スルホ琥珀酸ジ(2−エチルヘキシル)ナトリウムを添加し、表面張力を調整した。
[Application]
Furthermore, tetrakis (vinylsulfonylmethyl) methane was added as a hardening agent at a ratio of 200 mg / g gelatin, and di (2-ethylhexyl) sodium sulfosuccinate was added as a coating aid (surfactant). The surface tension was adjusted.
こうして得られた塗布液を、銀換算の目付け量が0.625g・m−2となるように、下塗り層を施したPENフィルム基板(支持体)上に塗布した後、50℃24時間のキュア処理を実施して感光材料を得た。 The coating solution thus obtained was applied onto a PEN film substrate (support) with an undercoat layer so that the basis weight in terms of silver was 0.625 g · m −2, and then cured at 50 ° C. for 24 hours. Processing was carried out to obtain a photosensitive material.
[露光]
得られた感光材料を、メッシュパターンのフォトマスク(線幅0.01mm、ピッチ0.2mm)を介して紫外線露光した。
[exposure]
The obtained photosensitive material was exposed to ultraviolet rays through a photomask having a mesh pattern (line width 0.01 mm, pitch 0.2 mm).
[化学現像]
露光した感光材料を、下記現像液(DEV−1)を用いて25℃で60秒間の現像処理を行った後、下記定着液(FIX−1)を用いて25℃で120秒間の定着処理を行った。
[Chemical development]
The exposed photosensitive material is subjected to development processing at 25 ° C. for 60 seconds using the following developer (DEV-1), and then subjected to fixing processing at 25 ° C. for 120 seconds using the following fixing solution (FIX-1). went.
(DEV−1)
純水 500cm3
メトール 2g
無水亜硫酸ナトリウム 80g
ハイドロキノン 4g
ホウ砂 4g
チオ硫酸ナトリウム 10g
臭化カリウム 0.5g
水を加えて全量を1000cm3とした。
(DEV-1)
Pure water 500cm 3
Metol 2g
80 g of anhydrous sodium sulfite
Hydroquinone 4g
4g borax
Sodium thiosulfate 10g
Potassium bromide 0.5g
Water was added to bring the total volume to 1000 cm 3 .
(FIX−1)
純水 750cm3
チオ硫酸ナトリウム 250g
無水亜硫酸ナトリウム 15g
氷酢酸 15cm3
カリミョウバン 15g
水を加えて全量を1000cm3とした。
(FIX-1)
Pure water 750cm 3
Sodium thiosulfate 250g
Anhydrous sodium sulfite 15g
Glacial acetic acid 15cm 3
Potash alum 15g
Water was added to bring the total volume to 1000 cm 3 .
[物理現像]
次に、下記物理現像液(PDEV−1)を用いて30℃で10分間物理現像を行った後、水道水で10分間洗い流して水洗処理を行った。
[Physical development]
Next, physical development was performed at 30 ° C. for 10 minutes using the following physical developer (PDEV-1), and then washed with tap water for 10 minutes.
(PDEV−1)
純水 900cm3
クエン酸 10g
クエン酸三ナトリウム 1g
アンモニア水(28%) 1.5g
ハイドロキノン 2.3g
硝酸銀 0.23g
水を加えて全量を1000cm3とした。
(PDEV-1)
Pure water 900cm 3
Citric acid 10g
Trisodium citrate 1g
Ammonia water (28%) 1.5g
Hydroquinone 2.3g
Silver nitrate 0.23g
Water was added to bring the total volume to 1000 cm 3 .
[電解めっき]
物理現像処理の後に、下記電解めっき液を用いて25℃で電解銅めっき処理を施した後、水洗、乾燥処理を行った。なお電解銅めっきにおける電流制御は3Aで1分間、次いで1Aで12分間、計13分間かけて実施した。めっき処理終了後に、水道水で10分間洗い流して水洗処理を行い、乾燥風(50℃)を用いてドライ状態になるまで乾燥した。
[Electrolytic plating]
After the physical development treatment, electrolytic copper plating treatment was performed at 25 ° C. using the following electrolytic plating solution, followed by washing with water and drying treatment. In addition, the current control in electrolytic copper plating was performed over 3 minutes, 3 minutes for 1 minute and then 12 minutes for 1A. After the completion of the plating treatment, the plate was rinsed with tap water for 10 minutes to carry out a water washing treatment, and dried using a dry air (50 ° C.) until it was in a dry state.
(電解めっき液)
硫酸銅(五水和物) 200g
硫酸 50g
塩化ナトリウム 0.1g
水を加えて全量を1000cm3とした。
(Electrolytic plating solution)
Copper sulfate (pentahydrate) 200g
50g of sulfuric acid
Sodium chloride 0.1g
Water was added to bring the total volume to 1000 cm 3 .
以上のようにして補助金属配線(補助銀配線)26を形成した後、図1Aに示すように、光重合開始剤(Lamberti製、Esacure KTO 46)を添加したトリメチロールプロパントリアクリレート(TMPTA:共栄社化学製)の2‐アセトキシ‐1‐メトキシプロパン(PGMEA)溶液を回転塗布し、塗布膜全面に対して紫外線(波長365nm)照射する事で、補助金属配線26を透明絶縁性材料であるアクリル樹脂を主成分とする透明絶縁層30により被覆した。 After forming the auxiliary metal wiring (auxiliary silver wiring) 26 as described above, as shown in FIG. 1A, trimethylolpropane triacrylate (TMPTA: Kyoeisha) to which a photopolymerization initiator (Lamberti, Esacure KTO 46) is added. Acrylic resin that is a transparent insulating material for the auxiliary metal wiring 26 by spin-coating a 2-acetoxy-1-methoxypropane (PGMEA) solution of Chemical) and irradiating the entire coating film with ultraviolet rays (wavelength 365 nm). Was covered with a transparent insulating layer 30 containing as a main component.
その後、図1Bに示すように、補助金属配線26の表面と、補助金属配線開口部に形成された透明絶縁層30の表面が略同一平面になるまで、ArガスとO2ガスを導入した真空度1Paの雰囲気で、透明絶縁層30の表面をプラズマエッチングして、平坦化層31を形成し、補助電極11を形成した。 Thereafter, as shown in FIG. 1B, a vacuum in which Ar gas and O 2 gas are introduced until the surface of the auxiliary metal wiring 26 and the surface of the transparent insulating layer 30 formed in the opening of the auxiliary metal wiring are substantially flush with each other. The surface of the transparent insulating layer 30 was plasma etched in an atmosphere of 1 Pa to form the planarization layer 31 and the auxiliary electrode 11 was formed.
その後、この平坦化層31および補助金属配線26からなる平面上に、ジメチルスルホキシド(DMSO)を添加したポリエチレンジオキシチオフェン‐ポリスチレンスルホン酸水溶液(PEDOT−PSS:H.C.Starck Clevios製、Clevios PH 500)(以下では「PEDOT−PSS水溶液I」と略記する。)を回転塗布し、100℃で20分間加熱処理した。これにより下部電極層12(膜厚0.2μm)を形成した。 Thereafter, a polyethylene dioxythiophene-polystyrene sulfonic acid aqueous solution (PEDOT-PSS: made by HC Stark Clevios, Clevios PH, to which dimethyl sulfoxide (DMSO) is added, is formed on the flat surface including the planarizing layer 31 and the auxiliary metal wiring 26. 500) (hereinafter abbreviated as “PEDOT-PSS aqueous solution I”) and spin-coated at 100 ° C. for 20 minutes. Thereby, the lower electrode layer 12 (film thickness 0.2 μm) was formed.
次に、別組成のPEDOT−PSS水溶液(H.C.Starck Clevios製、Clevios P VP.AI4083)(以下では「PEDOT−PSS水溶液II」と略記する。)を下部電極層12上に回転塗布し、100℃で20分間加熱処理した。これにより正孔輸送層13(膜厚0.04μm)を形成した。 Next, a PEDOT-PSS aqueous solution having another composition (manufactured by HC Stark Clevios, Clevios P VP.AI4083) (hereinafter abbreviated as “PEDOT-PSS aqueous solution II”) is spin-coated on the lower electrode layer 12. And heat treatment at 100 ° C. for 20 minutes. Thereby, the hole transport layer 13 (film thickness 0.04 μm) was formed.
電子供与材料としてP3HT(Merck製、lisicon SP001)、及び、電子受容材料としてPC61BM(フロンティアカーボン製、nanom spectra E100H)をクロロベンゼンに溶解させた組成物を、乾燥窒素雰囲気で正孔輸送層13上に回転塗布し、110℃で20分間加熱処理した。これによりバルクヘテロ接合型の光電変換層15を形成し、膜厚は0.2μmであった。 A composition in which P3HT (manufactured by Merck, licicon SP001) as an electron donating material and PC 61 BM (manufactured by Frontier Carbon, nanom spectra E100H) as an electron accepting material are dissolved in chlorobenzene, a hole transport layer 13 in a dry nitrogen atmosphere. It spin-coated on top and heat-treated at 110 ° C. for 20 minutes. Thereby, a bulk heterojunction photoelectric conversion layer 15 was formed, and the film thickness was 0.2 μm.
光電変換層15上に、弗化リチウム(膜厚1nm)とアルミニウム(膜厚0.4μm)を連続して真空蒸着して上部電極21を形成した。このとき、素子面積が1.1cm2となるようにシャドウマスクを用いた。 On the photoelectric conversion layer 15, lithium fluoride (film thickness: 1 nm) and aluminum (film thickness: 0.4 μm) were continuously vacuum-deposited to form the upper electrode 21. At this time, a shadow mask was used so that the element area was 1.1 cm 2 .
以上の構成の有機光電変換素子では、補助電極11及び下部電極層12のPEDOT−PSSが正極として、上部電極21のアルミニウムが負極として機能する。 In the organic photoelectric conversion element having the above configuration, PEDOT-PSS of the auxiliary electrode 11 and the lower electrode layer 12 functions as a positive electrode, and aluminum of the upper electrode 21 functions as a negative electrode.
上記のようにして得られた太陽電池について、PENフィルム支持体10の裏面(下部電極12を形成しない面)側から擬似太陽光を80mW・cm−2照射して変換効率を測定した。具体的には、有機薄膜太陽電池へキセノンランプ(Newport製96000)にエアマスフィルタ(Newport製84094)を組合せた光源を照射しながら、ソースメータ(Keithley Instruments製Model 2400)により電圧を印加して電流値を測定した。得られた電流−電圧特性からPeccell I−V Curve Analyzer(ペクセル・テクノロジーズ製ver.2.1)を用いて変換効率を算出した。 About the solar cell obtained by making it above, the conversion efficiency was measured by irradiating pseudo solar light 80 mW * cm <-2 > from the back surface (surface which does not form the lower electrode 12) side of the PEN film support body 10. FIG. Specifically, a current is applied to an organic thin film solar cell by applying a voltage from a source meter (Model 2400 manufactured by Keithley Instruments) while irradiating a light source in which an xenon lamp (Newport 96000) is combined with an air mass filter (Newport 84094). The value was measured. Conversion efficiency was calculated from the obtained current-voltage characteristics using Peccell IV Curve Analyzer (Pexcel Technologies ver. 2.1).
得られた変換効率は2.7%であった。 The conversion efficiency obtained was 2.7%.
(実施例2)
透明絶縁層30のモノマーとして、ペンタエリスリトールトリアクリレート(PETIA:ダイセル・サイテック製)を用いた以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製した。得られた太陽電池の変換効率は2.5%であった。
(Example 2)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that pentaerythritol triacrylate (PETIA: manufactured by Daicel Cytec) was used as a monomer for the transparent insulating layer 30. The conversion efficiency of the obtained solar cell was 2.5%.
(実施例3)
透明絶縁層30のモノマーとして、1,6ヘキサンジオールジアクリレート(新中村化学工業製)を用いた以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製した。得られた太陽電池の変換効率は2.5%であった。
(Example 3)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that 1,6 hexanediol diacrylate (manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) was used as the monomer for the transparent insulating layer 30. The conversion efficiency of the obtained solar cell was 2.5%.
(実施例4)
透明絶縁層30のモノマーとして、ポリエチレングリコールジアクリレート(A−600:新中村化学工業製)を用いた以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製した。得られた太陽電池の変換効率は1.6%であった。
Example 4
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that polyethylene glycol diacrylate (A-600: manufactured by Shin-Nakamura Chemical Co., Ltd.) was used as the monomer for the transparent insulating layer 30. The conversion efficiency of the obtained solar cell was 1.6%.
(比較例1)
透明絶縁層30のモノマーとして、t−ブチルアクリレートを用いた以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製した。得られた太陽電池の変換効率は1.5%であった。
(Comparative Example 1)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that t-butyl acrylate was used as the monomer of the transparent insulating layer 30. The conversion efficiency of the obtained solar cell was 1.5%.
(比較例2)
実施例1と同様にして補助金属配線を形成した後、補助金属配線上にポリエチレンフィルムを配した後加熱圧接してポリエチレンにより透明絶縁層30を形成した。実施例1と同様にして透明絶縁層30の表面にプラズマエッチングを施したが、補助金属配線の表面が露出するまでエッチングができず、補助電極11としての表面導電性が得られなかった。
(Comparative Example 2)
After forming the auxiliary metal wiring in the same manner as in Example 1, a polyethylene film was disposed on the auxiliary metal wiring, and then heated and pressed to form the transparent insulating layer 30 with polyethylene. Plasma etching was performed on the surface of the transparent insulating layer 30 in the same manner as in Example 1, but etching could not be performed until the surface of the auxiliary metal wiring was exposed, and surface conductivity as the auxiliary electrode 11 was not obtained.
(比較例3)
平坦化層13を形成しなかった以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製した。得られた太陽電池は、短絡していて、電池特性が得られなかった。この有機薄膜太陽電池の断面を電顕観察したところ、補助銀配線と上部アルミニウム電極が接触している部分が複数確認された。
(Comparative Example 3)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the planarizing layer 13 was not formed. The obtained solar cell was short-circuited and battery characteristics were not obtained. When the cross section of the organic thin film solar cell was observed with an electron microscope, a plurality of portions where the auxiliary silver wiring and the upper aluminum electrode were in contact were confirmed.
(比較例4)
TMPTAの光重合において、PEN基板裏面(銀配線を形成しない面)側から紫外線を照射して重合した後、PGMEAにより洗浄することにより平坦化層13を形成した以外は実施例1と同様にして太陽電池を作製した。得られた太陽電池は短絡していて、電池特性が得られなかった。この有機薄膜太陽電池の断面を電顕観察したところ、アクリル樹脂が形成されていない溝が、補助銀配線の外縁に沿うように複数箇所形成されており、この溝の部分において、上部アルミニウム電極の接触が確認された。
(Comparative Example 4)
In the photopolymerization of TMPTA, the same procedure as in Example 1 was performed except that the planarization layer 13 was formed by irradiating ultraviolet rays from the PEN substrate back surface (surface on which silver wiring is not formed) and then cleaning with PGMEA. A solar cell was produced. The obtained solar cell was short-circuited, and the battery characteristics were not obtained. When the cross section of the organic thin film solar cell was observed with an electron microscope, a plurality of grooves in which the acrylic resin was not formed were formed along the outer edge of the auxiliary silver wiring. Contact was confirmed.
(評価)
表1に、上記実施例1〜4及び比較例1〜4における、エッチング性及び下部電極層表面の導電性及び、光電変換効率について評価した結果を示す。エッチング性については、表面平滑性が良好で、補助銀配線と平坦化層との段差が200nm以下であるものを○、表面平滑性が良好であるが、補助銀配線と平坦化層との段差が500nm以上の箇所が発見されたものを△、エッチング不良又は、平坦化層形成不良により補助電極の表面導電性が得られなかったもの、又は短絡してしまったものを×とした。また、下部電極層表面の導電性について、メッシュ電極開口部の導電材料の面抵抗が150Ω/□以下のものを○、面抵抗が150Ω/□以上1000Ω/□以下のものを△、補助電極の表面導電性が得られなかったもの又は短絡してしまったものを×とした。
In Table 1, the result evaluated about the etching property in the said Examples 1-4 and Comparative Examples 1-4, the electroconductivity of the surface of a lower electrode layer, and photoelectric conversion efficiency is shown. As for the etching property, the surface smoothness is good and the step between the auxiliary silver wiring and the flattening layer is 200 nm or less. The surface smoothness is good, but the step between the auxiliary silver wiring and the flattening layer is good. Was found where a spot of 500 nm or more was found, and the case where the surface conductivity of the auxiliary electrode could not be obtained due to poor etching or flattening layer formation, or the case where the surface was short-circuited was rated as x. In addition, regarding the conductivity of the surface of the lower electrode layer, the surface resistance of the conductive material of the mesh electrode opening is 150Ω / □ or less, the surface resistance is 150Ω / □ or more and 1000Ω / □ or less, Δ, The case where the surface conductivity was not obtained or the case where the surface was short-circuited was taken as x.
1、2 太陽電池
10 支持体
11 補助電極
12 下部電極層
15 光電変換層
20 電極層
21 上部電極
22 電極接続配線
23 外部接続端子
25,26 補助金属配線
28 アライメントマーク
30 透明絶縁層
31 平坦化層
32 絶縁性隔壁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Solar cell 10 Support body 11 Auxiliary electrode 12 Lower electrode layer 15 Photoelectric conversion layer 20 Electrode layer 21 Upper electrode 22 Electrode connection wiring 23 External connection terminal 25, 26 Auxiliary metal wiring 28 Alignment mark 30 Transparent insulating layer 31 Flattening layer 32 Insulating partition
Claims (8)
下部電極と有機材料を含む光電変換層と上部電極とをこの順に積層してなる光電変換素子を備えた太陽電池の製造方法であって、
前記支持体上に、前記補助金属配線を形成する工程と、
多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物を重合してなる透明樹脂で前記開口部を埋め込むと共に前記補助金属配線を被覆して透明絶縁層を形成する工程と、
前記透明絶縁層を、前記補助金属配線の表面の少なくとも一部が露出すると共に前記開口部における該透明絶縁層の表面が該補助金属 配線の表面と略同一平面となるまでエッチングする工程と、
前記透明絶縁層および前記補助金属配線の表面上に前記下部電極を形成する工程と、
前記下部電極上に前記光電変換層および上部電極を順次形成する工程とを有することを特徴とする太陽電池の製造方法。 On the support, an auxiliary electrode having an auxiliary metal wiring having a plurality of openings, and a planarization layer made of a transparent resin filled at least in the openings,
A method for producing a solar cell comprising a photoelectric conversion element in which a lower electrode, a photoelectric conversion layer containing an organic material, and an upper electrode are laminated in this order,
Forming the auxiliary metal wiring on the support;
A step of filling the opening with a transparent resin obtained by polymerizing a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer and covering the auxiliary metal wiring to form a transparent insulating layer;
Etching the transparent insulating layer until at least part of the surface of the auxiliary metal wiring is exposed and the surface of the transparent insulating layer in the opening is substantially flush with the surface of the auxiliary metal wiring;
Forming the lower electrode on the surface of the transparent insulating layer and the auxiliary metal wiring; and
And a step of sequentially forming the photoelectric conversion layer and the upper electrode on the lower electrode.
前記透明絶縁層をエッチングする工程において、前記補助金属配線の表面を含む平面上の少なくとも一部に、前記透明絶縁層の一部が前記下部電極の形成領域の少なくとも一部を区画する絶縁性隔壁として残るようにエッチングすることを特徴とする請求項1から4いずれか1項記載の太陽電池の製造方法。 In the step of forming the transparent insulating layer, the transparent insulating layer has a thickness at which the surface of the transparent insulating layer is positioned higher than the surface of the photoelectric conversion layer formed later above the surface of the auxiliary metal wiring. Forming,
In the step of etching the transparent insulating layer, an insulating partition in which a part of the transparent insulating layer defines at least a part of the formation region of the lower electrode on at least a part of a plane including the surface of the auxiliary metal wiring The method for manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein etching is performed so as to remain as follows.
該絶縁性隔壁により取り囲まれた形成領域に、前記下部電極および前記光電変換層を順次形成し、
前記上部電極を、前記光電変換層および前記絶縁性隔壁上に、該上部電極と前記絶縁性隔壁とにより前記光電変換層が封止されるように形成することを特徴とする請求項5記載の太陽電池の製造方法。 Forming the insulating partition so as to surround the formation region of the lower electrode;
In the formation region surrounded by the insulating partition, the lower electrode and the photoelectric conversion layer are sequentially formed,
6. The upper electrode is formed on the photoelectric conversion layer and the insulating partition so that the photoelectric conversion layer is sealed by the upper electrode and the insulating partition. A method for manufacturing a solar cell.
複数の開口部を有する補助金属配線と、少なくとも前記開口部に充填された透明樹脂からなる平坦化層とを有する補助電極と、
下部電極と、有機材料を含む光電変換層と、上部電極とをこの順に積層してなる光電変換素子を備えた太陽電池であって、
前記平坦化層が、前記補助金属配線の表面が露出すると共に前記開口部における前記透明樹脂の表面が該補助金属配線の表面と略同一平面となるようにエッチングされて形成されてなり、
前記透明樹脂が多官能(メタ)アクリルモノマーを含む組成物を重合してなる樹脂であることを特徴とする太陽電池。 On the support,
An auxiliary electrode having an auxiliary metal wiring having a plurality of openings, and a planarization layer made of a transparent resin filled in at least the openings,
A solar cell including a photoelectric conversion element formed by laminating a lower electrode, a photoelectric conversion layer containing an organic material, and an upper electrode in this order,
The planarizing layer is formed by etching so that the surface of the auxiliary metal wiring is exposed and the surface of the transparent resin in the opening is substantially flush with the surface of the auxiliary metal wiring.
A solar cell, wherein the transparent resin is a resin obtained by polymerizing a composition containing a polyfunctional (meth) acrylic monomer.
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