JP2015082351A - Method for manufacturing electrode substrate for solar battery, apparatus for manufacturing electrode substrate for solar battery, and electrode substrate for solar battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池用の電極基板の製造方法、太陽電池用の電極基板の製造装置、及び太陽電池用の電極基板に関する。 The present invention relates to a method for manufacturing an electrode substrate for a solar cell, an apparatus for manufacturing an electrode substrate for a solar cell, and an electrode substrate for a solar cell.
近年、太陽電池を低コストかつ低エネルギーで生産することができる色素増感型太陽電池が注目されている。色素増感型太陽電池の電極基板(光電極)では、例えば下記特許文献1に記載されるように、透明基板と多孔質金属酸化物層との間に透明導電膜が設けられ、これにより色素が担持された多孔質金属酸化物層にて発生した電子が回収される。
In recent years, attention has been focused on dye-sensitized solar cells that can produce solar cells at low cost and low energy. In an electrode substrate (photoelectrode) of a dye-sensitized solar cell, a transparent conductive film is provided between a transparent substrate and a porous metal oxide layer, for example, as described in
上述したような色素増感型太陽電池の電極基板は、透明導電膜上に有機溶媒に分散された金属酸化物層を形成したものを、所定温度(例えば350℃以上)で大気加熱し、多孔質金属酸化物層を焼成することにより作製される。ここで、透明導電膜としては、その抵抗値を低くするために酸化インジウムスズ(Indium Tin Oxide、以下「ITO」という)を用いることが考えられる。しかしながら、透明導電膜にITOを用いた場合、大気加熱中にITOが酸化され、透明導電膜の抵抗値が高くなってしまう。その結果、かえって色素増感型太陽電池の発電効率が低下してしまうおそれがある。 The electrode substrate of the dye-sensitized solar cell as described above has a porous structure in which a metal oxide layer dispersed in an organic solvent is formed on a transparent conductive film and is heated to the atmosphere at a predetermined temperature (eg, 350 ° C. or higher). It is produced by firing a porous metal oxide layer. Here, as the transparent conductive film, it is conceivable to use indium tin oxide (hereinafter referred to as “ITO”) in order to reduce its resistance value. However, when ITO is used for the transparent conductive film, the ITO is oxidized during atmospheric heating, and the resistance value of the transparent conductive film increases. As a result, the power generation efficiency of the dye-sensitized solar cell may be reduced.
そこで本発明は、発電効率の向上を図る太陽電池用の電極基板の製造方法、太陽電池用の電極基板の製造装置、及び太陽電池用の電極基板を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the manufacturing method of the electrode substrate for solar cells which aims at the improvement of power generation efficiency, the manufacturing apparatus of the electrode substrate for solar cells, and the electrode substrate for solar cells.
本発明に係る太陽電池用の電極基板の製造方法は、透明基板上に酸化インジウムスズ層を形成する第1工程と、酸化インジウムスズ層上にインジウム層を形成する第2工程と、インジウム層上に金属酸化物層を形成し、透明基板、酸化インジウムスズ層、インジウム層及び金属酸化物層を有する中間体を形成する第3工程と、中間体に加熱処理を行うことにより、金属酸化物層を多孔質金属酸化物層として形成する第4工程と、を備えることを特徴とする。 A method for manufacturing an electrode substrate for a solar cell according to the present invention includes a first step of forming an indium tin oxide layer on a transparent substrate, a second step of forming an indium layer on the indium tin oxide layer, and an indium layer. Forming a metal oxide layer on the substrate, forming a transparent substrate, an indium tin oxide layer, an indium having an indium layer and a metal oxide layer, and subjecting the intermediate to a heat treatment to form a metal oxide layer And forming a porous metal oxide layer as a porous metal oxide layer.
この太陽電池用の電極基板の製造方法では、透明導電膜として機能する酸化インジウムスズ層上にインジウム層を形成し、当該インジウム層上に金属酸化物層を形成する。これにより、中間体に加熱処理を行った際、金属酸化物層中及び大気中の酸素によってインジウム層が酸化される一方で、酸化インジウムスズ層の酸化が抑制されることとなる。このように、酸化インジウムスズ層の酸化を抑制することによって、酸化インジウムスズ層の抵抗値の増加が抑制でき、発電効率の向上を図ることができる。また、酸化インジウムスズ層は、酸化インジウムを主成分としているため、酸化されたインジウム層の結晶格子は、酸化インジウムスズ層の結晶格子とほぼ同一となる。これにより、酸化インジウムスズ層と酸化されたインジウム層との結晶格子の不整合に起因して透明基板が反ることを防ぐことができる。したがって、電極基板の反り等を防ぐことができる。 In this method of manufacturing an electrode substrate for a solar cell, an indium layer is formed on an indium tin oxide layer that functions as a transparent conductive film, and a metal oxide layer is formed on the indium layer. Thereby, when heat-processing an intermediate body, while an indium layer is oxidized with the oxygen in a metal oxide layer and air | atmosphere, the oxidation of an indium tin oxide layer will be suppressed. Thus, by suppressing the oxidation of the indium tin oxide layer, an increase in the resistance value of the indium tin oxide layer can be suppressed, and the power generation efficiency can be improved. In addition, since the indium tin oxide layer contains indium oxide as a main component, the crystal lattice of the oxidized indium layer is almost the same as the crystal lattice of the indium tin oxide layer. Thereby, it is possible to prevent the transparent substrate from being warped due to mismatch of crystal lattices between the indium tin oxide layer and the oxidized indium layer. Therefore, warpage of the electrode substrate can be prevented.
また、インジウム層の厚さは、酸化インジウムスズ層の厚さよりも薄いことが好ましい。インジウム層を薄くすることでインジウム層の透光性を向上でき、太陽電池の発電効率の更なる向上を図ることができる。 The indium layer is preferably thinner than the indium tin oxide layer. By reducing the thickness of the indium layer, the translucency of the indium layer can be improved, and the power generation efficiency of the solar cell can be further improved.
また、透明基板は、ガラス基板であることが好ましい。耐熱性の高い透明基板であるガラス基板を用いることによって、加熱処理の温度を高くできる。この結果、加熱処理時に金属酸化物同士の結合性が向上し、発電効率の更なる向上を図ることができる。 The transparent substrate is preferably a glass substrate. By using a glass substrate which is a transparent substrate with high heat resistance, the temperature of the heat treatment can be increased. As a result, the bondability between the metal oxides is improved during the heat treatment, and the power generation efficiency can be further improved.
また、加熱処理は、400℃以上で行われることが好ましい。金属酸化物層を含有する中間体を加熱する温度を高くすることにより、金属酸化物同士の結合性が向上し、発電効率の更なる向上を図ることができる。 Moreover, it is preferable that heat processing are performed at 400 degreeC or more. By raising the temperature at which the intermediate containing the metal oxide layer is heated, the bondability between the metal oxides can be improved, and the power generation efficiency can be further improved.
また、第4工程後の酸化インジウムスズ層のシート抵抗は、10Ω/□以下であってもよい。 Further, the sheet resistance of the indium tin oxide layer after the fourth step may be 10Ω / □ or less.
また、本発明に係る太陽電池用の電極基板の製造装置は、透明基板上に酸化インジウムスズ層を形成する第1成膜部と、酸化インジウムスズ層上にインジウム層を形成する第2成膜部と、インジウム層上に金属酸化物層を形成し、透明基板、酸化インジウムスズ層、インジウム層及び金属酸化物層を有する中間体を形成する第3成膜部と、中間体に加熱処理を行う加熱部と、を備えることを特徴とする。 Moreover, the manufacturing apparatus of the electrode substrate for solar cells which concerns on this invention WHEREIN: The 1st film-forming part which forms an indium tin oxide layer on a transparent substrate, and the 2nd film-forming which forms an indium layer on an indium tin oxide layer Forming a metal oxide layer on the indium layer, forming a transparent substrate, an indium tin oxide layer, an indium having an indium layer and a metal oxide layer, and a heat treatment on the intermediate And a heating unit to be performed.
この太陽電池用の電極基板の製造装置では、透明導電膜として機能する酸化インジウムスズ層上にインジウム層を形成する第2成膜部と、インジウム層上に金属酸化物層を形成する第3成膜部とを備える。加熱部によって大気加熱された際に、金属酸化物層中及び大気中の酸素によりインジウム層が酸化される一方で、酸化インジウムスズ層の酸化は抑制される。このため、酸化インジウムスズ層の抵抗値の増加が抑制され、発電効率の向上を図ることができる。また、酸化インジウムスズ層は、酸化インジウムを主成分としているため、酸化されたインジウム層の結晶格子は、酸化インジウムスズ層の結晶格子とほぼ同一となる。これにより、酸化インジウムスズ層と酸化されたインジウム層との結晶格子の不整合に起因して透明基板が反ることを防ぐことができる。したがって、電極基板の反り等を防ぐことができる。 In this solar cell electrode substrate manufacturing apparatus, a second film forming unit that forms an indium layer on an indium tin oxide layer that functions as a transparent conductive film, and a third film forming unit that forms a metal oxide layer on the indium layer. A film portion. When the atmosphere is heated by the heating unit, the indium layer is oxidized by oxygen in the metal oxide layer and in the atmosphere, while oxidation of the indium tin oxide layer is suppressed. For this reason, an increase in the resistance value of the indium tin oxide layer is suppressed, and the power generation efficiency can be improved. In addition, since the indium tin oxide layer contains indium oxide as a main component, the crystal lattice of the oxidized indium layer is almost the same as the crystal lattice of the indium tin oxide layer. Thereby, it is possible to prevent the transparent substrate from being warped due to mismatch of crystal lattices between the indium tin oxide layer and the oxidized indium layer. Therefore, warpage of the electrode substrate can be prevented.
また、本発明に係る太陽電池の電極基板は、透明基板と、透明基板上に設けられた酸化インジウムスズ層と、酸化インジウムスズ層上に設けられた酸化インジウム層と、酸化インジウム層上に設けられた多孔質金属酸化物層と、を備えることを特徴とする。 The electrode substrate of the solar cell according to the present invention is provided on a transparent substrate, an indium tin oxide layer provided on the transparent substrate, an indium oxide layer provided on the indium tin oxide layer, and an indium oxide layer. And a porous metal oxide layer formed.
この太陽電池の電極基板では、透明導電膜として機能する酸化インジウムスズ層と多孔質金属酸化物層との間に酸化インジウム層が設けられている。この酸化インジウム層によって、酸化インジウムスズ層に多孔質金属酸化物層及び大気中から酸素が供給されるのを抑制でき、酸化インジウムスズ層の抵抗値の増加を抑制することができる。これにより、発電効率の向上を図ることができる。また、酸化インジウムスズ層は、酸化インジウムを主成分としているため、酸化インジウム層の結晶格子は、酸化インジウムスズ層の結晶格子とほぼ同一となる。これにより、酸化インジウムスズ層と酸化インジウム層との結晶格子の不整合に起因して透明基板が反ることを防ぐことができる。したがって、電極基板の反り等を防ぐことができる。 In the electrode substrate of this solar cell, an indium oxide layer is provided between an indium tin oxide layer that functions as a transparent conductive film and a porous metal oxide layer. By this indium oxide layer, oxygen can be suppressed from being supplied to the indium tin oxide layer from the porous metal oxide layer and the atmosphere, and an increase in the resistance value of the indium tin oxide layer can be suppressed. Thereby, the power generation efficiency can be improved. In addition, since the indium tin oxide layer contains indium oxide as a main component, the crystal lattice of the indium oxide layer is almost the same as the crystal lattice of the indium tin oxide layer. Thereby, it is possible to prevent the transparent substrate from warping due to the mismatch of the crystal lattice between the indium tin oxide layer and the indium oxide layer. Therefore, warpage of the electrode substrate can be prevented.
また、酸化インジウム層の厚さは、酸化インジウムスズ層の厚さよりも薄いことが好ましい。酸化インジウム層を薄くすることで酸化インジウム層の透光性を向上でき、発電効率の更なる向上を図ることができる。 The thickness of the indium oxide layer is preferably thinner than the thickness of the indium tin oxide layer. By reducing the thickness of the indium oxide layer, the translucency of the indium oxide layer can be improved, and the power generation efficiency can be further improved.
また、透明基板は、ガラス基板であることが好ましい。耐熱性の高い透明基板であるガラス基板を用いることによって、加熱処理の温度を高くすることができる。この結果、加熱処理時に金属酸化物同士の結合性が向上し、発電効率の更なる向上を図ることができる。 The transparent substrate is preferably a glass substrate. By using a glass substrate which is a transparent substrate with high heat resistance, the temperature of heat treatment can be increased. As a result, the bondability between the metal oxides is improved during the heat treatment, and the power generation efficiency can be further improved.
また、酸化インジウムスズ層のシート抵抗は、10Ω/□以下であってもよい。 Further, the sheet resistance of the indium tin oxide layer may be 10Ω / □ or less.
本発明によれば、発電効率の向上を図ると共に電極基板の反り等を防ぐことが可能となる。 According to the present invention, it is possible to improve power generation efficiency and prevent warping of the electrode substrate.
以下、添付図面を参照しながら本発明に係る一実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の一実施形態に係る太陽電池用の電極基板を備える色素増感型太陽電池の概略構造である。図1に示すように、色素増感型太陽電池1は、吸着させた色素15を利用して光エネルギーを電気エネルギーへ変換する太陽電池であって、正極2と、負極を構成する太陽電池用の電極基板3(以下、単に「電極基板3」ともいう)とによって、電解質4を挟むようにして構成されている。正極2と電極基板3とは、外部回路5を介して互いに電気的に接続されている。正極2及び電解質4は、公知の正極及び電解質をそれぞれ用いることができる。電極基板3は、光Lの照射により電子を発生する光電極であり、透明基板11と、透明導電膜12と、酸化インジウム層13と、多孔質金属酸化物層14と、色素15とを備える。
FIG. 1 is a schematic structure of a dye-sensitized solar cell including an electrode substrate for a solar cell according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the dye-sensitized
透明基板11は、光(特に可視光)を透過する性質を有する。透明基板11としては、例えばガラス基板又は樹脂基板が用いられる。ガラス基板としては、例えばソーダライムガラス、ホウケイ酸ガラス、シリカガラス等のガラスが用いられる。樹脂基板に用いられる樹脂材料としては、例えばアクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂等の樹脂材料が用いられる。ここでは、強度及び耐熱性の観点から好ましいものとして、ガラス基板が用いられる。透明基板11の厚さは、0.1mm〜12mm、好ましくは1.1mm〜2mmである。なお、ガラス成分の拡散を抑制するために、透明基板11の表面に、例えば酸化ケイ素膜等が形成されていてもよい。
The
透明導電膜12は、光(特に可視光)を透過する性質及び導電性を有する膜であり、透明基板11上に設けられている。透明導電膜12としては、ITOからなる導電膜(以下、酸化インジウムスズ層ともいう)が用いられている。透明導電膜12の膜厚は、50nm〜300nm、好ましくは100nm〜200nm、更に好ましくは120nm〜150nmである。また、透明導電膜12のシート抵抗は、10Ω/□以下、好ましくは7Ω/□以下である。
The transparent
なお、一般的に透明導電膜12の材料としては、ITOの他にフッ素ドープ酸化スズ(Fluorine doped Tin Oxide、以下、「FTO」という)も考えられるが、本実施形態では、上述したように電気伝導性の観点等からITOを用いている。ここで、ITO及びFTOの各特性について以下に対比説明する。
In general, the material of the transparent
図2は、ITOを成膜したガラス(ITO導電ガラス)とFTOを成膜したガラス(FTO導電ガラス)とを各温度にて1時間、大気加熱(大気雰囲気下にて加熱)した時の体積抵抗率を示すグラフである。グラフ21は、ITO導電ガラスの体積抵抗率を、グラフ22はFTO導電ガラスの体積抵抗率をそれぞれ示す。図2に示すように、常温から350℃付近において、ITO導電ガラスの体積抵抗率は、FTO導電ガラスの体積抵抗率よりも、大幅に低いことがわかる。
FIG. 2 shows the volume when an ITO film (ITO conductive glass) and an FTO film (FTO conductive glass) are heated in the atmosphere (heated in an atmospheric atmosphere) for 1 hour at each temperature. It is a graph which shows a resistivity.
また、400℃以上にて大気加熱を行うと、ITO導電ガラスの体積抵抗率は急激に上昇する。これは、ITOが酸化され、ITOのキャリア発生源となるドープされたスズと酸素空孔のうち酸素空孔が埋まることにより、ITO導電ガラスのシート抵抗が増加するからである。しかしながら、ITO導電ガラスの体積抵抗率は、急激に上昇してもなお、FTO導電ガラスの体積抵抗率よりも低くなっていることがわかる。よって、大気加熱が行われたとしても、FTO導電ガラスよりもITO導電ガラスの方が、電気伝導性の観点から優位であることがわかる。また、高温にて大気加熱を行われたとしてもITO導電ガラスが酸化しなければ、FTO導電ガラスよりもITO導電ガラスの方が、電気伝導性の観点から更に優位であることがわかる。 Moreover, when atmospheric heating is performed at 400 ° C. or higher, the volume resistivity of the ITO conductive glass rapidly increases. This is because the sheet resistance of the ITO conductive glass is increased by oxidizing the ITO and filling the oxygen vacancies among the doped tin and oxygen vacancies that are the carrier generation source of the ITO. However, it can be seen that the volume resistivity of the ITO conductive glass is still lower than the volume resistivity of the FTO conductive glass even if it rapidly increases. Therefore, even when atmospheric heating is performed, it can be seen that ITO conductive glass is superior to FTO conductive glass from the viewpoint of electrical conductivity. Moreover, even if it heats to air | atmosphere at high temperature, if an ITO conductive glass does not oxidize, it turns out that the ITO conductive glass is more advantageous than an FTO conductive glass from a viewpoint of electrical conductivity.
図1に戻り、酸化インジウム層13は、酸化インジウムからなり、透明導電膜12上に設けられている。酸化インジウム層13は、大気加熱時等に透明導電膜12に酸素等が供給されるのを防ぐバッファ層として機能する(詳しくは後述)。ここで、ITOは、酸化インジウムを主成分としていることから、酸化インジウム層13の結晶格子と、透明導電膜12の結晶格子はほぼ同一となる。このため、酸化インジウム層13を用いることにより、透明導電膜12と酸化インジウム層13との結晶格子の不整合に起因した電極基板3の反りの発生を抑制することができる。酸化インジウム層13の膜厚は、電気導電性及び透光性の観点から、少なくとも透明導電膜12の厚さよりも薄く、1nm〜50nm、好ましくは3nm〜30nm、更に好ましくは5nm〜20nmである。なお、酸化インジウム層13に、酸化していないインジウムが含有されていてもよい。
Returning to FIG. 1, the
多孔質金属酸化物層14は、金属酸化物半導体からなり、酸化インジウム層13上に設けられている。金属酸化物半導体として、例えばチタン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン等の酸化物、又は上記金属を含有する複合酸化物、例えばSrTiO3、CaTiO3等のペロブスカイト型酸化物等が用いられる。本実施形態では、金属酸化物半導体として、紫外域に光吸収ピークを有する酸化チタンが用いられる。また、このような金属酸化物半導体は、多孔質化の点で粒子状かつこれらが互いに結合していることが好ましい。金属酸化物半導体の粒径は、10nm〜500nm、好ましくは5nm〜350nm、更に好ましくは5nm〜200nmである。
The porous
色素15は、光Lにより励起される性質(光増感作用)を有しており、多孔質金属酸化物層14に吸着されている。色素15は、一般的に色素増感型太陽電池に用いられている色素(例えばルテニウム錯体、シアン系色素、クマリン系色素、シアニン系色素等)を用いることができる。高い変換効率を図るために、色素の吸収スペクトルが太陽光スペクトルと広波長域で重なっており、且つ、耐光性が高い色素を用いることが望ましい。
The
図3は、上記の電極基板3を製造するための製造装置の構成のブロック図である。図3に示すように、電極基板の製造装置100(以下、単に「製造装置100」ともいう)は、第1成膜装置(第1成膜部)200、第2成膜装置(第2成膜部)300、第3成膜装置(第3成膜部)400、及び加熱装置(加熱部)500を少なくとも備える。なお、製造装置100が備える装置は、各成膜装置200,300,400及び加熱装置500に限定されず、他の装置(例えば洗浄装置等)を更に備えていてもよい。
FIG. 3 is a block diagram of a configuration of a manufacturing apparatus for manufacturing the
第1成膜装置200は、透明基板11上に透明導電膜12を成膜する装置である。第2成膜装置300は、透明導電膜12上にインジウム層16を成膜する装置である。第3成膜装置400は、インジウム層16上に金属酸化物層17を成膜する装置である。第1成膜装置200及び第2成膜装置300としては、例えば真空蒸着装置、スパッタリング装置、CVD装置、イオンプレーティング装置等が挙げられる。
The first
第3成膜装置400としては、例えば種々のコーティング装置、インクジェットプリンタ等が挙げられる。第1成膜装置200及び第2成膜装置300は、同一の成膜装置でもよいし、互いに異なる成膜装置でもよい。また、加熱装置500は、成膜対象物と、上記成膜装置によって成膜された膜を加熱する装置であり、電気炉(例えばマッフル炉)等の種々の炉が用いられる。
Examples of the third
図4は、第1成膜装置200の一例として、RPD法(反応性プラズマ蒸着法:Reactive Plasma Deposition法)を用いたイオンプレーティング装置の断面図である。RPD法とは、例えばプラズマビームの照射により蒸発材料に電流を流し、蒸発材料を直接的に加熱蒸発させる方法である。RPD法を用いたイオンプレーティング装置は、RPD法にて蒸発させた成膜材料(蒸発材料)を真空容器内に拡散させて、成膜対象物の表面に成膜材料を付着させることにより成膜を行う装置である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of an ion plating apparatus using an RPD method (reactive plasma deposition method) as an example of the first
図4に示すように、第1成膜装置200は、成膜対象物211の板厚方向が水平方向となるように、成膜対象物211を直立した状態又は傾斜した状態で、成膜対象物211が真空チャンバー210内に配置されて搬送される、いわゆる縦型の成膜装置である。第1成膜装置200は、ハース機構202、搬送機構203、輪ハース206、プラズマ源207、圧力調整装置208、及び真空チャンバー210を備えている。
As shown in FIG. 4, the first
真空チャンバー210は、成膜材料Maの膜が形成される成膜対象物211を搬送するための搬送室210aと、成膜材料Maを拡散させる成膜室210bと、プラズマ源207から照射されるプラズマビームPを真空チャンバー210に受け入れるプラズマ口210cとを有している。また、真空チャンバー210は、導電性の材料からなり接地電位に接続されている。
The
搬送機構203は、成膜材料Maと対向した状態で成膜対象物211を保持する成膜対象物保持部材216を搬送方向Aに搬送する。プラズマ源207は、成膜室210bの側壁に設けられたプラズマ口210cを介して成膜室210bに接続されている。プラズマ源207は、真空チャンバー210内でプラズマビームPを生成する。プラズマ源207において生成されたプラズマビームPは、プラズマ口210cから成膜室210b内へ方向が制御されて出射される。
The
圧力調整装置208は、真空チャンバー210に接続され、真空チャンバー210内の圧力を調整する。圧力調整装置208は、例えば、ターボ分子ポンプ又はクライオポンプ等の減圧部と、真空チャンバー210内の圧力を測定する圧力測定部とを有している。
The
ハース機構202は、成膜材料Maを保持するための機構である。ハース機構202は、真空チャンバー210の成膜室210b内に設けられている。ハース機構202は、プラズマ源207から出射されたプラズマビームPを成膜材料Maに導く主陽極を有している。ハース機構202は、真空チャンバー210が有する接地電位に対して正電位に保たれている。
The
輪ハース206は、プラズマビームPを誘導するための磁石を有する補助陽極である。輪ハース206は、環状のコイル209と環状の永久磁石部220と環状の容器212とを有し、コイル209及び永久磁石部220は容器212に収容されている。輪ハース206は、成膜材料Maに入射するプラズマビームPの幅・太さを制御する。
The
成膜材料(蒸発材料)Maは、ITOである。成膜材料Ma及びハース機構202にプラズマビームPが照射されると、成膜材料Maが加熱される。これにより、成膜材料Maの先端部分が蒸発し、プラズマビームPによりイオン化された成膜材料粒子Mbが成膜室210b内に拡散する。成膜室210b内に拡散した成膜材料粒子Mbは、搬送室210a内において成膜対象物211の表面に付着する。
The film forming material (evaporating material) Ma is ITO. When the film forming material Ma and the
次に、図3に示した製造装置100を用いて上記の電極基板3を製造する方法の一例について、図5の(a)〜(e)を用いながら詳細に説明する。
Next, an example of a method for manufacturing the
まず、透明基板11が製造装置100に搬入され、図5の(a)に示すように、第1成膜装置200にて、透明基板11上にITOからなる透明導電膜12が形成される(第1工程)。第1工程では、例えば、形成された透明導電膜12の表面粗さを抑制する等のため、第1成膜装置200として上述したRPD法を用いたイオンプレーティング装置を用いることが好ましい。なお、透明導電膜12は、透明基板11の表面上に形成されてもよいし、透明基板11の表面上に形成された膜上に形成されてもよい。
First, the
次に、図5の(b)に示すように、第2成膜装置300にて、インジウムからなるインジウム層16が透明導電膜12の表面上に形成される(第2工程)。このとき、インジウム層16は、少なくとも透明導電膜12の厚さよりも薄く形成される。なお、上述のように第2成膜装置300は、第1成膜装置200と同一の装置でもよいし、異なる装置でもよい。
Next, as shown in FIG. 5B, the
次に、図5の(c)に示すように、第3成膜装置400にて、インジウム層16上に金属酸化物層17が形成される。これにより、透明基板11、透明導電膜12、インジウム層16及び金属酸化物層17を有する中間体20が形成される(第3工程)。中間体20は、電極基板3の製造工程における中間生成物であり、透明基板11上に透明導電膜12、インジウム層16及び金属酸化物層17がこの順で積層されたものである。ここでの金属酸化物層17は、第3成膜装置400にて、例えば金属酸化物半導体の粒子を有機溶媒に分散させたペーストを、インジウム層16上に塗布されることによって形成することができる。有機溶媒としては、例えば低級アルコールや樹脂材料等が用いられる。また、有機溶媒中に硬化剤及び分散剤を更に含有させていてもよい。
Next, as shown in FIG. 5C, the
次に、金属酸化物層17中の有機溶媒を除去するために、加熱装置500にて、中間体20に対して加熱処理が行われる(第4工程)。加熱処理は、例えば400℃以上で大気加熱することにより実施される。当該大気加熱によれば、金属酸化物層17中の有機溶媒が除去されると共に、金属酸化物半導体の粒子同士が結合し、多孔質金属酸化物層14が形成される(図5の(d)を参照)。金属酸化物半導体の粒子同士の結合を向上するために、大気加熱の温度を高くするのが好ましい。例えば、500℃以上且つ透明基板11のガラス転移点以下(例えば550℃〜650℃以下)で加熱処理を行うことが好ましい。
Next, in order to remove the organic solvent in the
ここで、第4工程においては、インジウム層16は、大気中の酸素又は金属酸化物層17中の酸素によって酸化され、酸化インジウム層13となる。一方で、透明導電膜12は、酸化インジウム層13が形成されていることにより、酸化しない又は殆ど酸化しないため、透明導電膜12のシート抵抗の上昇は抑制される。これにより、大気加熱後であってもシート抵抗の低い透明導電膜12を形成することができる。
Here, in the fourth step, the
また、ITOは、酸化インジウムを主成分としていることから、酸化インジウム層13の結晶格子と、透明導電膜12の結晶格子とはほぼ同一となる。このため、透明導電膜12及び酸化インジウム層13同士の結晶格子の不整合に起因した不具合(例えば、透明基板11の反りや、これらの界面における剥離等)を防ぐことができる。これにより、透明基板11を大面積にしたとしても、透明基板11が反る等の不具合が生じなくなるので好ましい。また、インジウム層16が加熱時に酸化される際に、一部のインジウムが金属酸化物層17内の金属酸化物と結合することから、層間の結合強度の向上と共に層間の電子の授受の効率の向上を図ることができる。
In addition, since ITO contains indium oxide as a main component, the crystal lattice of the
次に、図5の(e)に示すように、多孔質金属酸化物層14に色素溶液を接触させることにより、色素15が多孔質金属酸化物層14に吸着される。色素15の吸着は、例えば製造装置100内で行われてもよいし、製造装置100から搬出された後に行われてもよい。色素溶液は、溶媒としてエタノール又はブタノール等のアルコール系有機溶媒を用いて調製され、その色素濃度は、例えば、3×10−4〜5×10−4mol/lである。そして、多孔質金属酸化物層14に色素15を吸着させた後、溶媒を除去することによって、電極基板3が形成される。
Next, as shown in FIG. 5E, the
以上、本実施形態に係る太陽電池用の電極基板3の製造方法では、透明導電膜12として機能する酸化インジウムスズ層上にインジウム層16を形成し、当該インジウム層16上に金属酸化物層17を形成する。これにより、中間体20に加熱処理を行った際、金属酸化物層17中及び大気中の酸素によってインジウム層16が酸化される一方で、酸化インジウムスズ層の酸化が抑制されることとなる。このように、酸化インジウムスズ層の酸化を抑制することによって、酸化インジウムスズ層の抵抗値の増加が抑制でき、発電効率の向上を図ることができる。
As described above, in the method for manufacturing the
また、酸化インジウムスズ層は、酸化インジウムを主成分としているため、酸化されたインジウム層16の結晶格子は、酸化インジウムスズ層の結晶格子とほぼ同一となる。これにより、酸化インジウムスズ層と酸化されたインジウム層16との結晶格子の不整合に起因して透明基板11が反ることを防ぐことができる。したがって、上述のような電極基板3の製造方法によれば、発電効率の向上を図ると共に電極基板3の反り等を防ぐことができる。
In addition, since the indium tin oxide layer contains indium oxide as a main component, the crystal lattice of the oxidized
また、本実施形態では、上述したように、インジウム層16の厚さは、透明導電膜12の厚さよりも薄くされている。インジウム層16を薄くすることでインジウム層16の透光性を向上できる。また、耐熱性の高いガラス基板を透明基板11として用いることによって、加熱処理を400℃以上で行うことができる。したがって、金属酸化物層17を加熱する温度を高くでき、金属酸化物同士の結合性が向上し、発電効率の更なる向上を図ることができる。また、透明導電膜12である酸化インジウムスズ層のシート抵抗が10Ω/□以下とされているため、電極基板3は太陽電池用のものとして好適である。
In the present embodiment, as described above, the thickness of the
また、本実施形態に係る電極基板3と、製造装置100とにおいても、発電効率の向上を図ると共に電極基板3の反り等を防ぐという上記作用効果と同様の作用効果を奏することができる。
In addition, the
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。例えば、透明導電膜12上に補助電極を形成してもよい。この場合であっても、透明導電膜12のシート抵抗が低いことから、透明基板11表面上における補助電極が占有する面積を小さくすること及び電極基板3の面積を大きくすることができるため、太陽電池の開口率を上昇させることが可能となる。
The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, an auxiliary electrode may be formed on the transparent
また、上記実施形態では、透明導電膜12と酸化インジウム層13との界面が明確である場合を例に説明したが、加熱処理によって酸化インジウム層13の酸化インジウムが透明導電膜12のITOと混合・一体化し、透明導電膜12と酸化インジウム層13との間に明確な界面が形成されない場合がある(以下、透明導電膜12と酸化インジウム層13とが一体化した膜を混合膜という)。この場合、透明導電膜12と酸化インジウム層13との界面に起因して基板が反ることを防ぐことができる。
Moreover, although the said embodiment demonstrated the case where the interface of the transparent
なお、混合膜が形成された場合であっても、例えば混合膜中のインジウム濃度勾配を測定することによって、透明導電膜12と酸化インジウム層13とを判別することが可能である。具体的には、混合膜中の形成前に酸化インジウム層13であった領域はスズを含有していないため、透明導電膜12であった領域よりもインジウムの濃度が高い。したがって、混合膜中のインジウム濃度勾配を測定し、インジウム濃度が大きく変化する領域を、透明導電膜12と酸化インジウム層13との界面とみなすことができる。混合膜中のインジウム濃度勾配は、例えばSIMS(二次イオン質量分析法)、XPS(X線光電子分光)等によって測定できる。ちなみに、インジウムの代わりにスズの濃度勾配を測定してもよい。
Even when the mixed film is formed, the transparent
1…色素増感型太陽電池、2…正極、3…太陽電池用の電極基板(電極基板)、4…電解質、5…外部回路、11…透明基板、12…透明導電膜(酸化インジウムスズ層)、13…酸化インジウム層、14…多孔質金属酸化物層、15…色素、16…インジウム層、17…金属酸化物層、20…中間体、100…電極基板の製造装置(製造装置)、200…第1成膜装置(第1成膜部)、300…第2成膜装置(第2成膜部)、400…第3成膜装置(第3成膜部)、500…加熱装置(加熱部)、L…光。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記酸化インジウムスズ層上にインジウム層を形成する第2工程と、
前記インジウム層上に金属酸化物層を形成し、前記透明基板、前記酸化インジウムスズ層、前記インジウム層及び前記金属酸化物層を有する中間体を形成する第3工程と、
前記中間体に加熱処理を行うことにより、前記金属酸化物層を多孔質金属酸化物層として形成する第4工程と、を備えることを特徴とする太陽電池用の電極基板の製造方法。 A first step of forming an indium tin oxide layer on a transparent substrate;
A second step of forming an indium layer on the indium tin oxide layer;
Forming a metal oxide layer on the indium layer and forming an intermediate having the transparent substrate, the indium tin oxide layer, the indium layer, and the metal oxide layer;
And a fourth step of forming the metal oxide layer as a porous metal oxide layer by subjecting the intermediate to a heat treatment, and a method for producing an electrode substrate for a solar cell.
前記酸化インジウムスズ層上にインジウム層を形成する第2成膜部と、
前記インジウム層上に金属酸化物層を形成し、前記透明基板、前記酸化インジウムスズ層、前記インジウム層及び前記金属酸化物層を有する中間体を形成する第3成膜部と、
前記中間体に加熱処理を行う加熱部と、を備えることを特徴とする、太陽電池用の電極基板の製造装置。 A first film forming unit that forms an indium tin oxide layer on a transparent substrate;
A second film forming unit for forming an indium layer on the indium tin oxide layer;
Forming a metal oxide layer on the indium layer, and forming a transparent substrate, the indium tin oxide layer, the indium layer, and an intermediate having the metal oxide layer;
An apparatus for manufacturing an electrode substrate for a solar cell, comprising: a heating unit that heat-treats the intermediate.
前記透明基板上に設けられた酸化インジウムスズ層と、
前記酸化インジウムスズ層上に設けられた酸化インジウム層と、
前記酸化インジウム層上に設けられた多孔質金属酸化物層と、を備えることを特徴とする太陽電池用の電極基板。 A transparent substrate;
An indium tin oxide layer provided on the transparent substrate;
An indium oxide layer provided on the indium tin oxide layer;
An electrode substrate for a solar cell, comprising: a porous metal oxide layer provided on the indium oxide layer.
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|---|---|---|---|---|
| JPWO2016208506A1 (en) * | 2015-06-22 | 2017-12-21 | 富士フイルム株式会社 | Photoelectric conversion element, method for manufacturing photoelectric conversion element, and solar cell |
| CN117626187A (en) * | 2023-10-31 | 2024-03-01 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | A method for reactive deposition of low-cost ITO films using RPD using indium-tin alloy as a source |
| CN120796920A (en) * | 2025-09-18 | 2025-10-17 | 深圳众诚达应用材料股份有限公司 | Oxide semiconductor target for RPD coating, preparation method thereof and thin film transistor |
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