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PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

Patent code P130009939
File No. 23‐20,S2012-0451-N0
Posted date Sep 27, 2013
Application number P2012-037574
Publication number P2013-175507A
Patent number P5920818
Date of filing Feb 23, 2012
Date of publication of application Sep 5, 2013
Date of registration Apr 22, 2016
Inventor
  • (In Japanese)藤田 恭久
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人島根大学
Title PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a large-area photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency by using ZnO.
SOLUTION: A ZnO-based transparent conductive film 12 is formed on a transparent substrate 11, and an n-type ZnO-based thin film 13 is sequentially formed thereon. A particulate layer 14 is formed on the n-type ZnO-based thin film 13. The particulate layer 14 is formed by dispersedly arranging particulates 141 on the n-type ZnO-based thin film 13 by a method of coating or the like, and by thereafter firing them. The particulates 141 include at least ZnO particulates.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

可視光を電気エネルギーに変換する太陽電池の種類として、単結晶シリコン太陽電池、シリコン薄膜太陽電池、色素増感太陽電池、有機太陽電池等が知られている。また、最近は、特に高効率である量子ドット型のものも知られている。こうした太陽電池においては、光電変換効率が高いことと、低コストで製造することができること、が共に要求されている。

ここで、低コストで製造することができることとは、大面積のものを低コストで製造できることを意味する。単結晶シリコン太陽電池や量子ドット型太陽電池においては高い光電変換効率が得られるものの、この点の実現が極めて困難である。シリコン薄膜太陽電池、色素増感太陽電池、有機太陽電池等は、この点においては有利であるが、高い光電変換効率を得ることが原理的に困難である。このように、太陽電池における一般的な傾向として、エネルギー変換効率が高いことと低コストで製造できることはトレードオフの関係にある。

酸化亜鉛(ZnO)も、このような太陽電池の材料として知られている。ZnOは安価でありかつ人体に対する毒性が少ないという利点を有している。例えば、ZnOを使用した色素増感型太陽電池が知られているが、前記の通り、高い光電変換効率を得ることは困難である。また、導電性のZnOは太陽電池の透明電極として広く使用されているが、例えば非特許文献1に示されたように、pn接合を構成する半導体としてZnOを使用し、紫外光で発電をする高い光電変換効率をもった透明太陽電池も検討されている。ただし、ZnOの導電型制御はシリコン等と比べると非常に困難であり、一般的には、n型の形成は容易であるが、p型を形成することは非常に困難である。このため、ZnOのpn接合を形成することは容易ではなく、非特許文献1の構成においては、n型ZnO層と他のワイドギャップ半導体(CuAlO2等)のp型層を積層した構成を使用している。

Field of industrial application (In Japanese)

本発明は、酸化亜鉛を用いた光電変換素子及びその製造方法に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
基板上に、酸化亜鉛(ZnO)が含まれるn型層と、ZnOが含まれるp型層とが形成された構成を具備する光電変換素子であって、
前記p型層として、あるいは前記n型層と前記p型層の間に挿入された層として、
平均粒径が10~500nmの範囲でありZnOを主成分とするp型ZnO微粒子が少なくとも含まれる微粒子が結合されて構成され、光を吸収する微粒子層が形成されたことを特徴とする光電変換素子。

【請求項2】
 
前記微粒子層は前記p型層であり、前記p型ZnO微粒子は、窒素濃度1018~1020cm-3されたことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。

【請求項3】
 
前記微粒子層は、前記p型ZnO微粒子と、窒化ガリウム(GaN)又は酸化錫(SnO2)を主成分とする微粒子が混合されて構成されたことを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。

【請求項4】
 
前記微粒子層は、前記n型層と前記p型層の間に挿入された層であることを特徴とする請求項3に記載の光電変換素子。

【請求項5】
 
前記微粒子層は、バインダーを介して前記微粒子が結合されて構成されたことを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の光電変換素子。

【請求項6】
 
前記基板上に、導電層を介して、前記n型層と前記p型層とが形成されたことを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載の光電変換素子。

【請求項7】
 
前記基板及び前記導電層は前記微粒子層が吸収する光に対して透明であることを特徴とする請求項6に記載の光電変換素子。

【請求項8】
 
基板上に、酸化亜鉛(ZnO)が含まれるn型層と、ZnOが含まれるp型層とが形成された構成を具備する光電変換素子の製造方法であって、
平均粒径が10~500nmの範囲でありZnOを主成分とするp型ZnO微粒子が少なくとも含まれる微粒子が混合された塗布液を塗布した後に焼成して、前記微粒子が焼結された微粒子層を、前記p型層として、あるいは前記n型層と前記p型層の間に挿入された層として形成する微粒子層形成工程、
を具備することを特徴とする光電変換素子の製造方法。

【請求項9】
 
前記微粒子層形成工程において、
前記塗布液に、窒化ガリウム(GaN)又は酸化錫(SnO2)を主成分とする微粒子を混合してから前記塗布液を塗布することを特徴とする請求項8に記載の光電変換素子の製造方法。

【請求項10】
 
前記微粒子層形成工程によって、前記微粒子層を前記n型層と前記p型層の間に挿入された層として形成することを特徴とする請求項9に記載の光電変換素子の製造方法。

【請求項11】
 
前記微粒子層は前記p型層であり、前記p型ZnO微粒子は焼結後における窒素濃度が1018~1020cm-3されたことを特徴とする請求項8に記載の光電変換素子の製造方法。

【請求項12】
 
減圧酸素雰囲気とされたチャンバー内において亜鉛材料をアーク放電によって蒸発させた状態から粒子化させることによって、前記p型ZnO微粒子を製造することを特徴とする請求項11に記載の光電変換素子の製造方法。

【請求項13】
 
前記基板上に、導電層及び前記n型層とをスパッタリング法によって順次形成する下地工程を具備し、
当該下地工程の後に、前記微粒子層形成工程によって前記p型層を前記n型層の上に形成することを特徴とする請求項11又は12に記載の光電変換素子の製造方法。

【請求項14】
 
前記微粒子層形成工程において、前記塗布液にはバインダーが混合されたことを特徴とする請求項8から請求項13までのいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。

【請求項15】
 
前記微粒子層形成工程において、焼成温度を300℃以下とすることを特徴とする請求項14に記載の光電変換素子の製造方法。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2012037574thum.jpg
State of application right Registered
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