WO2013046558A1 - 光電変換素子用基板および光電変換素子 - Google Patents
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Definitions
- the substrate for a photoelectric conversion element of the present invention is characterized in that an organic silicon compound layer is provided on a resin substrate, and an alkali metal silicate layer is provided on the organic silicon compound layer.
- the organosilicon compound layer is preferably formed by a liquid phase method.
- the organosilicon compound layer is more preferably composed of a compound obtained by hydrolysis / condensation reaction of an organoalkoxysilane.
- the thickness of the organosilicon compound layer is preferably 1 ⁇ m or less.
- the resin substrate examples include triacetyl cellulose (TAC), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), syndiotactic polystyrene (SPS), polyphenylene sulfide (PPS), polycarbonate (PC), polyarylate ( PAr), polysulfone (PSF), polyestersulfone (PES), polyetherimide (PEI), cyclic polyolefin, polyimide (PI), and the like are preferable.
- TAC triacetyl cellulose
- PET polyethylene terephthalate
- PEN polyethylene naphthalate
- SPS syndiotactic polystyrene
- PPS polyphenylene sulfide
- PC polycarbonate
- PAr polyarylate
- PSF polysulfone
- PET polyestersulfone
- PEI polyetherimide
- PI cyclic polyolefin
- PI polyimide
- the substrate for a photoelectric conversion element of the present invention includes an organic silicon compound layer on a resin substrate, and an alkali metal silicate layer on the organic silicon compound layer. It is presumed that an intermolecular force mainly acts on the layer, and that a chemical bond (siloxane bond) is mainly formed between the organosilicon compound layer and the alkali metal silicate layer to ensure adhesion.
- a chemical bond siloxane bond
- the elastic modulus is low as compared with a material composed only of an inorganic bond such as a silica material. For this reason, the tolerance as a bending is high and the use as a member which utilized the flexibility of the board
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional schematic view showing one embodiment of a photoelectric conversion element.
- the photoelectric conversion element 1 includes a lower electrode 40, a photoelectric conversion semiconductor layer 50 that generates hole / electron pairs by light absorption, and a buffer layer on the photoelectric conversion element substrate 10 of the present invention. 60, a translucent conductive layer (transparent electrode) 70, and an upper electrode (grid electrode) 80 are sequentially laminated.
- the method for forming the photoelectric conversion semiconductor layer is not particularly limited.
- a CI (G) S-based photoelectric conversion semiconductor layer containing Cu, In, (Ga), and S can be formed using a method such as a selenization method or a multi-source evaporation method.
- the film thickness of the photoelectric conversion semiconductor layer 50 is not particularly limited, and is preferably 1.0 to 3.0 ⁇ m, particularly preferably 1.5 to 2.0 ⁇ m.
- the photoelectric conversion element substrate of the present invention can be preferably used for solar cells and the like. If necessary, a cover glass, a protective film, or the like can be attached to the photoelectric conversion element 1 to obtain a solar cell.
- a cover glass, a protective film, or the like can be attached to the photoelectric conversion element 1 to obtain a solar cell.
- the substrate for a photoelectric conversion element of the present invention will be described in more detail with reference to examples.
- an alkali metal silicate layer coating solution was dropped on the formed organosilicon compound layer, and an alkali metal silicate layer was formed by spin coating. Thereafter, the substrate was heat-treated at 300 ° C. for 30 minutes to obtain a semiconductor element substrate.
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Abstract
【課題】光電変換素子用基板を、アルカリ供給層の剥離を抑制して、安定的にアルカリ金属イオンを光電変換半導体層に対して供給することが可能であり、光電変換効率を向上に寄与することができるものとする。 【解決手段】光電変換素子用基板を、樹脂基板（２）上に有機ケイ素化合物層（３）を備え、有機ケイ素化合物層（３）上にアルカリ金属ケイ酸塩層（４）を備えるものとする。
Description
本発明は、光電変換素子用基板および光電変換素子用基板を用いた太陽電池等の用途に好適な光電変換素子に関するものである。
下部電極（裏面電極）と光吸収により電流を発生する光電変換層と上部電極（透明電極）との積層構造を基板上に有する光電変換素子が、太陽電池等の用途に使用されている。従来、太陽電池においては、バルクの単結晶Ｓｉ又は多結晶Ｓｉ、あるいは薄膜のアモルファスＳｉを用いたＳｉ系太陽電池が主流であったが、近年Ｓｉに依存しない化合物半導体系太陽電池の研究開発がなされている。化合物半導体系太陽電池として、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなるＣＩＳ（Ｃｕ－Ｉｎ－Ｓｅ）系あるいはＣＩＧＳ（Ｃｕ－Ｉｎ－Ｇａ－Ｓｅ）系等の薄膜系が光吸収率が高く、光電変換効率が高いことが知られている。
ＣＩＳ系あるいはＣＩＧＳ系等の光電変換素子においては、アルカリ金属、好ましくはＮａを光電変換層に拡散させることで、光電変換層の結晶性が良くなり、光電変換効率が向上することが知られている（特許文献１）。従来は、Ｎａを含むソーダライムガラス基板を用いて、光電変換層にＮａを拡散させることがなされている。
しかしながら、金属基板、高分子基板、セラミックス基板などを太陽電池基板として用いた場合には、基板からナトリウムを供給することができないため、変換効率が上がらないという問題がある。そこで、ナトリウムを含まない基板を用いる場合には、アルカリ供給層を液相法で設けたり、ナトリウムをＣＩＧＳとの共蒸着で導入したり、あるいは電極としてＭｏ－Ｎａを設けること等が行われている。例えば、特許文献２には陽極酸化基板を水酸化ナトリウム水溶液と接触させ、ナトリウムをドープすることが開示されている。また、特許文献３には液相塗布により、アルカリ金属ケイ酸塩、詳細にはナトリウムケイ酸塩を塗布することが開示されている。一方で、この特許文献３記載の成膜の場合、アルカリ金属イオンが成膜中に金属基板側にも拡散し、光電変換層にアルカリ金属イオンが十分に供給されない可能性があることから、特許文献４にはアルカリ供給層から、基板へのアルカリ拡散を防止することを目的として基板とアルカリ供給層の間に拡散防止層を設けることが記載されている。
特許文献３に記載されている液相法は塗布液が水溶液であるため、樹脂基板のような親水性が高くない基板に対しては、はじく、剥離が発生するなどして、形成することが難しいという問題がある。また、均一な塗布ができた場合であっても、密着性が低く、剥離が発生しやすい等の課題がある。基板の濡れ性を高めるために基板表面に活性な水酸基などを形成したり、密着性を高める目的で、例えば、オゾン処理、火炎処理などを行うといった手法があるが、樹脂基板にダメージを与えてしまうといった問題がある。
本発明は上記事情に鑑みなされたものであり、アルカリ供給層の剥離を抑制して、安定的にアルカリ金属イオンを光電変換半導体層に対して供給することが可能であって、光電変換効率の向上に寄与することができる光電変換素子用基板、およびこの光電変換素子用基板を用いた光電変換素子を提供することを目的とするものである。
本発明の光電変換素子用基板は、樹脂基板上に有機ケイ素化合物層を備え、該有機ケイ素化合物層上にアルカリ金属ケイ酸塩層を備えていることを特徴とするものである。
前記有機ケイ素化合物層は液相法により形成されたものであることが好ましい。
前記有機ケイ素化合物層は有機アルコキシシランの加水分解・縮合反応により得られる化合物からなることがより好ましい。
前記有機ケイ素化合物層の厚さは１μｍ以下であることが好ましい。
本発明の光電変換素子は上記の光電変換素子用基板上に形成されたものであることを特徴とするものである。
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樹脂基板上にアルカリ金属ケイ酸塩層が直接設けられている場合、その製造過程において、樹脂基板に塗布されるアルカリ金属ケイ酸塩水溶液の乾燥による水分の蒸発や、その後の熱処理によってケイ酸塩に含まれる水分・水酸基の脱水に伴い、アルカリ金属ケイ酸塩層の収縮が起こる。このため、樹脂基板とアルカリ金属ケイ酸塩層の相互作用が低くなり、樹脂基板からアルカリ金属ケイ酸塩層の剥離が生じやすくなる。本発明の光電変換素子用基板は樹脂基板上に有機ケイ素化合物層を備えているので、樹脂基板とアルカリ金属ケイ酸塩層との親和性が高くなっているため密着性が高く、剥離を抑制することが可能である。これによって、本発明の光電変換素子用基板を太陽電池等の光電変換素子に適用した場合には、光電変換の高い光電変換素子とすることができる。
以下、本発明の光電変換素子用基板を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の光電変換素子用基板の概略断面模式図である。図１に示すように、本発明の光電変換素子用基板１０は、樹脂基板２上に有機ケイ素化合物層３を備え、この有機ケイ素化合物層３上にアルカリ金属ケイ酸塩層４を備えている。
有機ケイ素化合物層は炭素－ケイ素結合を持つ有機化合物の層であり、液相法により形成されたものであることが好ましい。有機ケイ素化合物としては、変性シリコーン、シリコーンレジン、アルコキシシラン化合物、クロロシラン化合物、シラザン化合物等を挙げることができ、密着層の効果を長期にわたって確保する観点からは、アルカリ金属ケイ酸塩層との結合性が高いクロロシラン化合物、アルコキシシラン化合物が好ましい。
クロロシラン化合物としては、メチルトリクロロシラン、メチルジクロロシラン、ジメチルジクロロシラン、トリメチルクロロシラン、フェニルトリクロロシラン、ジフェニルジクロロシラン、トリフロロプロピルトリクロロシラン、ビニルトリクロロシラン等を好ましく挙げることができる。
アルコキシシラン（出発物質となるモノマー）は、アルコキシ基を４個有するテトラアルコキシシラン、アルコキシ基を３個有するトリアルコキシシラン、アルコキシ基を２個有するジアルコキシシラン、アルコキシ基を１個有するモノアルコキシシランを用いることができる。これらのアルコキシ基の種類は特に制限されないが、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等、アルコキシ基中の炭素原子の数が比較的少ないもの（炭素数として１～４程度のもの）が反応性の点から有利である。また、トリアルコキシシランやジアルコキシシランを用いる場合は、アルコキシシラン中のケイ素原子には有機基、水酸基等が結合していてもよく、有機基はエポキシ基、アミノ基、メルカプト基、ビニル基、等の官能基をさらに有していてもよい。
テトラアルコキシシランとしては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン、ジメトキシジエトキシシラン等が好ましく挙げられる。
トリアルコキシシランとしては、メチルトリメトキシシラン、プロピルトリメトキシシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、オクタデシルトリメトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、アリルトリメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、シアノプロピルトリメトキシシラン、３－ブロモプロピルトリメトキシシラン、３－クロロプロピルトリメトキシシラン、２－（３，４－エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、３－グリシジロキシプロピルトリメトキシシラン、３－イオドプロピルトリメトキシシラン、３－メルカプトプロピルトリメトキシシラン、トリメトキシ［２－（７－オキサビシクロ［４，１，０］ヘプト－３－イル）エチル］シラン、１－［３－（トリメトキシシリル）プロピル］ウレア、Ｎ－［３－（トリメトキシシリル）プロピル］アニリン、トリメトキシ［３－フェニルアミノプロピル］シラン、アクリロキシプロピルトリメトキシシラン、メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリメトキシ［２－フェニルエチル］シラン、トリメトキシ（７－オクテン－１－イル）シラン、トリメトキシ（３，３，３－トリフルオロプロピル）シラン、３－［２－（２－アミノエチルアミノ）エチルアミノ］プロピルトリメトキシシラン、［３－（２－アミノエチルアミノ）プロピル］トリメトキシシラン、３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、３－アミノプロピルトリメトキシシラン、３－ジエチルアミノプロピルトリメトキシシラン、ビス（３－メチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、Ｎ，Ｎ－ジメチルアミノプロピルトリメトキシシラン、Ｎ－［３－（トリメトキシシリル）プロピル］エチレンジアミン、トリメトキシ（３－メチルアミノ）プロピルシラン、
メチルトリエトキシシラン、プロピルトリエトキシシラン、ヘキシルトリエトキシシラン、オクタデシルトリエトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、アリルトリエトキシシラン、（１－ナフチル）トリエトキシシラン、［２－（シクロヘキセニル）エチル］トリエトキシシラン、３－アミノプロピルトリエトキシシラン、３－［ビス（２－ヒドロキシエチル）アミノ］プロピルトリエトキシシラン、３－クロロプロピルトリエトキシシラン、３－グリシジロキシプロピルトリエトキシシラン、３－メルカプトプロピルトリエトキシシラン、４－クロロフェニルトリエトキシシラン、（ビシクロ［２，２，１］ヘプト－５－エン－２－イル）トリエトキシシラン、クロロメチルトリエトキシシラン、ペンタフルオロフェニルトリエトキシシラン、３－（トリエトキシシリル）プロピオニトリル、３－（トリエトキシシリル）プロピルイソシアネート、ビス［３－トリエトキシシリルプロピル］テトラスルフィド、トリエトキシ（３－イソシアナトプロピル）シラン、トリエトキシ（３－チオイソシアナトプロピル）シラン等が好ましく挙げられる。
ジアルコキシシランとしては、ジメトキシジメチルシラン、ジエトキシジメチルシラン、ジエトキシ－３－グリシドキシプロピルメチルシラン、ジメトキシジフェニルシラン、ジメトキシメチルフェニルシラン等が好ましく挙げられる。
このようなアルコキシシランは、単独で用いることもできるが２種類以上を組み合わせて用いることも可能である。また、上記のアルコキシ基を２～４個有するアルコキシシランは、アルコキシ基を１個有するモノアルコキシシランと組み合わせて使用することも可能である。このようにして用いることのできるモノアルコキシシランとしては、トリメチルメトキシシラン、トリメチルエトキシシラン、３－クロロプロピルジメチルメトキシシラン等が挙げられる。
アルコキシシランは樹脂基板との相互作用を有する官能基とシロキサン結合を形成させるとことができるという観点から、モノアルコキシシラン、ジアルコキシシラン、トリアルコキシシランから選択されることが好ましく、好ましくはアルコキシ基を３個有するトリアルコキシシラン、とりわけオルガノトリアルコキシシランであることが好ましい。
上記オルガノアルコキシシランは、化学式Ｓｉ(Ｒ1)m(ＯＲ2)4-mで表され、ｍは１～３の整数であり、Ｒ1およびＲ2は炭素数１以上の有機基であるが、Ｒ1は炭素数１～８であってＮ、Ｏ、Ｓ等の異元素を含んでもよい有機基であることが好ましく、Ｒ2は炭素数１～８の有機基であることが好ましい。有機基（－Ｒ1）としては、－ＣＨ3、－Ｃ2Ｈ5、－Ｃ3Ｈ7、－Ｃ4Ｈ9、－ＣＨＯＣＨ－、－ＣＨ＝ＣＨ2、－Ｃ6Ｈ5、－ＣＦ3、－Ｃ2Ｆ5、－Ｃ3Ｆ7、－Ｃ4Ｆ9、－ＣＨ2ＣＨ2ＣＦ3、－ＣＨ2ＣＨ2Ｃ6Ｆ13、－ＣＨ2ＣＨ2Ｃ8Ｆ17、－Ｃ3Ｈ6ＮＨ2、－Ｃ3Ｈ6ＮＨＣ2Ｈ4ＮＨ2、－Ｃ3Ｈ6ＯＣＨ2ＣＨＯＣＨ2、－Ｃ3Ｈ6ＯＣＯＣ（ＣＨ3）＝ＣＨ2等を挙げることができ、エポキシ基、アミノ基、メルカプト基、ビニル基等がより好ましい。
アルコキシ基（－ＯＲ2）は、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基等が好ましく、アルコキシ基中の炭素原子の数が比較的少ないもの（炭素数として１～４程度のもの）が反応性の点から有利である。なお、有機基およびアルコキシ基は、それぞれ同一分子内で複数存在する場合、異なる基であってもよい。
樹脂基板としては、例えば、トリアセチルセルロース（ＴＡＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、シンジオタクチックポリスチレンン（ＳＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡｒ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエステルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、環状ポリオレフィン、ポリイミド（ＰＩ）等が好ましく挙げられる。
アルカリ金属ケイ酸塩層としてはケイ酸リチウム、ケイ酸カリウム、ケイ酸ナトリウムが挙げられ、これらは単独でも適宜混合して形成されたものであってもよい。ケイ酸ナトリウム、ケイ酸リチウム、ケイ酸カリウムの製法は、湿式法、乾式法などが知られており、酸化ケイ素を、それぞれ水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化カリウムで溶解するなどの手法によって作製することができる。また、アルカリ金属とケイ酸のモル比が異なる種々のアルカリ金属ケイ酸塩が市販されており、これを利用することもできる。
本発明の光電変換素子用基板は、樹脂基板上に有機ケイ素化合物層を備え、この有機ケイ素化合物層上にアルカリ金属ケイ酸塩層を備えた構成となっており、樹脂基板と有機ケイ素化合物層間には主に分子間力が働き、有機ケイ素化合物層とアルカリ金属ケイ酸塩層間には、主に化学結合（シロキサン結合）が形成されて密着性が確保されているものと推定される。また、有機ケイ素化合物の有機官能基が導入されているため、シリカ材料などの無機結合のみからなる材料と比べて、弾性率が低いという特徴がある。このため、曲げに対する耐性が高く、基板のフレキシブル性を活かした部材としての用途が期待できる。
続いて、本発明の光電変換素子用基板の製造方法について説明する。まず、有機ケイ素化合物層用の塗布液を準備する。なお、ここでは有機ケイ素化合物としてアルコキシシランを例にとって説明する。塗布液はアルコキシシランと溶剤とを混合することで調整する。溶剤としては、例えば、水、エタノール、メタノール等を用いることができる。またこれらにイソプロピルアルコールやメチルエチルケトン等を混合した混合溶剤を使用することもできる。
なお、塗布液は無機物を主成分とするマトリックスの前駆体、無機物の中空粒子、及び溶剤以外にも、各種酸（例えば、塩酸、酢酸、硫酸、硝酸、リン酸、等）、各種塩基（例えば、アンモニア、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等）、硬化剤（例えば、金属キレート化合物等）、粘度調整剤（例えば、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン等）等、その他の成分を含有していてもよい。
上記のように準備した塗布液を樹脂基板上に塗布して塗布膜を形成する。塗布液を樹脂基板上に塗布する方法としては特に限定はなく、例えば、ドクターブレード法、ワイヤーバー法、グラビア法、スプレー法、ディップコート法、スピンコート法、キャピラリーコート法等の手法を用いることができる。
続いて、塗布膜中のアルコキシシランを加水分解・縮合反応させる加熱を行う。ゾル－ゲル反応によるアルコキシシランの加水分解・縮合反応が進行すると、アルコキシシラン類の縮合物が徐々に高分子量化する。加熱温度は５０℃～２００℃が好ましく、反応時間は５分間～１時間であることが好ましい。加熱温度が２００℃を超えるとアルコキシシラン類の縮合物に空隙が生じてしまう。形成後の有機ケイ素化合物層の厚さは、１μｍ以下であることが好ましく、０．５μｍ以下であることがより好ましく、さらには０．２μｍ以下であることが特に好ましい。１μｍよりも厚くなるとクラックが入りやすくなり、密着性が低下する。なお、有機ケイ素化合物層の厚さがあまりに薄すぎると、樹脂基板とアルカリ金属ケイ酸塩層との親和性を高くする効果が低減するため、０．００１μｍ以上であることが好ましく、０．０１μｍ以上であることがより好ましい。
次に形成した有機ケイ素化合物層上にアルカリ金属ケイ酸塩層を作製する。アルカリ金属ケイ酸塩層はアルカリ金属ケイ酸塗布液を基板上に塗布した後、熱処理を行うことにより作製することができる。塗布する方法としては特に限定はなく、上記有機ケイ素化合物層を形成するときと同様の方法により行うことができる。熱処理は２００～６００℃の範囲で行うことが好ましく、さらには３００℃～５００℃の範囲で、さらには４００℃～５００℃の範囲が望ましい。熱処理時間は、熱処理温度にもよるが１～３０分間行うことが好ましい。２００℃よりも低温では、塗布液を十分に乾燥させることができず、耐水性の高いアルカリ金属ケイ酸塩層が形成されないため好ましくない。一方、６００℃を超える温度では、アルカリ金属ケイ酸塩のガラス転移温度を超えるため好ましくない。熱処理後のアルカリ金属ケイ酸塩層の厚さは０．０１～２μｍ、好ましくは０．０５～１．５μｍ、さらには０．１～１μｍであることが好ましい。アルカリ金属ケイ酸塩層の厚さが２μｍよりも厚くなると、熱処理時のアルカリ金属ケイ酸塩層の収縮量が大きくなってクラックが発生しやすくなるため、好ましくない。
本発明の光電変換素子用基板を用いた光電変換素子について説明する。図２は、光電変換素子の一実施の形態を示す概略断面模式図である。なお、視認しやすくするため、各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。光電変換素子１は、図２に示すように、本発明の光電変換素子用基板１０上に、下部電極４０と、光吸収により正孔・電子対を発生する光電変換半導体層５０と、バッファ層６０と、透光性導電層（透明電極）７０と、上部電極（グリッド電極）８０とが順次積層された構成となっている。
下部電極（裏面電極）４０の成分としては特に制限されず、Ｍｏ，Ｃｒ，Ｗ，およびこれらの組合せが好ましく、Ｍｏ等が特に好ましい。下部電極（裏面電極）４０の膜厚は制限されず、２００～１０００ｎｍ程度が好ましい。
光電変換半導体層５０は化合物半導体系光電変換半導体層であり、主成分（主成分とは２０質量％以上の成分を意味）としては特に制限されず、高光電変換効率が得られることから、カルコゲン化合物半導体、カルコパイライト構造の化合物半導体、欠陥スタナイト型構造の化合物半導体を好適に用いることができる。
カルコゲン化合物（Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅを含む化合物）としては、
II－VI化合物：ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅなど、
I－III－VI2族化合物：ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＧａＳｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＧａＳｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）2など、
I－III3－VI5族化合物：Ｃｕｌｎ3Ｓｅ5、ＣｕＧａ3Ｓｅ5、Ｃｕ（ｌｎ，Ｇａ）3Ｓｅ5などを好ましく挙げることができる。
II－VI化合物：ＺｎＳ、ＺｎＳｅ、ＺｎＴｅ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅなど、
I－III－VI2族化合物：ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＧａＳｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＧａＳｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）2など、
I－III3－VI5族化合物：Ｃｕｌｎ3Ｓｅ5、ＣｕＧａ3Ｓｅ5、Ｃｕ（ｌｎ，Ｇａ）3Ｓｅ5などを好ましく挙げることができる。
カルコパイライト型構造および欠陥スタナイト型構造の化合物半導体としては、
I－III－VI2族化合物：ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＧａＳｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＧａＳｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）2など、
I－III3-VI5族化合物：ＣｕＩｎ3Ｓｅ5、ＣｕＧａ3Ｓｅ5、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）3Ｓｅ5などを好ましく挙げることができる。
ただし、上の記載において、（Ｉｎ，Ｇａ）、（Ｓ，Ｓｅ）は、それぞれ、（Ｉｎ1-xＧａx）、（Ｓ1-yＳｅy）（ただし、ｘ＝０～１、ｙ＝０～１）を示す。
I－III－VI2族化合物：ＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＧａＳｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＣｕＧａＳｅ2、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）2など、
I－III3-VI5族化合物：ＣｕＩｎ3Ｓｅ5、ＣｕＧａ3Ｓｅ5、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）3Ｓｅ5などを好ましく挙げることができる。
ただし、上の記載において、（Ｉｎ，Ｇａ）、（Ｓ，Ｓｅ）は、それぞれ、（Ｉｎ1-xＧａx）、（Ｓ1-yＳｅy）（ただし、ｘ＝０～１、ｙ＝０～１）を示す。
光電変換半導体層の成膜方法としては特に制限されない。例えば、Ｃｕ，Ｉｎ，（Ｇａ），Ｓを含むＣＩ（Ｇ）Ｓ系の光電変換半導体層の成膜では、セレン化法や多元蒸着法等の方法を用いて成膜することができる。
光電変換半導体層５０の膜厚は特に制限されず、１．０～３．０μｍが好ましく、１．５～２．０μｍが特に好ましい。
光電変換半導体層５０の膜厚は特に制限されず、１．０～３．０μｍが好ましく、１．５～２．０μｍが特に好ましい。
バッファ層６０は特に制限されないが、ＣｄＳ、ＺｎＳ，Ｚｎ（Ｓ，Ｏ）及び／又はＺｎ（Ｓ，Ｏ，ＯＨ）、ＳｎＳ，Ｓｎ（Ｓ，Ｏ）及び／又はＳｎ（Ｓ，Ｏ，ＯＨ）、ＩｎＳ，Ｉｎ（Ｓ，Ｏ）及び／又はＩｎ（Ｓ，Ｏ，ＯＨ）等の、Ｃｄ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｉｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の金属元素を含む金属硫化物を含むことが好ましい。バッファ層４０の膜厚は、１０ｎｍ～２μｍが好ましく、１５～２００ｎｍがより好ましい。
透光性導電層（透明電極）７０は、光を取り込むと共に、下部電極４０と対になって、光電変換層５０で生成された電流が流れる電極として機能する層である。透光性導電層７０の組成としては特に制限されず、ＺｎＯ：Ａｌ等のｎ－ＺｎＯ等が好ましい。透光性導電層７０の膜厚は特に制限されず、５０ｎｍ～２μｍが好ましい。
上部電極（グリッド電極）８０としては特に制限されず、Ａｌ等が挙げられる。上部電極８０膜厚は特に制限されず、０．１～３μｍが好ましい。
上部電極（グリッド電極）８０としては特に制限されず、Ａｌ等が挙げられる。上部電極８０膜厚は特に制限されず、０．１～３μｍが好ましい。
本発明の光電変換素子用基板は、太陽電池等に好ましく使用することができる。光電変換素子１に対して必要に応じて、カバーガラス、保護フィルム等を取り付けて、太陽電池とすることができる。
以下、本発明の光電変換素子用基板を実施例によりさらに詳細に説明する。
以下、本発明の光電変換素子用基板を実施例によりさらに詳細に説明する。
（アルカリ金属ケイ酸塩層塗布液の準備）
３号ケイ酸ナトリウム１０部、リチウムシリケート４５（日産化学）１０部、純水７部を混合し、塗布液を調液した。
３号ケイ酸ナトリウム１０部、リチウムシリケート４５（日産化学）１０部、純水７部を混合し、塗布液を調液した。
（実施例１）
３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン１０部、フェニルトリエトキシシラン１０部、アルミニウムアセチルアセトネート０．２部、塩酸２部および純水５部を混合して、有機ケイ素化合物層の塗布液を作製した。最大突起厚さが０．０１μｍ、厚さ１００μｍのポリイミドフィルムを５分間、ＵＶ－オゾン処理した。処理したポリイミドフィルム上にドクターブレード法で塗布液を塗布して塗布膜を形成し、形成した塗布膜を１００℃で乾燥させ溶媒を除去した。続いて塗布膜を１７０℃で１時間加熱し、縮合反応により硬化させて有機ケイ素化合物層とした。形成した有機ケイ素化合物層上に、アルカリ金属ケイ酸塩層塗布液を滴下し、スピンコートにてアルカリ金属ケイ酸塩層を形成した。その後、基板に対して３００℃で３０分間熱処理を行い半導体素子用基板を得た。
３－グリシドキシプロピルトリメトキシシラン１０部、フェニルトリエトキシシラン１０部、アルミニウムアセチルアセトネート０．２部、塩酸２部および純水５部を混合して、有機ケイ素化合物層の塗布液を作製した。最大突起厚さが０．０１μｍ、厚さ１００μｍのポリイミドフィルムを５分間、ＵＶ－オゾン処理した。処理したポリイミドフィルム上にドクターブレード法で塗布液を塗布して塗布膜を形成し、形成した塗布膜を１００℃で乾燥させ溶媒を除去した。続いて塗布膜を１７０℃で１時間加熱し、縮合反応により硬化させて有機ケイ素化合物層とした。形成した有機ケイ素化合物層上に、アルカリ金属ケイ酸塩層塗布液を滴下し、スピンコートにてアルカリ金属ケイ酸塩層を形成した。その後、基板に対して３００℃で３０分間熱処理を行い半導体素子用基板を得た。
（実施例２）
実施例１において、塗布液をメチルトリメトキシシラン５部、アミノプロピルトリエトキシシラン２．８部、アルミニウムアセチルアセトネート０．２部、塩酸２部および純水５部を混合したものに変更し、これを用いた以外は同様の処理を行い、半導体素子用基板を得た。
実施例１において、塗布液をメチルトリメトキシシラン５部、アミノプロピルトリエトキシシラン２．８部、アルミニウムアセチルアセトネート０．２部、塩酸２部および純水５部を混合したものに変更し、これを用いた以外は同様の処理を行い、半導体素子用基板を得た。
（比較例１）
ポリイミドフィルム上に上記（アルカリ金属ケイ酸塩層塗布液の準備）で準備した塗布液を直接バー塗布し、乾燥後、３００℃で熱処理し、半導体素子用基板を得た。
ポリイミドフィルム上に上記（アルカリ金属ケイ酸塩層塗布液の準備）で準備した塗布液を直接バー塗布し、乾燥後、３００℃で熱処理し、半導体素子用基板を得た。
実施例１および２では、熱処理後もアルカリケイ酸塩層の剥離がなかった。一方で有機ケイ素化合物層を備えていない比較例では熱処理後にアルカリケイ酸塩層の剥離が生じた。このことから、本発明の光電変換素子用基板は、アルカリ供給層の剥離が抑制され、安定的にアルカリ金属イオンを光電変換半導体層に対して供給することが可能であり、光電変換効率の向上に寄与することができる。
Claims (5)
- 樹脂基板上に有機ケイ素化合物層を備え、該有機ケイ素化合物層上にアルカリ金属ケイ酸塩層を備えていることを特徴とする光電変換素子用基板。
- 前記有機ケイ素化合物層が液相法により形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の光電変換素子用基板。
- 前記有機ケイ素化合物層が有機アルコキシシランの加水分解・縮合反応により得られる化合物からなることを特徴とする請求項１または２記載の光電変換素子用基板。
- 前記有機ケイ素化合物層の厚さは１μｍ以下であることを特徴とする請求項１、２または３記載の光電変換素子用基板。
- 請求項１～４いずれか１項記載の光電変換素子用基板上に形成されたものであることを特徴とする光電変換素子。
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|---|---|
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|---|---|---|---|
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| WO2010070728A1 (ja) * | 2008-12-16 | 2010-06-24 | 日本パーカライジング株式会社 | 金属材料用表面処理剤 |
| JP2011129564A (ja) * | 2009-12-15 | 2011-06-30 | Fujifilm Corp | 光電変換半導体膜を形成する塗布膜及びその製造方法、光電変換半導体膜、光電変換素子、及び太陽電池 |
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2011
- 2011-09-28 JP JP2011212192A patent/JP2013074121A/ja not_active Abandoned
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2012
- 2012-09-10 WO PCT/JP2012/005707 patent/WO2013046558A1/ja active Application Filing
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 12836728 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 12836728 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |