JP2015138869A - semiconductor element - Google Patents

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荒巻 政昭
Masaaki Aramaki
政昭 荒巻
徹 湯本
Toru Yumoto
徹 湯本
稔幸 平野
Toshiyuki Hirano
稔幸 平野
渡辺 明
Akira Watanabe
明 渡辺
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Tohoku University NUC
Asahi Kasei Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor element which enables manufacturing of a large area semiconductor film in a low temperature process and which can achieve low cost.SOLUTION: A semiconductor element comprises a semiconductor film containing an inorganic semiconductor particle and a compound having a dielectric constant of 2 and over, or a semiconductor film containing an inorganic semiconductor particle and a compound having reduction power against the inorganic semiconductor particle. The inorganic semiconductor particle is an inorganic semiconductor particle other than a compound semiconductor particle which has an average particle size of 50 nm or less, or a compound semiconductor particle which has an average particle size of 100 nm or less.

Description

本発明は半導体素子に関する。   The present invention relates to a semiconductor device.

現在、軽量化、加工性向上、コストダウンを目的に、樹脂、金属箔等を材料とする基板を用いた太陽電池の開発が活発である。柔軟性があり、ある程度の変形に耐えうる太陽電池として、アモルファスシリコン太陽電池及びCIGS太陽電池が現在の主流となっている。なお、太陽電池の製造には、プラズマCVD法、スパッタ法、蒸着法等の真空系のプロセスが用いられている。   Currently, for the purpose of weight reduction, workability improvement, and cost reduction, solar cells using a substrate made of resin, metal foil or the like are being actively developed. As solar cells that are flexible and can withstand a certain degree of deformation, amorphous silicon solar cells and CIGS solar cells are currently mainstream. Note that a vacuum process such as a plasma CVD method, a sputtering method, or a vapor deposition method is used for manufacturing a solar cell.

これに対し、非真空系のプロセスの検討も従来から盛んに行われている。例えば、シリコンポリマーを用いた多結晶シリコン膜の作製方法が特許文献1あるいは2に記載されている。また、印刷法でCIGS太陽電池を作製する方法も検討されている。この方法では、銅及びインジウムの前駆体を印刷し、薄膜を形成した後、還元工程、さらにセレン化工程を経て、太陽電池が作製されている。   In contrast, non-vacuum processes have been extensively studied. For example, Patent Document 1 or 2 describes a method for manufacturing a polycrystalline silicon film using a silicon polymer. In addition, a method for producing a CIGS solar cell by a printing method has been studied. In this method, after a copper and indium precursor is printed and a thin film is formed, a solar cell is manufactured through a reduction process and a selenization process.

特許第4016419号公報Japanese Patent No. 4016419 特開2012−138565号公報JP 2012-138565 A

しかしながら、真空系のプロセスでは、真空装置により面積が制限されるため大面積の太陽電池を得ることは難しい。さらに、真空系プロセスにおける材料の利用効率が悪い。また、真空系プロセスで使用する装置は消費電力量が多く、製品のコストが高くなる傾向にあり、地球環境への負荷も大きい。また、高温プロセスが必要となるため、使用できる基材が限られる。   However, in the vacuum system process, it is difficult to obtain a large-area solar cell because the area is limited by the vacuum apparatus. Furthermore, the material utilization efficiency in the vacuum system process is poor. In addition, the devices used in the vacuum process have a large amount of power consumption, the cost of products tends to increase, and the burden on the global environment is large. Moreover, since a high temperature process is required, the base material which can be used is restricted.

一方、特許文献1あるいは2の方法は、無機半導体粒子と分散媒を含む半導体膜を熱、プラズマ、光(フラッシュランプ)等の高温プロセスで、実質的には分散媒を除去してシリコン膜を作製する方法が開示されている。しかしながら、分散媒を除去した膜が太陽電池等の半導体素子として使えるか否かが明らかではなく、性能も不明である。   On the other hand, in the method of Patent Document 1 or 2, a semiconductor film containing inorganic semiconductor particles and a dispersion medium is removed by substantially removing the dispersion medium by a high-temperature process such as heat, plasma, and light (flash lamp). A method of making is disclosed. However, it is not clear whether the film from which the dispersion medium has been removed can be used as a semiconductor element such as a solar cell, and the performance is also unclear.

また、印刷法は、還元工程及びセレン化工程を必要とするため、コスト及び環境への負荷の点で真空系プロセスと同様の問題点が存在する。さらに、印刷法においても、セレン化工程では高温が必要なため、使用できる基材が限られてしまう。   In addition, since the printing method requires a reduction step and a selenization step, there are problems similar to those of a vacuum system process in terms of cost and environmental load. Furthermore, in the printing method, since a high temperature is required in the selenization process, usable substrates are limited.

本発明は、低温プロセスで大面積の半導体膜を作製でき、かつ低コスト化が可能な半導体素子を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a semiconductor element capable of producing a semiconductor film having a large area by a low temperature process and capable of reducing the cost.

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have completed the present invention.

(1)本発明は、無機半導体粒子及び比誘電率が2以上の化合物を含有する半導体膜を備え、無機半導体粒子は、平均粒子径が50nm以下の化合物半導体粒子又は平均粒子径が100nm以下の化合物半導体粒子以外の無機半導体粒子である、半導体素子を提供する。 (1) The present invention includes a semiconductor film containing inorganic semiconductor particles and a compound having a relative dielectric constant of 2 or more, and the inorganic semiconductor particles are compound semiconductor particles having an average particle size of 50 nm or less or an average particle size of 100 nm or less. Provided is a semiconductor element which is an inorganic semiconductor particle other than a compound semiconductor particle.

(2)また、本発明は、無機半導体粒子及び該無機半導体粒子に対して還元力のある化合物を含有する半導体膜を備え、無機半導体粒子は、平均粒子径が50nm以下の化合物半導体粒子又は平均粒子径が100nm以下の化合物半導体以外の無機半導体粒子である、半導体素子を提供する。 (2) Further, the present invention includes an inorganic semiconductor particle and a semiconductor film containing a compound having a reducing power with respect to the inorganic semiconductor particle, and the inorganic semiconductor particle has a compound semiconductor particle having an average particle diameter of 50 nm or less or an average Provided is a semiconductor element which is an inorganic semiconductor particle other than a compound semiconductor having a particle size of 100 nm or less.

(3)上記(1)において、比誘電率が2以上の化合物の含有量が、半導体膜の全質量を基準として0.5〜80質量%であることが好ましい。 (3) In the above (1), the content of the compound having a relative dielectric constant of 2 or more is preferably 0.5 to 80% by mass based on the total mass of the semiconductor film.

(4)上記(2)において、無機半導体粒子に対して還元力のある化合物の含有量が、半導体膜の全質量を基準として0.5〜80質量%であることが好ましい。 (4) In said (2), it is preferable that content of the compound which has a reducing power with respect to an inorganic semiconductor particle is 0.5-80 mass% on the basis of the total mass of a semiconductor film.

(5)上記(1)又は(3)において、比誘電率が2以上の化合物が、グリセリン、チオグリセロール、シアノ基含有有機化合物及びポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。なお、シアノ基含有有機化合物とは、シアノ基が1つ以上含まれる化合物のことである。 (5) In the above (1) or (3), the compound having a relative dielectric constant of 2 or more is at least one selected from the group consisting of glycerin, thioglycerol, a cyano group-containing organic compound, and polyvinylidene fluoride (PVDF) It is preferable that The cyano group-containing organic compound is a compound containing one or more cyano groups.

(6)上記(2)又は(4)において、無機半導体粒子に対して還元力のある化合物が、グリセリン及びチオグリセロールからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。 (6) In the above (2) or (4), it is preferable that the compound having a reducing power with respect to the inorganic semiconductor particles is at least one selected from the group consisting of glycerin and thioglycerol.

(7)上記(1)〜(6)のいずれかにおいて、化合物半導体粒子以外の無機半導体粒子がシリコン粒子であることが好ましい。 (7) In any one of the above (1) to (6), the inorganic semiconductor particles other than the compound semiconductor particles are preferably silicon particles.

(8)上記(1)〜(7)のいずれかにおいて、さらに半導体膜と反対の電荷をもつ他の半導体膜又は半導体膜と反対の電荷をもつ他の半導体層、を備えることが好ましい。 (8) In any one of the above (1) to (7), it is preferable to further include another semiconductor film having a charge opposite to that of the semiconductor film or another semiconductor layer having a charge opposite to that of the semiconductor film.

(9)上記(8)において、半導体膜の、他の半導体膜又は他の半導体層と対向する面とは反対の面上にさらに電極を備えることが好ましい。この場合、半導体膜中に含まれる無機半導体粒子の少なくとも一部が電極と接触していることがより好ましい。 (9) In the above (8), it is preferable that an electrode is further provided on the surface of the semiconductor film opposite to the surface facing the other semiconductor film or the other semiconductor layer. In this case, it is more preferable that at least a part of the inorganic semiconductor particles contained in the semiconductor film is in contact with the electrode.

(10)本発明はさらに、第一の半導体層と、第二の半導体層と、第一の半導体層及び第二の半導体層の間に比誘電率が2以上の化合物を含有する接合界面層と、を備え、第一の半導体層及び第二の半導体層のうち少なくとも一方が、無機半導体粒子からなる層であり、無機半導体粒子は、平均粒子径が50nm以下の化合物半導体粒子又は平均粒子径が100nm以下の化合物半導体粒子以外の無機半導体粒子である、半導体素子を提供する。 (10) The present invention further includes a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a junction interface layer containing a compound having a relative dielectric constant of 2 or more between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. And at least one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is a layer made of inorganic semiconductor particles, and the inorganic semiconductor particles are compound semiconductor particles having an average particle diameter of 50 nm or less or an average particle diameter Provides a semiconductor element which is an inorganic semiconductor particle other than a compound semiconductor particle of 100 nm or less.

(11)上記(10)において、比誘電率が2以上の前記化合物が、グリセリン、チオグリセロール、シアノ基含有有機化合物及びPVDFからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。 (11) In the above (10), the compound having a relative dielectric constant of 2 or more is preferably at least one selected from the group consisting of glycerin, thioglycerol, a cyano group-containing organic compound, and PVDF.

(12)上記(10)又は(11)において、第一の半導体層及び/又は第二の半導体層の、接合界面層と対向する面とは反対の面上にさらに電極を備えることが好ましい。 (12) In the above (10) or (11), it is preferable that an electrode is further provided on the surface of the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer opposite to the surface facing the bonding interface layer.

(13)上記(1)〜(12)において、半導体素子がフレキシブル性半導体素子であることが好ましい。 (13) In the above (1) to (12), the semiconductor element is preferably a flexible semiconductor element.

(14)上記(1)〜(13)において、半導体素子が太陽電池であることが好ましい。 (14) In said (1)-(13), it is preferable that a semiconductor element is a solar cell.

本発明により、低温プロセスで大面積の半導体膜を作製でき、かつ低コスト化が可能な発電効率に優れる半導体素子を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a semiconductor element that is capable of producing a semiconductor film having a large area by a low-temperature process and that is excellent in power generation efficiency and can be reduced in cost.

実施例における太陽電池評価用試料の具体的な準備方法を示す図である。It is a figure which shows the specific preparation method of the sample for solar cell evaluation in an Example.

以下、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail.

本実施形態の半導体素子は、(1)無機半導体粒子及び比誘電率が2以上の化合物を含む半導体膜、又は(2)無機半導体粒子及び該無機半導体粒子に対して還元力のある化合物を含む半導体膜を備える。   The semiconductor element of this embodiment includes (1) a semiconductor film containing inorganic semiconductor particles and a compound having a relative dielectric constant of 2 or more, or (2) inorganic semiconductor particles and a compound having a reducing power with respect to the inorganic semiconductor particles. A semiconductor film is provided.

(無機半導体粒子)
無機半導体粒子とは、無機物からなる、特定の条件で電流を流す半導体粒子である。無機半導体粒子は、p型半導体粒子及びn型半導体粒子に大別される。ここで、p型とは半導体中における電荷の移動の担い手が正孔の場合である。n型とは、半導体中における電荷の移動の担い手が伝導電子の場合である。これら正孔及び伝導電子をまとめてキャリアという。無機半導体粒子としては、シリコン粒子、化合物半導体粒子、金属酸化物粒子等が好ましい。キャリア移動とコストの観点からシリコン粒子がより好ましい。
(Inorganic semiconductor particles)
The inorganic semiconductor particles are semiconductor particles made of an inorganic material and allowing current to flow under specific conditions. Inorganic semiconductor particles are roughly classified into p-type semiconductor particles and n-type semiconductor particles. Here, p-type refers to the case where the charge transferer in the semiconductor is holes. The n-type refers to the case where conduction electrons are responsible for charge movement in a semiconductor. These holes and conduction electrons are collectively referred to as carriers. As the inorganic semiconductor particles, silicon particles, compound semiconductor particles, metal oxide particles and the like are preferable. Silicon particles are more preferable from the viewpoint of carrier movement and cost.

シリコン粒子としては、p型、n型及びi型のシリコンの粒子が挙げられる。   Examples of silicon particles include p-type, n-type, and i-type silicon particles.

化合物半導体粒子に用いられる化合物としては、シリコンゲルマニウム化合物、CIS系化合物、CIGS系化合物、CZTS系化合物、CGS系化合物、CdTe化合物、InP化合物、GaAs化合物、GaSb化合物、GaP化合物、InSb化合物、InAs化合物、ZnTe化合物、ZnSe化合物、FeS化合物、CuS化合物、硫化スズ、硫化アンチモン等が挙げられる。CIS系化合物とは、Cu、In及びS、又はCu、In、S及びSeからなる化合物のことであり、両化合物が併用される態様も含まれる。CIGS系化合物とは、Cu、In、Ga及びS、又はCu、In、Ga、S及びSeからなる化合物のことであり、両化合物が併用される態様も含まれる。CZTS系化合物とはCu、Zn、Sn及びS、又はCu、Zn、Sn、S及びSeからなる化合物のことであり、両化合物が併用される態様も含まれる。CGS系化合物とは、Cu、Ga及びS、又はCu、Ga、S及びSeからなる化合物のことであり、両化合物が併用される態様も含まれる。なお、化合物半導体粒子に用いられるこれらの化合物は、二種以上を併用してもよい。   Compounds used for compound semiconductor particles include silicon germanium compounds, CIS compounds, CIGS compounds, CZTS compounds, CGS compounds, CdTe compounds, InP compounds, GaAs compounds, GaSb compounds, GaP compounds, InSb compounds, InAs compounds ZnTe compound, ZnSe compound, FeS compound, CuS compound, tin sulfide, antimony sulfide and the like. The CIS compound is a compound composed of Cu, In, and S, or Cu, In, S, and Se, and includes an aspect in which both compounds are used in combination. The CIGS compound is a compound composed of Cu, In, Ga, and S, or Cu, In, Ga, S, and Se, and includes an aspect in which both compounds are used in combination. The CZTS compound is a compound composed of Cu, Zn, Sn, and S, or Cu, Zn, Sn, S, and Se, and includes an aspect in which both compounds are used in combination. The CGS-based compound is a compound composed of Cu, Ga, and S, or Cu, Ga, S, and Se, and includes an aspect in which both compounds are used in combination. In addition, these compounds used for compound semiconductor particles may use 2 or more types together.

金属酸化物粒子に用いられる酸化物としては、酸化銅(I)、酸化銅(II)、酸化鉄、酸化亜鉛、酸化銀、酸化チタン(ルチル、アナターゼ)、インジウム・ガリウム・亜鉛の酸化物(IGZO)等の金属酸化物が挙げられる。金属酸化物粒子に用いられるこれらの酸化物は、二種以上を併用してもよい。   Examples of the oxide used for the metal oxide particles include copper oxide (I), copper oxide (II), iron oxide, zinc oxide, silver oxide, titanium oxide (rutile, anatase), indium gallium zinc oxide ( Metal oxides such as IGZO). Two or more of these oxides used for the metal oxide particles may be used in combination.

無機半導体粒子は結晶性が高く、高純度であることが好ましい。粒子の結晶性は、化合物半導体粒子及び金属酸化物粒子の場合はX線解析による半値幅から判断することができ、シリコン粒子の場合は抵抗率から判断することができる。無機半導体粒子の純度は、99.99質量%以上が好ましく、99.999質量%以上がより好ましい。   The inorganic semiconductor particles preferably have high crystallinity and high purity. In the case of compound semiconductor particles and metal oxide particles, the crystallinity of the particles can be determined from the full width at half maximum by X-ray analysis, and in the case of silicon particles, it can be determined from the resistivity. The purity of the inorganic semiconductor particles is preferably 99.99% by mass or more, and more preferably 99.999% by mass or more.

本実施形態の無機半導体粒子の平均粒子径は、粒子間の接触抵抗の低減の観点から化合物半導体粒子の場合は50nm以下であり、また、化合物半導体以外の無機半導体粒子(例えば、シリコン粒子又は金属酸化物粒子)の場合は平均粒子径が100nm以下である。前者は、変換効率の向上という観点から、30nm以下であることが好ましく、15nm以下であることがより好ましい。また、後者は、変換効率の向上という観点から、50nm以下であることが好ましく、30nm以下であることがより好ましい。なお、粒子と電極との接触抵抗の低減及び拡散長の観点から、無機半導体粒子の平均粒子径は0.5nm以上が好ましく、1nm以上がより好ましい。   The average particle diameter of the inorganic semiconductor particles of the present embodiment is 50 nm or less in the case of compound semiconductor particles from the viewpoint of reducing the contact resistance between the particles, and inorganic semiconductor particles other than the compound semiconductor (for example, silicon particles or metals) In the case of (oxide particles), the average particle diameter is 100 nm or less. The former is preferably 30 nm or less, and more preferably 15 nm or less, from the viewpoint of improving conversion efficiency. The latter is preferably 50 nm or less, and more preferably 30 nm or less, from the viewpoint of improving the conversion efficiency. In addition, from the viewpoint of reducing the contact resistance between the particles and the electrode and the diffusion length, the average particle diameter of the inorganic semiconductor particles is preferably 0.5 nm or more, and more preferably 1 nm or more.

なお、シリコン粒子、化合物半導体粒子、金属酸化物粒子等の無機半導体粒子の平均粒子径は、顕微鏡を使った画像処理方法により測定される。   The average particle diameter of inorganic semiconductor particles such as silicon particles, compound semiconductor particles, and metal oxide particles is measured by an image processing method using a microscope.

シリコン粒子について詳細に説明する。シリコン粒子の製造方法としては、特に限定はなく、例えば、パルス圧力付加オリフィス噴射法を利用した高結晶性半導体マイクロ粒子製造装置を用いた方法、多結晶又は単結晶のシリコンインゴット若しくはウエハを粉砕する方法等によって製造できる。また、ウエハ作製時の切屑なども、シリコン粒子として使用できる。p型シリコン粒子としては、例えば、ホウ素、ガリウム等を添加物としてドープしたシリコン粒子が使用される。n型シリコン粒子としては、リン、窒素、砒素等を添加物としてドープしたシリコン粒子が使用される。シリコン粒子に含まれるこれらの添加物濃度は、1012atom/cm以上が好ましく、1013atom/cm以上がより好ましい。また、同添加物濃度は、1021atom/cm以下が好ましく、1020atom/cm以下がより好ましい。シリコン粒子の抵抗率は、半導体中における電荷の移動及び空乏層の広がりの観点から、0.0001Ωcm以上が好ましく、0.001Ωcm以上がより好ましい。また、同抵抗率は、1000Ωcm以下が好ましく、100Ωcm以下がより好ましい。 The silicon particles will be described in detail. The method for producing silicon particles is not particularly limited. For example, a method using a high crystalline semiconductor microparticle production apparatus using a pulse pressure applied orifice injection method, a polycrystalline or single crystal silicon ingot or wafer is pulverized. It can be manufactured by a method or the like. Further, chips at the time of wafer fabrication can be used as silicon particles. As the p-type silicon particles, for example, silicon particles doped with boron, gallium or the like as an additive are used. As the n-type silicon particles, silicon particles doped with phosphorus, nitrogen, arsenic or the like as an additive are used. The concentration of these additives contained in the silicon particles is preferably 10 12 atoms / cm 3 or more, and more preferably 10 13 atoms / cm 3 or more. Furthermore, the additive concentration is preferably 10 21 atom / cm 3 or less, more preferably 10 20 atom / cm 3 or less. The resistivity of the silicon particles is preferably 0.0001 Ωcm or more, and more preferably 0.001 Ωcm or more, from the viewpoint of charge transfer in the semiconductor and the spread of the depletion layer. The resistivity is preferably 1000 Ωcm or less, more preferably 100 Ωcm or less.

インゴット又はウエハを粉砕する方法としては、乾式粉砕でも湿式粉砕でもよく、双方の方法を用いてもよい。乾式粉砕には、ハンマークラッシャ等が利用できる。湿式粉砕には、ボールミル、遊星ボールミル、ビーズミル、ホモジナイザー等が利用できる。湿式粉砕時の溶媒としては、後述する比誘電率が2以上の化合物、無機半導体粒子に対して還元力のある化合物、及び分散剤が挙げられる。   As a method of pulverizing the ingot or wafer, either dry pulverization or wet pulverization may be used, or both methods may be used. For the dry pulverization, a Hammar crusher or the like can be used. For wet grinding, a ball mill, a planetary ball mill, a bead mill, a homogenizer, or the like can be used. Examples of the solvent at the time of wet pulverization include a compound having a relative dielectric constant of 2 or more, a compound having a reducing power with respect to inorganic semiconductor particles, and a dispersant.

化合物半導体粒子について詳細に説明する。化合物半導体粒子の製造方法としては、特に限定はなく、例えば気相法、液相法等によって製造できる。得られた粒子の粉砕方法としては、乾式粉砕、湿式粉砕のどちらかもしくは両方の方法を併用することができる。乾式粉砕には、ハンマークラッシャ等が利用できる。湿式粉砕には、ボールミル、ビーズミル、ホモジナイザー等が利用できる。湿式粉砕時の溶媒としては、後述する比誘電率が2以上の化合物、無機半導体粒子に対して還元力のある化合物、及び分散剤を用いることができる。   The compound semiconductor particles will be described in detail. The method for producing compound semiconductor particles is not particularly limited, and can be produced, for example, by a vapor phase method, a liquid phase method, or the like. As a method for pulverizing the obtained particles, either or both of dry pulverization and wet pulverization can be used in combination. For the dry pulverization, a Hammar crusher or the like can be used. A ball mill, a bead mill, a homogenizer or the like can be used for wet grinding. As the solvent at the time of wet pulverization, a compound having a relative dielectric constant of 2 or more, a compound having a reducing power with respect to inorganic semiconductor particles, and a dispersant can be used.

金属酸化物粒子について詳細に説明する。金属酸化物粒子の製造方法としては、特に限定はなく、例えばゾルゲル法等によって製造できる。   The metal oxide particles will be described in detail. The method for producing the metal oxide particles is not particularly limited, and can be produced, for example, by a sol-gel method.

(比誘電率が2以上の化合物)
比誘電率とは、測定周波数を1kHz、測定温度を23℃とし、インピーダンス法で測定した値をいう。本化合物の比誘電率の好ましい範囲としては、光電変換効率の観点から2以上であり、5以上が好ましく、10以上がより好ましい。
(Compound with a relative dielectric constant of 2 or more)
The relative dielectric constant is a value measured by an impedance method with a measurement frequency of 1 kHz and a measurement temperature of 23 ° C. The preferable range of the relative dielectric constant of the present compound is 2 or more from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency, preferably 5 or more, and more preferably 10 or more.

なお、光電変換効率ηは下記式より求めることができる。
η=(太陽電池の出力)/100×100
太陽電池の出力=短絡電流密度×開放電圧×FF=Vmax・Imax
(Imaxとは、太陽電池の出力が最大となるときの電流であり、Vmaxとは、太陽電池の出力が最大となるときの電圧である。)
The photoelectric conversion efficiency η can be obtained from the following formula.
η = (output of solar cell) / 100 × 100
Output of solar cell = short circuit current density × open voltage × FF = Vmax · Imax
(Imax is the current when the output of the solar cell is maximized, and Vmax is the voltage when the output of the solar cell is maximized.)

有機系化合物としては、一般的な樹脂として、ポリ塩化ビニリデン(PVDF)、アクリル樹脂、アセチルセルローズ、アニリン樹脂、ABS樹脂、エボナイト、塩化ビニル樹脂、アクリルニトリル樹脂、アニリンホルムアルデヒド樹脂、アミノアルキル樹脂、ウレタン、AS樹脂、エポキシ樹脂、ビニルブチラール樹脂、三フッ化エチレン樹脂、シリコン樹脂、酢酸ビニル樹脂、スチレンブタジェンゴム、シリコーンゴム、酢酸セルローズ、スチレン樹脂、デキストリン、ナイロン、軟質ビニルブチラール樹脂、フッ素系樹脂、フルフラル樹脂、ポリアミド、ポリエステル樹脂、ポリカーボネート樹脂、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアセタール樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、ポリサルファイドポリマー、ポリエチレン等が挙げられる。また、アセトン、メチルアルコール、イソブチルアルコール、エチルアルコール、アニリン、イソブチルメチルケトン、エチレングリコール、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、グリセリン、クレゾールグリコール、ジアリルフタレート、デキストリン、ピラノール、フェノール、ベークライトワニス、ホルマリン、チオグリセロール、クロロピレン、コハク酸、コハク酸ニトリル、ニトロセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、デンプン、ヒドロキシプロピルデンプン、プルラン、グルシドールプルラン、ポリビニルアルコール、スクロース、ソルビトール、シアノ基含有有機化合物等が挙げられる。   As organic compounds, general resins include polyvinylidene chloride (PVDF), acrylic resin, acetyl cellulose, aniline resin, ABS resin, ebonite, vinyl chloride resin, acrylonitrile resin, aniline formaldehyde resin, aminoalkyl resin, urethane. AS resin, epoxy resin, vinyl butyral resin, ethylene trifluoride resin, silicon resin, vinyl acetate resin, styrene butadiene rubber, silicone rubber, cellulose acetate, styrene resin, dextrin, nylon, soft vinyl butyral resin, fluorine resin , Furfural resin, polyamide, polyester resin, polycarbonate resin, phenol resin, furan resin, polyacetal resin, melamine resin, urea resin, polysulfide polymer, polyethylene, etc. That. Also, acetone, methyl alcohol, isobutyl alcohol, ethyl alcohol, aniline, isobutyl methyl ketone, ethylene glycol, propylene glycol, polyethylene glycol, polypropylene glycol, glycerin, cresol glycol, diallyl phthalate, dextrin, pyranol, phenol, bakelite varnish, formalin, Examples thereof include thioglycerol, chloropyrene, succinic acid, succinic nitrile, nitrocellulose, ethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, starch, hydroxypropyl starch, pullulan, glycidol pullulan, polyvinyl alcohol, sucrose, sorbitol, and cyano group-containing organic compounds.

なお、シアノ基含有有機化合物とは、シアノ基が1つ以上含まれる化合物のことである。シアノ基含有有機化合物は、より好ましくはシアノエチル基含有有機化合物である。シアノ基含有有機化合物の具体例としては、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルサッカロース(シアノエチルスクロース)、シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルデンプン、シアノエチルヒドロキシプロピルデンプン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルソルビトール等が挙げられる。   The cyano group-containing organic compound is a compound containing one or more cyano groups. The cyano group-containing organic compound is more preferably a cyanoethyl group-containing organic compound. Specific examples of the cyano group-containing organic compound include cyanoethyl pullulan, cyanoethyl polyvinyl alcohol, cyanoethyl saccharose (cyanoethyl sucrose), cyanoethyl cellulose, cyanoethyl hydroxyethyl cellulose, cyanoethyl starch, cyanoethyl hydroxypropyl starch, cyanoethyl glycidol pullulan, cyanoethyl sorbitol and the like. .

なおフッ素系樹脂の具体例として、C4−n(nは0から3)を骨格とするポリマーで、具体的にはポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどがあげられる。またこれらを共重合させてもよく、前記フッ素系樹脂を基本とし、別な樹脂と共重合させても良い。また、前記化学式の水素の一部を塩素に置換しても良い。たとえばポリクロロトリフルオロエチレンなどが挙げられる。 Specific examples of the fluororesin include polymers having a skeleton of C 2 F 4-n H n (n is 0 to 3), and specifically, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and the like. It is done. These may be copolymerized, or may be copolymerized with another resin based on the fluororesin. Further, a part of hydrogen in the chemical formula may be substituted with chlorine. Examples thereof include polychlorotrifluoroethylene.

さらにフッ素系樹脂の具体例として、フッ素系イオン交換樹脂があげられる。具体的には、一般式CF=CF−O(CFCFX)O−(CF−Wで表わされるフッ化ビニル化合物と、一般式CF=CFZで表わされるフッ化オレフィンとの、少なくとも2元共重合体からなるものが挙げられる。ここでXはFまたは炭素数1から3のパーフルオロアルキル基、nは0から3の整数、mは1から5の整数、ZはH、Cl、Fまたは炭素数1〜3のパーフルオロアルキル基である。また、WはCOOH、SOH,SOF、SOCl、SOBr、COF、COCl、COBr、COCH、COで表される基のいずれかである。 Furthermore, a specific example of the fluorine-based resin is a fluorine-based ion exchange resin. Specifically, the general formula CF 2 = CF-O (CF 2 CFX) n O- (CF 2) a fluorinated vinyl compound represented by m -W, and fluorinated olefin of the formula CF 2 = CFZ And those comprising at least a binary copolymer. Here, X is F or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, n is an integer from 0 to 3, m is an integer from 1 to 5, Z is H, Cl, F, or a perfluoroalkyl having 1 to 3 carbon atoms It is a group. W is any one of groups represented by COOH, SO 3 H, SO 2 F, SO 2 Cl, SO 2 Br, COF, COCl, COBr, CO 2 CH 3 , and CO 2 C 2 H 5 .

特に有機系化合物の場合、極性の高い原子又は官能基を含む有機系化合物が誘電率が大きいため好ましい。極性の指標となる双極子モーメントは結合モーメントの和で推測できる。比誘電率が2以上の有機系化合物としては、結合モーメントが1.4D(D=3.33564×10−30Cm)以上の置換基を有している化合物が好ましい。結合モーメントが1.4D以上である置換基としては、OH、CF、CCl、C=O、N=O、CN等がある。これらの置換基を有する比誘電率が2以上の有機系化合物としては、フッ素系樹脂、グリセリン、チオグリセロール、シアノ基含有有機化合物等が挙げられる。 In particular, in the case of an organic compound, an organic compound containing a highly polar atom or functional group is preferable because of its large dielectric constant. The dipole moment, which is an index of polarity, can be estimated by the sum of the coupling moments. As the organic compound having a relative dielectric constant of 2 or more, a compound having a substituent having a bond moment of 1.4D (D = 3.333564 × 10 −30 Cm) or more is preferable. Examples of the substituent having a bond moment of 1.4D or more include OH, CF, CCl, C═O, N═O, and CN. Examples of organic compounds having these substituents and having a relative dielectric constant of 2 or more include fluorine resins, glycerin, thioglycerol, and cyano group-containing organic compounds.

無機系化合物としては、ケイ酸カルシウム、ガラス、酸化アルミナ、酸化亜鉛、酸化チタン、セレン、チタン酸バリウム、ビスマスシリケート、ニオブ酸鉛、二酸化チタン、尿素、ベークライト、パイレックス(登録商標)、ワセリン、雲母、塩化銅、酸化銅、硫酸銅、酸化鉄、塩素酸カリウム、塩化カリウム、塩化ナトリウム、塩化銀、臭化カリウム、フッ化リチウム、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、フッ化カルシウム、硫化亜鉛、NaI、NaF、NaClO、NaSO等が挙げられる。 Examples of inorganic compounds include calcium silicate, glass, alumina, zinc oxide, titanium oxide, selenium, barium titanate, bismuth silicate, lead niobate, titanium dioxide, urea, bakelite, pyrex (registered trademark), petrolatum, mica , Copper chloride, copper oxide, copper sulfate, iron oxide, potassium chlorate, potassium chloride, sodium chloride, silver chloride, potassium bromide, lithium fluoride, silicon oxide, magnesium oxide, calcium fluoride, zinc sulfide, NaI, NaF , NaClO 3 , NaSO 4 and the like.

無機系化合物としては、上記のほかに、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウムストロンチウム等の複合酸化物、又は、これらの複合酸化物を主成分とし、さらにBaサイトにマグネシウムを、Tiサイトにスズ及び/又はジルコニウムを置換したペロブスカイト型複合酸化物等も使用できる。さらにペロブスカイト型複合酸化物に、微量添加物を1種又は2種以上加えたものも使用できる。   In addition to the above, the inorganic compounds include composite oxides such as lead zirconate titanate, strontium titanate, calcium titanate, barium strontium titanate, etc., or these composite oxides as main components, and further Ba sites. Perovskite-type composite oxides in which magnesium is substituted for Ti and tin and / or zirconium are substituted on the Ti site can also be used. Furthermore, what added 1 type, or 2 or more types of trace additive to the perovskite type complex oxide can also be used.

また、有機無機複合系ペロブスカイト型化合物として、CHNHPbXがあげられる。Xは塩素、臭素、ヨウ素のいずれか1種または2種である。 Further, as the organic-inorganic composite perovskite compounds, CH 3 NH 3 PbX 3 and the like. X is one or two of chlorine, bromine and iodine.

微量添加物としては、タングステン、タンタル、ニオブ、鉄、銅、マグネシウム、ビスマス、イットリウム、モリブデン、バナジウム、ナトリウム、カリウム、アルミニウム、マンガン、ニッケル、亜鉛、カルシウム、ストロンチウム、ケイ素、錫、セレン、ネオジウム、エルベニウム、ツリウム、ハフニウム、プラセオジウム、プロメチウム、サマリウム、ユウロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、リチウム、スカンジウム、バリウム、ランタン、アクチニウム、セリウム、ルテニウム、オスミウム、コバルト、パラジウム、銀、カドミウム、ホウ素、ガリウム、ゲルマニウム、リン、ヒ素、アンチモン、フッ素、テルル、ルテチウム、イッテルビウム等が挙げられる。   Trace additives include tungsten, tantalum, niobium, iron, copper, magnesium, bismuth, yttrium, molybdenum, vanadium, sodium, potassium, aluminum, manganese, nickel, zinc, calcium, strontium, silicon, tin, selenium, neodymium, Erbium, thulium, hafnium, praseodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium, terbium, dysprosium, lithium, scandium, barium, lanthanum, actinium, cerium, ruthenium, osmium, cobalt, palladium, silver, cadmium, boron, gallium, germanium, Examples thereof include phosphorus, arsenic, antimony, fluorine, tellurium, lutetium, ytterbium and the like.

微量添加物としては、上記のほかに、イミダゾリウム、ピリジニウム、ピロリジニウム、ホスホニウム、アンモニウム、スルフォニウム等をカチオンとするイオン性液体等が挙げられる。   In addition to the above, examples of the trace additive include ionic liquids using imidazolium, pyridinium, pyrrolidinium, phosphonium, ammonium, sulfonium and the like as cations.

本実施形態において、光電変換効率の向上という観点から、比誘電率が2以上の前記化合物が、グリセリン、チオグリセロール、シアノ基含有有機化合物及びポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。   In the present embodiment, from the viewpoint of improving photoelectric conversion efficiency, the compound having a relative dielectric constant of 2 or more is at least selected from the group consisting of glycerin, thioglycerol, a cyano group-containing organic compound, and polyvinylidene fluoride (PVDF). One type is preferable.

その他の材料として、色素増感太陽電池で用いられる色素を比誘電率2以上の化合物に混合しても良い。色素としては、特に限定はされないが、ルテニウム錯体、特にルテニウムポリピリジン系錯体が望ましく、さらに望ましいのは、Ru(L)(L’)(X)で表されるルテニウム錯体である。ここでLは4,4’−ジカルボキシ−2,2’−ビピリジン、もしくはその4級アンモニウム塩及びカルボキシル基が導入されたポリピリジン系配位子であり、L’はLと同一、もしくは4,4’−置換2,2’−ビピリジンであり、L’の4,4’位の置換基としては、長鎖アルキル基、アルキル置換ビニルチエニル基、アルキル又はアルコキシ置換スチリル基、チエニル基誘導体などが挙げられる。また、XはSCN、Cl、CNである。例えば、ビス(4,4’−ジカルボキシ−2,2’−ビピリジン)ジイソチオシアネートルテニウム錯体等が挙げられる。他の色素としては、ルテニウム以外の金属錯体色素、例えば鉄錯体、銅錯体等が挙げられる。さらに、シアン系色素、ポルフィリン系色素、ポリエン系色素、クマリン系色素、シアニン系色素、スクアリリウム系色素、スチリル系色素、エオシン系色素等の有機色素が挙げられ、具体的には三菱製紙株式会社製色素(商品名:D149色素)等が挙げられる。 As other materials, a dye used in a dye-sensitized solar cell may be mixed with a compound having a relative dielectric constant of 2 or more. Although it does not specifically limit as a pigment | dye, A ruthenium complex, especially a ruthenium polypyridine type complex are desirable, and the more desirable is a ruthenium complex represented by Ru (L) (L ') (X) 2 . Here, L is 4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine, or a polypyridine ligand into which a quaternary ammonium salt and a carboxyl group are introduced, and L ′ is the same as L, or 4, 4'-substituted 2,2'-bipyridine, and the substituents at the 4,4 'position of L' include long chain alkyl groups, alkyl substituted vinyl thienyl groups, alkyl or alkoxy substituted styryl groups, thienyl group derivatives and the like. Can be mentioned. X is SCN, Cl, or CN. Examples thereof include bis (4,4′-dicarboxy-2,2′-bipyridine) diisothiocyanate ruthenium complex. Examples of other dyes include metal complex dyes other than ruthenium, such as iron complexes and copper complexes. Further examples include organic dyes such as cyan dyes, porphyrin dyes, polyene dyes, coumarin dyes, cyanine dyes, squarylium dyes, styryl dyes, eosin dyes, and more specifically, manufactured by Mitsubishi Paper Industries, Ltd. And a dye (trade name: D149 dye).

(無機半導体粒子に対して還元力のある化合物)
無機半導体粒子に対して還元力のある化合物とは、無機半導体粒子と混合した際に、該粒子表面を還元する化合物である。
無機半導体粒子に対して還元力のある化合物としては、3−アリルオキシ−1,2−プロパンジオール、1,3−ビス(アリロキシ)−2−プロパノール、2,3−ジヒドロキシベンズアルデヒド、カテコール、ジペンタエリスリトール、アリトール、タリトール、イジトール、グリセロールエトキシレート、1,4−ジチオエリスリトール、1,4−ジスルファニル−2,3−ブタンジオール、マルトトリオース、グリコール酸、乳酸、ポリカーボネートジオール、ポリエステルポリオール、グリセルアルデヒド、グリコールアルデヒド、インベルトース、m−エリトリトール、アルキレングリコール、エチレングリコール、ポリエチレングリコール、プロピレングリコール、ポリプロピレングリコール、ブタンジオール、ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ポリアルキレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、プロピレングリコール、エトキシエタノール、ブタンジオール、エチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、オクタンジオール、ドデカンジオール、グリセリン、グリセルアルデヒド、3−アリルオキシ−1,2−プロパンジオール、チオグリセロール、1,5−ペンタンジオール、1,12−ドデカン二酸、ピロカテコール、3−メトキシカテコール、1,2,3−ブタンチオール等;エタノール、メタノール、イソプロピルアルコール、2−エチルヘキシルアルコール等のアルコール類;ヘキシルアミン、ヘブチンアミン、オクチルアミン、ウンデシルアミン、トリデシルアミン、テトラデシルアミン、ペンタデシルアミン、セチルアミン、ジブチルアミン、ジアミルアミン、シクロヘキシルアミン、アニリン、ナフチルアミン、トルイジン等のアミン系材料、が挙げられる。上記化合物の中でも、特にグリセリン及びチオグリセロールからなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。
(Compounds with reducing power against inorganic semiconductor particles)
A compound having a reducing power with respect to inorganic semiconductor particles is a compound that reduces the particle surface when mixed with inorganic semiconductor particles.
Examples of compounds having a reducing power for inorganic semiconductor particles include 3-allyloxy-1,2-propanediol, 1,3-bis (allyloxy) -2-propanol, 2,3-dihydroxybenzaldehyde, catechol, and dipentaerythritol. , Allitol, taritol, iditol, glycerol ethoxylate, 1,4-dithioerythritol, 1,4-disulfanyl-2,3-butanediol, maltotriose, glycolic acid, lactic acid, polycarbonate diol, polyester polyol, glyceraldehyde , Glycol aldehyde, invertose, m-erythritol, alkylene glycol, ethylene glycol, polyethylene glycol, propylene glycol, polypropylene glycol, butanediol, pentanediol , Hexanediol, polyalkylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, propylene glycol, ethoxyethanol, butanediol, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol diethyl ether, octanediol, dodecanediol, glycerin, Glyceraldehyde, 3-allyloxy-1,2-propanediol, thioglycerol, 1,5-pentanediol, 1,12-dodecanedioic acid, pyrocatechol, 3-methoxycatechol, 1,2,3-butanethiol, etc. Alcohols such as ethanol, methanol, isopropyl alcohol and 2-ethylhexyl alcohol; hexylamine, hebutinamine , Octylamine, undecyl amine, tridecylamine, tetradecylamine, pentadecylamine, cetylamine, dibutylamine, diamylamine, cyclohexylamine, aniline, naphthylamine, amine-based materials such as toluidine, and the like. Among the above compounds, at least one selected from the group consisting of glycerin and thioglycerol is particularly preferable.

(半導体膜)
本実施形態の半導体膜とは、無機半導体粒子及び比誘電率が2以上の化合物を含んでおり、前記無機半導体粒子は平均粒子径が50nm以下の化合物半導体粒子、または、平均粒子径が100nm以下の化合物半導体粒子以外の無機半導体粒子である。また、本実施形態の半導体膜とは、無機半導体粒子及び該無機半導体粒子に対して還元力のある化合物を含むものであってもよく、前記無機半導体粒子は平均粒子径が50nm以下の化合物半導体粒子、または、平均粒子径が100nm以下の化合物半導体粒子以外の無機半導体粒子である。
(Semiconductor film)
The semiconductor film of the present embodiment includes inorganic semiconductor particles and a compound having a relative dielectric constant of 2 or more, and the inorganic semiconductor particles are compound semiconductor particles having an average particle diameter of 50 nm or less, or an average particle diameter of 100 nm or less. Inorganic semiconductor particles other than the compound semiconductor particles. Further, the semiconductor film of the present embodiment may include inorganic semiconductor particles and a compound having a reducing power with respect to the inorganic semiconductor particles, and the inorganic semiconductor particles have a compound semiconductor having an average particle diameter of 50 nm or less. Inorganic semiconductor particles other than compound semiconductor particles having particles or an average particle size of 100 nm or less.

本実施形態の半導体膜としては、p型半導体膜、n型半導体膜、並びに一つの膜の中にp型及びn型の両特性を有する半導体膜が挙げられる。   Examples of the semiconductor film of this embodiment include a p-type semiconductor film, an n-type semiconductor film, and a semiconductor film having both p-type and n-type characteristics in one film.

半導体膜中の無機半導体粒子の含有量は、太陽電池としたときの光電変換特性の観点から、20〜99.5質量%であることが好ましい。一方、比誘電率が2以上の前記化合物の含有量、あるいは無機半導体粒子に対して還元力のある前記化合物の含有量は、光電変換効率の向上という観点から、半導体膜の全質量を基準として0.5〜90質量%であることが好ましく、10〜80質量%であることがより好ましい。   The content of the inorganic semiconductor particles in the semiconductor film is preferably 20 to 99.5% by mass from the viewpoint of photoelectric conversion characteristics when a solar cell is used. On the other hand, the content of the compound having a relative dielectric constant of 2 or more, or the content of the compound having a reducing power with respect to the inorganic semiconductor particles is based on the total mass of the semiconductor film from the viewpoint of improving photoelectric conversion efficiency. It is preferable that it is 0.5-90 mass%, and it is more preferable that it is 10-80 mass%.

半導体膜の膜厚は、光電変換特性の観点から0.1μm以上が好ましく、0.5μm以上がより好ましい。また、同様の観点から、同膜厚は、1000μm以下が好ましく、500μm以下がより好ましい。半導体膜の膜厚は断面SEMや断面TEM観察で測定される。   The thickness of the semiconductor film is preferably 0.1 μm or more, more preferably 0.5 μm or more from the viewpoint of photoelectric conversion characteristics. From the same viewpoint, the film thickness is preferably 1000 μm or less, more preferably 500 μm or less. The film thickness of the semiconductor film is measured by cross-sectional SEM or cross-sectional TEM observation.

半導体膜中の比誘電率が2以上の化合物、又は無機半導体粒子に対して還元力のある化合物は、無機半導体粒子のバインダーとして機能することが考えられる。このような化合物は、比誘電率が2以上あり、かつ無機半導体粒子に対して還元力がある化合物であることが好ましい。   A compound having a relative dielectric constant of 2 or more in the semiconductor film or a compound having a reducing power for the inorganic semiconductor particles may function as a binder for the inorganic semiconductor particles. Such a compound is preferably a compound having a relative dielectric constant of 2 or more and a reducing power for the inorganic semiconductor particles.

半導体膜中に含まれる無機半導体粒子としては、上記に挙げたp型半導体粒子の二種以上を併用してもよく、n型半導体粒子の二種以上を併用してもよく、p型半導体粒子とn型半導体粒子の両方を併用してもよい。   As the inorganic semiconductor particles contained in the semiconductor film, two or more of the p-type semiconductor particles listed above may be used in combination, or two or more of the n-type semiconductor particles may be used in combination. And n-type semiconductor particles may be used in combination.

ここで、半導体膜中における、無機半導体粒子に対して還元力のある化合物の含有量には、還元力のある化合物が無機半導体粒子を還元した結果、還元力のある化合物が酸化された状態のものの量も含まれる。   Here, the content of the compound having a reducing power with respect to the inorganic semiconductor particles in the semiconductor film is such that the compound having the reducing power is oxidized as a result of the compound having the reducing power reducing the inorganic semiconductor particles. The amount of things is also included.

具体的に、無機半導体粒子に対して還元力のある化合物として、グリセリンを例にとり説明する。下記式(1)に示すグリセリンとシリコン粒子とを混合し、薄膜を作製すると、シリコン粒子の表面は還元され、一部がSi−H結合になる。一方、グリセリンは酸化され、下記式(2)〜(13)に記載の化合物が生成すると推測される。   Specifically, glycerol will be described as an example of a compound having a reducing power with respect to inorganic semiconductor particles. When glycerin represented by the following formula (1) and silicon particles are mixed to produce a thin film, the surface of the silicon particles is reduced and a part thereof becomes Si—H bonds. On the other hand, it is estimated that glycerol is oxidized and the compounds described in the following formulas (2) to (13) are generated.

Figure 2015138869
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Figure 2015138869
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このことは、半導体膜のIRスペクトルから確認できる。半導体膜形成用塗布液ではC=O結合の伸縮振動のピークは見られないが、加熱工程を経て半導体膜を成膜すると、C=O結合の伸縮振動のピークが見られるようになる。ただし、すべてのグリセリンが酸化されるわけではなく、酸化されていないグリセリンも残っている。   This can be confirmed from the IR spectrum of the semiconductor film. In the coating liquid for forming a semiconductor film, the peak of stretching vibration of C═O bond is not seen, but when the semiconductor film is formed through the heating process, the peak of stretching vibration of C═O bond is seen. However, not all glycerin is oxidized, and unoxidized glycerin remains.

グリセリンの酸化率は下記の一般式(I)から求めることができる。
グリセリンの酸化率=αCO/(αCO+αOH)・・・(I)
式(I)中、αOHはグリセリンの3350cm−1付近のOH結合由来のピーク強度を示し、αCOはグリセリンが酸化されてできる化合物の2350cm−1付近のCO結合由来のピーク強度を示す。
The oxidation rate of glycerin can be determined from the following general formula (I).
Glycerin oxidation rate = αCO / (αCO + αOH) (I)
In formula (I), αOH represents the peak intensity derived from OH bond near 3350 cm −1 of glycerin, and αCO represents the peak intensity derived from CO bond near 2350 cm −1 of a compound formed by oxidation of glycerin.

グリセリンの酸化率は、無機半導体粒子の表面の酸化した層を除去する観点から、0.09以上が好ましく、また1未満が好ましい。前記範囲は、シリコン粒子が化合物半導体粒子の場合も同様である。また、前記範囲は、シリコン粒子が金属酸化物の場合も同様である。   The oxidation rate of glycerin is preferably 0.09 or more and preferably less than 1 from the viewpoint of removing the oxidized layer on the surface of the inorganic semiconductor particles. The range is the same when the silicon particles are compound semiconductor particles. Moreover, the said range is the same also when a silicon particle is a metal oxide.

また、シリコン粒子の表面が還元され、一部がSi−H結合になることも、半導体膜のIRスペクトルから確認できる。シリコン粒子の還元率は、下記(II)から求めることができる。
シリコン粒子の還元率=βSiH/(βSiH+βSiOSi)・・・(II)
式(II)中、βSiHは2100cm−1付近のSiH結合由来のピーク強度を示し、βSiOSiは1100cm−1付近のSiOSi結合由来のピーク強度を示す。
Further, it can be confirmed from the IR spectrum of the semiconductor film that the surface of the silicon particles is reduced and a part thereof becomes Si—H bonds. The reduction rate of the silicon particles can be obtained from the following (II).
Reduction rate of silicon particles = βSiH / (βSiH + βSiOSi) (II)
Wherein (II), βSiH represents the peak intensity derived from the SiH bond at around 2100cm -1, βSiOSi shows a peak intensity derived from the SiOSi bond at around 1100 cm -1.

シリコン粒子の還元率は、シリコン粒子の表面の酸化した層を除去する観点から0.01以上が好ましく、また0.5以下が好ましい。   The reduction rate of the silicon particles is preferably 0.01 or more and preferably 0.5 or less from the viewpoint of removing the oxidized layer on the surface of the silicon particles.

したがって、一実施形態において、比誘電率が2以上の化合物、又は無機半導体粒子に対して還元力のある化合物としてグリセリンを使用して製造した半導体膜中には、グリセリンとグリセリンの酸化物が存在している。この場合、グリセリンの半導体膜中の含有量は、グリセリンとグリセリンが酸化されたものの合計量とする。   Therefore, in one embodiment, an oxide of glycerin and glycerin is present in a semiconductor film manufactured using glycerin as a compound having a relative dielectric constant of 2 or more, or a compound having a reducing power for inorganic semiconductor particles. doing. In this case, the content of glycerol in the semiconductor film is the total amount of glycerol and glycerol oxidized.

なお、一般に無機半導体粒子に対して還元力のある化合物の酸化率は、下記一般式(III)で求めることができる。
無機半導体粒子に対して還元力のある化合物の酸化率=α’Y/(α’X+α’Y)・・・(III)
式(III)中、α’Xは該化合物の酸化反応で反応する官能基由来のピーク強度を示し、α’Yは該化合物が酸化されてできる官能基由来のピーク強度を示す。
In general, the oxidation rate of a compound having a reducing power with respect to inorganic semiconductor particles can be determined by the following general formula (III).
Oxidation rate of compound having reducing power with respect to inorganic semiconductor particles = α′Y / (α′X + α′Y) (III)
In formula (III), α′X represents a peak intensity derived from a functional group that reacts in the oxidation reaction of the compound, and α′Y represents a peak intensity derived from a functional group formed by oxidation of the compound.

(半導体膜の製造方法)
半導体膜は、半導体膜形成用塗布液を電極が形成された基板に塗布し塗布膜を得る工程により、製造することができる。
(Semiconductor film manufacturing method)
The semiconductor film can be manufactured by applying a coating solution for forming a semiconductor film to a substrate on which an electrode is formed to obtain a coating film.

半導体膜形成用塗布液は、無機半導体粒子と、比誘電率が2以上の化合物又は無機半導体粒子に対して還元力のある化合物と、溶媒とを含有する。その他に添加剤として分散剤、界面活性剤等を含んでいてもよい。半導体膜形成用塗布液中に含まれる無機半導体粒子の量は0.1〜90質量%が好ましく、0.5〜80質量%がより好ましい。半導体膜形成用塗布液中に含まれる比誘電率が2以上の化合物又は無機半導体粒子に対して還元力のある化合物の量は0.5〜90質量%が好ましく、10〜80質量%がより好ましい。半導体膜形成用塗布液中に含まれる溶媒の量は10〜99.4質量%が好ましく、20〜95質量%がより好ましい。   The coating liquid for forming a semiconductor film contains inorganic semiconductor particles, a compound having a relative dielectric constant of 2 or more, a compound having a reducing power with respect to the inorganic semiconductor particles, and a solvent. In addition, a dispersant, a surfactant and the like may be included as additives. The amount of inorganic semiconductor particles contained in the coating solution for forming a semiconductor film is preferably 0.1 to 90% by mass, and more preferably 0.5 to 80% by mass. The amount of the compound having a relative dielectric constant of 2 or more contained in the coating solution for forming a semiconductor film or a compound having a reducing power with respect to the inorganic semiconductor particles is preferably 0.5 to 90% by mass, more preferably 10 to 80% by mass. preferable. 10-99.4 mass% is preferable, and, as for the quantity of the solvent contained in the coating liquid for semiconductor film formation, 20-95 mass% is more preferable.

半導体膜を作製するために、半導体膜形成用塗布液を塗布する基板としては、ガラス基板;PET(ポリエチレンテレフタレート)、PC(ポリカーボネート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)、PES(ポリエーテルスルフォン)、PI(ポリイミド)、PP(ポリプロピレン)、アクリル樹脂等のプラスチック基板;アルミ基板、ステンレス(SUS)基板等の金属基板;紙基板等のあらゆる基板が挙げられる。   In order to produce a semiconductor film, a substrate on which a semiconductor film forming coating solution is applied is a glass substrate; PET (polyethylene terephthalate), PC (polycarbonate), PEN (polyethylene naphthalate), PES (polyethersulfone), PI. Examples include plastic substrates such as (polyimide), PP (polypropylene), and acrylic resins; metal substrates such as aluminum substrates and stainless steel (SUS) substrates; and all substrates such as paper substrates.

半導体膜形成用塗布液の塗布方法としては、キャスト法、スピンコート法、インクジェット法、浸漬法、スプレー法等の塗布方法;フレキソ印刷、グラビア印刷、スクリーン印刷等の印刷法を用いることができる。なお、本実施形態において、半導体膜形成用塗布液は、分散剤、界面活性剤等を含んでいてもよい。   As a coating method of the coating solution for forming a semiconductor film, a coating method such as a cast method, a spin coating method, an ink jet method, a dipping method, a spray method or the like; a printing method such as flexographic printing, gravure printing, or screen printing can be used. In the present embodiment, the coating solution for forming a semiconductor film may contain a dispersant, a surfactant, and the like.

(分散剤)
半導体膜形成用塗布液は、粘度の調整等の観点から、分散剤を含んでいてもよい。
(Dispersant)
The coating liquid for forming a semiconductor film may contain a dispersant from the viewpoint of adjusting the viscosity.

分散剤の例としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、ヘキサノール等のアルコール類;エチレングリコール、プロピレングリコール等のグリコール類;セロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ等のセロソルブ類;アセトン、メチルエチルケトン等のケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類;ジオキサン、テトラヒドロフラン等のエーテル類;N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド類;ベンゼン、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、シクロヘキサン、デカヒドロナフタレン(デカリン)、テトラリン等の炭化水素類;水などが挙げられる。   Examples of the dispersant include alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol and hexanol; glycols such as ethylene glycol and propylene glycol; cellosolves such as cellosolve, ethyl cellosolve and butyl cellosolve; ketones such as acetone and methylethylketone; Esters such as ethyl acetate and butyl acetate; ethers such as dioxane and tetrahydrofuran; amides such as N, N-dimethylformamide; benzene, toluene, xylene, trimethylbenzene, hexane, heptane, octane, nonane, decane, cyclohexane, Hydrocarbons such as decahydronaphthalene (decalin) and tetralin; water and the like.

半導体膜形成用塗布液に含まれる分散剤の含有量としては、粘度を調整して半導体膜の形成する塗布液を扱い易くする観点から、1質量%以上が好ましく、また、98.5質量%以下であることが好ましい。   The content of the dispersant contained in the coating solution for forming a semiconductor film is preferably 1% by mass or more, and 98.5% by mass from the viewpoint of easy handling of the coating solution formed by the semiconductor film by adjusting the viscosity. The following is preferable.

比誘電率が2以上の化合物又は無機半導体粒子に対して還元力のある化合物が液体である場合は、それ自身が分散剤としても機能する。この場合、さらに分散剤を加えなくても、粘度を調整することが可能である。   When a compound having a relative dielectric constant of 2 or more or a compound having a reducing power with respect to inorganic semiconductor particles is a liquid, it itself functions as a dispersant. In this case, it is possible to adjust the viscosity without adding a dispersant.

(界面活性剤)
半導体膜形成用塗布液に、分散安定性の向上の目的で界面活性剤を加えてもよい。界面活性剤の添加量は、分散安定性の観点から0.0001質量%以上が好ましく、また、10質量%以下が好ましい。
(Surfactant)
A surfactant may be added to the coating solution for forming a semiconductor film for the purpose of improving dispersion stability. The addition amount of the surfactant is preferably 0.0001% by mass or more and preferably 10% by mass or less from the viewpoint of dispersion stability.

界面活性剤としては、特に限定はなく、例えばアニオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤、カチオン性界面活性剤、両性界面活性剤、高分子界面活性剤等を使用することができる。   The surfactant is not particularly limited, and for example, an anionic surfactant, a nonionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, and a polymer surfactant can be used.

上述の界面活性剤としては、例えば、ラウリル硫酸ナトリウム等の脂肪酸塩、高級アルコール硫酸エステル塩、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム等のアルキルベンゼンスルホン酸塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル硫酸塩、ポリオキシエチレン多環フェニルエーテル硫酸塩、ポリオキシノニルフェニルエーテルスルホン酸塩、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレングリコールエーテル硫酸塩、スルホン酸基又は硫酸エステル基と重合性の不飽和二重結合とを分子中に有するいわゆる反応性界面活性剤等の、アニオン性界面活性剤;ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン脂肪酸エステル、ポリオキシエチレン−ポリオキシプロピレンブロックコポリマー、これら「ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシエチレンアルキルフェニルエーテル、ソルビタン脂肪酸エステル又はポリオキシエチレン脂肪酸エステル」の分子中に重合性の不飽和二重結合を有する反応性ノニオン性界面活性剤等の、ノニオン性界面活性剤;アルキルアミン塩、第四級アンモニウム塩等のカチオン性界面活性剤;(変性)ポリビニルアルコール;直鎖アルキルチオール類;などが挙げられる。   Examples of the surfactant include fatty acid salts such as sodium lauryl sulfate, higher alcohol sulfate esters, alkylbenzene sulfonates such as sodium dodecylbenzenesulfonate, polyoxyethylene alkyl ether sulfates, and polyoxyethylene polycyclic phenyl. Ether sulfate, polyoxynonyl phenyl ether sulfonate, polyoxyethylene-polyoxypropylene glycol ether sulfate, so-called reactivity having a sulfonic acid group or sulfate group and a polymerizable unsaturated double bond in the molecule Anionic surfactants such as surfactants; polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, sorbitan fatty acid ester, polyoxyethylene fatty acid ester, polyoxyethylene-polyoxyp Pyrene block copolymer, reactive nonionic surfactant having a polymerizable unsaturated double bond in the molecule of these “polyoxyethylene alkyl ether, polyoxyethylene alkyl phenyl ether, sorbitan fatty acid ester or polyoxyethylene fatty acid ester” Nonionic surfactants such as; cationic surfactants such as alkylamine salts and quaternary ammonium salts; (modified) polyvinyl alcohols; linear alkylthiols;

(半導体素子)
本実施形態の半導体素子は、前記半導体膜と、該半導体膜と反対の電荷をもつ他の半導体膜を備えていてもよく、又は前記半導体膜と、該半導体膜と反対の電荷をもつ他の半導体層を備えていてもよい。具体例としては、発光ダイオード、半導体レーザー、フォトダイオード又は太陽電池のことを示すが、太陽電池であることが好ましい。以下、太陽電池を例にとり、本実施形態の説明を行う。
(Semiconductor element)
The semiconductor element of the present embodiment may include the semiconductor film and another semiconductor film having a charge opposite to that of the semiconductor film, or other semiconductor film and other semiconductor film having a charge opposite to that of the semiconductor film. A semiconductor layer may be provided. Specific examples include a light emitting diode, a semiconductor laser, a photodiode, or a solar cell, and a solar cell is preferable. Hereinafter, the present embodiment will be described by taking a solar cell as an example.

(太陽電池)
本実施形態の太陽電池とは、p型あるいはn型無機半導体粒子及び比誘電率が2以上の化合物を含む半導体膜と、他のp型あるいはn型半導体層又は半導体膜と、電極と、基板と、を備え、光によって発電するものである。また、本実施形態の太陽電池とは、p型あるいはn型無機半導体粒子及び該無機半導体粒子に対して還元力のある化合物を含む半導体膜と、他のp型あるいはn型半導体層又は半導体膜と、電極と、基板と、を備え、光によって発電するものである。太陽電池を構成する半導体はp−p接合型及びn−n接合型であっても良いが、好ましくはp−n接合型である。
(Solar cell)
The solar cell of this embodiment includes a semiconductor film containing p-type or n-type inorganic semiconductor particles and a compound having a relative dielectric constant of 2 or more, another p-type or n-type semiconductor layer or semiconductor film, an electrode, and a substrate. And generating electricity by light. In addition, the solar cell of this embodiment includes a semiconductor film containing p-type or n-type inorganic semiconductor particles and a compound having a reducing power with respect to the inorganic semiconductor particles, and another p-type or n-type semiconductor layer or semiconductor film. And an electrode and a substrate, and generates electricity by light. The semiconductor constituting the solar cell may be a pp junction type or an nn junction type, but is preferably a pn junction type.

p型半導体膜は、上述の半導体膜形成用塗布液から形成されるものであり、シリコン粒子及び化合物半導体粒子のうちの少なくとも一種を含むことが好ましい。n型半導体膜は、上述の半導体膜形成用塗布液から形成されるものであり、シリコン粒子及び金属酸化物粒子のうちの少なくとも一種を含むことが好ましい。   The p-type semiconductor film is formed from the above-described coating liquid for forming a semiconductor film, and preferably contains at least one of silicon particles and compound semiconductor particles. The n-type semiconductor film is formed from the above-described coating liquid for forming a semiconductor film, and preferably contains at least one of silicon particles and metal oxide particles.

前記無機半導体粒子は、電子及びホールを効率よく電極に取り出す上で、電極と接触していることが好ましい。すなわち、前記半導体膜の、前記他の半導体膜又は前記他の半導体層と対向する面とは反対の面上にさらに電極を備える半導体素子において、電極と隣接する本実施形態の半導体膜からなる層に含まれる無機半導体粒子の少なくとも一部が電極と接触することにより、無機半導体粒子により電極が被覆されていることが好ましい。ただし、無機半導体粒子により電極の全面が被覆されていなくても構わない。なお、発電効率の観点から、無機半導体粒子は電極の30%以上を被覆していることが好ましく、50%以上を被覆していることがより好ましい。接触の程度、すなわち被覆の程度は、例えば、光学顕微鏡や電子顕微鏡により観察及び評価することができる。   The inorganic semiconductor particles are preferably in contact with the electrode in order to efficiently extract electrons and holes to the electrode. That is, in the semiconductor element further including an electrode on the surface opposite to the surface facing the other semiconductor film or the other semiconductor layer of the semiconductor film, the layer made of the semiconductor film of the present embodiment adjacent to the electrode It is preferable that at least a part of the inorganic semiconductor particles contained in the electrode is in contact with the electrode so that the electrode is covered with the inorganic semiconductor particle. However, the entire surface of the electrode may not be covered with inorganic semiconductor particles. From the viewpoint of power generation efficiency, the inorganic semiconductor particles preferably cover 30% or more of the electrode, and more preferably 50% or more. The degree of contact, that is, the degree of coating can be observed and evaluated by, for example, an optical microscope or an electron microscope.

本実施形態の太陽電池の電極間の厚みは、使用する半導体によって決まる。電極間の厚みを1000μm以下と薄くすることで、柔軟性があり、ある程度の変形にも耐えうる太陽電池が得られる。特に、無機半導体粒子を用いた場合は、曲げた時の応力に対して、粒子間で応力を緩和できる。よって、柔軟性を持つ太陽電池を作製する場合は無機半導体粒子を用いることが好ましい。   The thickness between the electrodes of the solar cell of this embodiment is determined by the semiconductor used. By reducing the thickness between the electrodes to 1000 μm or less, a solar cell that is flexible and can withstand some deformation can be obtained. In particular, when inorganic semiconductor particles are used, the stress can be relaxed between the particles with respect to the stress when bent. Therefore, when producing a flexible solar cell, it is preferable to use inorganic semiconductor particles.

本実施形態の太陽電池は、柔軟性を有することが好ましく、フレキシブル性太陽電池(フレキシブル性半導体素子)であることが好ましい。   The solar cell of the present embodiment preferably has flexibility, and is preferably a flexible solar cell (flexible semiconductor element).

なお、本実施形態において、「半導体層」は「半導体膜」とは異なるものである。「半導体膜」は上述のとおり、無機半導体粒子及び比誘電率が2以上の化合物からなるものである。又は半導体膜は、無機半導体粒子及び無機半導体粒子に対して還元力のある化合物からなるものである。一方、「半導体層」は、シリコンウエハ、無機半導体の層、又は有機半導体の層などの半導体で形成される。すなわち、半導体層は、シリコンインゴットをスライスカットすることで得られるシリコンウエハ、そのシリコンウエハを研磨して得られるシリコンウエハ、基板の上に蒸着法、CVD法、スパッタ法等の真空装置を用いて無機半導体材料から形成された無機半導体の層、又は塗布法若しくは蒸着法等を用いて有機半導体材料から形成された有機半導体の層などをいう。   In the present embodiment, the “semiconductor layer” is different from the “semiconductor film”. As described above, the “semiconductor film” is composed of inorganic semiconductor particles and a compound having a relative dielectric constant of 2 or more. Or a semiconductor film consists of a compound which has a reducing power with respect to inorganic semiconductor particles and inorganic semiconductor particles. On the other hand, the “semiconductor layer” is formed of a semiconductor such as a silicon wafer, an inorganic semiconductor layer, or an organic semiconductor layer. That is, the semiconductor layer is obtained by using a silicon wafer obtained by slicing a silicon ingot, a silicon wafer obtained by polishing the silicon wafer, a vacuum apparatus such as a vapor deposition method, a CVD method, or a sputtering method on the substrate. An inorganic semiconductor layer formed from an inorganic semiconductor material or an organic semiconductor layer formed from an organic semiconductor material using a coating method, a vapor deposition method, or the like.

具体的には、p型半導体層は、例えば、単結晶又は多結晶のシリコンウエハ、アモルファスシリコン膜、CIGS系、CZTS系等の化合物半導体層、酸化銅(I)等の金属酸化物層、シリコン粒子からなる層、酸化銅(I)等の金属酸化物粒子からなる層、CIGS系、CZTS系等の化合物半導体粒子からなる層、p型有機半導体からなる層が挙げられる。p型有機半導体としては、ペンタセン、6,13−ビス(トリイソプロピルシリルエチニル)ペンタセン等のペンタセン誘導体、テトラセン、2−ヘキシルテトラセン等のテトラセン誘導体、N,N’−ジフェニル−N,N’−ビス(1−ナフチル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(NPD)、N,N’−ジフェニル−N、N’−ビス(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン(TPD)、1,3,5−トリス(3−メチルジフェニルアミノ)ベンゼン(m−MTDATA)等の芳香族アミン系材料が挙げられる。また、その他にも、p型有機半導体としては、銅フタロシアニン(CuPc)、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)等のフタロシアニン系錯体、ポルフィリン系化合物、ペリレン系誘導体、イミダゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ピラゾリン誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、スチルベン誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、酸化グラフェン等が挙げられる。さらに、p型有機半導体としては、チオフェンの誘導体、ポリフェニルビニレン(PPV)の誘導体等が挙げられる。チオフェンの誘導体として、具体的には、P3HT(Poly(3−hexylthiophene−2,5−diyl))、P3OT(Poly(3−octylthiophene−2,5−diyl))、P3DDT(Poly(3−dodecylthiophene−2,5−diyl))、さらにPEDOT系の高分子があげられる。PEDOT系高分子のドーパントは特に限定しないが、例えばPSS(Poly(styrenesulfonate))やPVS(ポリビニルスルホン酸)やドデシルベンゼンスルホン酸またはそれらの塩が挙げられる。それらは、PEDOT:PSSやPEDOT:PVSとして使用される。PEDOT:PSSの商品としてclevios(ヘレウス社製)が挙げられる。前記p型半導体は2種類以上混合して用いても良い。   Specifically, the p-type semiconductor layer is, for example, a monocrystalline or polycrystalline silicon wafer, an amorphous silicon film, a compound semiconductor layer such as CIGS type or CZTS type, a metal oxide layer such as copper (I) oxide, silicon Examples thereof include a layer made of particles, a layer made of metal oxide particles such as copper oxide (I), a layer made of compound semiconductor particles such as CIGS and CZTS, and a layer made of a p-type organic semiconductor. Examples of the p-type organic semiconductor include pentacene derivatives such as pentacene and 6,13-bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene, tetracene derivatives such as tetracene and 2-hexyltetracene, and N, N′-diphenyl-N, N′-bis. (1-naphthyl) -1,1′-biphenyl-4,4′-diamine (NPD), N, N′-diphenyl-N, N′-bis (3-methylphenyl) -1,1′-biphenyl- Examples include aromatic amine materials such as 4,4′-diamine (TPD) and 1,3,5-tris (3-methyldiphenylamino) benzene (m-MTDATA). In addition, p-type organic semiconductors include phthalocyanine complexes such as copper phthalocyanine (CuPc) and zinc phthalocyanine (ZnPc), porphyrin compounds, perylene derivatives, imidazole derivatives, triazole derivatives, pyrazoline derivatives, oxazole derivatives, An oxadiazole derivative, a stilbene derivative, a polyarylalkane derivative, graphene oxide, and the like can be given. Furthermore, examples of the p-type organic semiconductor include thiophene derivatives, polyphenylvinylene (PPV) derivatives, and the like. Specific examples of thiophene derivatives include P3HT (Poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl)), P3OT (Poly (3-octylthiophene-2,5-diyl)), P3DDT (Poly (3-dodecylthiophene- 2,5-diyl)) and PEDOT polymers. The dopant of the PEDOT polymer is not particularly limited, and examples thereof include PSS (Poly (styrene sulfonate)), PVS (polyvinyl sulfonic acid), dodecylbenzene sulfonic acid, or salts thereof. They are used as PEDOT: PSS or PEDOT: PVS. As a product of PEDOT: PSS, clevios (manufactured by Heraeus) can be mentioned. Two or more kinds of the p-type semiconductors may be mixed and used.

n型半導体層は、例えば、単結晶又は多結晶のシリコンウエハ、アモルファスシリコン膜、酸化チタン(ルチル、アナターゼ)、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ(ITO)、インジウム・ガリウム・亜鉛の酸化物(IGZO)等の金属酸化物からなる層、シリコン粒子からなる層、酸化チタン(ルチル、アナターゼ)、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化インジウムスズ(ITO)、インジウム・ガリウム・亜鉛の酸化物(IGZO)等の金属酸化物粒子からなる層、n型有機半導体からなる層が挙げられる。n型有機半導体としては、フッ素化アセン系化合物、フラーレン、60PCBM([6,6]−PhenylC61butyric acid methyl ester)、70PCBM([6,6]−PhenylC71butyric acid methyl ester)等のフラーレン系化合物、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド誘導体、オキサジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、トリアジン誘導体、キノリン誘導体等が挙げられる。n型半導体層として、キャリア移動とコストの観点から単結晶又は多結晶のシリコンウエハや金属酸化物、金属酸化物粒子からなる層が好ましい。 The n-type semiconductor layer is, for example, a monocrystalline or polycrystalline silicon wafer, an amorphous silicon film, titanium oxide (rutile, anatase), zinc oxide, indium oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO), indium gallium zinc Layer made of metal oxide such as oxide (IGZO), layer made of silicon particles, titanium oxide (rutile, anatase), zinc oxide, indium oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO), indium gallium zinc Examples include a layer made of metal oxide particles such as an oxide (IGZO) and a layer made of an n-type organic semiconductor. Examples of the n-type organic semiconductor include fluorinated acene compounds, fullerenes, fullerenes such as 60 PCBM ([6,6] -phenylC 61 methyl acid methyl ester), 70 PCBM ([6,6] -phenyl C 71 methyl acid ester). Examples thereof include compounds, naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, perylene tetracarboxylic acid diimide derivatives, oxadiazole derivatives, triazole derivatives, triazine derivatives, quinoline derivatives, and the like. The n-type semiconductor layer is preferably a single crystal or polycrystalline silicon wafer, a metal oxide, or a layer made of metal oxide particles from the viewpoint of carrier movement and cost.

本実施形態の半導体素子は、第一の半導体層と、第二の半導体層と、第一の半導体層及び第二の半導体層の間に比誘電率が2以上の化合物を含有する接合界面層と、を備え、第一の半導体層及び第二の半導体層のうち少なくとも一方が、無機半導体粒子からなる層であり、無機半導体粒子は、平均粒子径が50nm以下の化合物半導体粒子又は平均粒子径が100nm以下の化合物半導体粒子以外の無機半導体粒子である、半導体素子であってもよい。さらに平均粒子径が50nm以下の化合物半導体粒子又は平均粒子径が100nm以下の化合物半導体粒子以外の無機半導体粒子に、比誘電率が2以上の化合物を添加しても良い。   The semiconductor element of this embodiment includes a first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a junction interface layer containing a compound having a relative dielectric constant of 2 or more between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. And at least one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is a layer made of inorganic semiconductor particles, and the inorganic semiconductor particles are compound semiconductor particles having an average particle diameter of 50 nm or less or an average particle diameter May be a semiconductor element which is an inorganic semiconductor particle other than a compound semiconductor particle of 100 nm or less. Further, a compound having a relative dielectric constant of 2 or more may be added to compound semiconductor particles having an average particle size of 50 nm or less or inorganic semiconductor particles other than the compound semiconductor particles having an average particle size of 100 nm or less.

ここで、無機半導体粒子としては前述のものが挙げられ、当該粒子を用いて、塗布法等により無機半導体粒子からなる層を形成することができる。なお、第一の半導体層又は二の半導体層として無機半導体粒子からなる層を用いない場合は、当該第一の半導体層又は二の半導体層として前述の「半導体膜」又は「半導体層」を採用することができる。また、これら第一の半導体層及び/又は第二の半導体層は、接合界面層と対向する面とは反対の面上にさらに電極が設けられていてもよい。   Here, examples of the inorganic semiconductor particles include those described above, and a layer composed of the inorganic semiconductor particles can be formed using the particles by a coating method or the like. In addition, when the layer made of inorganic semiconductor particles is not used as the first semiconductor layer or the second semiconductor layer, the above-described “semiconductor film” or “semiconductor layer” is employed as the first semiconductor layer or the second semiconductor layer. can do. Further, the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer may be further provided with an electrode on a surface opposite to the surface facing the bonding interface layer.

(接合界面層)
半導体層の接合界面に比誘電率が2以上の化合物からなる接合界面層を設けることで、発電効率に優れる太陽電池が簡便に作製できる。特に、p型半導体層とn型半導体層の接合界面、p型半導体膜とn型半導体層の接合界面、p型半導体層とn型半導体膜の接合界面、p型半導体膜とn型半導体膜の接合界面に、比誘電率が2以上の化合物からなる接合界面層を設けることが好ましい。
(Bonding interface layer)
By providing a bonding interface layer made of a compound having a relative dielectric constant of 2 or more at the bonding interface of the semiconductor layer, a solar cell excellent in power generation efficiency can be easily produced. In particular, the junction interface between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer, the junction interface between the p-type semiconductor film and the n-type semiconductor layer, the junction interface between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor film, the p-type semiconductor film and the n-type semiconductor film. It is preferable to provide a bonding interface layer made of a compound having a relative dielectric constant of 2 or more at the bonding interface.

比誘電率2以上の化合物としては前述したものがあげられる。さらに接合界面層は有機化合物からなることが柔軟性、成膜性等の観点から好ましい。前記有機化合物は、置換基として、OH、CF、CCl、C=O、N=O、CN等を有することが好ましい。具体的な前記有機化合物は、フッ素系樹脂、グリセリン、チオグリセロール、シアノ基含有有機化合物であることが好ましい。シアノ基含有有機化合物とは、シアノ基が1つ以上含まれる化合物のことである。シアノ基含有有機化合物は、より好ましくはシアノエチル基含有有機化合物である。シアノ基含有有機化合物の具体例としては、シアノエチルプルラン、シアノエチルポリビニルアルコール、シアノエチルサッカロース(シアノエチルスクロース)、シアノエチルセルロース、シアノエチルヒドロキシエチルセルロース、シアノエチルデンプン、シアノエチルヒドロキシプロピルデンプン、シアノエチルグリシドールプルラン、シアノエチルソルビトール等が挙げられる。   Examples of the compound having a relative dielectric constant of 2 or more include those described above. Further, the bonding interface layer is preferably made of an organic compound from the viewpoints of flexibility, film formability, and the like. The organic compound preferably has OH, CF, CCl, C═O, N═O, CN or the like as a substituent. The specific organic compound is preferably a fluorine-based resin, glycerin, thioglycerol, or a cyano group-containing organic compound. A cyano group-containing organic compound is a compound containing one or more cyano groups. The cyano group-containing organic compound is more preferably a cyanoethyl group-containing organic compound. Specific examples of the cyano group-containing organic compound include cyanoethyl pullulan, cyanoethyl polyvinyl alcohol, cyanoethyl saccharose (cyanoethyl sucrose), cyanoethyl cellulose, cyanoethyl hydroxyethyl cellulose, cyanoethyl starch, cyanoethyl hydroxypropyl starch, cyanoethyl glycidol pullulan, cyanoethyl sorbitol and the like. .

なおフッ素系樹脂の具体例として、C4−n(nは0から3)を骨格とするポリマーで、具体的にはポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどがあげられる。またこれらを共重合させてもよく、前記フッ素系樹脂を基本とし、別な樹脂と共重合させても良い。また、前記化学式の水素の一部を塩素に置換しても良い。たとえばポリクロロトリフルオロエチレンなどが挙げられる。 Specific examples of the fluororesin include polymers having a skeleton of C 2 F 4-n H n (n is 0 to 3), and specifically, polyvinyl fluoride, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, and the like. It is done. These may be copolymerized, or may be copolymerized with another resin based on the fluororesin. Further, a part of hydrogen in the chemical formula may be substituted with chlorine. Examples thereof include polychlorotrifluoroethylene.

さらにフッ素系樹脂の具体例として、フッ素系イオン交換樹脂があげられる。具体的には、一般式CF=CF−O(CFCFX)O−(CF−Wで表わされるフッ化ビニル化合物と、一般式CF=CFZで表わされるフッ化オレフィンとの、少なくとも2元共重合体からなるものが挙げられる。ここでXはFまたは炭素数1から3のパーフルオロアルキル基、nは0から3の整数、mは1から5の整数、ZはH、Cl、Fまたは炭素数1〜3のパーフルオロアルキル基である。また、WはCOOH、SOH,SOF、SOCl、SOBr、COF、COCl、COBr、COCH、COで表される基である。 Furthermore, a specific example of the fluorine-based resin is a fluorine-based ion exchange resin. Specifically, the general formula CF 2 = CF-O (CF 2 CFX) n O- (CF 2) a fluorinated vinyl compound represented by m -W, and fluorinated olefin of the formula CF 2 = CFZ And those comprising at least a binary copolymer. Here, X is F or a perfluoroalkyl group having 1 to 3 carbon atoms, n is an integer from 0 to 3, m is an integer from 1 to 5, Z is H, Cl, F, or a perfluoroalkyl having 1 to 3 carbon atoms It is a group. W is a group represented by COOH, SO 3 H, SO 2 F, SO 2 Cl, SO 2 Br, COF, COCl, COBr, CO 2 CH 3 , and CO 2 C 2 H 5 .

本実施形態において、光電変換効率の向上という観点から、接合界面層に含まれる比誘電率が2以上の前記化合物が、グリセリン、チオグリセロール、シアノ基含有有機化合物及びポリフッ化ビニリデン(PVDF)からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましい。   In the present embodiment, from the viewpoint of improving photoelectric conversion efficiency, the compound having a relative dielectric constant of 2 or more contained in the bonding interface layer is composed of glycerin, thioglycerol, a cyano group-containing organic compound, and polyvinylidene fluoride (PVDF). It is preferably at least one selected from the group.

接合界面層の比誘電率の好ましい範囲としては、光電変換効率の観点から2以上であり、5以上が好ましく、10以上がより好ましい。また、前記比誘電率は、同様の観点から5000以下が好ましく、1500以下がより好ましく、200以下がさらに好ましい。   A preferable range of the relative dielectric constant of the bonding interface layer is 2 or more from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency, preferably 5 or more, and more preferably 10 or more. The relative dielectric constant is preferably 5000 or less, more preferably 1500 or less, and further preferably 200 or less from the same viewpoint.

接合界面層における比誘電率が2以上の化合物の含有量は、光電変換効率の観点から、50質量%以上が好ましく、80質量%以上がより好ましく、90質量%以上がさらに好ましく、95質量%以上が極めて好ましい。一方、同含有量の上限は、太陽電池特性を向上させるという観点から、100質量%、すなわち接合界面層が比誘電率が2以上の化合物から構成されるものであることが好ましい。前記接合界面層は太陽電池の性能の観点から、空気を含まず充填されていることが好ましい。前記接合界面層は、特性を損なわない範囲で、バインダー成分として一般汎用性樹脂、さらに界面活性剤、分散剤等を含んでも構わない。   The content of the compound having a relative dielectric constant of 2 or more in the bonding interface layer is preferably 50% by mass or more, more preferably 80% by mass or more, further preferably 90% by mass or more, and 95% by mass from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency. The above is extremely preferable. On the other hand, the upper limit of the content is preferably 100% by mass, that is, the bonding interface layer is composed of a compound having a relative dielectric constant of 2 or more from the viewpoint of improving the solar cell characteristics. The bonding interface layer is preferably filled without containing air from the viewpoint of the performance of the solar cell. The bonding interface layer may contain a general-purpose resin, a surfactant, a dispersant and the like as a binder component as long as the characteristics are not impaired.

接合界面層は、p型半導体層とn型半導体層との接合界面の全面に導入されなくても構わない。発電効率の観点から、前記の全接合界面の30%以上を被覆していることが好ましく、50%以上を被覆していることがより好ましく、100%被覆していることがさらに好ましい。   The bonding interface layer may not be introduced to the entire surface of the bonding interface between the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer. From the viewpoint of power generation efficiency, it is preferable to cover 30% or more of the entire bonding interface, more preferably 50% or more, and even more preferably 100%.

なお、接合界面層の平均厚みは、発電効率とキャリアの移動の観点から、1nm以上が好ましく、20nm以上がより好ましく、30nm以上がさらに好ましく、50nm以上が極めて好ましい。また、同様の観点から、同厚みは、500μm以下が好ましく、100μm以下がより好ましく、50μm以下がさらに好ましく、10μm以下が極めて好ましく、5μm以下が最も好ましい。本接合界面層はトンネリングによる電流が流れにくい30nm以上の厚みでも高い光電変換特性を有することが特徴である。接合界面層の膜厚は、vertscan2.0(株式会社菱化システム製)や断面TEM観察により測定される。   The average thickness of the bonding interface layer is preferably 1 nm or more, more preferably 20 nm or more, further preferably 30 nm or more, and extremely preferably 50 nm or more from the viewpoint of power generation efficiency and carrier movement. From the same viewpoint, the thickness is preferably 500 μm or less, more preferably 100 μm or less, further preferably 50 μm or less, extremely preferably 10 μm or less, and most preferably 5 μm or less. This bonding interface layer is characterized in that it has a high photoelectric conversion characteristic even with a thickness of 30 nm or more in which a current due to tunneling is difficult to flow. The film thickness of the bonding interface layer is measured by vertscan 2.0 (manufactured by Ryoka System Co., Ltd.) or cross-sectional TEM observation.

なお、接合界面層は、半導体層に光を吸収させる観点から、ある程度透明であることが好ましい。接合界面層の透過率は、550nmの波長の光に対して35%以上であることが好ましく、50%以上であることが好ましく、70%以上であることがさらに好ましい。透過率は分光光度計で測定することができる。透過率の上限は特に限定されないが、100%以下である。透過率は、分光光度計を用いて測定することができる。測定基材は石英ガラスや樹脂基板を用いることができる。   Note that the bonding interface layer is preferably transparent to some extent from the viewpoint of allowing the semiconductor layer to absorb light. The transmittance of the bonding interface layer is preferably 35% or more with respect to light having a wavelength of 550 nm, preferably 50% or more, and more preferably 70% or more. The transmittance can be measured with a spectrophotometer. The upper limit of the transmittance is not particularly limited, but is 100% or less. The transmittance can be measured using a spectrophotometer. As the measurement substrate, quartz glass or a resin substrate can be used.

接合界面層の抵抗率は高い方が好ましい。これにより、リーク電流の防止に寄与することができると推測される。なお、このような観点から、抵抗率は、10Ωcm以上が好ましく、100Ωcm以上がより好ましく、1000Ωcm以上がさらに好ましく、10000Ωcm以上が極めて好ましく、1000000Ωcm以上が最も好ましい。抵抗率の上限は特に限定されないが、1×1019Ωcm以下であることが好ましい。 A higher resistivity of the bonding interface layer is preferable. Thereby, it is estimated that it can contribute to prevention of leakage current. From this point of view, the resistivity is preferably 10 Ωcm or more, more preferably 100 Ωcm or more, further preferably 1000 Ωcm or more, extremely preferably 10,000 Ωcm or more, and most preferably 1000000 Ωcm or more. The upper limit of the resistivity is not particularly limited, but is preferably 1 × 10 19 Ωcm or less.

本実施形態における抵抗率は、電気の通し易さの尺度であり、単位体積当たりの抵抗率のことである。この値は物質固有の値であり、物質の断面積Wに一定電流Iを流し、距離Lだけ離れた電極間の電位差Vを測ることにより求められる。
抵抗率=(V/I)×(W/L)
The resistivity in the present embodiment is a measure of the ease of conducting electricity and is a resistivity per unit volume. This value is a value unique to the substance, and is obtained by passing a constant current I through the cross-sectional area W of the substance and measuring the potential difference V between the electrodes separated by a distance L.
Resistivity = (V / I) × (W / L)

接合界面層は、低コスト化が可能なことから印刷法を用いて作製することが効果的である。この際、柔軟性を有する前記フレキシブル性電極基板であることが好ましい。これにより、接合界面層を備えた電極基板をロール状に巻き取ることができるため、製造スピードを向上することができる。   Since the bonding interface layer can be reduced in cost, it is effective to produce it using a printing method. At this time, the flexible electrode substrate having flexibility is preferable. Thereby, since the electrode substrate provided with the joining interface layer can be wound up in a roll shape, the manufacturing speed can be improved.

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態に何ら限定されるものではない。   The preferred embodiment of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment.

以下、具体的な実施例により、本発明をより詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples.

[評価方法]
以下、特に断りのない場合は、25℃、湿度45%の条件で評価を行った。
(1)平均粒子径
顕微鏡により100個の粒子を無作為に選択し、画像解析を用いて円相当径で評価した粒子直径の算術平均値を平均粒子径とした。顕微鏡としてキーエンス社製のデジタルマイクロスコープを用いた。
[Evaluation method]
Hereinafter, unless otherwise specified, evaluation was performed under conditions of 25 ° C. and humidity 45%.
(1) Average particle diameter 100 particles were randomly selected by a microscope, and an arithmetic average value of particle diameters evaluated by equivalent circle diameter using image analysis was defined as an average particle diameter. A digital microscope manufactured by Keyence Corporation was used as a microscope.

(2)I−V特性の評価
コンピューター(システムハウス・サンライズ社製 太陽電池IV測定ソフト)で制御した直流電圧・電流源(6241A、ADCMT社製)、並びに簡易型ソーラーシミュレーター(三永電機製作所製 XES−40S1)を用いて光起電力特性の測定をし、I−V特性の評価を行った。光量(AM1.5G、100mW/cm)の検定には、BS−500Si系フォトダイオード検出器(結晶Si太陽電池用、分光計器(株)社製、二次基準太陽電池)を用いた。
(2) Evaluation of IV characteristics DC voltage / current source (6241A, manufactured by ADMT) controlled by a computer (Solar cell IV measurement software manufactured by System House Sunrise Co.) and a simple solar simulator (manufactured by Mitsunaga Electric Manufacturing Co., Ltd.) Photovoltaic characteristics were measured using XES-40S1), and IV characteristics were evaluated. A BS-500Si photodiode detector (for crystalline Si solar cell, manufactured by Spectrometer Co., Ltd., secondary reference solar cell) was used for the test of the light quantity (AM1.5G, 100 mW / cm 2 ).

測定は、太陽電池を固定した状態で行った。測定試料の具体的な準備方法を、図1を用いて説明する。先ず、絶縁処理材をコートした金属製治具5の上に太陽電池4を置く。その上に、厚さ2mmのシリコーンゴムシート3、厚さ3mmの石英板2、絶縁処理材をコートした金属製治具1(中心に光10を透過させるための光透過孔が設けられている)の順で重ね、金属製治具1及び5同士の4隅をネジ9で固定した。   The measurement was performed with the solar cell fixed. A specific method for preparing a measurement sample will be described with reference to FIG. First, the solar cell 4 is placed on a metal jig 5 coated with an insulating material. On top of that, a 2 mm thick silicone rubber sheet 3, a 3 mm thick quartz plate 2, and a metal jig 1 coated with an insulating treatment material (a light transmitting hole for transmitting light 10 at the center is provided. The metal jigs 1 and 5 are fixed with screws 9 at the four corners.

本評価では、I−V特性並びにImax及びVmaxを求めた。なお、Imaxとは、太陽電池の出力が最大となるときの電流であり、Vmaxとは、太陽電池の出力が最大となるときの電圧である。   In this evaluation, IV characteristics, Imax and Vmax were obtained. Note that Imax is a current when the output of the solar cell is maximized, and Vmax is a voltage when the output of the solar cell is maximized.

そして、I−V特性のグラフから短絡電流密度、開放電圧、FF及び光電変換効率を算出した。なお、短絡電流密度(Isc)は電圧が0の時の電流密度であり、開放電圧(Voc)は電流が0の時の電圧である。   And the short circuit current density, the open circuit voltage, FF, and the photoelectric conversion efficiency were computed from the graph of IV characteristic. The short-circuit current density (Isc) is a current density when the voltage is 0, and the open circuit voltage (Voc) is a voltage when the current is 0.

FFは下記式より求めることができる。
FF=(Vmax・Imax)/(Voc・Isc)
光電変換効率ηは下記式より求めることができる。
η=(太陽電池の出力)/100×100
太陽電池の出力=短絡電流密度×開放電圧×FF=Vmax・Imax
FF can be obtained from the following equation.
FF = (Vmax · Imax) / (Voc · Isc)
The photoelectric conversion efficiency η can be obtained from the following formula.
η = (output of solar cell) / 100 × 100
Output of solar cell = short circuit current density × open voltage × FF = Vmax · Imax

(3)比誘電率
比誘電率は、測定周波数を1kHz、測定温度を23℃とし、インピーダンス法で測定した値をいう。具体的には、LCRメーター(Agilent製4284AのPRESISIONLCRメーター)を用いて、下記式より求めることができる。
サンプルの誘電率=(電極間距離×静電容量)/(電極の面積×真空の誘電率)
(ただし、真空の誘電率は8.854×10−12(F/m)である。)
サンプルが液体の場合、誘電率は、液体測定用の治具(Agilent製16452ALIQUID TEST FIXTURE)を用いて、液体に電極を挿入し測定する。
サンプルが固体の場合、誘電率は、膜測定用の治具(Agilent製16451B DIELECTRIC TEST FIXTURE)を用いて、電極板上に膜を作製し、片方の電極で挟んで測定する。
(3) Relative permittivity The relative permittivity is a value measured by an impedance method with a measurement frequency of 1 kHz and a measurement temperature of 23 ° C. Specifically, it can be determined from the following formula using an LCR meter (Agilent 4284A PRESIONION LCR meter).
Dielectric constant of sample = (distance between electrodes × capacitance) / (area of electrode × dielectric constant of vacuum)
(However, the dielectric constant of vacuum is 8.854 × 10 −12 (F / m).)
When the sample is a liquid, the dielectric constant is measured by inserting an electrode into the liquid using a liquid measuring jig (16452 ALIQUID TEST FIXTURE manufactured by Agilent).
When the sample is a solid, the dielectric constant is measured by forming a film on an electrode plate using a film measurement jig (manufactured by Agilent, 16451B DIEECTRIC TEST FIXTURE) and sandwiching the film with one electrode.

(4)抵抗率
抵抗率は電気の通し易さの尺度であり、単位体積当たりの抵抗率のことである。この値は物質固有の値であり、物質の断面積Wに一定電流Iを流し、距離Lだけ離れた電極間の電位差Vを測ることにより求められる。
抵抗率=(V/I)×(W/L)
抵抗率はロレスタ(三菱化学アナリテック)を用いて測定した。
(4) Resistivity Resistivity is a measure of the ease of conducting electricity and is the resistivity per unit volume. This value is a value unique to the substance, and is obtained by passing a constant current I through the cross-sectional area W of the substance and measuring the potential difference V between the electrodes separated by a distance L.
Resistivity = (V / I) × (W / L)
The resistivity was measured using Loresta (Mitsubishi Chemical Analytech).

(5)膜厚
半導体層と接合界面層の膜厚は、vertscan2.0(株式会社菱化システム製)で測定した。測定用の半導体層又は接合界面層は、素子作製時と同じ条件で基板に塗工し作製した。これらの層について任意に5か所の膜厚を測定し、その平均を計算し、平均膜厚とした。
(5) Film thickness The film thickness of the semiconductor layer and the bonding interface layer was measured by vertscan 2.0 (manufactured by Ryoka System Co., Ltd.). A semiconductor layer or a bonding interface layer for measurement was produced by coating on a substrate under the same conditions as those for producing the element. About these layers, the film thickness of five places was measured arbitrarily, the average was calculated, and it was set as the average film thickness.

半導体膜の膜厚は、卓上走査顕微鏡CarryScopeJCM5100(JEOL社製)を用いて断面SEMで測定した。半導体素子の断面を測定することで半導体膜の膜厚を測定した。断面SEM測定は2か所行い、1か所につき等間隔で5点膜厚を測定した。合計10点の膜厚を測定し、その平均値を、平均膜厚とした。   The film thickness of the semiconductor film was measured with a cross-sectional SEM using a tabletop scanning microscope CarryScope JCM5100 (manufactured by JEOL). The film thickness of the semiconductor film was measured by measuring the cross section of the semiconductor element. The cross-sectional SEM measurement was performed at two locations, and the film thickness at five points was measured at equal intervals per location. A total of 10 film thicknesses were measured, and the average value was defined as the average film thickness.

太陽電池を作製後の厚みは、断面TEM観察で測定した。測定は、FIB法により、太陽電池の断面を切断した後に行った。   The thickness after producing the solar cell was measured by cross-sectional TEM observation. The measurement was performed after cutting the cross section of the solar cell by the FIB method.

FIB法では、30〜40kVで加速したGaイオンを0.01〜0.1μmに集束し、太陽電池断面をスキャンさせながらスパッタリングした。前記スパッタリング最表面の保護膜としてはカーボン膜又はタングステン膜を蒸着した。また、断面TEM観察は2か所行い、1か所につき等間隔で5点膜厚を測定した。合計10点の膜厚の平均値を計算し、平均膜厚とした。前記断面TEM観察により得られた平均膜厚は、上記の膜厚測定の結果とほぼ同等の値になることを確認した。   In the FIB method, Ga ions accelerated at 30 to 40 kV were focused to 0.01 to 0.1 μm and sputtered while scanning the cross section of the solar cell. A carbon film or a tungsten film was deposited as the protective film on the outermost surface of the sputtering. Moreover, cross-sectional TEM observation was performed at two places, and the film thickness at five points was measured at equal intervals per place. The average value of the film thicknesses of a total of 10 points was calculated and taken as the average film thickness. It was confirmed that the average film thickness obtained by the cross-sectional TEM observation was a value almost equivalent to the result of the film thickness measurement.

[実施例1]
(1)CIGS粒子含有半導体膜形成用塗布液の調製
CIGS粒子粉末(組成:Cu(In0.8Ga0.2)S)を、1−チオグリセロール/エタノール混合溶媒(質量比1/4)に添加し5質量%の溶液を作製した。この溶液にジルコニアボールを加え、超音波処理を行った後、10時間攪拌振とうした。攪拌振とう後、ジルコニアボールを取り出した。CIGS粒子の平均粒子径は48nmであった。半導体膜形成用塗布液の組成は、CIGS粒子が5質量%、1−チオグリセロールが19質量%、エタノールが76質量%であった。
[Example 1]
(1) Preparation CIGS particles of CIGS particles containing semiconductor film-forming coating solution (composition: Cu (In 0.8 Ga 0.2) S 2) , and 1-thioglycerol / ethanol mixed solvent (mass ratio 1/4 To prepare a 5% by mass solution. Zirconia balls were added to this solution and subjected to ultrasonic treatment, followed by stirring and shaking for 10 hours. After stirring and shaking, the zirconia balls were taken out. The average particle diameter of the CIGS particles was 48 nm. The composition of the coating solution for forming a semiconductor film was 5 mass% for CIGS particles, 19 mass% for 1-thioglycerol, and 76 mass% for ethanol.

(2)製膜
上記の半導体膜形成用塗布液を、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)の透明電極付きガラス基板上にドロップキャストし、これをホットプレート上で120℃で加熱することで、エタノールを除去した。エタノールを除去した後、さらに150℃で3分間加熱して、p型半導体膜付き基板を作製した。半導体膜の組成は、CIGS粒子が90質量%、1−チオグリセロールと1−チオグリセロールが酸化された化合物の合計が10質量%であった。半導体膜の膜厚は20μmであった。1−チオグリセロールの比誘電率は132であった。
(2) Film formation The above coating solution for forming a semiconductor film is drop-cast on a glass substrate with a transparent electrode of fluorine-doped tin oxide (FTO), and this is heated on a hot plate at 120 ° C. Removed. After removing ethanol, the substrate was further heated at 150 ° C. for 3 minutes to produce a substrate with a p-type semiconductor film. The composition of the semiconductor film was 90% by mass of CIGS particles and 10% by mass of the total of the compounds in which 1-thioglycerol and 1-thioglycerol were oxidized. The film thickness of the semiconductor film was 20 μm. The relative dielectric constant of 1-thioglycerol was 132.

(3)太陽電池の作製
p型半導体膜付き基板、酸化チタン粒子からなるn型半導体層、並びに透明電極としてIZOを備える基板を用いて太陽電池を作製した。n型半導体層は、平均粒子径20nmの酸化チタン粒子(アナターゼタイプ、固形分5質量%)を含む水/2ブトキシエタノール混合溶剤を用いて透明電極の上にスピンコート法にて作製した。なお、スピンコート後、120℃、60分間乾燥した後に得られたn型半導体層の厚みは500nmであった。p型半導体膜付き基板とn型半導体層付き基板を貼り合せて太陽電池とした。
(3) Production of Solar Cell A solar cell was produced using a substrate with a p-type semiconductor film, an n-type semiconductor layer composed of titanium oxide particles, and a substrate provided with IZO as a transparent electrode. The n-type semiconductor layer was prepared by spin coating on a transparent electrode using a water / 2-butoxyethanol mixed solvent containing titanium oxide particles having an average particle diameter of 20 nm (anatase type, solid content 5 mass%). The thickness of the n-type semiconductor layer obtained after spin coating and drying at 120 ° C. for 60 minutes was 500 nm. A substrate with a p-type semiconductor film and a substrate with an n-type semiconductor layer were bonded to form a solar cell.

[比較例1]
(1)CIGS粒子含有半導体膜形成用塗布液の調製
1−チオグリセロール/エタノール混合溶媒(質量比1/4)をエタノールとした以外は、実施例1と同様の条件でCIGS粒子を得た。CIGS粒子の平均粒子径は48nmであった。半導体膜形成用塗布液の組成はCIGS粒子が5質量%、エタノールが95質量%であった。
[Comparative Example 1]
(1) Preparation of CIGS particle-containing semiconductor film-forming coating solution CIGS particles were obtained under the same conditions as in Example 1 except that ethanol was used as the 1-thioglycerol / ethanol mixed solvent (mass ratio 1/4). The average particle diameter of the CIGS particles was 48 nm. The composition of the coating solution for forming a semiconductor film was 5% by mass for CIGS particles and 95% by mass for ethanol.

(2)製膜
実施例1と同様の条件で、p型半導体層付き基板を作製した。半導体層の組成はCIGS粒子100質量%であった。半導体層の膜厚は20μmであった。
(2) Film Formation A substrate with a p-type semiconductor layer was produced under the same conditions as in Example 1. The composition of the semiconductor layer was 100% by mass of CIGS particles. The film thickness of the semiconductor layer was 20 μm.

(3)太陽電池の作製
p型半導体層付き基板、酸化チタン粒子からなるn型半導体層、並びに透明電極としてIZOを備える基板を用いて太陽電池を作製した。n型半導体層は、平均粒子径20nmの酸化チタン粒子(アナターゼタイプ、固形分5質量%)を含む水/2ブトキシエタノール混合溶剤を用いて透明電極の上にスピンコート法にて作製した。なお、スピンコート後、120℃、60分間乾燥した後に得られたn型半導体層の厚みは500nmであった。p型半導体層付き基板とn型半導体層付き基板を貼り合せて太陽電池とした。
(3) Production of Solar Cell A solar cell was produced using a substrate with a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer composed of titanium oxide particles, and a substrate provided with IZO as a transparent electrode. The n-type semiconductor layer was prepared by spin coating on a transparent electrode using a water / 2-butoxyethanol mixed solvent containing titanium oxide particles having an average particle diameter of 20 nm (anatase type, solid content 5 mass%). The thickness of the n-type semiconductor layer obtained after spin coating and drying at 120 ° C. for 60 minutes was 500 nm. A substrate with a p-type semiconductor layer and a substrate with an n-type semiconductor layer were bonded to form a solar cell.

[太陽電池特性評価1]
実施例1と比較例1の太陽電池を評価した。太陽電池のI−V特性の評価は、太陽電池に光量が1sunであたるように調整し測定した。また、上記電極と導電テープを、銀ペーストを用いて接合させた。I−V測定時の端子は導電テープからとった。
[Solar cell characteristic evaluation 1]
The solar cells of Example 1 and Comparative Example 1 were evaluated. The evaluation of the IV characteristics of the solar cell was performed by adjusting the solar cell so that the amount of light was 1 sun. Moreover, the said electrode and the electrically conductive tape were joined using the silver paste. The terminal at the time of IV measurement was taken from the conductive tape.

CIGS粒子及び1−チオグリセロールを含む、実施例1の半導体膜を有する太陽電池は、光電変換効率が0.001%であった。CIGS粒子のみからなる、比較例2の半導体層を有する太陽電池は、発電しなかった。   The solar cell having the semiconductor film of Example 1 containing CIGS particles and 1-thioglycerol had a photoelectric conversion efficiency of 0.001%. The solar cell having the semiconductor layer of Comparative Example 2 consisting only of CIGS particles did not generate electricity.

[実施例2]
(1)化合物半導体粒子を用いた太陽電池の作製
ITO付きPETフィルム(アルドリッチ社製、シート抵抗60Ω/□)に、平均粒子径48nmのCIGS粒子分散液(ルチルタイプ、固形分12質量%)を用いて、CIGS粒子からなるCIGS層をスピンコート法にて作製した。なお、スピンコート後、120℃、10分間乾燥した後のCIGS層の厚みは300nmであった。さらにそのCIGS層の上にシアノエチルサッカロースを2−メトキシエタノールで希釈し、20質量%に調整した液をブレードコートで塗工し、これを120℃で1分間乾燥した。シアノエチルサッカロースの層の厚みは600nmであった。前記シアノエチルサッカロースの層の上に、厚みが500μm、抵抗率3Ωcmのn型シリコン結晶ウエハを貼りあわせて、太陽電池を作製した。シアノエチルサッカロースの比誘電率は25であった。
[Example 2]
(1) Production of solar cell using compound semiconductor particles A PET film with ITO (manufactured by Aldrich, sheet resistance 60 Ω / □) is coated with a CIGS particle dispersion (rutile type, solid content 12% by mass) having an average particle diameter of 48 nm. A CIGS layer made of CIGS particles was prepared by spin coating. In addition, the thickness of the CIGS layer after drying for 10 minutes at 120 degreeC after spin coating was 300 nm. Further, cyanoethyl saccharose was diluted with 2-methoxyethanol on the CIGS layer, and a solution adjusted to 20% by mass was applied by blade coating, and dried at 120 ° C. for 1 minute. The thickness of the cyanoethyl saccharose layer was 600 nm. An n-type silicon crystal wafer having a thickness of 500 μm and a resistivity of 3 Ωcm was bonded onto the cyanoethyl saccharose layer to produce a solar cell. The relative dielectric constant of cyanoethyl saccharose was 25.

[比較例2]
(1)CIGS粒子含有半導体膜形成用塗布液の調製
ITO付きPETフィルム(アルドリッチ社製、シート抵抗60Ω/□)に、平均粒子径48nmのCIGS粒子(ルチルタイプ、固形分12質量%)からなるCIGS層をスピンコート法にて作製した。なお、スピンコート後、120℃、10分間乾燥した後のCIGS層の厚みは300nmであった。これを120℃で1分間乾燥した。前記CIGS層の上に、厚みが500μm、抵抗率3Ωcmのn型シリコン結晶ウエハを貼りあわせて、太陽電池を作製した。
[Comparative Example 2]
(1) Preparation of CIGS particle-containing semiconductor film-forming coating solution A PET film with ITO (manufactured by Aldrich, sheet resistance 60Ω / □) is composed of CIGS particles (rutile type, solid content 12% by mass) with an average particle diameter of 48 nm. A CIGS layer was produced by spin coating. In addition, the thickness of the CIGS layer after drying for 10 minutes at 120 degreeC after spin coating was 300 nm. This was dried at 120 ° C. for 1 minute. An n-type silicon crystal wafer having a thickness of 500 μm and a resistivity of 3 Ωcm was bonded onto the CIGS layer to produce a solar cell.

[太陽電池特性評価2]
実施例2と比較例2の太陽電池を評価した。太陽電池のI−V特性の評価は、太陽電池に光量が1sunであたるように調整し測定した。また、シリコン側の電極にはインジウムとガリウム合金ペーストを用いて、導電テープとシリコンを接合させた。また、CIGS側はITO電極と導電テープを、銀ペーストを用いて接合させた。I−V測定時の端子は導電テープからとった。実施例2は光電変換効率が0.01%であった。比較例2は発電しなかった。
[Solar cell characteristic evaluation 2]
The solar cells of Example 2 and Comparative Example 2 were evaluated. The evaluation of the IV characteristics of the solar cell was performed by adjusting the solar cell so that the amount of light was 1 sun. The conductive tape and silicon were bonded to the silicon-side electrode using indium and gallium alloy paste. On the CIGS side, an ITO electrode and a conductive tape were joined using a silver paste. The terminal at the time of IV measurement was taken from the conductive tape. In Example 2, the photoelectric conversion efficiency was 0.01%. Comparative Example 2 did not generate electricity.

1,5…金属製治具;2…石英板;3…シリコーンゴムシート;4…太陽電池;9…ネジ;10…光。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,5 ... Metal jig | tool; 2 ... Quartz plate; 3 ... Silicone rubber sheet; 4 ... Solar cell; 9 ... Screw;

Claims (14)

無機半導体粒子及び比誘電率が2以上の化合物を含有する半導体膜を備え、
前記無機半導体粒子は、平均粒子径が50nm以下の化合物半導体粒子又は平均粒子径が100nm以下の化合物半導体粒子以外の無機半導体粒子である、半導体素子。
Comprising a semiconductor film containing inorganic semiconductor particles and a compound having a relative dielectric constant of 2 or more,
The said inorganic semiconductor particle is a semiconductor element which is inorganic semiconductor particles other than the compound semiconductor particle whose average particle diameter is 50 nm or less or the compound semiconductor particle whose average particle diameter is 100 nm or less.
無機半導体粒子及び該無機半導体粒子に対して還元力のある化合物を含有する半導体膜を備え、
前記無機半導体粒子は、平均粒子径が50nm以下の化合物半導体粒子又は平均粒子径が100nm以下の化合物半導体以外の無機半導体粒子である、半導体素子。
Comprising a semiconductor film containing inorganic semiconductor particles and a compound having a reducing power with respect to the inorganic semiconductor particles;
The said inorganic semiconductor particle is a semiconductor element which is inorganic semiconductor particles other than the compound semiconductor particle whose average particle diameter is 50 nm or less, or compound semiconductor whose average particle diameter is 100 nm or less.
比誘電率が2以上の前記化合物の含有量が、半導体膜の全質量を基準として0.5〜80質量%である、請求項1に記載の半導体素子。   2. The semiconductor element according to claim 1, wherein the content of the compound having a relative dielectric constant of 2 or more is 0.5 to 80% by mass based on the total mass of the semiconductor film. 無機半導体粒子に対して還元力のある前記化合物の含有量が、半導体膜の全質量を基準として0.5〜80質量%である、請求項2に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 2, wherein the content of the compound having a reducing power with respect to the inorganic semiconductor particles is 0.5 to 80% by mass based on the total mass of the semiconductor film. 比誘電率が2以上の前記化合物が、グリセリン、チオグリセロール、シアノ基含有有機化合物及びPVDFからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項1又は3に記載の半導体素子。   4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the compound having a relative dielectric constant of 2 or more is at least one selected from the group consisting of glycerin, thioglycerol, a cyano group-containing organic compound, and PVDF. 無機半導体粒子に対して還元力のある前記化合物が、グリセリン及びチオグリセロールからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項2又は4に記載の半導体素子。   5. The semiconductor device according to claim 2, wherein the compound having a reducing power with respect to the inorganic semiconductor particles is at least one selected from the group consisting of glycerin and thioglycerol. 化合物半導体粒子以外の前記無機半導体粒子がシリコン粒子である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, wherein the inorganic semiconductor particles other than the compound semiconductor particles are silicon particles. さらに、前記半導体膜と反対の電荷をもつ他の半導体膜又は前記半導体膜と反対の電荷をもつ他の半導体層を備える、請求項1〜7のいずれか1項に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, further comprising another semiconductor film having a charge opposite to that of the semiconductor film or another semiconductor layer having a charge opposite to that of the semiconductor film. 前記半導体膜の、前記他の半導体膜又は前記他の半導体層と対向する面とは反対の面上にさらに電極を備える、請求項8に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 8, further comprising an electrode on a surface of the semiconductor film opposite to a surface facing the other semiconductor film or the other semiconductor layer. 第一の半導体層と、第二の半導体層と、前記第一の半導体層及び前記第二の半導体層の間に比誘電率が2以上の化合物を含有する接合界面層と、を備え、
前記第一の半導体層及び前記第二の半導体層のうち少なくとも一方が、無機半導体粒子からなる層であり、
前記無機半導体粒子は、平均粒子径が50nm以下の化合物半導体粒子又は平均粒子径が100nm以下の化合物半導体粒子以外の無機半導体粒子である、半導体素子。
A first semiconductor layer, a second semiconductor layer, and a bonding interface layer containing a compound having a relative dielectric constant of 2 or more between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer,
At least one of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer is a layer made of inorganic semiconductor particles,
The said inorganic semiconductor particle is a semiconductor element which is inorganic semiconductor particles other than the compound semiconductor particle whose average particle diameter is 50 nm or less or the compound semiconductor particle whose average particle diameter is 100 nm or less.
比誘電率が2以上の前記化合物が、グリセリン、チオグリセロール、シアノ基含有有機化合物及びPVDFからなる群より選択される少なくとも1種である、請求項10に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 10, wherein the compound having a relative dielectric constant of 2 or more is at least one selected from the group consisting of glycerin, thioglycerol, a cyano group-containing organic compound, and PVDF. 前記第一の半導体層及び/又は前記第二の半導体層の、前記接合界面層と対向する面とは反対の面上にさらに電極を備える、請求項10又は11に記載の半導体素子。   12. The semiconductor device according to claim 10, further comprising an electrode on a surface of the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer opposite to a surface facing the bonding interface layer. フレキシブル性半導体素子である、請求項1〜12のいずれか1項に記載の半導体素子。   The semiconductor element according to claim 1, which is a flexible semiconductor element. 太陽電池である、請求項1〜13のいずれか1項に記載の半導体素子。
The semiconductor element of any one of Claims 1-13 which is a solar cell.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2017033945A1 (en) * 2015-08-24 2017-03-02 株式会社ニコン Dielectric elastomer, method for producing dielectric elastomer, dielectric elastomer actuator, and auxiliary tool
JP2019036652A (en) * 2017-08-17 2019-03-07 株式会社カネカ Manufacturing method of back contact type solar cell

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