JP2019503329A - タングステンイオン溶液及びハイブリット太陽光発電装置 - Google Patents
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Abstract
Description
−基材;
−第1電極として作用する導電性酸化物を含有する導電層;
−n(又はN)半導体層;
−活性層;
−p(又はP)半導体層;
−第2電極又は上部電極として作用する導電層
を有する。
−金属、例えば、銀、チタン、アルミニウム、カルシウム、マグネシウム等;
−又は、好ましくは透明な導電性金属酸化物、例えば、Sn4+又はITOドープIn2O3、Al3+又はAZOドープZnO、インジウム又はIZOドープZnO、F又はFTOドープSnO2;
−又は、無機/ハイブリッド材料、例えば、カーボンナノチューブ材料又はCNT、グラフェン、銀ナノワイヤ;
−又は、任意選択で、例えば銀ナノワイヤのような金属粒子を含有する、例えばポリチオフェンドープ型の有機導電材料又はPEDOT:PSS、或いは、カーボンナノチューブ及び/又はグラフェンのような導電性炭素化合物;
−又は、TCO/M/TCO(透明導電性酸化物:Mは金属)のような酸化物/金属/酸化物の堆積であり、典型的にはITO/Ag/ITO堆積
から構成される。
様々なタングステン反応剤:Na2WO4、(NH4)2WO4及びH2WO4、並びに、様々なグリコール、例えば、プロピレングリコール、エチレングリコール、プロピレングリコールプロピルエーテルを試験した。試験したタングステン濃度は0.05〜0.20mol/Lであった。2時間の撹拌の後、黄色のゲル又は懸濁液を、120℃の温度で24時間オートクレーブ中に配置した。得られた最終的な溶液は、常に黄色であったが透明であり、そして少なくとも6月間の間使用することができた。この溶液を、界面層の堆積のために用いた。
0.374gのH2WO4と、30mLのエチレングリコールとを磁気撹拌下に2時間配置した。混合物は黄色のゲルをもたらし、それを120℃で24時間オートクレーブ中に配置した。
溶媒としてエチレングリコールの代わりにプロピレングリコールを使用して、例1.1と同一の操作を行った。
0.494gのNa2WO4と、30mLのエチレングリコールとを磁気撹拌下に2時間配置した。混合物は黄色のゲルをもたらし、それを120℃で24時間オートクレーブ中に配置した。
従来のスピンコーティングを使用して、例1.1で調製した溶液を堆積して、ガラス/ITO/WOz/P3HT:PCBM/Ca/Al型の標準構造のセルを調製した。同様に、同様の操作モードに従って、ガラス/ITO/PEDOT:PSS/P3HT:PCBM/Ca/Alの構造を有する電池を調製した。
本発明に係るタングステン酸イオン溶液(特に、例1.1)を、透明導電体又は半導体基材上に堆積した。使用した堆積方法は、スピンコーティング、コーティング/ブレーティング(ドクターブレード、スロットダイ、テープキャスト)、印刷方法(インクジェット、スクリーン印刷、グラビア印刷・・・)などから選択することができる。それはまた、基材にパターンを適用することができる。
調製した太陽電池は、ガラス又はプラスチック(PET、PEN)の基材を含み、その基材を、TiO2のようなn半導体酸化物でコーティングされたITO層自体でコーティングした。TiO2を、P3HT:PCBM混合物で構成される活性膜でコーティングした。活性層を、本発明に従って調製したタングステンオキシド層で連続的にコーティングして、界面層、次いで銀アノードを形成した。したがって、電池の構成は、以下:基材/ITO/TiO2/ポリマー+PCBM/WOz/アノードであった。
工程1:スピンコーティングにより前駆体溶液からTiO2層を調製した(国際出願WO2013/050222号の方法を参照)。コーティング時間は1000rpm-1で60秒間、次いで2000rpm-1で30秒間であった。得られた層の厚さは約50nmであり、堆積は空気中で行われ、次いで150℃において1時間ホットプレート上で乾燥した。
工程2:n層上に、P3HT:PCBMの組成物を、約1500rpm-1で40秒間、次いで2000rpm-1で35秒間スピンコーティングすることで、活性層の堆積を行った。
工程3:2000rpm-1で25秒間、次いで3000rpm-1で25秒間スピンコーティングすることで、タングステンオキシド層(約50nm)を堆積した。こうして調製された電池を150℃で15分間グローブボックス中においてアニールした。
工程4:次いで、真空蒸着により、銀電極(100nm)を堆積した。
本発明者らは、最適な開回路電圧及び最適な太陽光発電変換効率を得るために、タングステンオキシド層を堆積する方法を改善することを求めた。
本発明者らはまた、異なる濃度のポリオキソタングステン酸溶液を使用して、堆積膜の均一性を最適化して、太陽電池を調製した。タングステン酸イオン溶液を、基材上に堆積する前に濃縮した。
Claims (20)
- 任意選択で部分的にエーテル化した少なくとも1つのポリアルコールを溶媒として含むタングステン酸イオンW6+(VI)の溶液であって、1つ又は複数のポリオキソタングステン酸錯体を含む、溶液。
- 前記溶媒が、任意選択で部分的にエーテル化したグリコール化合物を含むか、又は任意選択で部分的にエーテル化したグリコール化合物で構成されていることを特徴とする、請求項1に記載の溶液。
- 前記溶媒が、エチレングリコールを含むか、又はエチレングリコールで構成されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の溶液。
- 0.001〜1mol/Lのタングステン酸イオン濃度を有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶液。
- 前記溶液が透明であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の溶液。
- 前記溶液が、25℃かつ大気圧(101325Pa)において、2〜64cP(mPa・s)の動粘度を有し、例えば4〜54cP(mPa・s)、例えば4〜25cP(mPa・s)、又は8〜19cP(mPa・s)であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の溶液。
- タングステン酸イオン溶液を調製するための方法であって、ポリアルコール溶媒中でタングステン酸イオン前駆体のゲル又は懸濁液の温度を増加させて、好ましくは120℃超の温度で保持し、溶媒として少なくとも1つのポリアルコールと、1つ又は複数のポリオキソタングステン酸錯体とを含む、請求項1〜6のいずれか1項に記載のタングステン酸イオンW6+(VI)の溶液を得る工程を含むことを特徴とする、方法。
- 前記タングステン酸イオン前駆体が、Na2WO4、(NH4)2WO4、H2WO4、及びそれらの任意の混合物で形成される群から選択されることを特徴とする、請求項7に記載の方法。
- 前記1つ又は複数のポリオキソタングステン酸錯体の形成が加熱によって得られることを特徴とする、請求項7又は8に記載の方法。
- 1つ又は複数のポリオキソタングステン酸錯体を含む少なくとも1つのタングステンオキシドWOzであって、式中、zが、X線光電子分光法の結果から計算した場合に2.7超、好ましくは2.8超の数である少なくとも1つのタングステンオキシドWOzを含む層であって、前記タングステンオキシドが、全体のタングステンに対して3〜6%の範囲の酸化状態5のタングステンの原子比を有し、前記比がX線光電子分光法の結果から計算されている、層。
- 固体基材上に堆積されるタングステンオキシドWOzの層を調製するための方法であって、前記固体基材上にウェットプロセスを通じて堆積することができる溶液を調製する工程であって、前記溶液が、タングステン酸イオンW6+(VI)と、溶媒として、任意選択で部分的にエーテル化した少なくとも1つのポリアルコールとを含む工程と、前記固体基材上に前記溶液を堆積する工程と、前記溶液から前記溶媒を除去する工程と、前記固体基材上にタングステンオキシドWOzの膜を得る工程とを含む、方法。
- 前記方法が、第1の溶媒を形成することができる、任意選択で部分的にエーテル化したポリアルコール溶媒中に溶解したタングステン酸イオンを配置する工程と、任意選択で、前記第1の溶媒の少なくとも一部を除去して前記タングステン酸イオンの濃度を増加させる工程と、任意選択で、前記第1の溶媒の沸点より低い沸点を有する「揮発性溶媒」と称される第2の溶媒の追加を通じて希釈して、その後、前記固体基材上に前記揮発性溶媒を含む前記溶液を堆積する工程と、前記第1の溶媒と、存在する場合は前記揮発性溶媒とを除去して、前記固体基材上にタングステンオキシドWOzの膜を形成する工程とを含むことを特徴とする、請求項11に記載の方法。
- 前記溶媒の除去、任意選択で前記揮発性溶媒の除去が、前記溶媒の沸点より高い温度で行われることを特徴とする、請求項11又は12に記載の方法。
- 前記方法が、酸化剤の存在下で、溶解したタングステン酸イオンを配置する工程を含むことを特徴とする、請求項11〜13のいずれか1項に記載の方法。
- 堆積が、印刷又はコーティング、好ましくはスピンコーティング、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷、「スロットダイ」、ロールツーロール、又はテープキャストにより行われることを特徴とする、請求項11〜14のいずれか1項に記載の方法。
- 請求項10に記載の層若しくは請求項11〜15のいずれか1項に記載の方法を用いて得ることができる層を含むか、又は、請求項10に記載の層若しくは請求項11〜15のいずれか1項に記載の方法を用いて得ることができる層で構成されている、半導体材料。
- 光変換のための活性材料の層と、請求項16に記載の半導体材料とを含む、太陽光発電装置。
- 請求項1〜6のいずれか1項に記載のタングステン酸イオン溶液、又は請求項7〜9のいずれか1項に記載の方法を用いて得ることができるタングステン酸イオン溶液の使用であって、タングステンオキシドを含む半導体層を形成するための使用。
- 請求項16に記載の半導体層を調製する工程を含むことを特徴とする、太陽光発電装置を製造するための方法。
- 請求項16に記載の半導体材料の使用、又は請求項17に記載の太陽光発電装置の使用であって、太陽放射から電気エネルギーを作り出すための使用を含むことを特徴とする、電気エネルギーを作り出すための方法。
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