JP2015159266A - Heterojunction solar cell and manufacturing method of the same - Google Patents

Heterojunction solar cell and manufacturing method of the same Download PDF

Info

Publication number
JP2015159266A
JP2015159266A JP2014118564A JP2014118564A JP2015159266A JP 2015159266 A JP2015159266 A JP 2015159266A JP 2014118564 A JP2014118564 A JP 2014118564A JP 2014118564 A JP2014118564 A JP 2014118564A JP 2015159266 A JP2015159266 A JP 2015159266A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
titanium oxide
layer
layer containing
oxide particles
solar cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2014118564A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6517475B2 (en
Inventor
享広 澤村
Yukihiro Sawamura
享広 澤村
徹 湯本
Toru Yumoto
徹 湯本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Asahi Kasei Corp
Original Assignee
Asahi Kasei Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asahi Kasei Corp filed Critical Asahi Kasei Corp
Priority to JP2014118564A priority Critical patent/JP6517475B2/en
Publication of JP2015159266A publication Critical patent/JP2015159266A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6517475B2 publication Critical patent/JP6517475B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/546Polycrystalline silicon PV cells
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/548Amorphous silicon PV cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a heterojunction solar cell capable of exerting more excellent photoelectric conversion efficiency in a non-vacuum process.SOLUTION: The heterojunction solar cell includes: a layer containing silicon; and a layer containing anatase type titania particles. In an X-ray diffraction spectrum for the layer containing anatase type titania particles, a half value width of a diffraction peak appearing at a diffraction angle of 2θ=24 to 26° is equal to or more than 0.2° and equal to or less than 5.0°.

Description

本発明は、ヘテロ接合太陽電池(特にシリコン系太陽電池)とその製造方法に関する。   The present invention relates to a heterojunction solar cell (particularly a silicon-based solar cell) and a method for manufacturing the same.

太陽電池の分野では、シリコン基板上に金属酸化物層を備えるヘテロ接合太陽電池が既存の技術として知られている。このような太陽電池の製造方法としては、プラズマCVD法、スパッタリング法、蒸着法等の真空系のプロセスが用いられている。例えば、特許文献1には、インジウムを含む金属酸化物を、スパッタリング法を用いて膜にし、該膜を半導体層として備える太陽電池が開示されている。これに対し、非真空系のプロセスの検討も盛んに行われている。非真空系プロセスである塗布法によって、シリコン基板上に金属酸化物粒子からなる層を形成する方法は、作業性に優れていることやコストダウンが容易なことから、活発な開発が行われている。   In the field of solar cells, heterojunction solar cells including a metal oxide layer on a silicon substrate are known as existing technologies. As a method for manufacturing such a solar cell, a vacuum process such as a plasma CVD method, a sputtering method, or a vapor deposition method is used. For example, Patent Document 1 discloses a solar cell in which a metal oxide containing indium is formed into a film by a sputtering method and the film is provided as a semiconductor layer. In contrast, non-vacuum processes have been actively studied. A method of forming a layer made of metal oxide particles on a silicon substrate by a coating method, which is a non-vacuum process, has been actively developed because of its excellent workability and easy cost reduction. Yes.

特開2011−86770号公報JP 2011-86770 A

しかしながら、特許文献1に示すような太陽電池では、真空プロセスであるスパッタリング法を用いている点が高コストとなり課題であった。一方で、塗布法のような非真空系プロセスは、比較的低コストな方法ではあるものの、得られる太陽電池の光電変換効率が未だ十分であるとは言えないのが現状である。   However, in the solar cell as shown in Patent Document 1, the point of using the sputtering method, which is a vacuum process, is a high cost, which is a problem. On the other hand, although a non-vacuum process such as a coating method is a relatively low cost method, it cannot be said that the photoelectric conversion efficiency of the obtained solar cell is still sufficient.

そこで本発明は、非真空系プロセスにおいてより優れた光電変換効率を発現することができるヘテロ接合太陽電池、及び当該太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。   Then, an object of this invention is to provide the heterojunction solar cell which can express the more excellent photoelectric conversion efficiency in a non-vacuum system process, and the manufacturing method of the said solar cell.

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.

すなわち、本発明は、シリコンを含有する層及び酸化チタン粒子を含有する層を備え、アナターゼ型の酸化チタン粒子を含有する層に対するX線回折スペクトルにおいて、回折角2θ=24〜26°に現れる回折ピークの半値幅が、0.2°以上5.0°以下である、ヘテロ接合太陽電池に関する。   That is, the present invention includes a layer containing silicon and a layer containing titanium oxide particles, and a diffraction that appears at a diffraction angle 2θ = 24 to 26 ° in an X-ray diffraction spectrum for a layer containing anatase-type titanium oxide particles. The present invention relates to a heterojunction solar cell having a peak half-value width of 0.2 ° to 5.0 °.

本発明において、酸化チタン粒子を含有する層の層密度が0.4g/cm以上3.0g/cm以下であることが好ましい。 In the present invention, the layer density of the layer containing titanium oxide particles is preferably 0.4 g / cm 3 or more and 3.0 g / cm 3 or less.

本発明において、酸化チタン粒子の平均粒子径が0.5nm以上50nm以下であることが好ましい。   In this invention, it is preferable that the average particle diameter of a titanium oxide particle is 0.5 to 50 nm.

本発明は、また、電極又はシリコン基板上に、pHが0.5〜10.0でありかつ酸化チタン粒子が分散した分散液を塗布する塗布工程と、分散液が塗布された電極又はシリコン基板を、10℃以上300℃以下の温度で処理し、電極又はシリコン基板上に酸化チタン粒子を含有する層を形成する処理工程と、を備え、酸化チタン粒子を含有する層に対するX線回折スペクトルにおいて、回折角2θ=24〜26°に現れる回折ピークの半値幅が、0.2°以上5.0°以下である、ヘテロ接合太陽電池の製造方法に関する。   The present invention also provides an application step of applying a dispersion liquid having a pH of 0.5 to 10.0 and dispersed titanium oxide particles on an electrode or a silicon substrate, and the electrode or silicon substrate coated with the dispersion liquid. In a X-ray diffraction spectrum for a layer containing titanium oxide particles, and a treatment step of forming a layer containing titanium oxide particles on an electrode or a silicon substrate. Further, the present invention relates to a method for manufacturing a heterojunction solar cell, wherein the half-value width of a diffraction peak appearing at a diffraction angle 2θ = 24 to 26 ° is 0.2 ° or more and 5.0 ° or less.

本発明において、処理工程が、分散液が塗布された電極又はシリコン基板を10℃以上30℃以下の温度で放置することにより実施されてもよい。   In the present invention, the treatment step may be performed by leaving the electrode or silicon substrate coated with the dispersion at a temperature of 10 ° C. or higher and 30 ° C. or lower.

本発明の製造方法において、酸化チタン粒子の平均粒子径が0.5nm以上50nm以下であることが好ましい。   In the production method of the present invention, the average particle diameter of the titanium oxide particles is preferably 0.5 nm or more and 50 nm or less.

本発明によれば、非真空系プロセスにおいてより優れた光電変換効率を発現可能なヘテロ接合太陽電池を提供することができる。本発明はまた、低温プロセスで製造が可能であるため、低コストなヘテロ接合太陽電池の製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the heterojunction solar cell which can express the more superior photoelectric conversion efficiency in a non-vacuum system process can be provided. In addition, since the present invention can be manufactured by a low temperature process, it is possible to provide a low cost method for manufacturing a heterojunction solar cell.

本発明の太陽電池の一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the solar cell of this invention. 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、本発明を実施するための形態(以下、「本実施形態」という。)について詳細に説明する。なお、本発明は、以下の本実施形態に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter referred to as “the present embodiment”) will be described in detail. The present invention is not limited to the following embodiment, and can be implemented with various modifications within the scope of the gist.

本実施形態の太陽電池は、シリコンを含有する層及び酸化チタン粒子を含有する層を備えている。なお、当該太陽電池は、シリコンを含有する層と酸化チタン粒子を含有する層が積層されていれば、その間に他の材料を備えていてもよい。   The solar cell of this embodiment includes a layer containing silicon and a layer containing titanium oxide particles. Note that the solar cell may include other materials between the layer containing silicon and the layer containing titanium oxide particles.

<シリコンを含有する層>
シリコンを含有する層は、シリコンを含有する半導体で形成される。具体的にはシリコンを含有する層は、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、シリコン粒子を含有する層が挙げられる。
<Layer containing silicon>
The layer containing silicon is formed of a semiconductor containing silicon. Specifically, examples of the layer containing silicon include a monocrystalline or polycrystalline silicon wafer, amorphous silicon, and a layer containing silicon particles.

シリコンは、p型及びn型に大別される。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。   Silicon is roughly classified into p-type and n-type. 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.

p型シリコンウエハの場合、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ウエハが使用される。n型シリコンウエハの場合、リン、窒素、砒素等を添加物としてドープしたシリコンウエハが使用される。シリコンウエハ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。 In the case of a p-type silicon wafer, for example, a silicon wafer doped with boron, gallium or the like as an additive is used. In the case of an n-type silicon wafer, a silicon wafer doped with phosphorus, nitrogen, arsenic or the like as an additive is used. The concentration of these additives contained in the silicon wafer 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.

シリコンウエハの抵抗率は、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 resistivity of the silicon wafer is preferably 0.0001 Ωcm or more, and more preferably 0.001 Ωcm or more, from the viewpoint of charge transfer and depletion layer spreading in the semiconductor. The resistivity is preferably 1000 Ωcm or less, more preferably 100 Ωcm or less.

次に、アモルファスシリコンについて説明する。アモルファスシリコンは、グロー放電法、反応性スパッタ法、化学的蒸着法(CVD法)等で作製することができる。グロー放電法とは、グロー放電で発生するプラズマ中でSiHを分解する方法である。反応性スパッタ法とは、低圧のアルゴンガス中に置かれた電極間に電力を加えて放電を起こし、片方の電極上に結晶シリコン基板(ターゲット)をおいてスパッタを行い、反対側の電極側に置かれた基板上に成膜させる方法である。化学蒸着法とは、400℃〜700℃でSiHを熱分解し、続いて水素プラズマ処理を行うことでアモルファスシリコンを作製する方法である。 Next, amorphous silicon will be described. Amorphous silicon can be produced by a glow discharge method, a reactive sputtering method, a chemical vapor deposition method (CVD method), or the like. The glow discharge method is a method for decomposing SiH 4 in plasma generated by glow discharge. In the reactive sputtering method, electric power is applied between electrodes placed in a low-pressure argon gas to cause a discharge, a crystalline silicon substrate (target) is placed on one electrode, and sputtering is performed. This is a method of forming a film on a substrate placed on the substrate. The chemical vapor deposition method is a method for producing amorphous silicon by thermally decomposing SiH 4 at 400 ° C. to 700 ° C. and subsequently performing hydrogen plasma treatment.

p型のアモルファスシリコンの場合、ホウ素、ガリウム等を添加剤としてドープしたアモルファスシリコンが使用される。n型のアモルファスシリコンの場合、リン、窒素、砒素等を添加剤としてドープしたアモルファスシリコンが使用される。アモルファスシリコンの場合、それぞれのドーパントを水素ガスに希釈して導入することで、導電型を制御できる。   In the case of p-type amorphous silicon, amorphous silicon doped with boron, gallium or the like as an additive is used. In the case of n-type amorphous silicon, amorphous silicon doped with phosphorus, nitrogen, arsenic or the like as an additive is used. In the case of amorphous silicon, the conductivity type can be controlled by diluting and introducing each dopant into hydrogen gas.

次に、シリコン粒子を含有する層について説明する。シリコン粒子を含有する層は、シリコン粒子を単独で含む層、もしくはシリコン粒子と、溶媒、バインダー成分、シリコン粒子以外の半導体成分等のその他化合物とを含む層のことである。なお、シリコン粒子を含有する層に含まれるシリコン粒子の含有量は、10質量%〜100質量%であることが好ましく、30質量%〜100質量%であることがより好ましい。同含有量が少なくとも10質量%以上であることにより、半導体層としての機能を十分に発現しやすくなる。   Next, the layer containing silicon particles will be described. The layer containing silicon particles is a layer containing silicon particles alone or a layer containing silicon particles and other compounds such as a solvent, a binder component, and a semiconductor component other than silicon particles. In addition, it is preferable that it is 10 mass%-100 mass%, and, as for content of the silicon particle contained in the layer containing a silicon particle, it is more preferable that it is 30 mass%-100 mass%. When the content is at least 10% by mass or more, the function as a semiconductor layer is sufficiently exhibited.

前記溶媒としては、水、ペンタン、ヘキサン、ペプタン、オクタン、ノナン、デカン、2−メチルヘキサン、デカリン、テトラリン、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、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ブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、グリセリンアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ベンゼン、キシレン、トルエン、フェノール、アニリン、ジフェニルエーテルなどの芳香族類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、メチルアセテート、テトラヒドロフラン、乳酸ブチル、N−メチルピロリドン等が挙げられる。またこれらを混合して用いることも可能である。   Examples of the solvent include water, pentane, hexane, peptane, octane, nonane, decane, 2-methylhexane, decalin, tetralin, methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, t-butanol, and ethylene glycol. , Diethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol mono 2-ethylhexyl ether, propylene glycol n-butyl ether, dipropylene glycol n- Butyl ether, tripropylene glycol n-butyl ether, dipro Ketones such as lenglycol methyl ether, tripropylene glycol methyl ether, glycerin acetone, methyl ethyl ketone, aromatics such as benzene, xylene, toluene, phenol, aniline, diphenyl ether, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetonitrile, methyl acetate, tetrahydrofuran, Examples include butyl lactate and N-methylpyrrolidone. It is also possible to use a mixture of these.

また、前記バインダー成分とは、一般汎用性樹脂や、界面活性剤が挙げられる。一般汎用性樹脂は、具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂(ABS樹脂)、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエステル、環状ポリオレフィン、ポリサルフォンが挙げられる。   Examples of the binder component include general versatile resins and surfactants. Specifically, general-purpose resins include epoxy resin, acrylic resin, phenol resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, polyurethane, polyimide, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, and polyacetic acid. Examples thereof include vinyl, polytetrafluoroethylene, acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS resin), polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyester, cyclic polyolefin, and polysulfone.

界面活性剤は、ア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、ノニオン性界面活性剤が挙げられる。具体的には、アニオン性界面活性剤としては、脂肪酸ナトリウム、モノアルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、モノアルキルリン酸塩が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルメチルアンモニウム塩、が挙げられる。両性界面活性剤としては、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシベタインが挙げられる。ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、脂肪酸ソルビタンエステル、アルキルポリグリコシド、脂肪酸時エタノールアミド、アルキルモノグリセリルエーテルが挙げられる。   Examples of the surfactant include an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, and a nonionic surfactant. Specifically, examples of the anionic surfactant include fatty acid sodium, monoalkyl sulfate, alkyl benzene sulfonate, and monoalkyl phosphate. Examples of the cationic surfactant include alkyltrimethylammonium salts, dialkyldimethylammonium salts, and alkylbenzylmethylammonium salts. Examples of amphoteric surfactants include alkyl dimethylamine oxide and alkyl carboxybetaine. Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, fatty acid sorbitan ester, alkyl polyglycoside, fatty acid ethanolamide, and alkyl monoglyceryl ether.

なお、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。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、下記が挙げられる。   The silicon particle production method is not particularly limited. For example, a method using a highly crystalline semiconductor microparticle production apparatus using a pulse pressure applied orifice injection method, a polycrystalline or single crystal silicon ingot or wafer is used. It can be produced by a grinding method or the like. Further, chips at the time of wafer fabrication can be used as silicon particles. 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. The following are mentioned as a solvent at the time of wet grinding.

具体的には、溶媒としては、水、ペンタン、ヘキサン、ペプタン、オクタン、ノナン、デカン、2−メチルヘキサン、デカリン、テトラリン、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、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ブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、グリセリンアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ベンゼン、キシレン、トルエン、フェノール、アニリン、ジフェニルエーテルなどの芳香族類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、メチルアセテート、テトラヒドロフラン、乳酸ブチル、N−メチルピロリドン等が挙げられる。またこれらを混合して用いることも可能である。前記した溶媒の他に、界面活性剤等を添加しても良い。   Specifically, as a solvent, water, pentane, hexane, peptane, octane, nonane, decane, 2-methylhexane, decalin, tetralin, methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, t- Butanol, ethylene glycol, diethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol mono 2-ethylhexyl ether, propylene glycol n-butyl ether, di Propylene glycol n-butyl ether, tripropylene glycol n-butyl ether Ketones such as dipropylene glycol methyl ether, tripropylene glycol methyl ether, glycerin acetone, methyl ethyl ketone, aromatics such as benzene, xylene, toluene, phenol, aniline, diphenyl ether, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetonitrile, methyl acetate, tetrahydrofuran , Butyl lactate, N-methylpyrrolidone and the like. It is also possible to use a mixture of these. In addition to the solvent described above, a surfactant or the like may be added.

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。 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.

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 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.

シリコン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、400μm以下が好ましく、200μm以下がより好ましく、100μm以下がさらに好ましく、70μm以下が極めて好ましい。また、粒子と電極との接触抵抗の低減及び拡散長の観点から、0.001μm以上が好ましく、0.01μm以上がより好ましく、1μm以上がさらに好ましい。   The average particle diameter of the silicon particles is preferably 400 μm or less, more preferably 200 μm or less, further preferably 100 μm or less, and extremely preferably 70 μm or less from the viewpoint of reducing the contact resistance between the particles. Further, from the viewpoint of reducing the contact resistance between the particles and the electrode and the diffusion length, 0.001 μm or more is preferable, 0.01 μm or more is more preferable, and 1 μm or more is more preferable.

本実施形態において、シリコン粒子等の粒子の平均粒子径は、マイクロスコープを使った画像処理方法により測定される。   In this embodiment, the average particle diameter of particles such as silicon particles is measured by an image processing method using a microscope.

なお、シリコン粒子から膜状の半導体層を形成する方法としては、蒸着法やスパッタ法、CVD法などの真空系を用いた方法や、スクリーン印刷やグラビア印刷、凸版印刷などの印刷法、ブレードコート、スピンコート法などの湿式の塗布法といった非真空系の方法などが挙げられる。また、シリコンを含有する層として、シリコン粒子を含む複数種類の無機半導体粒子からなる層を採用することもできる。これら複数種類の無機半導体粒子から膜状の半導体層を形成する方法としては、例えば、複数の材料を共蒸着させ、電極付きの基板に堆積する方法、複数の材料を含む一つの塗工液を準備し、その塗工液を用いて種々の印刷法で半導体層を作製する方法などが挙げられる。   In addition, as a method for forming a film-like semiconductor layer from silicon particles, a method using a vacuum system such as a vapor deposition method, a sputtering method, a CVD method, a printing method such as screen printing, gravure printing, letterpress printing, blade coating, etc. And non-vacuum methods such as a wet coating method such as a spin coating method. Moreover, the layer which consists of multiple types of inorganic semiconductor particles containing a silicon particle can also be employ | adopted as a layer containing silicon. As a method of forming a film-like semiconductor layer from these plural types of inorganic semiconductor particles, for example, a method of co-evaporating a plurality of materials and depositing on a substrate with an electrode, a single coating solution containing a plurality of materials The method of preparing and producing a semiconductor layer by various printing methods using the coating liquid is mentioned.

シリコンを含有する層としては、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、あるいはシリコン粒子からなる層(すなわち、シリコンからなる層)であることが好ましい。   The layer containing silicon is preferably a single crystal or polycrystalline silicon wafer, or a layer made of silicon particles (that is, a layer made of silicon) from the viewpoint of carrier movement and cost.

シリコンを含有する層がシリコンウエハの場合、その厚みは50μm以上が好ましい。また、同厚みは、1000μm以下が好ましく、700μm以下がより好ましく、300μm以下がさらに好ましい。シリコン粒子を固めた層(シリコン粒子からなる層)の場合、その厚みは0.5μm以上が好ましい。また、同厚みは、500μm以下が好ましく、300μm以下がより好ましい。   When the layer containing silicon is a silicon wafer, the thickness is preferably 50 μm or more. The thickness is preferably 1000 μm or less, more preferably 700 μm or less, and even more preferably 300 μm or less. In the case of a layer in which silicon particles are hardened (layer made of silicon particles), the thickness is preferably 0.5 μm or more. The thickness is preferably 500 μm or less, and more preferably 300 μm or less.

また、シリコン粒子を含む複数の無機半導体粒子から形成される半導体層を、シリコンを含有する層として採用する場合、すなわち、複数の無機半導体粒子から膜状の半導体層を形成する場合、その厚みは、光吸収能力とキャリア輸送の関係から、0.01μm以上が好ましく、また1000μm以下が好ましく、600μm以下がより好ましく、300μm以下がより好ましい。   Further, when a semiconductor layer formed from a plurality of inorganic semiconductor particles including silicon particles is employed as a layer containing silicon, that is, when a film-shaped semiconductor layer is formed from a plurality of inorganic semiconductor particles, the thickness is From the relationship between light absorption ability and carrier transport, 0.01 μm or more is preferable, 1000 μm or less is preferable, 600 μm or less is more preferable, and 300 μm or less is more preferable.

<酸化チタン粒子を含有する層>
酸化チタン粒子を含有する層は、酸化チタン粒子を単独で含む層、もしくは酸化チタン粒子と、バインダー成分や酸化チタン粒子以外の半導体もしくは絶縁体と、を含む層のことである。ここで、バインダー成分とは、一般汎用性樹脂や、界面活性剤等が挙げられる。なお、酸化チタン粒子を含有する層に含まれる酸化チタン粒子の含有量は、10質量%〜100質量%であることが好ましく、30質量%〜100質量%であることがより好ましい。同含有量が少なくとも10質量%以上であることにより、半導体層としての機能を十分に発現しやすくなる。
<Layer containing titanium oxide particles>
The layer containing titanium oxide particles is a layer containing titanium oxide particles alone, or a layer containing titanium oxide particles and a semiconductor or an insulator other than the binder component and titanium oxide particles. Here, examples of the binder component include general-purpose resins and surfactants. In addition, it is preferable that it is 10 mass%-100 mass%, and, as for content of the titanium oxide particle contained in the layer containing a titanium oxide particle, it is more preferable that it is 30 mass%-100 mass%. When the content is at least 10% by mass or more, the function as a semiconductor layer is sufficiently exhibited.

酸化チタン粒子としては、例えば、二酸化チタン、一酸化チタン、三酸化二チタン等からなる粒子のうちの、1種または2種以上を組み合わせて用いることができるが、この中でも、酸化チタン粒子としては、主として二酸化チタンで構成されるものが好ましい。二酸化チタンは、光に対する感受性が高く、より容易かつ確実に電子が励起される。このため、酸化チタン粒子として、主として二酸化チタン粒子を用いた酸化チタン層は、より確実に電子を発生することができる(以下、「酸化チタン」とは二酸化チタンを示す。)。   As the titanium oxide particles, for example, one kind or a combination of two or more kinds of particles made of titanium dioxide, titanium monoxide, dititanium trioxide and the like can be used. Among these, as titanium oxide particles, Those composed mainly of titanium dioxide are preferred. Titanium dioxide is highly sensitive to light, and electrons are excited more easily and reliably. For this reason, the titanium oxide layer mainly using titanium dioxide particles as titanium oxide particles can generate electrons more reliably (hereinafter, “titanium oxide” indicates titanium dioxide).

本実施形態で用いる酸化チタン粒子の平均粒子径としては、成膜性の観点から0.5nm以上が好ましく、1nm以上がより好ましく、3nm以上がさらに好ましく、10nm以上がさらに好ましい。また、酸化チタン粒子を含有する層が緻密に充填されることで、リークを抑制し、キャリア輸送が向上するため、前記平均粒子径は50nm以下が好ましく、30nm以下がより好ましく、20nm以下がさらに好ましく、15nm以下が極めて好ましい。   The average particle size of the titanium oxide particles used in the present embodiment is preferably 0.5 nm or more, more preferably 1 nm or more, further preferably 3 nm or more, and further preferably 10 nm or more from the viewpoint of film formability. In addition, since the layer containing titanium oxide particles is densely packed to suppress leakage and improve carrier transport, the average particle size is preferably 50 nm or less, more preferably 30 nm or less, and further preferably 20 nm or less. Preferably, 15 nm or less is very preferable.

本実施形態で用いる酸化チタン粒子は、粒子径分布の相対標準偏差σが0.1nm以上5.0nm以下であることが好ましい。なお、低抵抗化の観点から、相対標準偏差σの上限は、3.0nm以下がより好ましく、2.0nm以下が更に好ましい。   The titanium oxide particles used in the present embodiment preferably have a relative standard deviation σ of the particle size distribution of 0.1 nm to 5.0 nm. In addition, from the viewpoint of reducing resistance, the upper limit of the relative standard deviation σ is more preferably 3.0 nm or less, and further preferably 2.0 nm or less.

使用できる酸化チタン粒子の種類としては、ST−01(石原産業社製)、ST−21(石原産業社製)、ST−31(石原産業社製),ST−41(石原産業社製),ST−30L(石原産業社製)、STS−01(石原産業社製)、STS−02(石原産業社製)、STS−21(石原産業社製)、STS−100(石原産業社製)、ST−K211(石原産業社製)、ST−K101(石原産業社製)、ST−K102a(石原産業社製)、ST−K102b(石原産業社製)、ST−K300(石原産業社製)、ST−K211(石原産業社製)、ST−K102(石原産業社製)、PT−301(石原産業社製)、PT−401M(石原産業社製)、PT−401L(石原産業社製),CR−EL(石原産業社製)、PT−501R(石原産業社製)、PT501A(石原産業社製)、MC−50(石原産業社製)、MC−90(石原産業社製)、MC−150(石原産業社製)、FTL−100(石原産業社製)、FTL−110(石原産業社製)、FTL−200(石原産業社製)、FTL−300(石原産業社製)、R−820(石原産業社製)、R−830(石原産業社製)、R−930(石原産業社製)、R−980(石原産業社製)、CR−Super70(石原産業社製)、CR−80(石原産業社製)、CR−90(石原産業社製)、CR−90−2(石原産業社製)、CR−93(石原産業社製)、CR−95(石原産業社製)、CR−97(石原産業社製)、UT771(石原産業社製)、R−630(石原産業社製)、CR−50(石原産業社製)、CR−50−2(石原産業社製)、CR−57(石原産業社製)、CR−953(石原産業社製)、R−630(石原産業社製)、CR−58(石原産業社製)、R−780(石原産業社製)、CR−58−2(石原産業社製)、R−780−2(石原産業社製)、PF−736(石原産業社製)、CR−63(石原産業社製)、PF−742(石原産業社製)、CR−60−2(石原産業社製)、R−550(石原産業社製)、PF−690(石原産業社製)、PF−691(石原産業社製)、PF−737(石原産業社製)、PF−711(石原産業社製)、R−680(石原産業社製)、PF−739(石原産業社製)、PC−3(石原産業社製)、W−10(石原産業社製)、A−220(石原産業社製)、TTO−51(A)(石原産業社製)、TTO−51(C)(石原産業社製)、TTO−55(A)(石原産業社製)、TTO−55(B)(石原産業社製)、TTO−55(C)(石原産業社製)、TTO−55(D)(石原産業社製)、TTO−S−1(石原産業社製)、TTO−S−2(石原産業社製)、TTO−S−3(石原産業社製)、TTO−S−4(石原産業社製)、MPT−136(石原産業社製)、TTO−V−3(石原産業社製)、TTO−V−4(石原産業社製)、TTO−F−2(石原産業社製)、TTO−F−6(石原産業社製)、TTO−W−5(石原産業社製)、P25(日本アエロジル社製)、PF2(日本アエロジル社製)、P90(日本アエロジル社製)、T805(日本アエロジル社製)、NKT90(日本アエロジル社製)、JR−301(テイカ社製)、JR−403(テイカ社製)、JR−405(テイカ社製)、JR−600A(テイカ社製),JR−605(テイカ社製)、JR−600E(テイカ社製)、JR−603(テイカ社製)、JR−701(テイカ社製)、JRNC(テイカ社製)、JR−800(テイカ社製)、JR−805(テイカ社製)、JR−806(テイカ社製)、JR(テイカ社製)、JA−1(テイカ社製)、JA−3(テイカ社製)、JA−C(テイカ社製)、MT−01(テイカ社製)、MT−10EX(テイカ社製)、MT−05(テイカ社製)、MT−100TV(テイカ社製)、MT−100Z(テイカ社製)、MT−150A(テイカ社製)、MT−150EX(テイカ社製),MT−150W(テイカ社製)、MT−100AQ(テイカ社製)、MT−100WP(テイカ社製)、MT−100SA(テイカ社製)、MT−100HD(テイカ社製)、MT−500B(テイカ社製)、MT−500SA(テイカ社製)、MT−600B(テイカ社製)、MT−700B(テイカ社製)、MTY−02(テイカ社製)、MTY−110M3S(テイカ社製)、MT−500SAS(テイカ社製)、MTY−700BS(テイカ社製)、MT−300HD(テイカ社製)、MT−500HD(テイカ社製)、MT−600SA(テイカ社製)、MT−700HD(テイカ社製)、JMT−150IB(テイカ社製)、JMT−150AO(テイカ社製)、JMT−150FI(テイカ社製)、JMT−150ANO(テイカ社製)、AMT−100(テイカ社製)、AMT−400(テイカ社製)、AMT−600(テイカ社製)、TITANIX JA−1(テイカ社製)、TKP−101(テイカ社製),TKP−102(テイカ社製)、TKS−201(テイカ社製)、TKS−202(テイカ社製)、TKS−203(テイカ社製)、TKD−701(テイカ社製)、TKD−702(テイカ社製)、TKD−801(テイカ社製)、TKD−802(テイカ社製)、TKC−303(テイカ社製)、TKC−304(テイカ社製)、TKC−305(テイカ社製)、JR−1000(テイカ社製)などが挙げられる。   As types of titanium oxide particles that can be used, ST-01 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), ST-21 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), ST-31 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), ST-41 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), ST-30L (manufactured by Ishihara Sangyo), STS-01 (manufactured by Ishihara Sangyo), STS-02 (manufactured by Ishihara Sangyo), STS-21 (manufactured by Ishihara Sangyo), STS-100 (manufactured by Ishihara Sangyo) ST-K211 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), ST-K101 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), ST-K102a (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), ST-K102b (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), ST-K300 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), ST-K211 (made by Ishihara Sangyo), ST-K102 (made by Ishihara Sangyo), PT-301 (made by Ishihara Sangyo), PT-401M (made by Ishihara Sangyo), PT-401L (made by Ishihara Sangyo) CR-EL (made by Ishihara Sangyo Co., Ltd.), PT-501R Ishihara Sangyo), PT501A (Ishihara Sangyo), MC-50 (Ishihara Sangyo), MC-90 (Ishihara Sangyo), MC-150 (Ishihara Sangyo), FTL-100 (Ishihara Sangyo) FTL-110 (Ishihara Sangyo), FTL-200 (Ishihara Sangyo), FTL-300 (Ishihara Sangyo), R-820 (Ishihara Sangyo), R-830 (Ishihara Sangyo) R-930 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), R-980 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), CR-Super70 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), CR-80 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), CR-90 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.) CR-90-2 (Ishihara Sangyo), CR-93 (Ishihara Sangyo), CR-95 (Ishihara Sangyo), CR-97 (Ishihara Sangyo), UT771 (Ishihara Sangyo) R-630 (Ishihara Sangyo), CR-50 (Ishihara Sangyo), CR-50-2 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), CR-57 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), CR-953 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), R-630 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), CR-58 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.) ), R-780 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), CR-58-2 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), R-780-2 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), PF-736 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), CR-63 ( Ishihara Sangyo), PF-742 (Ishihara Sangyo), CR-60-2 (Ishihara Sangyo), R-550 (Ishihara Sangyo), PF-690 (Ishihara Sangyo), PF- 691 (made by Ishihara Sangyo), PF-737 (made by Ishihara Sangyo), PF-711 (made by Ishihara Sangyo), R-680 (made by Ishihara Sangyo), PF-739 (made by Ishihara Sangyo), PC- 3 (made by Ishihara Sangyo), W-10 (made by Ishihara Sangyo), A-220 (made by Ishihara Sangyo), TTO-51 (A) (stone Industrial company), TTO-51 (C) (Ishihara Sangyo), TTO-55 (A) (Ishihara Sangyo), TTO-55 (B) (Ishihara Sangyo), TTO-55 (C) (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), TTO-55 (D) (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), TTO-S-1 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), TTO-S-2 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), TTO-S-3 ( Ishihara Sangyo), TTO-S-4 (Ishihara Sangyo), MPT-136 (Ishihara Sangyo), TTO-V-3 (Ishihara Sangyo), TTO-V-4 (Ishihara Sangyo) ), TTO-F-2 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), TTO-F-6 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), TTO-W-5 (Ishihara Sangyo Co., Ltd.), P25 (Nihon Aerosil Co., Ltd.), PF2 (Nippon Aerosil Co., Ltd.) P90 (made by Nippon Aerosil Co., Ltd.), T805 (made by Nippon Aerosil Co., Ltd.), NKT90 (made by Nippon Aerosil Co., Ltd.) , JR-301 (manufactured by Teica), JR-403 (manufactured by Teica), JR-405 (manufactured by Teica), JR-600A (manufactured by Teica), JR-605 (manufactured by Teica), JR-600E ( (Taika), JR-603 (Taika), JR-701 (Taika), JRNC (Taika), JR-800 (Taika), JR-805 (Taika), JR- 806 (manufactured by Teica), JR (manufactured by Teica), JA-1 (manufactured by Teica), JA-3 (manufactured by Teica), JA-C (manufactured by Teica), MT-01 (manufactured by Teica), MT-10EX (manufactured by Teica), MT-05 (manufactured by Teica), MT-100TV (manufactured by Teica), MT-100Z (manufactured by Teica), MT-150A (manufactured by Teica), MT-150EX (Taika) ), MT-150W (Taika), MT-100AQ (manufactured by Teica), MT-100WP (manufactured by Teica), MT-100SA (manufactured by Teica), MT-100HD (manufactured by Teica), MT-500B (manufactured by Teica), MT-500SA (Taika) ), MT-600B (manufactured by Teica), MT-700B (manufactured by Teica), MTY-02 (manufactured by Teica), MTY-110M3S (manufactured by Teica), MT-500 SAS (manufactured by Teica), MTY -700BS (manufactured by Teica), MT-300HD (manufactured by Teica), MT-500HD (manufactured by Teica), MT-600SA (manufactured by Teica), MT-700HD (manufactured by Teica), JMT-150IB (Taika) Manufactured), JMT-150AO (manufactured by Teica), JMT-150FI (manufactured by Teica), JMT-150ANO (manufactured by Teica), AMT-100 (manufactured by TECA) Manufactured by Kay), AMT-400 (manufactured by Teika), AMT-600 (manufactured by Teika), TITANIX JA-1 (manufactured by Teica), TKP-101 (manufactured by Teika), TKP-102 (manufactured by Teica) , TKS-201 (manufactured by Teica), TKS-202 (manufactured by Teica), TKS-203 (manufactured by Teica), TKD-701 (manufactured by Teica), TKD-702 (manufactured by Teica), TKD-801 ( (Taika), TKD-802 (Taika), TKC-303 (Taika), TKC-304 (Taika), TKC-305 (Taika), JR-1000 (Taika), etc. Is mentioned.

酸化チタン粒子の代表的な製法としては、塩素法と硫酸法がある。塩素法は原料(イルメナイト鉱石)をコークス・塩素と反応させ、一度ガス状の四塩化チタンにする。ガス状の四塩化チタンを冷却して液状にした後、高温で酸素と反応させ、塩素ガスを分離することによって酸化チタン粒子を得る。例えば、前述の酸化チタンP90(日本アエロジル社製)およびP25(日本アエロジル社製)は塩素法により作製できる。一方、硫酸法は原料(イルメナイト鉱石)を濃硫酸に溶解させ、不純物である鉄分を硫酸鉄(FeSO)として分離し、一度オキシ硫酸チタン(TiOSO)にする。これを加水分解するとオキシ水酸化チタン(TiO(OH))となり沈殿する。この沈殿物を洗浄・乾燥し、焼成することによって酸化チタン粒子を得る。例えば、前述の酸化チタンST−01(石原産業社製)は硫酸法により作製できる。 Typical methods for producing titanium oxide particles include a chlorine method and a sulfuric acid method. In the chlorine method, raw materials (ilmenite ore) are reacted with coke and chlorine to form gaseous titanium tetrachloride. Titanium oxide particles are obtained by cooling gaseous titanium tetrachloride to a liquid state and then reacting with oxygen at a high temperature to separate chlorine gas. For example, the above-described titanium oxide P90 (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) and P25 (manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd.) can be produced by the chlorine method. On the other hand, in the sulfuric acid method, a raw material (ilmenite ore) is dissolved in concentrated sulfuric acid, and iron as an impurity is separated as iron sulfate (FeSO 4 ), and once converted to titanium oxysulfate (TiOSO 4 ). When this is hydrolyzed, it becomes titanium oxyhydroxide (TiO (OH) 2 ) and precipitates. The precipitate is washed, dried and fired to obtain titanium oxide particles. For example, the above-described titanium oxide ST-01 (manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd.) can be produced by a sulfuric acid method.

酸化チタンの結晶型は、アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型がある。酸化チタンの結晶型はアナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型により、格子定数、強度および面指数が異なるため、X線回折測定により同定することできる。   Crystal forms of titanium oxide include anatase type, rutile type, and brookite type. The crystal form of titanium oxide can be identified by X-ray diffraction measurement because the lattice constant, strength, and plane index differ depending on the anatase type, rutile type, and brookite type.

本実施形態の酸化チタン粒子は、アナターゼ型が好適であり、アナターゼ型酸化チタン粒子を含む。酸化チタン粒子を含有する層の酸化チタン粒子のうち、電子を発生し易いアナターゼ型酸化チタン粒子が、30質量%以上含まれることが好ましく、60質量%以上含まれることがより好ましく、80質量%以上含まれることがさらに好ましく、90質量%以上含まれることが極めて好ましく、100質量%含まれることが最も好ましい。   The titanium oxide particles of this embodiment are preferably anatase type and include anatase type titanium oxide particles. Of the titanium oxide particles in the layer containing titanium oxide particles, anatase-type titanium oxide particles that easily generate electrons are preferably contained in an amount of 30% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, and more preferably 80% by mass. More preferably, it is contained more than 90% by mass, most preferably 100% by mass.

酸化チタン粒子を含有する層に対するX線回折スペクトルにおいて、主要ピークの半値幅は同層の結晶性を表す尺度である。酸化チタン粒子を含有する層に対するX線回折測定を行った場合、アナターゼ型酸化チタン粒子が用いられていれば回折角2θ=24〜26°にアナターゼの主要ピークである(101)面の回折ピークが現れる。主要ピークから半値幅を測定できる。酸化チタンの結晶性を示すX線回折から得られる半値幅は、酸化チタン粒子内のキャリア輸送の観点から5.0°以下が好ましく、2.0°以下がより好ましく、1.5°以下がさらに好ましい。また酸化チタンを含有する膜の結晶性が高すぎることで、光電変換特性が悪くなるため、半値幅は0.2°以上が好ましく、0.3°以上がより好ましく、0.4°以上がさらに好ましく、0.5°以上が極めて好ましく、0.6°以上が特に好ましい。   In the X-ray diffraction spectrum for the layer containing titanium oxide particles, the half width of the main peak is a measure representing the crystallinity of the same layer. When X-ray diffraction measurement is performed on a layer containing titanium oxide particles, if anatase-type titanium oxide particles are used, a diffraction peak of (101) plane which is a main peak of anatase at a diffraction angle 2θ = 24 to 26 °. Appears. The full width at half maximum can be measured from the main peak. The half width obtained from X-ray diffraction showing the crystallinity of titanium oxide is preferably 5.0 ° or less, more preferably 2.0 ° or less, and more preferably 1.5 ° or less from the viewpoint of carrier transport in the titanium oxide particles. Further preferred. Moreover, since the photoelectric conversion characteristics are deteriorated because the crystallinity of the film containing titanium oxide is too high, the half width is preferably 0.2 ° or more, more preferably 0.3 ° or more, and 0.4 ° or more. More preferably, 0.5 ° or more is very preferable, and 0.6 ° or more is particularly preferable.

酸化チタンを含有する層は酸化チタン粒子単体の他に、1種類以上の材料を混合しても良い。具体的には、半導体もしくは絶縁体が挙げられる。   The layer containing titanium oxide may be mixed with one or more materials in addition to the titanium oxide particles alone. Specifically, a semiconductor or an insulator can be given.

一般汎用性樹脂は、具体的には、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、アクリロニトリル‐ブタジエン‐スチレン樹脂(ABS樹脂)、ポリアミド、ポリアセタール、ポリカーボネート、ポリエステル、環状ポリオレフィン、ポリサルフォンが挙げられる。   Specifically, general-purpose resins include epoxy resin, acrylic resin, phenol resin, melamine resin, urea resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, polyurethane, polyimide, polyethylene, polypropylene, polyvinyl chloride, polystyrene, and polyacetic acid. Examples thereof include vinyl, polytetrafluoroethylene, acrylonitrile-butadiene-styrene resin (ABS resin), polyamide, polyacetal, polycarbonate, polyester, cyclic polyolefin, and polysulfone.

界面活性剤は、ア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、ノニオン性界面活性剤が挙げられる。具体的には、アニオン性界面活性剤としては、脂肪酸ナトリウム、モノアルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、モノアルキルリン酸塩が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルメチルアンモニウム塩、が挙げられる。両性界面活性剤としては、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシベタインが挙げられる。ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、脂肪酸ソルビタンエステル、アルキルポリグリコシド、脂肪酸時エタノールアミド、アルキルモノグリセリルエーテルが挙げられる。   Examples of the surfactant include an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, and a nonionic surfactant. Specifically, examples of the anionic surfactant include fatty acid sodium, monoalkyl sulfate, alkyl benzene sulfonate, and monoalkyl phosphate. Examples of the cationic surfactant include alkyltrimethylammonium salts, dialkyldimethylammonium salts, and alkylbenzylmethylammonium salts. Examples of amphoteric surfactants include alkyl dimethylamine oxide and alkyl carboxybetaine. Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, fatty acid sorbitan ester, alkyl polyglycoside, fatty acid ethanolamide, and alkyl monoglyceryl ether.

半導体としてはn型半導体が挙げられ、具体的には例えば、アモルファスシリコン、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、酸化チタン粒子、酸化亜鉛粒子、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム、酸化スズ、IGZO等の金属酸化物粒子、n型有機半導体が挙げられる。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型半導体として、透明性、移動度の観点から金属酸化物が好ましい。 Examples of the semiconductor include an n-type semiconductor. Specifically, for example, metal oxide such as amorphous silicon, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO), indium / gallium / zinc oxide (IGZO), etc. Examples thereof include a layer made of a material, a layer made of silicon particles, titanium oxide particles, zinc oxide particles, indium tin oxide (ITO), metal oxide particles such as indium oxide, tin oxide, and IGZO, and 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. As the n-type semiconductor, a metal oxide is preferable from the viewpoint of transparency and mobility.

絶縁体としては、ケイ酸カルシウム、チタン酸バリウム、ビスマスシリケート、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、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。 Insulators include calcium silicate, barium titanate, bismuth silicate, bakelite, pyrex (registered trademark), petrolatum, mica, copper chloride, copper oxide, copper sulfate, iron oxide, potassium chlorate, potassium bromide, fluoride Examples thereof include lithium, silicon oxide, magnesium oxide, calcium fluoride, zinc sulfide, NaI, NaF, NaClO 3 and NaSO 4 .

また、上記のほかに、チタン酸ジルコン酸鉛、チタン酸バリウム、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, lead zirconate titanate, barium titanate, strontium titanate, calcium titanate, barium strontium titanate, or the like, or a composite oxide thereof as a main component, and Ba site 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.

なお、酸化チタンを含有する層は、リーク防止とキャリア輸送の関係から、その厚みは0.01μm以上、10μm以下が好ましく、0.03μm以上、7μm以下がより好ましく、0.05μm以上、5μm以下がさらに好ましい。   The thickness of the titanium oxide-containing layer is preferably 0.01 μm or more and 10 μm or less, more preferably 0.03 μm or more and 7 μm or less, and more preferably 0.05 μm or more and 5 μm or less from the viewpoint of leakage prevention and carrier transport. Is more preferable.

半導体層(シリコンを含有する層及び酸化チタン粒子を含有する層)の層厚は断面のTEM観察で測定される。   The layer thickness of the semiconductor layer (a layer containing silicon and a layer containing titanium oxide particles) is measured by TEM observation of a cross section.

本実施形態において、酸化チタン粒子を含有する層は、酸化チタン粒子が密に詰まることにより直列抵抗が低減されるという観点から、酸化チタン粒子を含有する層の層密度は0.4g/cm以上が好ましく、0.5g/cm以上がより好ましく、0.6g/cm以上がさらに好ましく、0.7g/cm以上が極めて好ましく、0.8g/cm以上が特に好ましい。また、柔軟性の観点から、層密度の上限は、4.3g/cm以下が好ましく、3.0g/cm以下がより好ましく、2.5g/cm以下がさらに好ましく、2.0g/cm以下が極めて好ましい。ここで、層密度とは、半導体層を形成する酸化チタン粒子の充填の度合を示すパラメータである。 In the present embodiment, the layer containing the titanium oxide particles has a layer density of 0.4 g / cm 3 from the viewpoint that the series resistance is reduced by dense packing of the titanium oxide particles. The above is preferable, 0.5 g / cm 3 or more is more preferable, 0.6 g / cm 3 or more is further preferable, 0.7 g / cm 3 or more is extremely preferable, and 0.8 g / cm 3 or more is particularly preferable. From the viewpoint of flexibility, the upper limit of the layer density is preferably 4.3 g / cm 3 or less, more preferably 3.0 g / cm 3, more preferably 2.5 g / cm 3 or less, 2.0 g / A cm 3 or less is very preferable. Here, the layer density is a parameter indicating the degree of filling of the titanium oxide particles forming the semiconductor layer.

本実施形態では、酸化チタン粒子を含有する層を形成する工程において、熱処理温度が低く、粒子が焼結しない温度であることに特長がある。これにより、層密度が低く、粒子の形態が保持された膜となるため、柔軟性が付与される。プロセス温度は、酸化チタン粒子が焼結せず、さらに低コストにつながる点から、300℃以下が好ましく、250℃以下がより好ましく、200℃以下がさらに好ましく、50℃以下が極めて好ましく、30℃以下が特に好ましい。また、乾燥の効率の観点から10℃以上が好ましく、20℃以上がより好ましい。   The present embodiment is characterized in that in the step of forming the layer containing titanium oxide particles, the heat treatment temperature is low and the particles are not sintered. Thereby, since it becomes a film | membrane with a low layer density and the form of particle | grains hold | maintained, a softness | flexibility is provided. The process temperature is preferably 300 ° C. or less, more preferably 250 ° C. or less, further preferably 200 ° C. or less, extremely preferably 50 ° C. or less, and 30 ° C., because the titanium oxide particles are not sintered and lead to lower costs. The following are particularly preferred: Moreover, 10 degreeC or more is preferable from a viewpoint of the efficiency of drying, and 20 degreeC or more is more preferable.

本実施形態では、シリコンを含有する層が光吸収を担うため、酸化チタン粒子を含有する層の光透過性は高いことが好ましく、波長550nmの光に対する透過率が70%以上、100%未満が好ましく、75%以上、100%未満が好ましく、80%以上、100%未満がより好ましい。ここで、透過率とは、酸化チタン粒子を含有する層が光の透過を阻害せずにシリコンへ光を届けることができるかどうかの度合を示すパラメータであり、分光光度計を用いて測定することができる。   In this embodiment, since the layer containing silicon is responsible for light absorption, the layer containing titanium oxide particles preferably has high light transmittance, and the transmittance for light with a wavelength of 550 nm is 70% or more and less than 100%. Preferably, 75% or more and less than 100% are preferable, and 80% or more and less than 100% are more preferable. Here, the transmittance is a parameter indicating the degree of whether or not the layer containing titanium oxide particles can deliver light to silicon without hindering light transmission, and is measured using a spectrophotometer. be able to.

酸化チタン粒子を含有する層を形成する方法としては、酸化チタン粒子を水又は有機溶媒に分散させたり、金属アルコキシドを加水分解することにより得られるゾルに界面活性剤などを添加して塗布液(分散液)を調製し、それを基体に塗布し加熱乾燥する等の方法がある。   As a method for forming a layer containing titanium oxide particles, a coating solution (for example, a surfactant obtained by dispersing titanium oxide particles in water or an organic solvent or hydrolyzing a metal alkoxide is added. There is a method of preparing a dispersion), applying it to a substrate, and drying by heating.

本実施形態に係る酸化チタン粒子を含有する層の製造方法は、所定の基材(電極又はシリコン基板)上に、pHが0.5〜10.0に調整されておりかつ酸化チタン粒子が分散した分散液を塗布する塗布工程と、分散液が塗布された基材を、10℃以上300℃以下の温度で処理し、基材上に酸化チタン粒子を含有する層を形成する処理工程と、を備えるものであり、焼結工程を必要としないことを特徴としている。焼成工程を不要にすることで、酸化チタン粒子を含有する層に柔軟性を付与でき、さらに処理工程が低温になることで、汎用樹脂を使用でき、さらに塗布プロセスを採用することができる。   In the method for producing a layer containing titanium oxide particles according to the present embodiment, the pH is adjusted to 0.5 to 10.0 and the titanium oxide particles are dispersed on a predetermined base material (electrode or silicon substrate). A coating step of coating the dispersion, a treatment step of treating the substrate coated with the dispersion at a temperature of 10 ° C. or more and 300 ° C. or less, and forming a layer containing titanium oxide particles on the substrate; It is characterized by not having a sintering process. By eliminating the firing step, flexibility can be imparted to the layer containing the titanium oxide particles, and when the treatment step is at a low temperature, a general-purpose resin can be used and a coating process can be employed.

上記分散液における酸化チタン粒子の使用量は、好ましくは5〜50質量%、より好ましくは10〜40質量%である。   The amount of titanium oxide particles used in the dispersion is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 40% by mass.

(酸化チタン粒子分散液)
本実施形態の酸化チタン粒子分散液は、前記酸化チタン粒子とpH0.5〜10.0に調整した分散媒からなることが好ましい。また分散液には界面活性剤や添加剤を加えることができる。
(Titanium oxide particle dispersion)
It is preferable that the titanium oxide particle dispersion liquid of this embodiment consists of the said titanium oxide particle and the dispersion medium adjusted to pH 0.5-10.0. Further, a surfactant or an additive can be added to the dispersion.

分散媒としては、水、ペンタン、ヘキサン、ペプタン、オクタン、ノナン、デカン、2−メチルヘキサン、デカリン、テトラリン、メタノール、エタノール、n−プロパノール、2−プロパノール、n−ブタノール、t−ブタノール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、エチレングリコールモノメチルエーテル、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ブチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテル、エチレングリコールモノ2−エチルヘキシルエーテル、プロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールn−ブチルエーテル、トリプロピレングリコールn−ブチルエーテル、ジプロピレングリコールメチルエーテル、トリプロピレングリコールメチルエーテル、グリセリンアセトン、メチルエチルケトン等のケトン類、ベンゼン、キシレン、トルエン、フェノール、アニリン、ジフェニルエーテルなどの芳香族類、ジメチルスルホキシド、ジメチルホルムアミド、アセトニトリル、メチルアセテート、テトラヒドロフラン、乳酸ブチル、N−メチルピロリドン等が挙げられる。またこれらを混合して用いることも可能である。   As a dispersion medium, water, pentane, hexane, peptane, octane, nonane, decane, 2-methylhexane, decalin, tetralin, methanol, ethanol, n-propanol, 2-propanol, n-butanol, t-butanol, ethylene glycol , Diethylene glycol, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol diethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether, ethylene glycol mono 2-ethylhexyl ether, propylene glycol n-butyl ether, dipropylene glycol n- Butyl ether, tripropylene glycol n-butyl ether, dipropy Ketones such as N-glycol methyl ether, tripropylene glycol methyl ether, glycerin acetone, methyl ethyl ketone, aromatics such as benzene, xylene, toluene, phenol, aniline, diphenyl ether, dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, acetonitrile, methyl acetate, tetrahydrofuran, Examples include butyl lactate and N-methylpyrrolidone. It is also possible to use a mixture of these.

界面活性剤としては、ア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、ノニオン性界面活性剤が挙げられる。具体的には、アニオン性界面活性剤としては、脂肪酸ナトリウム、モノアルキル硫酸塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、モノアルキルリン酸塩が挙げられる。カチオン性界面活性剤としては、アルキルトリメチルアンモニウム塩、ジアルキルジメチルアンモニウム塩、アルキルベンジルメチルアンモニウム塩、が挙げられる。両性界面活性剤としては、アルキルジメチルアミンオキシド、アルキルカルボキシベタインが挙げられる。ノニオン性界面活性剤としては、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、脂肪酸ソルビタンエステル、アルキルポリグリコシド、脂肪酸時エタノールアミド、アルキルモノグリセリルエーテルが挙げられる。   Examples of the surfactant include an anionic surfactant, a cationic surfactant, an amphoteric surfactant, and a nonionic surfactant. Specifically, examples of the anionic surfactant include fatty acid sodium, monoalkyl sulfate, alkyl benzene sulfonate, and monoalkyl phosphate. Examples of the cationic surfactant include alkyltrimethylammonium salts, dialkyldimethylammonium salts, and alkylbenzylmethylammonium salts. Examples of amphoteric surfactants include alkyl dimethylamine oxide and alkyl carboxybetaine. Examples of the nonionic surfactant include polyoxyethylene alkyl ether, fatty acid sorbitan ester, alkyl polyglycoside, fatty acid ethanolamide, and alkyl monoglyceryl ether.

添加剤としては、塩酸、硫酸、ギ酸のような酸やアンモニア、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムといったアルカリを添加することができる。   As additives, acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid and formic acid, and alkalis such as ammonia, sodium hydroxide and potassium hydroxide can be added.

本実施形態で用いる酸化チタン粒子の平均粒子径としては、成膜性の観点から0.5nm以上が好ましく、1nm以上がより好ましく、3nm以上がさらに好ましい。また、酸化チタン粒子を含有する層が緻密に充填されることで、リークを抑制し、キャリア輸送が向上するため、前記平均粒子径は50nm以下が好ましく、30nm以下がより好ましく、20nm以下がさらに好ましく、15nm以下が極めて好ましい。   The average particle diameter of the titanium oxide particles used in the present embodiment is preferably 0.5 nm or more, more preferably 1 nm or more, and further preferably 3 nm or more from the viewpoint of film formability. In addition, since the layer containing titanium oxide particles is densely packed to suppress leakage and improve carrier transport, the average particle size is preferably 50 nm or less, more preferably 30 nm or less, and further preferably 20 nm or less. Preferably, 15 nm or less is very preferable.

<太陽電池>
本実施形態の太陽電池は、前記シリコンを含有する層と前記酸化チタンを含有する層と、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前記シリコンを含有する層と前記酸化チタンを含有する層との接合は、p−p接合及びn−n接合であっても良いが、好ましくはp−n接合型である。なお、この2種類の半導体層の間に異種材料を加えても良い。
<Solar cell>
The solar cell of this embodiment includes the layer containing silicon, the layer containing titanium oxide, an electrode, and a substrate, and generates electricity by light. The junction between the silicon-containing layer and the titanium oxide-containing layer constituting the solar cell may be a pp junction or an nn junction, but is preferably a pn junction type. A different material may be added between the two types of semiconductor layers.

例1として、図1に示す太陽電池100は、基板110の上に、陽極層120、シリコンを含有する層(p型半導体層)130、酸化チタン粒子を含有する層(n型半導体層)140、及び陰極層150を備える。各層をさらに細分化し複数層を設けることも可能である。例えば、層130と層120との間にホール取り出し層(図示せず)を設けることもできる。また、層140と層150の間に電子取出し層(図示せず)を設けることもできる。また、層130と層140との間に、光吸収層(図示せず)を設けることもできる。また、層130と層140は互いに混ざったバルクへテロ構造となってもよい。層120又は層150のどちらか一方が透明であることが好ましい。また、基板110は層150側にあってもよく、層120側及び層150側の両方にあってもよい。層150については透明であることが好ましい。   As an example 1, a solar cell 100 shown in FIG. 1 includes an anode layer 120, a layer containing silicon (p-type semiconductor layer) 130, and a layer containing titanium oxide particles (n-type semiconductor layer) 140 on a substrate 110. , And a cathode layer 150. Each layer can be further subdivided to provide a plurality of layers. For example, a hole extraction layer (not shown) can be provided between the layer 130 and the layer 120. Further, an electron extraction layer (not shown) can be provided between the layer 140 and the layer 150. Further, a light absorption layer (not shown) can be provided between the layer 130 and the layer 140. Further, the layer 130 and the layer 140 may have a bulk heterostructure mixed with each other. It is preferable that either the layer 120 or the layer 150 is transparent. The substrate 110 may be on the layer 150 side, or may be on both the layer 120 side and the layer 150 side. The layer 150 is preferably transparent.

本実施形態の太陽電池の構成は、上記の図1に示した構造を2つ以上直列に積み上げたタンデム構造であってもよい。   The configuration of the solar cell of this embodiment may be a tandem structure in which two or more structures shown in FIG. 1 are stacked in series.

上記の基板としては、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)、PP(ポリプロピレン)等プラスチックの基板、アルミ基板、ステンレス(SUS)基板、紙基板などの通常用いられるあらゆる基板が使用できる。   As the substrate, any commonly used substrate such as a glass substrate, a plastic substrate such as PET (polyethylene terephthalate), PC (polycarbonate), PP (polypropylene), an aluminum substrate, a stainless steel (SUS) substrate, and a paper substrate can be used. .

陰極(層)としては、アルミニウム、SUS、金、銀、インジウムとガリウムの合金、ITO(酸化インジウムスズ)、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛等の通常使用される金属又は金属酸化物が使用できる。また、導電性高分子、グラフェン等も使用できる。   As cathode (layer), aluminum, SUS, gold, silver, alloy of indium and gallium, ITO (indium tin oxide), FTO (fluorine-doped tin oxide), IZO (indium zinc oxide), zinc oxide, aluminum-doped oxide Commonly used metals or metal oxides such as zinc can be used. Further, a conductive polymer, graphene, or the like can be used.

陽極(層)としては、アルミニウム、SUS、金、銀、インジウムとガリウムの合金、ITO(酸化インジウムスズ)、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、酸化亜鉛、アルミニウムドープ酸化亜鉛等の通常使用される金属又は金属酸化物が使用できる。また、導電性高分子、グラフェン等も使用できる。   As the anode (layer), aluminum, SUS, gold, silver, an alloy of indium and gallium, ITO (indium tin oxide), FTO (fluorine-doped tin oxide), IZO (indium zinc oxide), zinc oxide, aluminum-doped oxide Commonly used metals or metal oxides such as zinc can be used. Further, a conductive polymer, graphene, or the like can be used.

なお、基板、陰極層及び陽極層の厚さは特に制限されないが、それぞれ基板は0.1mm〜100mm、陰極層は0.01μm〜1000μm及び陽極層は0.01μm〜1000μm程度とすることができる。   The thickness of the substrate, the cathode layer, and the anode layer is not particularly limited, but the substrate can be 0.1 mm to 100 mm, the cathode layer can be 0.01 μm to 1000 μm, and the anode layer can be about 0.01 μm to 1000 μm. .

酸化チタン粒子を含有する層の上にさらに電極(図1の陰極層)を備える太陽電池において、電子の取出しを効率的に行うという観点から、酸化チタン粒子を含有する層と電極との面接触率が20%以上であることが好ましい。ここで、面接触率は、例えば、断面のTEM解析を行うことで、酸化チタン粒子を含有する層と電極が2次元的にどれだけ接しているかがわかる。ここで得られた割合を面接触率とする。上記と同様の観点から、この面接触率は、20%以上であることがより好ましく、30%以上であることがさらに好ましい。なお、面接触率の上限は100%以下である。   In a solar cell further provided with an electrode (cathode layer in FIG. 1) on a layer containing titanium oxide particles, surface contact between the layer containing titanium oxide particles and the electrode from the viewpoint of efficiently extracting electrons. The rate is preferably 20% or more. Here, the surface contact rate can be determined, for example, by how much the layer containing the titanium oxide particles and the electrode are in two-dimensional contact by performing a TEM analysis of a cross section. Let the ratio obtained here be a surface contact rate. From the same viewpoint as described above, the surface contact ratio is more preferably 20% or more, and further preferably 30% or more. The upper limit of the surface contact rate is 100% or less.

<酸化チタンを含有する層を備えた太陽電池の製造方法>
本実施形態の酸化チタンを含有する層を備えた太陽電池の製造方法の一例を以下に示す。当該製造方法は、電極又はシリコン基板上に、pHが0.5〜10.0でありかつ酸化チタン粒子が分散した分散液を塗布する塗布工程と、分散液が塗布された電極又はシリコン基板を10℃以上300℃以下の温度で処理し、電極又はシリコン基板上に酸化チタン粒子を含有する層を形成する処理工程と、を備える。なお、形成された酸化チタン粒子を含有する層に対するX線回折スペクトルにおいて、回折角2θ=24〜26°に現れる回折ピークの半値幅が0.2°以上5.0°以下である。
<Method for producing solar cell including a layer containing titanium oxide>
An example of the manufacturing method of the solar cell provided with the layer containing the titanium oxide of this embodiment is shown below. The manufacturing method includes an application step of applying a dispersion liquid having a pH of 0.5 to 10.0 and titanium oxide particles dispersed on an electrode or a silicon substrate, and an electrode or silicon substrate coated with the dispersion liquid. Treatment at a temperature of 10 ° C. or higher and 300 ° C. or lower to form a layer containing titanium oxide particles on the electrode or silicon substrate. In the X-ray diffraction spectrum for the layer containing the formed titanium oxide particles, the half width of the diffraction peak appearing at the diffraction angle 2θ = 24 to 26 ° is 0.2 ° or more and 5.0 ° or less.

なお、上述のとおり、分散液における酸化チタン粒子の使用量は、好ましくは5〜50質量%、より好ましくは10〜40質量%であるが、この際、酸化チタン粒子はアナターゼ型酸化チタン粒子であることが好ましく、また、酸化チタン粒子の平均粒子径が0.5nm以上50nm以下であることが好ましい。さらに、分散液のpHは液の保存安定性という観点から、0.5〜5.0であることが好ましく、0.5〜3.0がより好ましい。一方、層形成時の不純物を極力低減するという観点から、分散液のpHは5.0〜10.0であることが好ましく、5.0〜9.0であることがより好ましく、5.5〜8.0であることがさらに好ましい。   As described above, the amount of titanium oxide particles used in the dispersion is preferably 5 to 50% by mass, more preferably 10 to 40% by mass. In this case, the titanium oxide particles are anatase type titanium oxide particles. It is preferable that the average particle diameter of the titanium oxide particles is 0.5 nm or more and 50 nm or less. Furthermore, the pH of the dispersion is preferably from 0.5 to 5.0, more preferably from 0.5 to 3.0, from the viewpoint of storage stability of the liquid. On the other hand, from the viewpoint of reducing impurities during layer formation as much as possible, the pH of the dispersion is preferably 5.0 to 10.0, more preferably 5.0 to 9.0, and 5.5. More preferably, it is -8.0.

その後、前記シリコンを含有する層と上記のとおり得られた酸化チタン粒子を含有する層を積層、または貼り合せることにより、太陽電池を容易に得ることができる。なお、この2種類の半導体層の間に異種材料を加えても良い。   Then, a solar cell can be easily obtained by laminating or bonding the layer containing silicon and the layer containing titanium oxide particles obtained as described above. A different material may be added between the two types of semiconductor layers.

(塗布工程)
本実施形態の塗布工程とは、電極又はシリコン基板上に、pHが0.5〜10.0でありかつ酸化チタン粒子が分散した分散液を塗布する工程、である。
(Coating process)
The application process of this embodiment is a process of applying a dispersion having a pH of 0.5 to 10.0 and dispersed with titanium oxide particles on an electrode or a silicon substrate.

特に本実施形態の酸化チタン粒子を含有する層は、酸化チタン粒子を主として含有する分散液を用いて、例えば、ディッピング、ドクターブレード、スピンコート、刷毛塗り、スプレー塗装、ロールコーター等の各種塗布法等の方法により膜状(厚膜状および薄膜状)に形成される。   In particular, the layer containing titanium oxide particles according to the present embodiment uses various dispersion methods such as dipping, doctor blade, spin coating, brush coating, spray coating, and roll coater, using a dispersion mainly containing titanium oxide particles. It is formed into a film shape (thick film shape and thin film shape) by such a method.

前記塗布法によれば、その操作は、極めて簡単であり、かつ、大掛かりな装置も必要としないので、酸化チタン膜および太陽電池の製造コストの削減、製造時間の短縮に有利である。また、前記塗布法によれば、例えばマスキング等を用いることにより、所望のパターン形状の酸化チタン膜を容易に得ることができる。   According to the coating method, the operation is extremely simple and does not require a large-scale apparatus, which is advantageous in reducing the manufacturing cost and the manufacturing time of the titanium oxide film and the solar cell. Further, according to the coating method, a titanium oxide film having a desired pattern shape can be easily obtained by using, for example, masking.

(処理工程)
本発明の処理工程(製膜工程)とは、分散液の塗布後、ホットプレートやオーブンなどの装置を用いて加熱したり(熱処理)、あるいは常温程度の温度にて所定時間放置をしたりすることで、分散液を乾燥し、酸化チタン粒子を含有する層を形成する工程、である。処理温度は、プロセス温度低下によるコスト低減の観点から、300℃以下が好ましく、250℃以下がより好ましく、200℃以下がさらに好ましく、50℃以下が極めて好ましく、30℃以下が特に好ましい。また、乾燥の効率の観点から10℃以上が好ましく、20℃以上がより好ましい。
(Processing process)
The treatment process (film-forming process) of the present invention is to apply a dispersion liquid and then heat it using an apparatus such as a hot plate or an oven (heat treatment) or leave it at a temperature of about room temperature for a predetermined time. This is a step of drying the dispersion to form a layer containing titanium oxide particles. The treatment temperature is preferably 300 ° C. or less, more preferably 250 ° C. or less, further preferably 200 ° C. or less, extremely preferably 50 ° C. or less, and particularly preferably 30 ° C. or less, from the viewpoint of cost reduction due to a decrease in process temperature. Moreover, 10 degreeC or more is preferable from a viewpoint of the efficiency of drying, and 20 degreeC or more is more preferable.

(素子形成工程)
本実施形態の太陽電池の製造方法は、例えば、電極を備える基板上に、シリコンを含有する層を形成し、シリコンを含有する層(半導体層)付き基板を得る工程と、電極を備える基板上に酸化チタン粒子を含有する層を形成し、酸化チタン粒子を含有する層(半導体層)付き基板を得る工程と、これらの基板を、半導体層同士が対向するようにして貼り合わせる工程と、を備える。前述の貼り合せた半導体層を図2に示すような治具で挟み込み、固定する。また、シリコンウエハ上に直接酸化チタン粒子分散液を塗布し、酸化チタン粒子層を形成後、ITOなどの透明電極を形成する方法が好ましい。この製法では加熱工程が不要で、低コストな製造方法となりうる。
(Element formation process)
The method for manufacturing a solar cell according to the present embodiment includes, for example, a step of forming a layer containing silicon on a substrate including an electrode to obtain a substrate with a layer (semiconductor layer) including silicon, and a substrate including the electrode. Forming a layer containing titanium oxide particles on the substrate, obtaining a substrate with a layer (semiconductor layer) containing titanium oxide particles, and bonding these substrates so that the semiconductor layers face each other. Prepare. The above-mentioned bonded semiconductor layer is sandwiched with a jig as shown in FIG. 2 and fixed. Also preferred is a method of forming a transparent electrode such as ITO after applying a titanium oxide particle dispersion directly on a silicon wafer to form a titanium oxide particle layer. This manufacturing method does not require a heating step and can be a low-cost manufacturing method.

なお、本実施形態においては、シリコンを含有する層の上に酸化チタン粒子を含有する層を形成し、さらにその上に電極を形成して、太陽電池を作製してもよい。   In the present embodiment, a solar cell may be manufactured by forming a layer containing titanium oxide particles on a layer containing silicon and further forming an electrode thereon.

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、23℃、湿度45%の条件で評価を行った。後述する各実施例及び比較例に対する評価結果は、まとめて表1に示す。
[Evaluation method]
Hereinafter, unless otherwise specified, evaluation was performed under the conditions of 23 ° C. and humidity 45%. The evaluation results for each of the examples and comparative examples described later are shown together in Table 1.

(1)平均粒子径
平均粒子径は、透過型電子顕微鏡(TEM)HF−2000(株式会社日立製作所社製)を用いて測定した。具体的な測定方法として、酸化チタン分散液TKS201(アナターゼタイプ、テイカ社製、固形分33質量%)を例にとり、説明する。まず、酸化チタン分散液を2000倍まで希釈し、この希薄分散液を超音波分散させ、メッシュに浸み込ませたものを凍結乾燥させ、TEM測定用試料とした。この酸化チタンのTEM測定用試料をTEMで570000倍まで拡大し、観察した。得られた粒子画像のPixel数を算出し、そのPixel数から以下の式により各粒子を真円と換算した直径を算出した。
真円換算半径=(Pixel数/π)
真円換算直径=真円換算半径×0.22×2
(1) Average particle diameter The average particle diameter was measured using a transmission electron microscope (TEM) HF-2000 (manufactured by Hitachi, Ltd.). As a specific measurement method, a titanium oxide dispersion TKS201 (anatase type, manufactured by Teika Co., Ltd., solid content: 33% by mass) will be described as an example. First, the titanium oxide dispersion was diluted to 2000 times, this diluted dispersion was ultrasonically dispersed, and the soaked mesh was freeze-dried to obtain a sample for TEM measurement. This titanium oxide sample for TEM measurement was magnified up to 570000 times by TEM and observed. The Pixel number of the obtained particle image was calculated, and the diameter of each particle converted into a perfect circle was calculated from the Pixel number by the following formula.
Radius converted to perfect circle = (Pixel number / π) 2
Full circle equivalent diameter = true circle equivalent radius x 0.22 x 2

上記の方法で合計100点(現状の点数)の粒子の真円換算直径を測定し、その平均値を、平均粒子径とした。   The total circle equivalent diameter of 100 points (current number of points) of particles was measured by the above method, and the average value was defined as the average particle size.

(2)X線半値幅
X線回折による半値幅は、CuKα線をX線源とするX線回折装置(XRD)RINT−2500(株式会社リガク社製)を用いて測定した。測定用の酸化チタン粒子を含有する層は、石英基板に素子作製時と同じ条件で基板に塗工し作製した。半値幅は、酸化チタン粒子を含有する層をX線回折測定することにより得られ、結晶型がアナターゼ型である酸化チタンの(101)面のピーク(すなわち、2θ=24〜26°(25°付近)に現れるピーク)から測定した。
(2) X-ray half width The half width by X-ray diffraction was measured using an X-ray diffractometer (XRD) RINT-2500 (manufactured by Rigaku Corporation) using CuKα rays as an X-ray source. The layer containing titanium oxide particles for measurement was prepared by applying to a substrate on a quartz substrate under the same conditions as those for device preparation. The full width at half maximum is obtained by X-ray diffraction measurement of a layer containing titanium oxide particles. The peak of the (101) plane of titanium oxide whose crystal type is anatase type (that is, 2θ = 24 to 26 ° (25 ° It was measured from the peak that appears in the vicinity).

(3)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。
(3) 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2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(Jsc)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 (Jsc) is the current density when the voltage is 0, and the open circuit voltage (Voc) is the 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・Jsc)
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 · Jsc)
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

(4)層厚
シリコンを含有する層および酸化チタン粒子を含有する層の層厚は、断面TEMで測定した。測定用のこれらの半導体層は、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か所の層厚を測定し、その平均を計算し、平均層厚とした。
(4) Layer thickness The layer thickness of the layer containing silicon and the layer containing titanium oxide particles was measured by cross-sectional TEM. These semiconductor layers for measurement were prepared by coating on a substrate under the same conditions as in the device preparation. For these layers, the layer thickness was arbitrarily measured at five locations, and the average was calculated as the average layer thickness.

太陽電池を作製後のシリコンからなる層および酸化チタンからなる層の層厚は、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 layer thickness of the layer made of silicon and the layer made of titanium oxide 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点層厚を測定した。合計10点の層厚の平均値を計算し、平均層厚とした。   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. Further, cross-sectional TEM observation was performed at two locations, and the five-point layer thickness was measured at equal intervals per location. The average value of the layer thicknesses of a total of 10 points was calculated and taken as the average layer thickness.

(5)層密度
酸化チタン粒子を含有する層の層密度は次のようにして測定した。まず酸化チタン粒子を含有する層の重量を測定した。次に、前記層の面積および膜厚を計測することで体積を算出した。そして、重量÷体積を行うことで層密度を測定した。なお、酸化チタンからなる層の層厚は前記(4)の方法で計測した。酸化チタン粒子を含有する層の成層面積は定規やノギスで計測した。
(5) Layer density The layer density of the layer containing titanium oxide particles was measured as follows. First, the weight of the layer containing titanium oxide particles was measured. Next, the volume was calculated by measuring the area and film thickness of the layer. The layer density was measured by weight / volume. The layer thickness of the titanium oxide layer was measured by the method (4). The stratified area of the layer containing titanium oxide particles was measured with a ruler or a caliper.

[実施例1]:シリコンウエハを用いたヘテロ接合太陽電池の作製
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6nmの酸化チタン粒子分散液(アナターゼタイプ、テイカ社製、TKS201、固形分33質量%、pH1.0)を用いて、スピンコート法により塗膜を作製した。なお、スピンコート後、120℃、10分間乾燥した後の酸化チタン粒子からなる層の厚みは1150nmであった。また、一方、厚みが500μm、抵抗率3Ωcmのp型シリコン結晶ウエハに対し、後述のフッ酸処理を行った。シリコン結晶ウエハと酸化チタン粒子からなる層をコートしたITO付きPETフィルムを貼りあわせて、積層体を作製した。貼り合わせ時に4mmφの穴をあけた35μm厚のカプトンフィルム(「カプトン」は登録商標)を挟み、穴をあけた部分だけシリコン結晶ウエハと酸化チタン含有薄膜が接するようにした。さらにPET側に2mmφの穴をあけたアルミ蒸着フィルムを貼ることで、マスクとした。この積層体を用いて太陽電池を作製した。前記太陽電池は、図2に記載の治具で固定した。
「フッ酸処理」:前記p型シリコン結晶ウエハをアセトン洗浄してウエハ表面の汚れを除いた後、5%フッ酸溶液に5分間浸漬し超純水で洗浄した。その後、メタノールで洗浄した。洗浄後、ウエハを室温、真空下で1時間乾燥した。
Example 1 Production of Heterojunction Solar Cell Using Silicon Wafer Titanium oxide particle dispersion liquid (anatase type, Teika Co., Ltd.) having an average particle diameter of 6 nm on a PET film with ITO (manufactured by Aldrich, sheet resistance 60Ω / □) Manufactured by TKS201, solid content of 33% by mass, pH 1.0) by spin coating. In addition, the thickness of the layer which consists of a titanium oxide particle after drying for 10 minutes at 120 degreeC after spin coating was 1150 nm. On the other hand, a hydrofluoric acid treatment described later was performed on a p-type silicon crystal wafer having a thickness of 500 μm and a resistivity of 3 Ωcm. A laminated body was prepared by laminating a silicon crystal wafer and a PET film with ITO coated with a layer made of titanium oxide particles. A 35 μm-thick Kapton film (“Kapton” is a registered trademark) having a 4 mmφ hole at the time of bonding was sandwiched, and the silicon crystal wafer and the titanium oxide-containing thin film were in contact with each other only at the holed portion. Furthermore, it was set as the mask by sticking the aluminum vapor deposition film which opened the hole of 2 mmphi on the PET side. A solar cell was fabricated using this laminate. The solar cell was fixed with the jig shown in FIG.
“Hydrofluoric acid treatment”: The p-type silicon crystal wafer was washed with acetone to remove dirt on the wafer surface, immersed in a 5% hydrofluoric acid solution for 5 minutes, and washed with ultrapure water. Thereafter, it was washed with methanol. After cleaning, the wafer was dried at room temperature under vacuum for 1 hour.

[実施例2]:シリコンウエハを用いたヘテロ接合太陽電池の作製
酸化チタン粒子分散液を平均粒子径14nmの酸化チタン粒子分散液(アナターゼタイプ、日本アエロジル社製、VP TiO P90、固形分20質量%、pH1.4)に変更した以外は、実施例1と同様に太陽電池を作製した。
[Example 2]: Production of heterojunction solar cell using silicon wafer Titanium oxide particle dispersion was changed to titanium oxide particle dispersion having an average particle size of 14 nm (anatase type, manufactured by Nippon Aerosil Co., Ltd., VP TiO 2 P90, solid content 20) A solar cell was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the mass was changed to 1.4% by mass.

[実施例3]:シリコンウエハを用いたヘテロ接合太陽電池の作製
酸化チタン粒子分散液を平均粒子径7nmの酸化チタン粒子分散液(アナターゼタイプ、石原産業社製、ST01、固形分20質量%、pH1.1)に変更した以外は、実施例1と同様に太陽電池を作製した。
[Example 3]: Production of heterojunction solar cell using silicon wafer Titanium oxide particle dispersion was converted to titanium oxide particle dispersion having an average particle diameter of 7 nm (anatase type, manufactured by Ishihara Sangyo Co., Ltd., ST01, solid content 20% by mass, A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the pH was changed to 1.1).

[実施例4]:シリコンウエハを用いたヘテロ接合太陽電池の作製
平均粒子径15nmの酸化チタン粒子(AMT400、アナターゼタイプ、テイカ社製)を2メトキシエタノールに分散させ、33質量%の分散液を作製した。その分散液を1.0g分取し、そこに2メトキシエタノール1.58gを追加し、撹拌後分散液Aとした(pH5.6)。分散液Aを1日放置した後、スピンコート直前に10秒間撹拌した。一方、500μm厚み、抵抗率3Ωcmのp型シリコン結晶ウエハをアセトンで5分間超音波洗浄した。さらに5%フッ酸溶液に5分間浸漬後、超純水で洗浄した。洗浄後すぐに分散液Aをシリコンウエハに滴下しスピンコート法(2000rpm、30秒)により酸化チタン薄膜を作製した。作製温度は20℃であった。酸化チタン薄膜の厚みは1900nmであった。
[Example 4]: Production of heterojunction solar cell using silicon wafer Titanium oxide particles having an average particle diameter of 15 nm (AMT400, anatase type, manufactured by Teica) were dispersed in 2 methoxyethanol, and a dispersion of 33% by mass was obtained. Produced. 1.0 g of the dispersion was taken, 1.58 g of 2 methoxyethanol was added thereto, and the mixture was stirred to obtain dispersion A (pH 5.6). The dispersion A was allowed to stand for 1 day and then stirred for 10 seconds immediately before spin coating. On the other hand, a p-type silicon crystal wafer having a thickness of 500 μm and a resistivity of 3 Ωcm was ultrasonically cleaned with acetone for 5 minutes. Further, it was immersed in a 5% hydrofluoric acid solution for 5 minutes and then washed with ultrapure water. Immediately after washing, the dispersion A was dropped on a silicon wafer, and a titanium oxide thin film was produced by spin coating (2000 rpm, 30 seconds). The production temperature was 20 ° C. The thickness of the titanium oxide thin film was 1900 nm.

次に、ITO付きPETフィルム(シート抵抗30Ω/□、ジオマテック社製)をメタノールで洗浄後、酸化チタン含有薄膜側にITO面が接するように貼り合せた。貼り合わせ時に4mmφの穴をあけた35μm厚のカプトンフィルムを挟み、穴をあけた部分だけITOと酸化チタン含有薄膜が接するようにした。さらにPET側に2mmφの穴をあけたアルミ蒸着フィルムを貼ることで、マスクとした。これにより太陽電池を作製した。   Next, a PET film with ITO (sheet resistance 30 Ω / □, manufactured by Geomatic Co., Ltd.) was washed with methanol, and then bonded so that the ITO surface was in contact with the titanium oxide-containing thin film side. A 35 μm-thick Kapton film having a 4 mmφ hole at the time of bonding was sandwiched so that ITO and the titanium oxide-containing thin film were in contact with each other only at the holed portion. Furthermore, it was set as the mask by sticking the aluminum vapor deposition film which opened the hole of 2 mmphi on the PET side. This produced a solar cell.

[実施例5]:シリコンウエハを用いたヘテロ接合太陽電池の作製
平均粒子径30nmの酸化チタン粒子(AMT600、アナターゼタイプ、テイカ社製)を2メトキシエタノールに分散させ、33質量%の分散液Bを作製した。その分散液を1.0g分取し、そこに2メトキシエタノール1.58gを追加し、撹拌後分散液Bとした(pH7.6)。分散液Bを1日放置した後、スピンコート直前に10秒間撹拌した。一方、500μm厚み、抵抗率3Ωcmのp型シリコン結晶ウエハをアセトンで5分間超音波洗浄した。さらに20%フッ化アンモニウム水溶液に20分間浸漬後、超純水で洗浄した。洗浄後すぐに撹拌した分散液Bをシリコンウエハに滴下しスピンコート法(2000rpm、30秒)により酸化チタン薄膜を作製した。作製温度は20℃であった。酸化チタンの厚みは2000nmであった。
[Example 5]: Production of heterojunction solar cell using silicon wafer Titanium oxide particles having an average particle diameter of 30 nm (AMT600, anatase type, manufactured by Teica) were dispersed in 2 methoxyethanol, and 33% by mass of dispersion B Was made. 1.0 g of the dispersion was taken, 1.58 g of 2 methoxyethanol was added thereto, and the mixture was stirred to obtain dispersion B (pH 7.6). Dispersion B was allowed to stand for 1 day and then stirred for 10 seconds immediately before spin coating. On the other hand, a p-type silicon crystal wafer having a thickness of 500 μm and a resistivity of 3 Ωcm was ultrasonically cleaned with acetone for 5 minutes. Furthermore, after being immersed in a 20% aqueous ammonium fluoride solution for 20 minutes, it was washed with ultrapure water. The dispersion B stirred immediately after washing was dropped onto a silicon wafer, and a titanium oxide thin film was produced by spin coating (2000 rpm, 30 seconds). The production temperature was 20 ° C. The thickness of titanium oxide was 2000 nm.

次に、ITO付きPETフィルム(シート抵抗30Ω/□、ジオマテック社製)をメタノールで洗浄後、酸化チタン含有薄膜側にITO面が接するように貼り合せた。貼り合わせ時に4mmφの穴をあけた35μm厚のカプトンフィルムを挟み、穴をあけた部分だけITOと酸化チタン含有薄膜が接するようにした。さらにPET側に2mmφの穴をあけたアルミ蒸着フィルムを貼ることで、マスクとした。これにより太陽電池を作製した。   Next, a PET film with ITO (sheet resistance 30 Ω / □, manufactured by Geomatic Co., Ltd.) was washed with methanol, and then bonded so that the ITO surface was in contact with the titanium oxide-containing thin film side. A 35 μm-thick Kapton film having a 4 mmφ hole at the time of bonding was sandwiched so that ITO and the titanium oxide-containing thin film were in contact with each other only at the holed portion. Furthermore, it was set as the mask by sticking the aluminum vapor deposition film which opened the hole of 2 mmphi on the PET side. This produced a solar cell.

[比較例1]:シリコンウエハを用いたヘテロ接合太陽電池の作製
酸化チタン粒子分散液を平均粒子径15nmの酸化チタン粒子分散液(ルチルタイプ、テイカ社製、MT−150A、固形分20質量%、pH1.3)に変更した以外は、実施例1と同様に太陽電池4を作製した。
[Comparative Example 1]: Production of heterojunction solar cell using silicon wafer Titanium oxide particle dispersion was changed to a titanium oxide particle dispersion having an average particle size of 15 nm (rutile type, MT-150A, manufactured by Teica Co., Ltd., solid content of 20% by mass). A solar cell 4 was produced in the same manner as in Example 1 except that the pH was changed to 1.3).

[比較例2]:シリコンウエハを用いたヘテロ接合太陽電池の作製
厚みが500μm、抵抗率3Ωcmの前記フッ酸処理を施したp型シリコン結晶ウエハに酸化チタンからなる層をスパッタ成膜(基板温度100℃)により作製した。酸化チタンからなる層の厚みは100nmであった。スパッタ成膜した酸化チタン層の上にITOをスパッタ成膜することで積層体を作製した。貼り合わせ時に4mmφの穴をあけた35μm厚のカプトンフィルムを挟み、貼り合せた。4mmφの穴をあけた部分だけITOと酸化チタン含有薄膜が接するようにした。さらにPET側にマスクとして2mmφの穴をあけたアルミ蒸着フィルムをはることで、マスクとした。この積層体を用いて太陽電池4を作製した。
[Comparative Example 2]: Fabrication of heterojunction solar cell using silicon wafer A layer made of titanium oxide was formed by sputtering on a p-type silicon crystal wafer having a thickness of 500 μm and a resistivity of 3 Ωcm and subjected to the hydrofluoric acid treatment (substrate temperature) 100 ° C.). The thickness of the layer made of titanium oxide was 100 nm. A laminate was prepared by sputtering ITO on the titanium oxide layer formed by sputtering. A 35 μm-thick Kapton film having a 4 mmφ hole at the time of bonding was sandwiched and bonded. The ITO and the titanium oxide-containing thin film were in contact with each other only at a portion where a 4 mmφ hole was formed. Furthermore, it was set as the mask by sticking the aluminum vapor deposition film which opened the hole of 2 mmphi as a mask on the PET side. A solar cell 4 was produced using this laminate.

[太陽電池特性評価]
実施例1〜5と比較例1〜2の太陽電池の評価結果を表1に示す。実施例1〜5と比較例1〜2のセル構造は概ね図1に相当する構造である。上記太陽電池のI−V特性は、太陽電池に対し1sunの光量があたるように調整し測定した。また、実施例、比較例ともにシリコン結晶ウエハ側にはインジウム及びガリウム合金ペーストを用いて、導電テープ(銀テープまたは銅テープ)とシリコン結晶ウエハを接合させた。また、ITO電極側にはITO電極に銀ペーストを用いて、導電テープを接合させた。I−V測定時の端子は導電テープからとった。
[Solar cell characteristics evaluation]
Table 1 shows the evaluation results of the solar cells of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2. The cell structures of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 and 2 are structures substantially corresponding to FIG. The IV characteristics of the solar cell were adjusted and measured so that the amount of light of 1 sun was applied to the solar cell. In both Examples and Comparative Examples, the conductive tape (silver tape or copper tape) and the silicon crystal wafer were bonded to the silicon crystal wafer side using indium and gallium alloy paste. Moreover, the conductive tape was joined to the ITO electrode side using the silver paste for the ITO electrode. The terminal at the time of IV measurement was taken from the conductive tape.

Figure 2015159266
Figure 2015159266

表1に示すように酸化チタン粒子の結晶性が本発明にて規定する範囲である系は、短絡電流密度が向上し、光電変換効率が高くなることが分かった。   As shown in Table 1, it was found that the system in which the crystallinity of the titanium oxide particles is within the range defined by the present invention has improved short-circuit current density and increased photoelectric conversion efficiency.

本発明により、低コストで製造可能な光電変換効率に優れた太陽電池を提供することができる。   According to the present invention, a solar cell excellent in photoelectric conversion efficiency that can be manufactured at low cost can be provided.

1,5…金属製治具;2…石英板;3…シリコーンゴムシート;9…ネジ;10…光;4,100…太陽電池;110…基板;120…陽極層;130…シリコンを含有する層(p型半導体層);140…酸化チタン粒子を含有する層(n型半導体層);150…陰極層。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,5 ... Metal jig | tool; 2 ... Quartz plate; 3 ... Silicone rubber sheet; 9 ... Screw; 10 ... Light; 4,100 ... Solar cell; 110 ... Substrate; 120 ... Anode layer; Layer (p-type semiconductor layer); 140... Layer containing titanium oxide particles (n-type semiconductor layer); 150.

Claims (6)

シリコンを含有する層及びアナターゼ型の酸化チタン粒子を含有する層を備え、
前記アナターゼ型の酸化チタン粒子を含有する層に対するX線回折スペクトルにおいて、回折角2θ=24〜26°に現れる回折ピークの半値幅が、0.2°以上5.0°以下である、ヘテロ接合太陽電池。
Comprising a layer containing silicon and a layer containing anatase-type titanium oxide particles;
In the X-ray diffraction spectrum for the layer containing the anatase-type titanium oxide particles, the half width of the diffraction peak appearing at a diffraction angle 2θ = 24 to 26 ° is 0.2 ° or more and 5.0 ° or less. Solar cell.
前記酸化チタン粒子を含有する層の層密度が0.4g/cm以上3.0g/cm
下である、請求項1に記載の太陽電池。
The solar cell according to claim 1, wherein a layer density of the layer containing the titanium oxide particles is 0.4 g / cm 3 or more and 3.0 g / cm 3 or less.
前記酸化チタン粒子の平均粒子径が0.5nm以上50nm以下である、請求項1又は2に記載の太陽電池。   The solar cell of Claim 1 or 2 whose average particle diameter of the said titanium oxide particle is 0.5 nm or more and 50 nm or less. 電極又はシリコン基板上に、pHが0.5〜10.0でありかつ酸化チタン粒子が分散した分散液を塗布する塗布工程と、
前記分散液が塗布された前記電極又は前記シリコン基板を、10℃以上300℃以下の温度で処理し、前記電極又は前記シリコン基板上に前記酸化チタン粒子を含有する層を形成する処理工程と、を備え、
前記酸化チタン粒子を含有する層に対するX線回折スペクトルにおいて、回折角2θ=24〜26°に現れる回折ピークの半値幅が、0.2°以上5.0°以下である、ヘテロ接合太陽電池の製造方法。
An application step of applying a dispersion having a pH of 0.5 to 10.0 and dispersed titanium oxide particles on an electrode or a silicon substrate;
Treating the electrode or the silicon substrate coated with the dispersion at a temperature of 10 ° C. or more and 300 ° C. or less, and forming a layer containing the titanium oxide particles on the electrode or the silicon substrate; With
In the X-ray diffraction spectrum for the layer containing the titanium oxide particles, a half-width of a diffraction peak appearing at a diffraction angle 2θ = 24 to 26 ° is 0.2 ° or more and 5.0 ° or less. Production method.
前記処理工程が、前記分散液が塗布された前記電極又は前記シリコン基板を10℃以上30℃以下の温度で放置することにより実施される、請求項4に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 4, wherein the treatment step is performed by leaving the electrode or the silicon substrate coated with the dispersion liquid at a temperature of 10 ° C. or higher and 30 ° C. or lower. 前記酸化チタン粒子の平均粒子径が0.5nm以上50nm以下である、請求項4又は5に記載の製造方法。

The manufacturing method of Claim 4 or 5 whose average particle diameter of the said titanium oxide particle is 0.5 nm or more and 50 nm or less.

JP2014118564A 2014-01-22 2014-06-09 Heterojunction solar cell and method of manufacturing heterojunction solar cell Active JP6517475B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014118564A JP6517475B2 (en) 2014-01-22 2014-06-09 Heterojunction solar cell and method of manufacturing heterojunction solar cell

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014009309 2014-01-22
JP2014009309 2014-01-22
JP2014118564A JP6517475B2 (en) 2014-01-22 2014-06-09 Heterojunction solar cell and method of manufacturing heterojunction solar cell

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015159266A true JP2015159266A (en) 2015-09-03
JP6517475B2 JP6517475B2 (en) 2019-05-22

Family

ID=54183044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014118564A Active JP6517475B2 (en) 2014-01-22 2014-06-09 Heterojunction solar cell and method of manufacturing heterojunction solar cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6517475B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106449845A (en) * 2016-09-14 2017-02-22 南昌大学 Si/TiOx heterojunction-based double-sided crystalline silicon solar cell
JP2018117125A (en) * 2017-01-20 2018-07-26 エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド Heterojunction solar battery and manufacturing method of the same

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006032525A (en) * 2004-07-14 2006-02-02 Sony Corp Electrode formation method, electrode and photoelectric conversion element
JP2009302522A (en) * 2008-05-13 2009-12-24 Sumitomo Chemical Co Ltd Photoelectric conversion element
JP2010267865A (en) * 2009-05-15 2010-11-25 Toyota Central R&D Labs Inc Solar cell, and method of manufacturing the same
WO2011155441A1 (en) * 2010-06-09 2011-12-15 シャープ株式会社 Wet-type solar cell and wet-type solar cell module

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006032525A (en) * 2004-07-14 2006-02-02 Sony Corp Electrode formation method, electrode and photoelectric conversion element
JP2009302522A (en) * 2008-05-13 2009-12-24 Sumitomo Chemical Co Ltd Photoelectric conversion element
JP2010267865A (en) * 2009-05-15 2010-11-25 Toyota Central R&D Labs Inc Solar cell, and method of manufacturing the same
WO2011155441A1 (en) * 2010-06-09 2011-12-15 シャープ株式会社 Wet-type solar cell and wet-type solar cell module

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. WATANABE ET AL.: "Heterojunctions of TiO2 nanoparticle film and c-Si with different Fermi level positions", APPLIED PHYSICS A, vol. Vol. 116, JPN6018015284, 19 January 2014 (2014-01-19), pages 1281 - 1285 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106449845A (en) * 2016-09-14 2017-02-22 南昌大学 Si/TiOx heterojunction-based double-sided crystalline silicon solar cell
JP2018117125A (en) * 2017-01-20 2018-07-26 エルジー エレクトロニクス インコーポレイティド Heterojunction solar battery and manufacturing method of the same
US10249776B2 (en) 2017-01-20 2019-04-02 Lg Electronics Inc. Heterojunction solar cell and manufacturing method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP6517475B2 (en) 2019-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. Low-temperature growing anatase TiO 2/SnO 2 multi-dimensional heterojunctions at MXene conductive network for high-efficient perovskite solar cells
US10566144B2 (en) Solar cell, manufacturing method therefor, semiconductor device, and manufacturing method therefor
Song et al. Tailoring crystallographic orientations to substantially enhance charge separation efficiency in anisotropic BiVO4 photoanodes
Yu et al. Cu2O homojunction solar cells: F-doped N-type thin film and highly improved efficiency
WO2016145860A1 (en) Perovskite solar cell with organic skeletal structure and manufacturing method therefor
US10535788B2 (en) Semiconductor film and semiconductor element
Pavlenko et al. Silicon/TiO2 core-shell nanopillar photoanodes for enhanced photoelectrochemical water oxidation
Li et al. Enhancement of the photoelectric properties of composite oxide TiO 2-SrTiO 3 thin films
Hegazy et al. Synthesis of MXene and design the high-performance energy harvesting devices with multifunctional applications
Hussain et al. Length dependent performance of Cu2O/ZnO nanorods solar cells
Yang et al. Work function engineering to enhance open-circuit voltage in planar perovskite solar cells by gC 3 N 4 nanosheets
JP6517475B2 (en) Heterojunction solar cell and method of manufacturing heterojunction solar cell
JP5943492B2 (en) Silicon solar cell
Rahman et al. Effect of hexamethylenetetramines (HMT) surfactant concentration on the performance of TiO 2 nanostructure photoelectrochemical cells
Jaffri et al. Microwave facilitated HfO2-ZnO nanospheres: Goaded electro-catalytic and electrical functionality maximization in multifold energy systems
Kahdim et al. Optical and Electrical Properties of TiO2 Doped Fe2O3 Thin Film Prepared by Spray Paralysis Technique
Chou et al. Bi-functional lithium doping in dye-sensitized solar cells
Liu et al. Decreased surface photovoltage of ZnO photoanode films via optimal annealing temperature for enhanced photoelectrochemical performance
Herrmann-Geppert et al. Hematite (α-Fe2O3) Photoanodes for the Photooxidation of Water
Idris et al. Zinc oxide quantum dots as photoanode for dye-sensitized solar cell
Nupearachchi et al. Analysis of the behaviour of SnO2 composites of ZnO and TiO2 using impedance spectroscopy
Kazemi et al. Electrochemical preparation of hematite nanostructured films for solar hydrogen production
Ma et al. Hydrogenated TiO2 as efficient electron transport layer of planar perovskite solar cell
Antohe et al. Hybrid nanostructured organic/inorganic photovoltaic cells
Nupearachchi Analysis of the behaviour of SnO2 composites of ZnO and TiO2 using impedance spectroscopy

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170525

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180314

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180508

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180709

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180904

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20181105

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190402

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190418

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6517475

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150