JP2019161207A - 複合材料、化学水浴堆積方法とｃｉｇｓソーラーモジュールの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】化学水浴堆積方法によるＣＩＧＳソーラーモジュールの製造方法を提供する。【解決手段】基板の一側面に第１の機能層を形成し、基板の他側面に、高分子ヒドロゲルと高分子ヒドロゲルに混合された磁性ナノ粒子を含む複合材料層を形成するステップａと、第１の機能層と複合材料層が形成された基板を堆積溶液中に置き、第１の機能層に第２の機能層を堆積形成する化学水浴堆積方法のステップｂと、複合材料層を基板と分離するステップｃと、を含む。【選択図】図１
Description
本願は、２０１８年３月１４日に中国特許局へ提出された、出願番号を２０１８１０２０９１４８．４とし、発明の名称を「化学水浴堆積方法とＣＩＧＳソーラーモジュールの製造方法」とする中国特許出願の優先権と権利を主張し、そのすべての内容を参考より援用する。
本願は薄膜発電の技術分野に関わり、特に化学水浴堆積方法、ＣＩＧＳソーラーモジュールの製造方法、及びこれら２つの方法で用いられる複合材料に関するものである。
化学水浴堆積方法（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂａｔｈ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ， ＣＢＤ）は、成膜温度が低く、大面積の薄膜製造に適し、連続生産を実現しやすく、汚染がなく、材料消費が少ない等の利点があるため、人々に大いに注目されている。例えば、転化率が高いＣＩＧＳ（Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ、銅インジウム・ガリウム・セレン）薄膜太陽電池の製造では、一般的に化学水浴堆積方法を用いて硫化カドミウム（ＣｄＳ）半導体薄膜バッファ層を製造する。
１つの態様では、化学水浴堆積方法を提供する。前記方法は、基板の一側面に第１の機能層を形成し、前記基板の他側面に、高分子ヒドロゲルと前記高分子ヒドロゲルに混合された磁性ナノ粒子とを含む複合材料層を形成するステップと、前記第１の機能層と前記複合材料層が形成された前記基板を堆積溶液中に置き、前記第１の機能層に第２の機能層を堆積形成するステップと、前記複合材料層と前記基板を分離させるステップと、を含む。
本願の一部の実施例において、前記第１の機能層はｐ−接合材料層を含む。
本願の一部の実施例において、前記第１の機能層は発光層をさらに含み、前記ｐ−接合材料層と前記発光層は間隔を開けて設置されて互いに絶縁する。
本願の一部の実施例において、前記第２の機能層はｎ−接合材料層を含む。
本願の一部の実施例において、前記複合材料層における前記高分子ヒドロゲルの質量％は８０％〜９５％であり、前記磁性ナノ粒子の質量％は５％〜２０％である。
本願の一部の実施例において、前記高分子ヒドロゲルは、ポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドとシリカ・ヒドロゲルから少なくとも１つを選択する。
本願の一部の実施例において、前記磁性ナノ粒子はＦｅ３Ｏ４を選択する。
本願の一部の実施例において、前記第２の機能層の堆積過程において交番磁界を用いて前記基板に対して誘導加熱を行う。
本願の一部の実施例において、前記交番磁界の周波数は４５０ｋＨｚ〜５５０ｋＨｚである。
本願の一部の実施例において、前記複合材料層と前記基板を分離する時、溶剤を用いて前記複合材料層を溶かす。
本願の一部の実施例において、前記溶剤は、ジメチルスルホキシド溶剤とジメチルホルムアミド溶剤から少なくとも１つを選択する。本願の一部の実施例において、前記複合材料層はスクリーン印刷という方式により前記基板の前記他側面に形成される。
別の態様では、本願の一部の実施例においてＣＩＧＳソーラーモジュールの製造方法をさらに提供する。前記製造方法は、基板の一側面にＣＩＧＳ層を形成し、前記基板の他側面に、高分子ヒドロゲルと前記高分子ヒドロゲルに混合された磁性ナノ粒子を含む複合材料層を形成するステップと、
前記ＣＩＧＳ層と前記複合材料層が形成された前記基板を堆積溶液中に置き、前記ＣＩＧＳ層にＣｄＳ層を堆積形成するステップと、前記複合材料層と前記基板を分離するステップと、を含む。
前記ＣＩＧＳ層と前記複合材料層が形成された前記基板を堆積溶液中に置き、前記ＣＩＧＳ層にＣｄＳ層を堆積形成するステップと、前記複合材料層と前記基板を分離するステップと、を含む。
本願の一部の実施例において、前記複合材料層において前記高分子ヒドロゲルの質量％は８０％〜９５％であり、前記磁性ナノ粒子の質量％は５％〜２０％である。
本願の一部の実施例において、前記ＣｄＳ層の堆積過程において交番磁界を用いて前記基板に対して誘導加熱を行う。
さらに別の態様では、本願の一部の実施例において複合材料をさらに提供する。前記複合材料は、高分子ヒドロゲルと前記高分子ヒドロゲルに混合された磁性ナノ粒子を含む。
本願の一部の実施例において、前記高分子ヒドロゲルの質量％は８０％〜９５％であり、前記磁性ナノ粒子の質量％は５％〜２０％である。
本願の一部の実施例において、前記高分子ヒドロゲルは、ポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドとシリカ・ヒドロゲルから少なくとも１つを選択する。
本願の一部の実施例において、前記磁性ナノ粒子はＦｅ３Ｏ４を選択する。
以下では実施例と図面を組み合わせて、本願が提供する複合材料、化学水浴で硫化カドミウム薄膜を堆積する方法について詳しく説明する。
硫化カドミウム（ＣｄＳ）半導体薄膜を作製する化学水浴堆積法（ＣＢＤ、Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｂａｔｈ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）は主に揺動式ＣＢＤ法と浸漬式ＣＢＤ法を含む。そのうち、揺動式ＣＢＤ法のコーティング均一性は浸漬式ＣＢＤ法のコーティング均一性より明らかに優れているが、これは主に、揺動式ＣＢＤ法が比較的高い温度均一性を有するおかげである。揺動式ＣＢＤ法においてＣｄＳを堆積する時、ガラス基板が最初に加熱され、化学反応液が常温状態で反応チャンバに加えられる。このため、揺動式ＣＢＤ法において、ＣｄＳが最初にガラス基板表面に堆積され、これにより化学反応液中に形成される不規則なＣｄＳ粒子の濃度が大きく低下している。
しかし、浸漬式ＣＢＤ法においては、化学反応液の予混合溶液（予混合溶液にはチオウレアを含まない）を最初に反応温度まで加熱し、その後チオウレアを加え、予混合溶液とチオウレアを均一に撹拌してから、冷たいガラス基板を反応チャンバに入れてＣｄＳ堆積を開始する。従って、浸漬式ＣＢＤ法の主な問題は、ガラス基板を入れる前に、化学反応液中で既にＣｄＳ粒子の生成が開始され、且つ当該化学反応液中に浮遊してしまうという点である。これはコーティングプロセスにマイナスの影響がある。そのうえ、予め加熱されないガラス基板は化学反応液によって徐々に加熱され、ＣｄＳの堆積速度は初期において低いため、化学反応液利用率が比較的低くかった。このほか、浸漬式ＣＢＤ法において、ガラス基板の表裏はいずれもＣｄＳ堆積され、最終的に表面のＣｄＳ膜層だけアセンブリの有効膜層になり、裏面のＣｄＳ膜層は清潔に洗浄せざるを得ない。また、裏面洗浄機の設計にも多くの技術的チャレンジが存在し、浸漬式ＣＢＤ法産業化のボトルネックになっている。
図１に示すように、本願の一部の実施例では化学水浴堆積方法を提供する。前記方法は以下のステップを含む。
ステップａ：基板の一側面に第１の機能層を形成し、前記基板の他側面に複合材料層を形成する。前記複合材料層は高分子ヒドロゲルと前記高分子ヒドロゲルに混合された磁性ナノ粒子を含む。
ステップｂ：前記第１の機能層と前記複合材料層が形成された前記基板を堆積溶液中に置き、前記第１の機能層に第２の機能層を堆積形成する。
ステップｃ：前記複合材料層と前記基板を分離する。
前記化学水浴堆積方法は前記複合材料層を応用して前記基板の前記他側面に保護層を形成することで、前記複合材料層を有する前記基板の前記他側面が前記堆積溶液と接触しないとともに、前記複合材料層における高分子ヒドロゲルの前記堆積溶液中における膨潤により、当該基板の前記他側面での前記堆積溶液の循環速度が低下し、前記第２の機能層の前記複合材料層上の無効堆積を回避している（その理由は、前記堆積溶液は前記複合材料層に堆積する必要がなく、堆積したとしても、後続のプロセスで除去する必要があるからである）。従って、前記堆積溶液の利用率を向上させているだけではなく、反応用の材料を節約し、コストを削減している上、前記複合材料層を除去しやすく、洗浄難易度が低減している。前記ステップａにおいて、前記基板の材料は制限されない。例えば、ガラス基板であってもよく、金属基板であってもよい。
一部の実施例において、前記ステップａに形成された前記第１の機能層はｐ−接合材料層を含む。前記ｐ−接合材料層はソーラーモジュールの光吸收層である。前記ｐ−接合材料層は、ＣＩＧＳ層（銅インジウム・ガリウム・セレン層）、単結晶シリコン層、ポリシリコン層、ヒ化ガリウム層、と有機染料層におけるいずれか１つまたはいくつかを含むがこれに限らない。本願の一部の実施例において、前記第１の機能層は発光層をさらに含み、前記ｐ−接合材料層と前記発光層は間隔を開けて設置されて互いに絶縁する。前記発光層はＯＬＥＤ（Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ、有機発光ダイオード）の機能層である。前記発光層は有機発光半導体材料層を含むがこれに限らない。
前記ステップａでは、前記基板にｐ−接合材料層を形成した上で発光層を形成する時、１つ目のマスク板をまず使用し、前記基板の上に前記１つ目のマスク板に遮蔽されない領域にｐ−接合材料層を形成し、その後、形成されたｐ−接合材料層を二つ目のマスク板を用いて遮蔽し、前記基板における、前記二つ目のマスク板に遮蔽されない領域に発光層を形成するすることができ。形成されたｐ−接合材料層と発光層は互いに間隔をあけて絶縁する。前記ｐ−接合材料層と前記発光層は互いに間隔をあけて配列することができ、領域ごとに隣接して配置してもよい。前記基板にｐ−接合材料層があり、発光層もある情況において、前記基板はツーウェイ使用が可能である。昼間であれば、前記基板は前記ｐ−接合材料層を用いて太陽光を吸収して発電を行い、且つ電気エネルギーを格納することができるし、夜には、前記基板は格納された電気エネルギーにより前記発光層を発光させて、建造物のカーテンウォールを装飾し、点綴することができる。
前記ステップａにおいて、前記複合材料層はスクリーン印刷という方式により前記基板の前記他側面に形成されている。前記複合材料層は高分子ヒドロゲルと前記高分子ヒドロゲルに混合された磁性ナノ粒子を含むため、この２つの材料の特性を具備し、誘導加熱をすることができ、成膜性と膨潤特性も具備する。そのうち、担体である高分子ヒドロゲルはスクリーン印刷を行うことができる。スクリーン印刷という方式により高分子ヒドロゲルと磁性ナノ粒子を含む複合材料を前記基板の前記他側面にコーティングすることは、前記複合材料層の均一性保証に有利である。
前記ステップａにおいて、前記複合材料層における前記高分子ヒドロゲルの質量％は８０％〜９５％であり、前記磁性ナノ粒子の質量％は５％〜２０％である。前記高分子ヒドロゲルは、ポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドとシリカ・ヒドロゲルから少なくとも１つ選択する。前記磁性ナノ粒子はＦｅ３Ｏ４を選択する。異なる高分子ヒドロゲル材料を用いて複合材料層の強度、膨潤等の特性を調整することができ、本願はこれについて制限しない。ポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物は、好ましい塗膜性を有し、合成方法が簡単で、コストが低く、同時に水膨潤性に優れ、膨潤割合が調節可能であるという点を考慮し、一部の実施例においては、前記高分子ヒドロゲルをポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物とする。
一部の実施例において、前記ステップｂにおける前記第２の機能層はｎ−接合材料層を含む。ｎ−接合材料層はソーラーモジュールのバッファ層がｐ−接合材料層とマッチして形成されたｐ−ｎ接点である。太陽光がｐ−ｎ接点に照射する時、ｐ−ｎ接点バリアー領域（Ｂａｒｒｉｅｒ Ｒｅｇｉｏｎ）の電子とホールは各自逆方向へ運動してバリアー領域を離れ、その結果、ｐ領域の電位が高まり、ｎ領域の電位が減るため、ｐ−ｎ接点に接続されている外回路に電圧と電流が生じて、光エネルギーを電気エネルギーに転換することができる。よく見られるｎ−接合材料層はＣｄＳ層であり、前記第２の機能層は前記第１の機能層とマッチして使用できる機能層である。
前記ステップｂでは、前記第２の機能層の堆積過程において交番磁界により前記基板に対して誘導加熱を行い、前記交番磁界の周波数は４５０ｋＨｚ〜５５０ｋＨｚであり、前記加熱温度は堆積された前記第２の機能層に基づいて確定される。例えば、堆積された第２の機能層が硫化カドミウム（ＣｄＳ）層である場合、前記加熱温度は６０℃〜７０℃であり、堆積された第２の機能層が硫化亜鉛（ＺｎＳ）層である場合、前記加熱温度は７５℃〜８０℃である。交番磁界により前記基板に対して誘導加熱を行うことで、前記基板を最初に加熱し、その後前記堆積溶液を前記基板の温度により加熱する。従って、前記基板の温度が前記堆積溶液の温度よりも高いことを保証しており、堆積を前記基板に一層容易に発生させ、前記堆積溶液の温度が前記基板の温度よりも高いことにより、前記堆積溶液中にフローティング粒子が生じるのを回避している。一部の実施例において、前記交番磁界は交番電流によって生じ、前記交番磁界は前記複合材料層の誘導加熱機能とマッチし、前記複合材料層の誘導加熱機能は磁性ナノ粒子の含有量に関わり、磁性ナノ粒子の含有量が高ければ高いほど、前記複合材料層の誘導加熱機能は好ましくなる。従って、磁性ナノ粒子と高分子ヒドロゲルの質量％を調節することで前記複合材料層の適切な誘導加熱機能に達することができる。
前記ステップｂの前記第２の機能層の堆積過程において、前記基板と、前記堆積溶液を入れる容器または反応槽の側壁を平行状をなすように設置して、回路の配置に便宜を図り、交番磁界の磁力線を前記基板にほぼ垂直にする（例えば、図２に示すように、点線で表示された交番磁界５の磁力線は基板１にほぼ垂直である）ことで、交番磁界誘導の加熱効果を高める。電磁誘導加熱の原理は磁界誘導を利用して加熱し、例えば、高速に変化する高周波高電圧の電流をコイルに流すことで高速に変化する交番磁界が生じる。交番磁界内の磁力線が透磁性金属材料を通ると、透磁性金属材料内に無数の小さい渦電流が生じ、透磁性金属材料自体が自ら高速で発熱するようになる。従って、本願の一部の実施例において、交番磁界５は、前記複合材料層における磁性ナノ粒子を迅速に加熱させる。
一部の実施例において、前記ステップｃでは前記複合材料層と前記基板を分離する時、溶剤を用いて前記複合材料層を溶かす。前記溶剤はジメチルスルホキシド（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ ｓｕｌｆｏｘｉｄｅ、ＤＭＳＯ）溶剤、Ｎ−ジメチルホルムアミド（Ｎ−Ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ、ＤＭＦ）溶剤のうちの少なくとも１つを含むがこれに限らない。ＤＭＳＯ溶剤とＤＭＦ溶剤はいずれも高分子ヒドロゲルを溶かすことができ、前記複合材料層を前記基板から分離しようとする時には、前記複合材料層を前記溶剤に浸漬して溶かせばよい。前記溶剤が前記複合材料層における高分子ヒドロゲルを溶かした後、前記複合材料層における磁性ナノ粒子もそれに伴って溶剤に流入し、これにより前記複合材料層と前記基板が効果的に分離される。前記基板上の前記複合材料層を除去する上記ウェットプロセスは、技術コストが低いだけでなく、基板を損なうこともないとともに、磁性ナノ粒子のリサイクルにも有利である。
上記化学水浴堆積方法には以下のメリットがある。
第一：前記基板の前記他側面に前記複合材料層を形成して保護層とし、前記基板の前記他側面が前記堆積溶液と接触しないようにし、前記第２の機能層の前記基板の前記他側面上の無効堆積を回避している。
第二：前記複合材料層における磁性ナノ粒子の無接触式誘導加熱は前記基板加熱の均一性を保証するにも、前記基板の温度が前記堆積溶液の温度よりも高いことを保証するにも有利であり、前記第２の機能層の堆積が一層容易に発生し、前記第２の機能層の前記第１の機能層上の堆積速度を高めている。
第三：前記複合材料層における高分子ヒドロゲルを磁性ナノ粒子の有効担体とすることは、磁性ナノ粒子の均一な分布を保証するにも、磁性ナノ粒子が複合材料から流失しないよう保証するにも有利である。
第四：高分子ヒドロゲルが前記堆積溶液中ので堆積溶液分子に浸漬されて膨潤するため、この後高分子ヒドロゲルが堆積溶液分子を吸収する速度は低下し、これにより当該前記基板の前記他側面における前記堆積溶液の循環速度を低下させ、前記第２の機能層の前記複合材料層上の無効堆積を回避しており、よって、前記複合材料層を除去しやすい。
第五：前記複合材料層における複合材料の合成プロセスは成熟しており、大量生産が可能で、コストが安価であり、配合された磁性ナノ粒子は繰り返して利用できる。
第六：前記複合材料層を前記基板から分離することは技術コストが低いだけではなく、前記基板を損なうこともない。
第七：磁性ナノ粒子はリサイクルすることができる。
従って、上記化学水浴堆積方法は浸漬式ＣＢＤ法を効果的に改善でき、浸漬式ＣＢＤ法における基板加熱の均一性の問題を解決しており、浸漬式ＣＢＤ法の成膜効率と成膜均一性を向上させているとともに、第２の機能層の堆積過程が基板の第１の機能層面から開始し、堆積溶液中で迅速に生成されたフローティング粒子を低減することができる。このほか、さらに第２の機能層の基板上の無効堆積を効果的に回避でき、無効堆積された第２の機能層に対する後続の化学洗浄過程を避けている。図２と図３に示すように、本願の一部の実施例では、ＣＩＧＳソーラーモジュールの製造方法をさらに提供し、前記方法は以下のステップを含む。
Ｓ１：基板１の一側面にＣＩＧＳ層２（またはＣＩＧＳ層２と発光層３を形成する。前記発光層３は図３の図示を参照されたい）を形成し、基板１の他側面に複合材料層３を形成し、複合材料層３は高分子ヒドロゲルと前記高分子ヒドロゲルに混合された磁性ナノ粒子を含む。
Ｓ２：ＣＩＧＳ層２と複合材料層３が形成された基板１を堆積溶液中に置き、ＣＩＧＳ層２にＣｄＳ層４を堆積形成する。
Ｓ３：複合材料層３と基板１を分離する。
Ｓ１において、前記基板１の材料は制限されず、常用のソーラーモジュールの基板であればよく、例えば、基板１はガラス基板であり、具体的な作業情況に応じてそのほかの常用のソーラーモジュールの基板を用いることもできる。
Ｓ３において、堆積過程において交番磁界により前記基板１に対して誘導加熱を行い、前記誘導加熱の温度は６０℃〜７０℃である。前記堆積溶液は硫酸カドミウム、アンモニア水、純水の予混合溶液とチオウレア溶液を含む。前記基板をまず予混合溶液中に置き、予混合溶液中のアンモニア水を用いて表面処理を行い、基板が誘導加熱を経て予め設定された温度に達してから、チオウレア溶液を加え、反応が始まり、ＣｄＳが堆積を開始する。
上記ＣＩＧＳソーラーモジュールの製造方法では上記化学水浴堆積方法を応用しており、製造過程において、複合材料層を基板の一側面の保護層とすることで、基板の当該側面を堆積溶液と接触させず、均一に基板を加熱し、ＣｄＳ層の堆積がＣＩＧＳ層で行われるようにし、ＣｄＳ層の無効堆積を回避しており、後続の化学洗浄の手間を避けている。
上記製造により得られたＣＩＧＳソーラーモジュールは積層して設置されている基板、ＣＩＧＳ層とＣｄＳ層を含み、ＣｄＳ層はＣＩＧＳ層表面を均一かつ完全的にを覆うことで緊密なｐ−ｎ接合面を形成して、励起子分離効率を確保し（励起子は、電子が原子核から完全に脱離せず形成された電子−ホール対であり、電子−ホール対において電子とホールとの間はクーロン作用により空間で結合される。励起子分離は自由な電子とホールを形成しようとし、分離後の電子とホールはいずれも電流の担体であり、いずれもキャリアーと称することができる。励起子の分離効率が高ければ高いほど、光電転化効率も高くなる）、光電転化率を保証する。これにより、ＣＩＧＳソーラーモジュールは光吸収能力が強く、発電安定性が高く、転化効率が高く、昼間の発電時間が長く、発電量が高く、生産コストが低く、エネルギー回収周期が短い等の利点を持たせている。光発電所に応用できるだけではなく、光電建築一体化（即ち、ＢＩＰＶ， Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）または光電屋根発電（光電付着建築（建築と一体化構造を形成していない）、即ち、ＢＡＰＶ， Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ａｔｔａｃｈｅｄ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ）等の分野にも応用できる。このほか、可撓性のＣＩＧＳソーラーモジュールも携帯式発電製品、例えば、発電ペーパ、発電リュックサック等に応用することができる。以下では一部の実施例により前記ＣＩＧＳソーラーモジュールの製造方法についてさらに説明する。
図１と図２を参照されたい。ガラス基板を選択して基板１とし、基板１の一側面にＣＩＧＳ層２をメッキする。
次に、基板１の他側面にスクリーン印刷という方式で複合材料層３を塗布する。複合材料層３はポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物とポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物に混合されたＦｅ３Ｏ４粒子を含み、両者の質量％はそれぞれ９０％と１０％である。
その後、ＣＩＧＳ層２と複合材料層３が形成された基板１を垂直に置き、硫酸カドミウム、アンモニア水、純水の予混合溶液を入れた反応槽に浸漬する。そして、交番電流回路を導通することで、前記反応槽を前記交番電流によって生じた周波数が５００ｋＨｚである交番磁界５に位置させる。当該交番磁界５によりＦｅ３Ｏ４磁性粒子を含む複合材料層３に大量の渦電流を生じさせ、渦電流が当該複合材料層３を速く加熱して基板１を６５℃まで均一に加熱する。この時、チオウレア溶液を加え、ＣＩＧＳ層２表面にＣｄＳ堆積が生じ始める。
堆積終了後、基板１を水平に回転させて、表面に複合材料層３が含まれた基体側面をＤＭＳＯ溶液６中に浸漬させ、ポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物材料を溶かすとともに、Ｆｅ３Ｏ４粒子もそれに伴ってＤＭＳＯ溶液６に流入させ、複合材料層３全体を基板１から脱離させ、基板１、ＣＩＧＳ層２とＣｄＳ層４が積層して設置されているＣＩＧＳソーラーモジュールを得、ＣＩＧＳソーラーモジュールにおいてＣｄＳ層４がＣＩＧＳ層２の表面を均一、完全に覆っている。
検証を経て、ＣｄＳ層４の光透過率は高くなり、バンドギャップ（Ｂａｎｄ ｇａｐ、拘束された電子とホールは自由の電子またはホールになろうとすれば、価電子から伝導帯に遷移する十分なエネルギーを得なければならない。このエネルギーの最小値がバンドギャップである）は約２．４ｅＶであり、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池のバッファ層に非常に適する。
図１と図２を参照されたい。ガラス基板を選択して基板１とし、基板１の一側面にＣＩＧＳ層２をメッキする。
次に、基板１の他側面にスクリーン印刷という方式で複合材料層３を塗布する。複合材料層３はポリビニルアルコールとポリビニルアルコールに混合されたＦｅ３Ｏ４粒子を含み、両者の質量％はそれぞれ８０％と２０％である。
その後、ＣＩＧＳ層２と複合材料層３が形成された基板１を垂直に置き、硫酸カドミウム、アンモニア水、純水の予混合溶液を入れた反応槽に浸漬する。そして、交番電流回路を導通することで、前記反応槽を前記交番電流によって生じた周波数が５５０ｋＨｚである交番磁界５に位置させる。当該交番磁界５によりＦｅ３Ｏ４磁性粒子を含む複合材料層３に大量の渦電流を生じさせ、渦電流が当該複合材料層３を速く加熱して基板１を６０℃まで均一に加熱する。この時、チオウレア溶液を加え、ＣＩＧＳ層２表面にＣｄＳ堆積が生じ始める。
堆積終了後、基板１を水平に回転させて、表面に複合材料層３が含まれた基体側面をＤＭＦ溶液６中に浸漬させ、ポリビニルアルコール材料を溶かすとともに、Ｆｅ３Ｏ４粒子もそれに伴ってＤＭＦ溶液６に流入させ、複合材料層３全体を基板１から脱離させ、基板１、ＣＩＧＳ層２とＣｄＳ層４が積層して設置されているＣＩＧＳソーラーモジュールを得、ＣＩＧＳソーラーモジュールにおいてＣｄＳ層４がＣＩＧＳ層２表面を均一、完全に覆っている。
検証を経て、ＣｄＳ層４の光透過率が上がり、バンドギャップは約２．４ｅＶであり、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池のバッファ層に非常に適する。
図１と図２を参照されたい。ガラス基板を選択して基板１とし、基板１の一側面にＣＩＧＳ層２をメッキする。
次に、基板１の他側面にスクリーン印刷という方式で複合材料層３を塗布する。複合材料層３はポリアクリルアミドとポリアクリルアミドに混合されたＦｅ３Ｏ４粒子を含み、両者の質量％はそれぞれ８５％と１５％である。
その後、ＣＩＧＳ層２と複合材料層３が形成された基板１を垂直に置き、硫酸カドミウム、アンモニア水、純水の予混合溶液を入れた反応槽に浸漬する。そして、交番電流回路を導通することで、前記反応槽を前記交番電流によって生じた周波数が５００ｋＨｚである交番磁界５に位置させる。当該交番磁界５によりＦｅ３Ｏ４磁性粒子が含まれた複合材料層３に大量の渦電流を生じさせ、渦電流が当該複合材料層３を速く加熱して基板１を６８℃まで均一に加熱する。この時チオウレア溶液を加え、ＣＩＧＳ層２表面にＣｄＳ堆積が生じ始める。
堆積終了後、基板１を水平に回転させて、表面に複合材料層３が含まれた基体側面をＤＭＳＯ溶液６中に浸漬し、ポリアクリルアミド材料を溶かすとともにＦｅ３Ｏ４粒子もそれに伴ってＤＭＳＯ溶液６に流入させ、複合材料層３全体を基板１から脱離させ、基板１、ＣＩＧＳ層２とＣｄＳ層４が積層して設置されているＣＩＧＳソーラーモジュールを得、ＣＩＧＳソーラーモジュールにおいてＣｄＳ層４がＣＩＧＳ層２の表面を均一、完全に覆っている。
検証を経て、ＣｄＳ層４の光透過率は上がり、バンドギャップは約２．４ｅＶであり、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池のバッファ層に非常に適する。
図１と図２を参照されたい。ガラス基板を選択して基板１とし、基板１の一側面にＣＩＧＳ層２をメッキする。
次に、基板１の他側面にスクリーン印刷という方式で複合材料層３を塗布する。複合材料層３はシリカ・ヒドロゲルとシリカ・ヒドロゲルに混合されたＦｅ３Ｏ４粒子を含み、両者の質量％はそれぞれ９５％と５％である。
その後、ＣＩＧＳ層２と複合材料層３が形成された基板１を垂直に置き、硫酸カドミウム、アンモニア水、純水の予混合溶液を入れた反応槽に浸漬する。そして、交番電流回路を導通することで、前記反応槽を前記交番電流によって生じた周波数は４５０ｋＨｚである交番磁界５に位置させる。当該交番磁界５によりＦｅ３Ｏ４磁性粒子が含まれた複合材料層３に大量の渦電流を生じさせ、渦電流が当該複合材料層３を速く加熱して基板１を７０℃まで均一に加熱する。この時、チオウレア溶液を加え、ＣＩＧＳ層２表面にＣｄＳ堆積が生じ始める。
堆積終了後、基板１を水平に回転させて、表面に複合材料層３が含まれた基体側面をＤＭＳＯ溶液６中に浸漬し、シリカ・ヒドロゲル材料を溶かすとともに、Ｆｅ３Ｏ４粒子もそれに伴ってＤＭＳＯ溶液６に流入させ、複合材料層３全体を基板１から脱離させ、基板１、ＣＩＧＳ層２とＣｄＳ層４が積層して設置されているＣＩＧＳソーラーモジュールを得、ＣＩＧＳソーラーモジュールにおいてＣｄＳ層４がＣＩＧＳ層２の表面を均一、完全に覆っている。
検証を経て、ＣｄＳ層４光透過率は上がり、バンドギャップは約２．４ｅＶであり、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池のバッファ層に非常に適する。
図１と図３を参照されたい。ガラス基板を選択して基板１とし、基板１の一側面にＣＩＧＳ層２と発光層２’をメッキする。
次に、基板１の他側面にスクリーン印刷という方式で複合材料層３を塗布する。複合材料層３は、ポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物とポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物に混合されたＦｅ３Ｏ４粒子を含み、両者の質量％はそれぞれ９０％と１０％である。
その後、ＣＩＧＳ層２、発光層２’と複合材料層３が形成された基板１を垂直に置き、硫酸カドミウム、アンモニア水、純水の予混合溶液を入れた反応槽に浸漬する。そして、交番電流回路を導通することで、前記反応槽を前記交番電流によって生じた周波数が５００ｋＨｚである交番磁界５に位置させる。当該交番磁界５によりＦｅ３Ｏ４磁性粒子の複合材料層３に大量の渦電流を生じさせ、渦電流が当該複合材料層３を速く加熱して基板を６５℃まで均一に加熱する。この時、チオウレア溶液を加え、ＣＩＧＳ層２表面にＣｄＳ堆積が生じ始める。
堆積終了後、基板１を水平に回転させて、表面に複合材料層３が含まれた基体側面をＤＭＳＯ溶液６中に浸漬し、ポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物材料を溶かすとともに、Ｆｅ３Ｏ４粒子もそれに伴ってＤＭＳＯ溶液６に流入させ、複合材料層３全体を基板１から脱離させ、基板１、ＣＩＧＳ層２、発光層２’とＣｄＳ層４が積層して設置されているＣＩＧＳソーラーモジュールを得、ＣＩＧＳソーラーモジュールにおいてＣｄＳ層４がＣＩＧＳ層２と発光層２’の表面を均一、完全に覆っている。
検証を経て、ＣｄＳ層４の光透過率は上がり、バンドギャップ（Ｂａｎｄ ｇａｐ、拘束された電子とホールを自由の電子またはホールにしようとすれば、価電子から伝導帯に遷移するに十分なエネルギーを得なければなない。このエネルギーの最小値がバンドギャップである）は約２．４ｅＶであり、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池のバッファ層に非常に適する。
本願の一部の実施例では複合材料をさらに提供する。前記複合材料は高分子ヒドロゲルと前記高分子ヒドロゲルに混合された磁性ナノ粒子を含む。
本願の一部の実施例において、前記高分子ヒドロゲルの質量％は８０％〜９５％であり、前記磁性ナノ粒子の質量％は５％〜２０％である。前記高分子ヒドロゲルは、ポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドとシリカ・ヒドロゲルから少なくとも１つを選択する。前記磁性ナノ粒子はＦｅ３Ｏ４を選択する。当業者は具体的な作業情況に応じて、異なる高分子ヒドロゲル材料と磁性ナノ粒子を用いて、複合材料の強度、膨潤等の特性を調節、制御することができる。本願ではこれについて限定しない。
一部の実施例において、前記複合材料は膜層材料として使われる。例えば、前記複合材料は基板表面を覆って保護膜とするのに用いられ、外界からの化学反応等の影響を受けないように関連基板表面を保護する。また、例えば、前記複合材料は、電磁誘導条件を含む反応に用いられ、電流が導入された後、前記複合材料内部の透磁性物質、例えば、Ｆｅ３Ｏ４磁性粒子は電磁誘導の作用で放熱することができ、これにより前記複合材料の温度を上げる。このほか、前記複合材料はジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）溶剤、またはジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）溶剤、またはその他の類似の溶剤に溶かすことができる。
以上で述べた実施例の各技術特徴は任意で組み合わせることができる。説明を簡潔にするために、上記実施例における各技術特徴のすべての可能な組み合わせについて説明していない。しかし、これら技術特徴の組み合わせは矛盾が存在しない限り、本明細書に記載の範囲であるとみなされる。
以上で述べた実施例は本願のいくつかの実施の形態を表しているに過ぎない。その説明は比較的具体的、詳細であるが、これにより本願の特許範囲に対する制限すると理解することはできない。本願の思想を逸脱しないという前提で、当業者は若干の変形と改善を行うこともでき、これらはいずれも本願の請求範囲に属する。従って、本願特許の請求範囲は添付の請求項を基準とすべきである。
Claims (19)
- 基板の一側面に第１の機能層を形成し、前記基板の他側面に、高分子ヒドロゲルと前記高分子ヒドロゲルに混合された磁性ナノ粒子とを含む複合材料層を形成するステップと、
前記第１の機能層と前記複合材料層が形成された前記基板を堆積溶液中に置き、前記第１の機能層に第２の機能層を堆積形成するステップと、
前記複合材料層と前記基板を分離させるステップと、
を含む化学水浴堆積方法。 - 前記第１の機能層はｐ−接合材料層を含む、請求項１に記載の化学水浴堆積方法。
- 前記第１の機能層は発光層をさらに含み、前記ｐ−接合材料層と前記発光層は間隔を開けて設置されて互いに絶縁する、請求項２に記載の化学水浴堆積方法。
- 前記第２の機能層はｎ−接合材料層を含む、請求項１に記載の化学水浴堆積方法。
- 前記複合材料層における前記高分子ヒドロゲルの質量％は８０％〜９５％であり、前記磁性ナノ粒子の質量％は５％〜２０％である、請求項１に記載の化学水浴堆積方法。
- 前記高分子ヒドロゲルは、ポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドとシリカ・ヒドロゲルから少なくとも１つを選択する、請求項１に記載の化学水浴堆積方法。
- 前記磁性ナノ粒子はＦｅ３Ｏ４を選択する、請求項１に記載の化学水浴堆積方法。
- 前記第２の機能層の堆積過程では交番磁界を用いて前記基板に対して誘導加熱を行う、請求項１に記載の化学水浴堆積方法。
- 前記交番磁界の周波数は４５０ｋＨｚ〜５５０ｋＨｚである、請求項８に記載の化学水浴堆積方法。
- 複合材料層と前記基板を分離する前記ステップは、溶剤を用いて前記複合材料層を溶かすステップを含む、請求項１に記載の化学水浴堆積方法。
- 前記溶剤はジメチルスルホキシド溶剤とジメチルホルムアミド溶剤から少なくとも１つを選択する、請求項１０に記載の化学水浴堆積方法。
- 前記基板の他側面に複合材料層を形成するステップは、
前記複合材料層がスクリーン印刷という方式で前記基板の前記他側面に形成されるステップを含む
請求項１に記載の化学水浴堆積方法。 - 基板の一側面にＣＩＧＳ層を形成し、前記基板の他側面に、高分子ヒドロゲルと前記高分子ヒドロゲルに混合された磁性ナノ粒子を含む複合材料層を形成するステップと、
前記ＣＩＧＳ層と前記複合材料層が形成された前記基板を堆積溶液中に置き、前記ＣＩＧＳ層にＣｄＳ層を堆積形成するステップと、
前記複合材料層と前記基板を分離するステップと、を含む、
ＣＩＧＳソーラーモジュールの製造方法。 - 前記複合材料層における前記高分子ヒドロゲルの質量％は８０％〜９５％であり、前記磁性ナノ粒子の質量％は５％〜２０％である、請求項１３に記載のＣＩＧＳソーラーモジュールの製造方法。
- 前記ＣＩＧＳ層にＣｄＳ層を堆積形成するステップは、
前記ＣｄＳ層の堆積過程において交番磁界を用いて前記基板に対して誘導加熱を行うステップを含む、請求項１３に記載のＣＩＧＳソーラーモジュールの製造方法。 - 高分子ヒドロゲルと前記高分子ヒドロゲルに混合された磁性ナノ粒子を含む、複合材料。
- 前記高分子ヒドロゲルの質量％は８０％〜９５％であり、前記磁性ナノ粒子の質量％は５％〜２０％である、請求項１６に記載の複合材料。
- 前記高分子ヒドロゲルは、ポリアクリル酸樹脂の共重合架橋物、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドとシリカ・ヒドロゲルから少なくとも１つを選択する、請求項１６に記載の複合材料。
- 前記磁性ナノ粒子はＦｅ３Ｏ４を選択する、請求項１６に記載の複合材料。
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