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JP2012114424A - Solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents

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JP2012114424A
JP2012114424A JP2011241644A JP2011241644A JP2012114424A JP 2012114424 A JP2012114424 A JP 2012114424A JP 2011241644 A JP2011241644 A JP 2011241644A JP 2011241644 A JP2011241644 A JP 2011241644A JP 2012114424 A JP2012114424 A JP 2012114424A
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JP
Japan
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raw material
transport layer
solar cell
forming
active layer
Prior art date
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Pending
Application number
JP2011241644A
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Japanese (ja)
Inventor
Susumu Yoshikawa
暹 吉川
Takashi Sagawa
尚 佐川
Shizuo Fujita
静雄 藤田
Jae-Hyeong Yi
在衡 李
Takumi Ikenoue
卓己 池之上
Yoshio Masuda
喜男 増田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
TOUKI CO Ltd
Original Assignee
TOUKI CO Ltd
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/549Organic PV cells

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a solar cell having good time efficiency, material efficiency, and patterning definition, and to provide a solar cell manufactured using that manufacturing method.SOLUTION: The method of manufacturing a solar cell includes a step (S12) for forming a transparent electrode film on a substrate, a step (S13) for forming a hole transport layer on the transparent electrode film, a step (S14) for forming an active layer on the hole transport layer, a step (S15) for forming an electron transport layer on the active layer, and a step (S16) for forming an electrode layer on the electron transport layer. At least one layer of the transparent electrode film, hole transport layer, active layer, and electron transport layer is formed by depositing the mist of a raw material by ultrasonic vibration.

Description

本発明は、太陽電池の製造方法と、その製造方法を用いて製造された太陽電池に関する。   The present invention relates to a solar cell manufacturing method and a solar cell manufactured using the manufacturing method.

従来から、太陽電池、特にマイクロクリスタリン、シリコン、カドテル、有機などの薄膜太陽電池は、次世代のエネルギー問題を解決する手段の1つとして期待されている。薄膜太陽電池は半導体材料を薄膜化することによって製造されているが、この製造方法には幾つかの手法が公知である。   Conventionally, solar cells, particularly thin-film solar cells such as microcrystalline, silicon, cadtel, and organic, are expected as one of the means for solving next-generation energy problems. Thin film solar cells are manufactured by thinning a semiconductor material, and several methods are known for this manufacturing method.

例えば、特許文献1には、ディッピング法、スピンコート法、スプレーコート法、およびスクリーン印刷法などによって、格子状電極が形成された一導電型半導体表面上に有機物の薄膜を形成する太陽電池の製造方法が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses a method for manufacturing a solar cell in which an organic thin film is formed on a surface of a one-conductivity-type semiconductor on which a grid electrode is formed by dipping, spin coating, spray coating, screen printing, or the like. A method is disclosed.

また、特許文献2には、シリコン基板上に水素を導入した後にシリコン基板を350℃以上500℃以下に加熱し、そのシリコン基板上にスプレーコート法によって薄膜の原料を含む溶液を噴霧して薄膜を形成する薄膜の製造方法が開示されている。   In Patent Document 2, after introducing hydrogen onto a silicon substrate, the silicon substrate is heated to 350 ° C. or more and 500 ° C. or less, and a solution containing a thin film raw material is sprayed on the silicon substrate by a spray coating method. A method of manufacturing a thin film for forming a film is disclosed.

特開昭58−23486号公報JP 58-23486 A 特開2004−266194号公報JP 2004-266194 A

しかしながら、特許文献1に開示されたような太陽電池の製造方法の場合、時間効率、材料効率、パターニング精細度、ハイブリッド膜形成、膜構造制御の観点から実用化には幾つかの問題がある。   However, in the case of a method for manufacturing a solar cell as disclosed in Patent Document 1, there are some problems in practical use from the viewpoint of time efficiency, material efficiency, patterning definition, hybrid film formation, and film structure control.

例えば、ディッピング法は、有機溶液の中に基板を浸して薄膜を形成する手法であるが、この場合、ディップされた基板に熱処理を施して乾燥させる必要があり、時間効率が非常に悪い。   For example, the dipping method is a method of immersing a substrate in an organic solution to form a thin film. In this case, the dipped substrate needs to be heat treated and dried, and the time efficiency is very poor.

また、スピンコート法は、回転する基板上に原料を滴下し、回転の遠心力で原料を延伸することにより成膜する技術である。このスピンコート法の場合、成膜後にフォトリソグラフィーによってパターニングを施す必要があるため、フォトリソグラフィー工程による時間のロスや、レジストなどのコストが掛かり、時間効率および材料効率が悪く、基板形成追随性も欠如している。   The spin coating method is a technique for forming a film by dropping a raw material on a rotating substrate and stretching the raw material with a rotating centrifugal force. In the case of this spin coating method, since it is necessary to perform patterning by photolithography after film formation, time loss due to the photolithography process, cost of resist, etc. are incurred, time efficiency and material efficiency are poor, and substrate formation followability is also high Lack.

また、スプレーコート法は、スプレーによって基板上に原料を散布することで成膜する技術である。このスプレーコート法の場合、メタルマスクを用いてパターニングをすることができるため、時間効率および材料効率は良い。しかしながら、スプレーされる原料の粒子径を最小化するには限界があるため、複雑なパターニングの成膜をする場合、エッジの細部にまで原料を到達させることが難しく、パターニング精細度が悪く、均質な膜を得ることが難しい。   The spray coating method is a technique for forming a film by spraying a raw material on a substrate by spraying. In the case of this spray coating method, since patterning can be performed using a metal mask, time efficiency and material efficiency are good. However, since there is a limit to minimizing the particle size of the raw material to be sprayed, it is difficult to make the raw material reach the edge details when forming a film with complicated patterning. It is difficult to obtain a simple film.

また、インックジェット印刷法は、インクジェット装置を用いて、必要な部分にのみ成膜できる技術である。インックジェット印刷法の場合も、メタルマスクを用いてパターニングをすることができるため、時間効率および材料効率は良いが、例えば表面に凹凸があるような複雑な形状への成膜は不可能であり、パターニング精細度が悪い。   Further, the ink jet printing method is a technique that can form a film only on a necessary portion using an ink jet apparatus. In the case of the ink jet printing method, since patterning can be performed using a metal mask, the time efficiency and the material efficiency are good. However, it is impossible to form a film in a complicated shape with uneven surfaces, for example. The patterning definition is poor.

さらに、特許文献2に開示されたような薄膜の製造方法を用いた場合、スプレーコート法の難点であるパターニング精細度を向上させることはできるが、基板に水素を導入する工程が必要になり、その分の材料費や時間が掛かり、時間効率および材料効率が悪い。   Furthermore, when using the method for producing a thin film as disclosed in Patent Document 2, it is possible to improve the patterning definition, which is a drawback of the spray coating method, but a step of introducing hydrogen into the substrate is required. Therefore, the material cost and time are increased, and the time efficiency and material efficiency are poor.

本発明は、上記の問題を鑑みてされたものであり、時間効率、材料効率、パターニング精細度、ハイブリッド膜形成、膜構造制御の全てが良好な太陽電池の製造方法と、その製造方法を用いて製造された太陽電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and uses a method for manufacturing a solar cell with good time efficiency, material efficiency, patterning definition, hybrid film formation, and film structure control, and its manufacturing method. An object of the present invention is to provide a manufactured solar cell.

本発明の太陽電池の製造方法は、基板上に透明電極膜を形成する透明電極膜形成工程と、前記透明電極膜上にホール輸送層を形成するホール輸送層形成工程と、前記ホール輸送層上に活性層を形成する活性層形成工程と、前記活性層上に電子輸送層を形成する電子輸送層形成工程と、前記電子輸送層上に電極層を形成する電極層形成工程と、を有する太陽電池の製造方法であって、前記透明電極膜、前記ホール輸送層、前記活性層、および前記電子輸送層の少なくとも1層以上を、超音波振動によってミスト化された原料を堆積することによって薄膜形成する。   The method for producing a solar cell of the present invention includes a transparent electrode film forming step of forming a transparent electrode film on a substrate, a hole transport layer forming step of forming a hole transport layer on the transparent electrode film, and the hole transport layer An active layer forming step of forming an active layer on the active layer; an electron transport layer forming step of forming an electron transport layer on the active layer; and an electrode layer forming step of forming an electrode layer on the electron transport layer. A method for manufacturing a battery, wherein a thin film is formed by depositing at least one of the transparent electrode film, the hole transport layer, the active layer, and the electron transport layer by a raw material misted by ultrasonic vibration. To do.

上記の製造方法によれば、透明電極膜、ホール輸送層、活性層、および電子輸送層の少なくとも1層以上を、超音波振動によってミスト化された原料を堆積することによって薄膜形成しているため、ディッピング法のように長時間の乾燥時間を確保する必要がなく、スピンコート法のようにフォトリソグラフィー工程による時間のロスや、レジストなどのコストが掛かることがない。また、超音波振動によってミスト化された原料は、スプレーコート法でスプレーされる原料よりも粒子径が小さいため、パターニングのエッジの細部にまで原料を到達させることができ、スプレーコート法では難しかった複雑なパターニングが可能である。さらに、インクジェット法では難しかった表面に凹凸があるような複雑な形状への成膜も可能である。従って、従来よりも時間効率、材料効率、パターニング精細度、ハイブリッド膜形成、膜構造制御の全てにおいて効率良く太陽電池を製造することができる。   According to the manufacturing method described above, at least one of the transparent electrode film, the hole transport layer, the active layer, and the electron transport layer is formed into a thin film by depositing a raw material misted by ultrasonic vibration. In addition, it is not necessary to ensure a long drying time unlike the dipping method, and time loss due to the photolithography process and the cost of the resist or the like are not required unlike the spin coating method. In addition, since the raw material misted by ultrasonic vibration has a smaller particle size than the raw material sprayed by the spray coating method, the raw material can reach the details of the patterning edge, which is difficult by the spray coating method. Complex patterning is possible. Furthermore, it is possible to form a film in a complicated shape having irregularities on the surface, which is difficult with the ink jet method. Therefore, it is possible to manufacture a solar cell more efficiently than ever in terms of time efficiency, material efficiency, patterning definition, hybrid film formation, and film structure control.

また、本発明の太陽電池の製造方法において、前記基板を加温し、前記ミスト化された原料を堆積する際、加温された当該基板を介して当該原料に熱処理を施してもよい。   Moreover, in the method for manufacturing a solar cell of the present invention, when the substrate is heated and the misted raw material is deposited, the raw material may be subjected to heat treatment through the heated substrate.

上記の製造方法によれば、加温された基板の熱によってミスト化された原料が熱処理される。これにより、原料に熱分解による化学反応を起こさせて、基板上に薄膜形成することもできるため、高純度の薄膜を形成することができ、被覆性も向上する。   According to said manufacturing method, the raw material mist-ized with the heat | fever of the heated board | substrate is heat-processed. Thereby, a chemical reaction by thermal decomposition can be caused in the raw material to form a thin film on the substrate, so that a high-purity thin film can be formed and the coverage is improved.

また、本発明の太陽電池の製造方法において、前記ホール輸送層形成工程において、前記ホール輸送層を形成する際に用いられる前記ミスト化された原料は、透明導電性ポリマー原液を水で希釈したものであってもよい。   Further, in the method for manufacturing a solar cell of the present invention, in the hole transport layer forming step, the misted raw material used when forming the hole transport layer is obtained by diluting a transparent conductive polymer stock solution with water. It may be.

上記の製造方法によれば、透明導電性ポリマー原液をそのまま用いるよりも少量で済むため、さらに材料効率が良好である。また、原料の一部が水で構成されているため、取り扱う際にも安全である。   According to the manufacturing method described above, the material efficiency is further improved because only a small amount of the transparent conductive polymer stock solution is used as it is. Moreover, since a part of raw material is comprised with water, it is safe when handling.

また、本発明の太陽電池は、上記の太陽電池の製造方法を含む工程によって製造された太陽電池である。   Moreover, the solar cell of this invention is a solar cell manufactured by the process including said manufacturing method of a solar cell.

上記の構成によれば、透明電極膜、ホール輸送層、活性層、および電子輸送層の少なくとも1層以上が、超音波振動によってミスト化された原料を堆積することによって薄膜形成されているため、従来よりも時間効率、材料効率、パターニング精細度、ハイブリッド膜形成、膜構造制御の全てにおいて効率の良い太陽電池を提供することができる。   According to the above configuration, at least one of the transparent electrode film, the hole transport layer, the active layer, and the electron transport layer is formed into a thin film by depositing a raw material misted by ultrasonic vibration. It is possible to provide a solar cell that is more efficient in all of time efficiency, material efficiency, patterning definition, hybrid film formation, and film structure control than before.

また、本発明の太陽電池の製造方法は、基板上に透明電極膜を形成する透明電極膜形成工程と、前記透明電極膜上にホール輸送層を形成するホール輸送層形成工程と、前記ホール輸送層上に活性層を形成する活性層形成工程と、前記活性層上に電子輸送層を形成する電子輸送層形成工程と、前記電子輸送層上に電極層を形成する電極層形成工程とを有し、少なくとも前記活性層を、超音波振動によってミスト化された複数種類の原料を堆積することによって薄膜形成するものであり、前記ミスト化は、前記活性層を構成する前記複数種類の原料毎に別々に行われることを特徴としている。   The method for producing a solar cell of the present invention includes a transparent electrode film forming step of forming a transparent electrode film on a substrate, a hole transport layer forming step of forming a hole transport layer on the transparent electrode film, and the hole transport. An active layer forming step of forming an active layer on the layer, an electron transport layer forming step of forming an electron transport layer on the active layer, and an electrode layer forming step of forming an electrode layer on the electron transport layer. And at least the active layer is formed into a thin film by depositing a plurality of types of raw materials misted by ultrasonic vibration, and the mist formation is performed for each of the plurality of types of raw materials constituting the active layer. It is characterized by being performed separately.

上記の製造方法によれば、活性層を、超音波振動によってミスト化された複数種類の原料を堆積することによって薄膜形成するに際して、ミスト化は、活性層を構成する複数種類の原料毎に別々に行うことができる。このため、活性層を、ミスト化された複数種類の原料を別々の経路から堆積させて薄膜形成することができる。例えば、活性層として堆積させる原料の比率を変えることにより、複数種類の原料を所望の比率で混合した活性層を薄膜形成することができる。また、例えば、活性層として堆積させる原料のミスト化のタイミングを変えることにより、複数種類の原料を所望の順序で積層した活性層を薄膜形成することができる。   According to the above manufacturing method, when the active layer is formed into a thin film by depositing a plurality of types of raw materials misted by ultrasonic vibration, the mist formation is performed separately for each of the plurality of types of raw materials constituting the active layer. Can be done. Therefore, the active layer can be formed into a thin film by depositing a plurality of misted raw materials from different paths. For example, by changing the ratio of raw materials to be deposited as the active layer, an active layer in which a plurality of types of raw materials are mixed at a desired ratio can be formed into a thin film. Further, for example, by changing the timing of misting the raw material deposited as the active layer, an active layer in which a plurality of types of raw materials are stacked in a desired order can be formed into a thin film.

本発明の太陽電池の製造方法によると、従来よりも時間効率、材料効率、パターニング精細度、ハイブリッド膜形成、膜構造制御の全てにおいて効率良く太陽電池を製造することができる。   According to the method for manufacturing a solar cell of the present invention, it is possible to manufacture a solar cell more efficiently in all of time efficiency, material efficiency, patterning definition, hybrid film formation, and film structure control.

本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法を示す工程図である。It is process drawing which shows the manufacturing method of the solar cell which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る太陽電池の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the solar cell which concerns on embodiment of this invention. 第1実施形態に係る超音波噴霧ミストデポジション装置を示す図である。It is a figure which shows the ultrasonic spray mist deposition apparatus which concerns on 1st Embodiment. 実施例における電流−電圧特性を示す図である。It is a figure which shows the current-voltage characteristic in an Example. 第2実施形態に係る超音波噴霧ミストデポジション装置を示す図である。It is a figure which shows the ultrasonic spray mist deposition apparatus which concerns on 2nd Embodiment. (A)スピンコート法によって作成される試験体の説明図である。(B)第2実施形態に係る超音波噴霧ミストデポジション装置によって作成される試験体の説明図である。(A) It is explanatory drawing of the test body created by the spin coat method. (B) It is explanatory drawing of the test body created by the ultrasonic spray mist deposition apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 第2実施形態に係る超音波噴霧ミストデポジション装置によって作成される活性層の平面ヘテロ接合の構成を説明した説明図である。It is explanatory drawing explaining the structure of the planar heterojunction of the active layer produced with the ultrasonic spray mist deposition apparatus which concerns on 2nd Embodiment.

(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

(太陽電池の製造方法)
図1および図2に示すように、本実施形態に係る太陽電池20の製造方法は、基板21を配置する基板配置工程(S11)と、基板21上に透明電極膜22を形成する透明電極膜形成工程(S12)と、透明電極膜22上にホール輸送層23を形成するホール輸送層形成工程(S13)と、ホール輸送層23上に活性層24を形成する活性層形成工程(S14)と、活性層24上に電子輸送層25を形成する電子輸送層形成工程(S15)と、電子輸送層25上に電極層26を形成する電極層形成工程(S16)と、を有する太陽電池20の製造方法であって、透明電極膜22、ホール輸送層23、活性層24、および電子輸送層25の少なくとも1層以上を、超音波振動によってミスト化された原料を堆積することによって薄膜形成している。
(Method for manufacturing solar cell)
As shown in FIGS. 1 and 2, the method for manufacturing a solar cell 20 according to the present embodiment includes a substrate placement step (S <b> 11) for placing a substrate 21, and a transparent electrode film for forming a transparent electrode film 22 on the substrate 21. Forming step (S12), hole transport layer forming step (S13) for forming hole transport layer 23 on transparent electrode film 22, active layer forming step (S14) for forming active layer 24 on hole transport layer 23, and The solar cell 20 having the electron transport layer forming step (S15) for forming the electron transport layer 25 on the active layer 24 and the electrode layer forming step (S16) for forming the electrode layer 26 on the electron transport layer 25. In the manufacturing method, at least one of the transparent electrode film 22, the hole transport layer 23, the active layer 24, and the electron transport layer 25 is formed into a thin film by depositing a raw material misted by ultrasonic vibration. .

太陽電池20の製造方法を、図1を用いて具体的に説明する。先ず、基板配置工程(S11)において、ガラスで構成された基板21を配置する。なお、基板21はガラスに限らず、例えばプラスチックなどの他の材料から構成されていてもよい。   The manufacturing method of the solar cell 20 will be specifically described with reference to FIG. First, in the substrate placement step (S11), the substrate 21 made of glass is placed. The substrate 21 is not limited to glass, and may be made of other materials such as plastic.

次に、透明電極膜形成工程(S12)において、基板21上に酸化インジウム錫を塗布して透明電極膜22を形成する。なお、透明電極膜22は酸化インジウム錫に限らず、他の材料を用いていてもよい。   Next, in the transparent electrode film forming step (S12), indium tin oxide is applied on the substrate 21 to form the transparent electrode film 22. The transparent electrode film 22 is not limited to indium tin oxide, and other materials may be used.

次に、ホール輸送層形成工程(S13)において、図3に示す超音波噴霧ミストデポジション装置10を用いて、ガス状にミスト化された原料41を透明電極膜22上に噴霧して薄膜することによって、ホール輸送層23を形成する。超音波噴霧ミストデポジション装置10を用いた具体的な成膜方法については、図3を用いて後述する。なお、ホール輸送層23に用いられる原料41は、透明導電性ポリマー原液(PEDOT:PSS)を水で原液から100倍までの間で希釈したものである。そのため、透明導電性ポリマー原液をそのまま用いる場合に比べて材料効率が良い。なお、透明導電性ポリマー原液を水で100倍より上に希釈してしまうと、透明導電性ポリマーが薄まりすぎて薄膜を上手く形成できなくなる。また、材料効率や薄膜形成の仕上がりの面から、より好適には、透明導電性ポリマー原液(PEDOT:PSS)を水で10倍に希釈する方が効果的である。なお、透明導電性ポリマーを用いて形成された薄膜は、可視光領域、さらには紫外領域において80%を越える透過性を有しているため、ホール輸送層23の形成に適している。また、透明導電性ポリマーに導電性向上剤のジメチルスルホキシド(DMSO)、エチレングリコール、NMP(n-メチルピロリドン)などを添加すると、導電性が向上するため効果的である。さらに、透明導電性ポリマーにエタノールなどのアルコールを加えると、乾燥速度が向上するため効果的である。   Next, in the hole transport layer forming step (S13), using the ultrasonic spray mist deposition apparatus 10 shown in FIG. Thereby, the hole transport layer 23 is formed. A specific film forming method using the ultrasonic spray mist deposition apparatus 10 will be described later with reference to FIG. In addition, the raw material 41 used for the hole transport layer 23 is a transparent conductive polymer stock solution (PEDOT: PSS) diluted with water between the stock solution and 100 times. Therefore, material efficiency is good compared with the case where a transparent conductive polymer stock solution is used as it is. If the transparent conductive polymer stock solution is diluted more than 100 times with water, the transparent conductive polymer becomes too thin and a thin film cannot be formed well. From the viewpoint of material efficiency and thin film formation, it is more effective to dilute the transparent conductive polymer stock solution (PEDOT: PSS) 10 times with water. Note that a thin film formed using a transparent conductive polymer has a transparency exceeding 80% in the visible light region and further in the ultraviolet region, and thus is suitable for forming the hole transport layer 23. Further, it is effective to add a conductivity improver such as dimethyl sulfoxide (DMSO), ethylene glycol, NMP (n-methylpyrrolidone) or the like to the transparent conductive polymer because the conductivity is improved. Furthermore, adding an alcohol such as ethanol to the transparent conductive polymer is effective because the drying speed is improved.

次に、活性層形成工程(S14)において、ホール輸送層23上に活性層24を形成する。活性層24には、ドナー材料としてpoly(3-hexylthiophene)(ポリ(3−ヘルシルチオフェン))(略称P3HT)が用いられ、アクセプター材料として[6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester(フェニルC61酪酸メチルエステル)(略称PCBM)が用いられており、スピンコート法によって薄膜形成される。なお、活性層24のドナー材料およびアクセプター材料には、上記に限らず他の材料を用いていてもよい。活性層24は、上記のドナー材料およびアクセプター材料を混合してバルクへテロ接合される。 Next, in the active layer forming step (S14), the active layer 24 is formed on the hole transport layer 23. In the active layer 24, poly (3-hexylthiophene) (abbreviation P3HT) is used as a donor material, and [6,6] -Phenyl-C 61 -Butyric Acid Methyl is used as an acceptor material. Ester (phenyl C 61 butyric acid methyl ester) (abbreviation PCBM) is used, and a thin film is formed by spin coating. The donor material and the acceptor material of the active layer 24 are not limited to the above, and other materials may be used. The active layer 24 is bulk-heterojunction by mixing the above donor material and acceptor material.

次に、電子輸送層形成工程(S15)において、活性層24上に酸化チタン(Tiox)を積層して電子輸送層25を形成する。なお、電子輸送層25は酸化チタン(Tiox)に限らず、例えば酸化モリブデン(MoO3)、酸化バナジウム(V2O5)などの金属酸化物、フッ化リチウム(LiF)、バリウム(Ba)、カルシウム(Ca)、Bathocuproine(BCP)などの色素から構成されていてもよい。この電子輸送層25により、太陽電池20の整流特性が高まり、曲線因子の増大をもたらすようになる。 Next, in the electron transport layer forming step (S15), titanium oxide (Tiox) is laminated on the active layer 24 to form the electron transport layer 25. The electron transport layer 25 is not limited to titanium oxide (Tiox). For example, metal oxides such as molybdenum oxide (MoO 3 ) and vanadium oxide (V 2 O 5 ), lithium fluoride (LiF), barium (Ba), You may be comprised from pigment | dyes, such as calcium (Ca) and Bathocuproine (BCP). The electron transport layer 25 increases the rectification characteristics of the solar cell 20 and increases the fill factor.

最後に、電極層形成工程(S16)において、電子輸送層25上にアルミ(Al)を真空蒸着して電極層26を形成し、これらを複合化する。   Finally, in the electrode layer forming step (S16), aluminum (Al) is vacuum-deposited on the electron transport layer 25 to form the electrode layer 26, and these are combined.

上記の製造方法によれば、ホール輸送層23を、超音波振動によってミスト化された原料41を堆積することによって薄膜形成しているため、ディッピング法のように長時間の乾燥時間を確保する必要がなく、スピンコート法のようにフォトリソグラフィー工程による時間のロスや、レジストなどのコストが掛かることがない。また、超音波振動によってミスト化された原料41は、スプレーコート法でスプレーされる原料よりも粒子径が小さいため、パターニングのエッジの細部にまで原料を到達させることができ、スプレーコート法では難しかった複雑なパターニングが可能である。さらに、インクジェット法では難しかった表面に凹凸があるような複雑な形状への成膜も可能である。従って、従来よりも時間効率、材料効率、パターニング精細度、ハイブリッド膜形成、膜構造制御の全てにおいて効率良く太陽電池20を製造することができる。   According to the above manufacturing method, since the hole transport layer 23 is formed into a thin film by depositing the raw material 41 misted by ultrasonic vibration, it is necessary to ensure a long drying time as in the dipping method. Thus, there is no time loss due to the photolithography process as in the spin coating method, and there is no cost for resist or the like. In addition, since the raw material 41 misted by ultrasonic vibration has a smaller particle size than the raw material sprayed by the spray coating method, the raw material can reach the details of the patterning edge, which is difficult by the spray coating method. Complicated patterning is possible. Furthermore, it is possible to form a film in a complicated shape having irregularities on the surface, which is difficult with the ink jet method. Therefore, it is possible to manufacture the solar cell 20 more efficiently in all of time efficiency, material efficiency, patterning definition, hybrid film formation, and film structure control than before.

また、上記の製造方法によれば、透明導電性ポリマーをそのまま用いるよりも少量で済むため、さらに材料効率が良好である。また、原料41の一部が水で構成されているため、取り扱う際にも安全である。   Moreover, according to said manufacturing method, since a small amount is sufficient rather than using a transparent conductive polymer as it is, material efficiency is further favorable. Moreover, since a part of raw material 41 is comprised with water, it is safe also when handling.

なお、図1の太陽電池20の製造方法を示す工程図では、ホール輸送層23を、ガス状にミスト化された原料41を用いて薄膜形成しているが、これに限定される必要はない。即ち、透明電極膜22、ホール輸送層23、活性層24、および電子輸送層25の少なくとも1層以上を、ミスト化された原料(夫々の層に、無機、有機、およびハイブリッドを問わず適合する原料)を堆積、熱処理を繰り返すことによって薄膜形成していても同効果を有する。   In the process diagram showing the method for manufacturing the solar cell 20 in FIG. 1, the hole transport layer 23 is formed as a thin film using the raw material 41 misted in a gaseous form, but it is not necessary to be limited to this. . That is, at least one of the transparent electrode film 22, the hole transport layer 23, the active layer 24, and the electron transport layer 25 is made of a mist material (which is suitable for each layer regardless of inorganic, organic, and hybrid). Even if the thin film is formed by repeating the deposition and the heat treatment, the same effect is obtained.

(太陽電池の構成)
以上、図1に示す製造方法により製造された太陽電池20は、図2に示すように、上から基板21、透明電極膜22、ホール輸送層23、活性層24、電子輸送層25、電極層26の順に形成されている。基板21側から太陽の光が当たると、活性層24において電子と正孔が発生し、電子は電子輸送層25へ、正孔はホール輸送層23へ引き寄せられる。これにより、透明電極膜22側をプラス電極、電極層26側をマイナス電極として接続することで、透明電極膜22側から電極層26側へと電気が流れるようになっている。
(Configuration of solar cell)
As described above, the solar cell 20 manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 1 includes a substrate 21, a transparent electrode film 22, a hole transport layer 23, an active layer 24, an electron transport layer 25, and an electrode layer from the top as shown in FIG. 26 are formed in this order. When solar light strikes from the substrate 21 side, electrons and holes are generated in the active layer 24, and the electrons are attracted to the electron transport layer 25 and the holes are attracted to the hole transport layer 23. Thus, by connecting the transparent electrode film 22 side as a positive electrode and the electrode layer 26 side as a negative electrode, electricity flows from the transparent electrode film 22 side to the electrode layer 26 side.

上記の太陽電池20の構成によれば、超音波振動によってミスト化された原料41を堆積することによって薄膜形成されているため、従来よりも時間効率、材料効率、パターニング精細度、ハイブリッド膜形成、膜構造制御の全てにおいて効率の良い太陽電池20を提供することができる。   According to the configuration of the solar cell 20 described above, since the thin film is formed by depositing the raw material 41 misted by ultrasonic vibration, time efficiency, material efficiency, patterning definition, hybrid film formation, An efficient solar cell 20 can be provided in all of the film structure control.

(超音波噴霧ミストデポジション装置10の構成)
図3に示すように、本実施形態に係る超音波噴霧ミストデポジション装置10は、原料ガス供給装置30と、原料ガス噴出ノズル50と、エネルギー供給装置60と、を単一または複数備えている。
(Configuration of ultrasonic spray mist deposition apparatus 10)
As shown in FIG. 3, the ultrasonic spray mist deposition apparatus 10 according to the present embodiment includes one or a plurality of source gas supply devices 30, source gas ejection nozzles 50, and energy supply devices 60. .

原料ガス供給装置30は、伝搬溶液42を収容する伝搬溶液収容部32と、原料41を収容する原料収容部35と、伝搬溶液収容部32の底に配置された超音波振動子31と、原料収容部35にキャリアガス44を供給するキャリアガス供給部34と、原料ガス43を原料ガス噴出ノズル50へ運ぶ通路となる原料ガス連絡部38と、原料ガス連絡部38に希釈ガス45を供給する希釈ガス供給部37と、を有する。伝搬溶液42には、通常は水が用いられる。キャリアガス44および希釈ガス45は例えばエアー、窒素が挙げられ、その流量は4L/minである。なお、キャリアガス44および希釈ガス45はエアー、窒素に限らずその他のガスを用いてもよく、流量は適宜設定可能である。なお、原料41には複数の材料を所定の割合で予め混ぜた混合溶液を使用してもよい。   The raw material gas supply device 30 includes a propagation solution storage unit 32 that stores a propagation solution 42, a raw material storage unit 35 that stores a raw material 41, an ultrasonic transducer 31 disposed at the bottom of the propagation solution storage unit 32, and a raw material The carrier gas supply unit 34 that supplies the carrier gas 44 to the storage unit 35, the source gas communication unit 38 that serves as a passage for transporting the source gas 43 to the source gas ejection nozzle 50, and the dilution gas 45 is supplied to the source gas communication unit 38. A dilution gas supply unit 37. For the propagation solution 42, water is usually used. Examples of the carrier gas 44 and the dilution gas 45 include air and nitrogen, and the flow rate thereof is 4 L / min. The carrier gas 44 and the dilution gas 45 are not limited to air and nitrogen, and other gases may be used, and the flow rates can be set as appropriate. The raw material 41 may be a mixed solution in which a plurality of materials are mixed in advance at a predetermined ratio.

原料収容部35は、例えば直方体の形状を有し、その内部の底には原料41を収容している。原料41の海面と原料収容部35の上側の内面との間には、後述する原料ガス43が収まる程度の空間が設けられている。つまり、原料収容部35は、原料41を収容しても原料ガス43が収まる程度の大きさの空間を内部に有している。また、原料収容部35の外側の底面は、伝搬溶液収容部32に収容された伝搬溶液42内に浸漬されており、超音波振動子31の振動によって発生した超音波が伝搬溶液42を介して原料41に伝搬される。なお、伝搬溶液42は、超音波を伝搬する役割の他に、超音波振動子31を冷却する役割を有している。超音波振動子31は振動によって熱を発生して能力が劣る場合があるが、この伝搬溶液42によって冷却されているため、そのような不具合を生じることがない。   The raw material storage part 35 has, for example, a rectangular parallelepiped shape, and stores the raw material 41 at the bottom inside thereof. A space is provided between the sea surface of the raw material 41 and the upper inner surface of the raw material container 35 to accommodate a raw material gas 43 described later. That is, the raw material storage unit 35 has a space in the inside thereof that can accommodate the raw material gas 43 even when the raw material 41 is stored. The bottom surface outside the raw material container 35 is immersed in the propagation solution 42 accommodated in the propagation solution container 32, and the ultrasonic waves generated by the vibration of the ultrasonic transducer 31 are transmitted through the propagation solution 42. Propagated to the raw material 41. The propagation solution 42 has a role of cooling the ultrasonic transducer 31 in addition to the role of propagating ultrasonic waves. The ultrasonic vibrator 31 may generate heat due to vibration and have a poor ability. However, since the ultrasonic vibrator 31 is cooled by the propagation solution 42, such a problem does not occur.

キャリアガス供給部34にはキャリアガス流量制御弁33が設けられており、開栓することによってキャリアガス44を原料収容部35内に供給できる。また、希釈ガス供給部37には希釈ガス流量制御弁36が設けられており、開栓することによって希釈ガス45を原料ガス連絡部38内に供給できる。   The carrier gas supply unit 34 is provided with a carrier gas flow rate control valve 33, and the carrier gas 44 can be supplied into the raw material storage unit 35 by opening the carrier gas. The dilution gas supply unit 37 is provided with a dilution gas flow rate control valve 36, and the dilution gas 45 can be supplied into the source gas communication unit 38 by opening the dilution gas.

原料ガス噴出ノズル50は、筐体51と、筐体51の内部に設けられたガイド部材52と、を有している。筐体51は、例えば上下方向に延びた直方体の形状をベースとしており、その上方から下方にかけて徐々に内部空間が狭くなっている。筐体51の底面には開口部53が形成されており、そこからガイド部材52が突出している。また、原料ガス噴出ノズル50は、図示しないヒーターによって高温に保つなど、温度を調整することができる。ガイド部材52は、筐体51の内部で上下方向に沿って設けられており、その上部は原料ガス連絡部38と連絡されている。また、ガイド部材52の下部は、開口部53から外部に向けて突出し、基板21の表面に対して垂直を保ちながら基板21の表面近くまで配置されている。なお、必ずしもガイド部材52の下部は、基板21の表面に対して垂直を保つ必要はないが、ガイド部材52を通って原料ガス43を噴霧する場合、垂直に保っていた方が綺麗に薄膜形成することができる。   The source gas ejection nozzle 50 has a housing 51 and a guide member 52 provided inside the housing 51. The casing 51 is based on, for example, a rectangular parallelepiped shape extending in the vertical direction, and the internal space is gradually narrowed from the upper side to the lower side. An opening 53 is formed on the bottom surface of the casing 51, and a guide member 52 projects therefrom. Further, the temperature of the source gas ejection nozzle 50 can be adjusted, for example, by keeping it at a high temperature by a heater (not shown). The guide member 52 is provided along the vertical direction inside the casing 51, and the upper part thereof communicates with the source gas communication unit 38. Further, the lower portion of the guide member 52 protrudes from the opening 53 toward the outside, and is disposed to the vicinity of the surface of the substrate 21 while being kept perpendicular to the surface of the substrate 21. The lower part of the guide member 52 does not necessarily have to be kept perpendicular to the surface of the substrate 21. However, when the source gas 43 is sprayed through the guide member 52, the thin film can be formed more clearly if kept perpendicular. can do.

エネルギー供給装置60は、基板21を載せることができる平板状であり、基板21に熱を供給して基板21の温度を調整することができる。また、エネルギー供給装置60は、水平方向に移動可能であり、固定されたガイド部材52に対して基板21を水平移動させることができる。   The energy supply device 60 has a flat plate shape on which the substrate 21 can be placed, and can adjust the temperature of the substrate 21 by supplying heat to the substrate 21. Further, the energy supply device 60 can move in the horizontal direction, and can horizontally move the substrate 21 with respect to the fixed guide member 52.

(超音波噴霧ミストデポジション装置10の動作)
以上の構成を有する超音波噴霧ミストデポジション装置10は、基板21上に形成された透明電極膜22上に超音波振動によってミスト化された原料41を噴霧して薄膜することによってホール輸送層23を形成することができる。
(Operation of ultrasonic spray mist deposition apparatus 10)
The ultrasonic spray mist deposition apparatus 10 having the above configuration sprays and thins the raw material 41 misted by ultrasonic vibration on the transparent electrode film 22 formed on the substrate 21 to form a hole transport layer 23. Can be formed.

具体的には、先ず、超音波振動子31が作動されると、発生した超音波は伝搬溶液42を伝搬し、原料収容部35に収容された原料41に伝搬する。その結果、原料41は超音波によって振動され、溶液粒子が細分化されることによりガス状にミスト化されて放出される。これが、原料41がミスト化された原料ガス43である。この時、原料ガス43は、原料収容部35の内部に設けられた空間に一旦滞留する。   Specifically, first, when the ultrasonic transducer 31 is actuated, the generated ultrasonic wave propagates through the propagation solution 42 and propagates to the raw material 41 accommodated in the raw material container 35. As a result, the raw material 41 is vibrated by ultrasonic waves, and the solution particles are subdivided to be misted into gas and released. This is the raw material gas 43 in which the raw material 41 is misted. At this time, the source gas 43 once stays in a space provided inside the source container 35.

原料41がミスト化されて原料ガス43が生成されると、キャリアガス供給部34に設けられたキャリアガス流量制御弁33が開栓される。そして、キャリアガス流量制御弁33の開度に応じた供給量でキャリアガス44が原料収容部35内に供給される。これにより、原料収容部35内に供給されたキャリアガス44によって、原料ガス43が原料ガス連絡部38へ向けて上方へ運ばれる。この時、原料ガス43の内で大きな粒子径を有するものは、下方へ落ち、やがて原料収容部35に収容された原料41へと戻される。これにより、粒子径の小さな原料ガス43のみがキャリアガス44によって原料ガス連絡部38へ運ばれる。   When the raw material 41 is misted and the raw material gas 43 is generated, the carrier gas flow rate control valve 33 provided in the carrier gas supply unit 34 is opened. Then, the carrier gas 44 is supplied into the raw material container 35 with a supply amount corresponding to the opening degree of the carrier gas flow rate control valve 33. Thus, the source gas 43 is conveyed upward toward the source gas communication unit 38 by the carrier gas 44 supplied into the source material storage unit 35. At this time, the raw material gas 43 having a large particle diameter falls downward and is eventually returned to the raw material 41 accommodated in the raw material accommodating portion 35. As a result, only the raw material gas 43 with a small particle diameter is carried to the raw material gas communication unit 38 by the carrier gas 44.

次に、原料ガス43が原料ガス連絡部38へ運ばれると、希釈ガス供給部37に設けられた希釈ガス流量制御弁36が開栓され、希釈ガス45が原料ガス連絡部38内に供給される。これにより、原料ガス連絡部38内に供給された希釈ガス45によって、原料ガス43が原料ガス連絡部38内を通って原料ガス噴出ノズル50側へと運ばれる。この時、原料ガス連絡部38内を通っている間に、原料ガス43の内で小さな粒子径を有するもの同士が集まり、大きな粒子径を有するものになる場合がある。この大きな粒子径を有するものは、自重によって原料ガス連絡部38内を先に進めなくなり、逆戻りをしてやがて原料収容部35に収容された原料41へと戻される。これにより、粒子径の極小さな原料ガス43のみが希釈ガス45によって原料ガス噴出ノズル50側へと運ばれる。なお、希釈ガス45は供給されなくても、キャリアガス44によって原料ガス43は原料ガス噴出ノズル50へと運ばれる。しかしながら、希釈ガス45によって原料ガス43の速度を調整したり、原料ガス43を希釈して濃度を調整したりすることができるため、あった方がより効果的である。   Next, when the source gas 43 is conveyed to the source gas communication unit 38, the dilution gas flow rate control valve 36 provided in the dilution gas supply unit 37 is opened, and the dilution gas 45 is supplied into the source gas communication unit 38. The Thereby, the source gas 43 is conveyed to the source gas ejection nozzle 50 side through the source gas communication unit 38 by the dilution gas 45 supplied into the source gas communication unit 38. At this time, while passing through the raw material gas communication section 38, the raw material gases 43 having small particle diameters gather to have a large particle diameter. Those having such a large particle diameter can no longer advance in the raw material gas communication section 38 due to their own weight, and return to the raw material 41 stored in the raw material storage section 35 in a reverse direction. Thereby, only the raw material gas 43 having a very small particle diameter is carried by the dilution gas 45 to the raw material gas ejection nozzle 50 side. Even if the dilution gas 45 is not supplied, the source gas 43 is carried to the source gas jet nozzle 50 by the carrier gas 44. However, since the concentration of the source gas 43 can be adjusted by the dilution gas 45, or the concentration can be adjusted by diluting the source gas 43, it is more effective.

原料ガス連絡部38内を通って原料ガス噴出ノズル50へ運ばれた原料ガス43は、やがてガイド部材52に到達する。そして、原料ガス43は、ガイド部材52の面状に沿って下方へと流れる。この時、原料ガス噴出ノズル50は、図示しないヒーターによって80℃に温められているため、原料ガス43は一定の極小さな粒子径を保つことができる。その後、原料ガス43は、原料ガス噴出ノズル50内で均一な濃度になり、ガイド部材52によって均一な流れとなって基板21の表面へと放出される。このようにして、原料ガス43が基板21上に形成された透明電極膜22の表面に均一に噴霧される。   The raw material gas 43 carried to the raw material gas ejection nozzle 50 through the raw material gas communication unit 38 eventually reaches the guide member 52. The source gas 43 flows downward along the planar shape of the guide member 52. At this time, since the source gas ejection nozzle 50 is heated to 80 ° C. by a heater (not shown), the source gas 43 can maintain a certain extremely small particle diameter. Thereafter, the source gas 43 has a uniform concentration in the source gas ejection nozzle 50 and is discharged to the surface of the substrate 21 in a uniform flow by the guide member 52. In this way, the source gas 43 is uniformly sprayed on the surface of the transparent electrode film 22 formed on the substrate 21.

また、基板21はエネルギー供給装置60によって7.5〜15mm/minの速度で水平移動されている。そのため、この速度を調整することによって基板21上に均一に所望の厚さの透明導電性ポリマーの薄膜を形成することができる。さらに、基板21はエネルギー供給装置60によって温められている。原料ガス43は極小さい粒子径であり、大部分が水によるものであるため、原料ガス43が基板21に当たった瞬間に基板21の温度によって成分である水が蒸発する。これにより、従来では、透明導電性ポリマーを用いて薄膜を形成した場合、酸性の透明導電性ポリマーによって透明電極膜22が腐食していたが、本実施形態の場合、原料ガス43が極小さい粒子径であるため、基板21に当たった瞬間に基板21の温度によって水が蒸発し、透明電極膜22が腐食することがない。また、加温された基板21の熱によって原料ガス43が熱処理される。これにより、原料ガス43に熱分解による化学反応を起こさせて、基板21上に薄膜形成することができるため、高純度の薄膜を形成することができ、被覆性も向上する。なお、エネルギー供給装置60によって温められる基板21の温度は、5℃〜200℃の間である。これは、5℃よりも低いと、原料ガス43の水分が基板21上で残ってしまい、200℃よりも高いと、原料ガス43が熱分解しすぎて上手く薄膜形成できないからである。また、上記の観点から、より好適には、基板21を150℃に加温する方が効果的である。   The substrate 21 is horizontally moved by the energy supply device 60 at a speed of 7.5 to 15 mm / min. Therefore, by adjusting this speed, a transparent conductive polymer thin film having a desired thickness can be uniformly formed on the substrate 21. Further, the substrate 21 is heated by the energy supply device 60. Since the source gas 43 has a very small particle diameter and is mostly due to water, the component water evaporates depending on the temperature of the substrate 21 at the moment when the source gas 43 hits the substrate 21. Thereby, conventionally, when a thin film was formed using a transparent conductive polymer, the transparent electrode film 22 was corroded by the acidic transparent conductive polymer, but in this embodiment, the raw material gas 43 is a very small particle. Because of the diameter, the water does not evaporate due to the temperature of the substrate 21 at the moment when it hits the substrate 21, and the transparent electrode film 22 is not corroded. In addition, the source gas 43 is heat-treated by the heated heat of the substrate 21. As a result, a chemical reaction by thermal decomposition can be caused in the source gas 43 to form a thin film on the substrate 21, so that a high-purity thin film can be formed and the coverage is improved. In addition, the temperature of the board | substrate 21 heated by the energy supply apparatus 60 is between 5 degreeC-200 degreeC. This is because if the temperature is lower than 5 ° C., the moisture of the raw material gas 43 remains on the substrate 21, and if it is higher than 200 ° C., the raw material gas 43 is excessively decomposed and a thin film cannot be formed well. Further, from the above viewpoint, it is more effective to heat the substrate 21 to 150 ° C.

また、パターニングについては、図示しないメタルマスクを用いており、そのエッジの細部にまで極小さい粒子径を有する原料ガス43は到達することができるため、パターニング精細度が非常に良好である。なお、原料ガス噴出ノズル50の温度およびエネルギー供給装置60によって温められる基板21の温度は適宜設定可能である。また、エネルギー供給装置60によって水平移動される基板21の移動速度は、膜厚の設計に対応して適宜設定可能である。   Further, for the patterning, a metal mask (not shown) is used, and the source gas 43 having a very small particle diameter can reach the details of the edge, so that the patterning definition is very good. Note that the temperature of the source gas ejection nozzle 50 and the temperature of the substrate 21 heated by the energy supply device 60 can be set as appropriate. Further, the moving speed of the substrate 21 horizontally moved by the energy supply device 60 can be set as appropriate in accordance with the film thickness design.

(実施例と比較例)
次に、実施例と比較例を用いて本実施形態に係る太陽電池20の特性を評価する。ここで、実施例1としては、本実施形態に係る太陽電池20を用いて評価する。つまり、超音波振動によってミスト化された原料41を透明電極膜22上に噴霧して薄膜することによってホール輸送層23が形成された太陽電池20を用いる。一方、比較例1としては、ホール輸送層が従来のスピンコート法によって薄膜形成された太陽電池を用いる。ホール輸送層以外の構成および製造方法については、実施例1および比較例1ともに差はないものとする。
(Examples and comparative examples)
Next, the characteristics of the solar cell 20 according to the present embodiment are evaluated using examples and comparative examples. Here, as Example 1, it evaluates using the solar cell 20 which concerns on this embodiment. That is, the solar cell 20 in which the hole transport layer 23 is formed by spraying the raw material 41 misted by ultrasonic vibration on the transparent electrode film 22 to form a thin film is used. On the other hand, as Comparative Example 1, a solar cell in which a hole transport layer is formed into a thin film by a conventional spin coating method is used. Regarding the configuration and manufacturing method other than the hole transport layer, there is no difference between Example 1 and Comparative Example 1.

図4は、実施例1における太陽電池20の電流−電圧特性を示したものである。また、表1は、実施例1における太陽電池20と比較例1における太陽電池の特性を値で示したものである。   FIG. 4 shows the current-voltage characteristics of the solar cell 20 in Example 1. Table 1 shows the values of the characteristics of the solar cell 20 in Example 1 and the solar cell in Comparative Example 1.

図4および表1に示すように、実施例1における太陽電池20は、短絡電流密度が5.28mA/cm、開放電圧が0.54v、曲線因子が0.54となり、エネルギー変換効率1.55%を達成している。一方、比較例1における太陽電池は、短絡電流密度が4.66mA/cm、開放電圧が0.54v、曲線因子が0.51となり、エネルギー変換効率1.27%であった。これらの結果より、実施例1における太陽電池20は、比較例1における太陽電池より2割ほど良好な特性を有していることが分かる。 As shown in FIG. 4 and Table 1, the solar cell 20 in Example 1 has a short-circuit current density of 5.28 mA / cm 2 , an open-circuit voltage of 0.54 v, and a fill factor of 0.54. 55% has been achieved. On the other hand, the solar cell in Comparative Example 1 had a short-circuit current density of 4.66 mA / cm 2 , an open-circuit voltage of 0.54 v, a fill factor of 0.51, and an energy conversion efficiency of 1.27%. From these results, it can be seen that the solar cell 20 in Example 1 has about 20% better characteristics than the solar cell in Comparative Example 1.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

上記で説明した第1実施形態では、活性層形成工程(S14)において、ホール輸送層23上に活性層24を形成するに際して、ドナー材料としてpoly(3-hexylthiophene)(ポリ(3−ヘルシルチオフェン))(略称P3HT)を用いり、アクセプター材料として[6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester(フェニルC61酪酸メチルエステル)(略称PCBM)を用いて、スピンコート法によって薄膜形成する場合について説明した。一方、第2実施形態では、図5に示す超音波噴霧ミストデポジション装置210を用いて、ガス状にミスト化された2種類の原料241、及び、原料341をホール輸送層23上に噴霧して薄膜することによって、活性層24を形成する場合について説明する。なお、原料241には、ドナー材料としてpoly(3-hexylthiophene)(ポリ(3−ヘルシルチオフェン))(略称P3HT)を使用し、原料341には、アクセプター材料として[6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester(フェニルC61酪酸メチルエステル)(略称PCBM)を使用するものとして以下説明する。 In the first embodiment described above, when the active layer 24 is formed on the hole transport layer 23 in the active layer forming step (S14), poly (3-hexylthiophene) (poly (3-helylthiophene) as a donor material is used. )) (abbreviation P3HT) Mochiiri, using [6,6] -Phenyl-C 61 -Butyric acid methyl ester ( phenyl C 61 butyric acid methyl ester), (abbreviation PCBM) as an acceptor material, a thin film formed by a spin coating method Explained when to do. On the other hand, in the second embodiment, using the ultrasonic spray mist deposition apparatus 210 shown in FIG. 5, two types of raw materials 241 and 341 that are misted in a gaseous state are sprayed onto the hole transport layer 23. A case where the active layer 24 is formed by forming a thin film will be described. Note that poly (3-hexylthiophene) (abbreviation P3HT) is used for the raw material 241 as a donor material, and [6,6] -Phenyl- as an acceptor material is used for the raw material 341. hereinafter described as using a C 61 -Butyric acid methyl ester (phenyl C 61 butyric acid methyl ester), (abbreviation PCBM).

(超音波噴霧ミストデポジション装置210の構成)
まず、第2実施形態で使用する超音波噴霧ミストデポジション装置210の構成について図5を参照して説明する。第2実施形態で使用する超音波噴霧ミストデポジション装置210は、第1実施形態で使用する超音波噴霧ミストデポジション装置10と比較すると、2種類の原料241及び原料341を収容するために原料ガス供給装置を2つ備えている点で相違している。なお、第1実施形態の超音波噴霧ミストデポジション装置10とその構造・役割が同じものについては説明を省略する。
(Configuration of ultrasonic spray mist deposition apparatus 210)
First, the configuration of the ultrasonic spray mist deposition apparatus 210 used in the second embodiment will be described with reference to FIG. Compared with the ultrasonic spray mist deposition apparatus 10 used in the first embodiment, the ultrasonic spray mist deposition apparatus 210 used in the second embodiment is a raw material for accommodating two kinds of raw materials 241 and 341. The difference is that two gas supply devices are provided. In addition, description is abbreviate | omitted about the ultrasonic spray mist deposition apparatus 10 of 1st Embodiment, and the same structure and a role.

図5に示すように、本実施形態に係る超音波噴霧ミストデポジション装置210は、2つの原料ガス供給装置230、330と、原料ガス噴出ノズル250と、エネルギー供給装置260と、を単一または複数備えている。   As shown in FIG. 5, the ultrasonic spray mist deposition apparatus 210 according to this embodiment includes two source gas supply devices 230 and 330, a source gas ejection nozzle 250, and an energy supply device 260 as a single unit. There are several.

原料ガス供給装置230は、第1実施形態同様に、伝搬溶液242を収容する伝搬溶液収容部232と、原料241を収容する原料収容部235と、伝搬溶液収容部232の底に配置された超音波振動子231と、原料収容部235にキャリアガス244を供給するキャリアガス供給部234と、原料241がミスト化された原料ガス243を原料ガス噴出ノズル250へ運ぶ通路となる原料ガス連絡部238と、原料ガス連絡部238に希釈ガス245を供給する希釈ガス供給部237と、を有する。また、キャリアガス供給部234にはキャリアガス流量制御弁233が設けられており、開栓することによってキャリアガス244を原料収容部235内に供給できる。また、希釈ガス供給部237には希釈ガス流量制御弁236が設けられており、開栓することによって希釈ガス245を原料ガス連絡部238内に供給できる。また、前述したように、原料241には、ドナー材料としてpoly(3-hexylthiophene)(ポリ(3−ヘルシルチオフェン))(略称P3HT)を使用する。   As in the first embodiment, the source gas supply device 230 includes a propagation solution storage unit 232 that stores the propagation solution 242, a raw material storage unit 235 that stores the raw material 241, and a superposition disposed at the bottom of the propagation solution storage unit 232. A sonic transducer 231, a carrier gas supply unit 234 that supplies the carrier gas 244 to the source material storage unit 235, and a source gas communication unit 238 that serves as a passage for transporting the source gas 243 mist of the source material 241 to the source gas ejection nozzle 250. And a dilution gas supply unit 237 that supplies the dilution gas 245 to the source gas communication unit 238. The carrier gas supply unit 234 is provided with a carrier gas flow rate control valve 233, and the carrier gas 244 can be supplied into the raw material storage unit 235 by opening the carrier gas. The dilution gas supply unit 237 is provided with a dilution gas flow rate control valve 236. By opening the dilution gas 245, the dilution gas 245 can be supplied into the source gas communication unit 238. As described above, the raw material 241 uses poly (3-hexylthiophene) (abbreviated as P3HT) as a donor material.

原料ガス供給装置330も、原料ガス供給装置230同様に、伝搬溶液342を収容する伝搬溶液収容部332と、原料341を収容する原料収容部335と、伝搬溶液収容部332の底に配置された超音波振動子331と、原料収容部335にキャリアガス344を供給するキャリアガス供給部334と、原料341がミスト化された原料ガス343を原料ガス噴出ノズル250へ運ぶ通路となる原料ガス連絡部338と、原料ガス連絡部338に希釈ガス345を供給する希釈ガス供給部337と、を有する。また、キャリアガス供給部334にはキャリアガス流量制御弁333が設けられており、開栓することによってキャリアガス344を原料収容部335内に供給できる。また、希釈ガス供給部337には希釈ガス流量制御弁336が設けられており、開栓することによって希釈ガス345を原料ガス連絡部338内に供給できる。また、前述したように、原料341には、アクセプター材料として[6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester(フェニルC61酪酸メチルエステル)(略称PCBM)を使用する。 Similarly to the raw material gas supply device 230, the raw material gas supply device 330 is also disposed at the bottom of the propagation solution storage portion 332 that stores the propagation solution 342, the raw material storage portion 335 that stores the raw material 341, and the propagation solution storage portion 332. Ultrasonic vibrator 331, carrier gas supply unit 334 for supplying carrier gas 344 to source material storage unit 335, and source gas communication unit serving as a passage for transporting source gas 343 mist of source material 341 to source gas ejection nozzle 250 338 and a dilution gas supply unit 337 that supplies the dilution gas 345 to the source gas communication unit 338. The carrier gas supply unit 334 is provided with a carrier gas flow rate control valve 333, and the carrier gas 344 can be supplied into the raw material storage unit 335 by opening the carrier gas. The dilution gas supply unit 337 is provided with a dilution gas flow rate control valve 336, and the dilution gas 345 can be supplied into the source gas communication unit 338 by opening the dilution gas. Further, as described above, the raw material 341, using a [6,6] -Phenyl-C 61 -Butyric Acid Methyl Ester ( phenyl C 61 butyric acid methyl ester), (abbreviation PCBM) as an acceptor material.

原料ガス噴出ノズル250は、筐体251と、筐体251の内部に設けられたガイド部材252と、を有している。筐体251は、例えば上下方向に延びた直方体の形状をベースとしており、その上方から下方にかけて徐々に内部空間が狭くなっている。筐体251の底面には開口部253が形成されており、そこからガイド部材252が突出している。また、原料ガス噴出ノズル250は、図示しないヒーターによって高温に保つなど、温度を調整することができる。ガイド部材252は、筐体251の内部で上下方向に沿って設けられており、その上部は原料ガス連絡部238及び原料ガス連絡部338と連絡されている。また、ガイド部材252の下部は、開口部253から外部に向けて突出し、基板21の表面に対して垂直を保ちながら基板21の表面近くまで配置されている。   The source gas ejection nozzle 250 has a housing 251 and a guide member 252 provided inside the housing 251. The housing 251 is based on, for example, a rectangular parallelepiped shape extending in the vertical direction, and the internal space is gradually narrowed from the upper side to the lower side. An opening 253 is formed on the bottom surface of the housing 251, and a guide member 252 projects therefrom. Further, the temperature of the source gas ejection nozzle 250 can be adjusted, for example, kept at a high temperature by a heater (not shown). The guide member 252 is provided along the vertical direction inside the housing 251, and the upper part thereof communicates with the source gas communication unit 238 and the source gas communication unit 338. The lower portion of the guide member 252 protrudes from the opening 253 toward the outside, and is disposed to the vicinity of the surface of the substrate 21 while being kept perpendicular to the surface of the substrate 21.

エネルギー供給装置60は、基板21を載せることができる平板状であり、基板21に熱を供給して基板21の温度を調整することができる。また、エネルギー供給装置60は、水平方向に移動可能であり、固定されたガイド部材252に対して基板21を水平移動させることができる。   The energy supply device 60 has a flat plate shape on which the substrate 21 can be placed, and can adjust the temperature of the substrate 21 by supplying heat to the substrate 21. Further, the energy supply device 60 is movable in the horizontal direction, and can horizontally move the substrate 21 with respect to the fixed guide member 252.

(超音波噴霧ミストデポジション装置210の動作)
以上の構成を有する超音波噴霧ミストデポジション装置210は、基板21上に形成されたホール輸送層23上に超音波振動によってミスト化された原料241及び原料341を噴霧して薄膜することによって活性層24を形成することができる。本実施形態では、例えば、原料241と原料341とを、体積比率1:1で混合してバルクヘテロ接合により活性層を薄膜形成する場合について説明する。なお、原料241と原料341との混合体積比率を1:1にしているが、所望の比率を設定できる。また、原料241と原料341とを混合する際の比率は、体積比率だけでなく重量比率により規定してもよい。
(Operation of Ultrasonic Spray Mist Deposition Device 210)
The ultrasonic spray mist deposition apparatus 210 having the above configuration is activated by spraying a thin film by spraying the raw material 241 and the raw material 341 misted by ultrasonic vibration on the hole transport layer 23 formed on the substrate 21. Layer 24 can be formed. In the present embodiment, for example, a case where the raw material 241 and the raw material 341 are mixed at a volume ratio of 1: 1 and the active layer is formed into a thin film by bulk heterojunction will be described. In addition, although the mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 is 1: 1, a desired ratio can be set. Moreover, the ratio at the time of mixing the raw material 241 and the raw material 341 may be defined not only by the volume ratio but also by the weight ratio.

具体的には、先ず、原料ガス供給装置230側の超音波振動子231が作動されると、発生した超音波は伝搬溶液242を伝搬し、原料収容部235に収容された原料241に伝搬する。その結果、原料241は超音波によって振動され、溶液粒子が細分化されることによりガス状にミスト化されて放出される。これが、原料241がミスト化された原料ガス243である。この時、原料ガス243は、原料収容部235の内部に設けられた空間に一旦滞留する。   Specifically, first, when the ultrasonic transducer 231 on the source gas supply device 230 side is operated, the generated ultrasonic wave propagates through the propagation solution 242 and propagates to the raw material 241 stored in the raw material storage unit 235. . As a result, the raw material 241 is vibrated by ultrasonic waves, and the solution particles are subdivided to be misted into gas and released. This is the raw material gas 243 in which the raw material 241 is misted. At this time, the source gas 243 temporarily stays in a space provided inside the source container 235.

次に、原料241がミスト化されて原料ガス243が生成されると、キャリアガス供給部234に設けられたキャリアガス流量制御弁233が開栓される。そして、キャリアガス流量制御弁233の開度に応じた供給量でキャリアガス244が原料収容部235内に供給される。これにより、原料収容部235内に供給されたキャリアガス244によって、原料ガス243が原料ガス連絡部238へ向けて上方へ運ばれる。   Next, when the raw material 241 is misted and the raw material gas 243 is generated, the carrier gas flow rate control valve 233 provided in the carrier gas supply unit 234 is opened. Then, the carrier gas 244 is supplied into the raw material container 235 with a supply amount corresponding to the opening degree of the carrier gas flow control valve 233. Thus, the source gas 243 is conveyed upward toward the source gas communication unit 238 by the carrier gas 244 supplied into the source material storage unit 235.

次に、原料ガス243が原料ガス連絡部238へ運ばれると、希釈ガス供給部237に設けられた希釈ガス流量制御弁236が開栓され、希釈ガス245が原料ガス連絡部238内に供給される。これにより、原料ガス連絡部238内に供給された希釈ガス245によって、原料ガス243が原料ガス連絡部238内を通って原料ガス噴出ノズル250側へと運ばれる。   Next, when the source gas 243 is conveyed to the source gas communication unit 238, the dilution gas flow rate control valve 236 provided in the dilution gas supply unit 237 is opened, and the dilution gas 245 is supplied into the source gas communication unit 238. The Thereby, the source gas 243 is conveyed to the source gas ejection nozzle 250 side through the source gas communication unit 238 by the dilution gas 245 supplied into the source gas communication unit 238.

一方、原料ガス供給装置330側においても超音波振動子331が作動され、発生した超音波は伝搬溶液342を伝搬し、原料収容部335に収容された原料341に伝搬する。その結果、原料341は超音波によって振動され、溶液粒子が細分化されることによりガス状にミスト化されて放出される。これが、原料341がミスト化された原料ガス343である。この時、原料ガス343は、原料収容部335の内部に設けられた空間に一旦滞留する。   On the other hand, the ultrasonic vibrator 331 is also operated on the raw material gas supply device 330 side, and the generated ultrasonic wave propagates through the propagation solution 342 and propagates to the raw material 341 stored in the raw material storage unit 335. As a result, the raw material 341 is vibrated by ultrasonic waves, and the solution particles are subdivided to be misted and released in a gaseous state. This is the raw material gas 343 in which the raw material 341 is misted. At this time, the source gas 343 temporarily stays in the space provided inside the source container 335.

次に、原料341がミスト化されて原料ガス343が生成されると、キャリアガス供給部334に設けられたキャリアガス流量制御弁333が開栓される。そして、キャリアガス流量制御弁333の開度に応じた供給量でキャリアガス344が原料収容部335内に供給される。これにより、原料収容部335内に供給されたキャリアガス344によって、原料ガス343が原料ガス連絡部338へ向けて上方へ運ばれる。   Next, when the raw material 341 is misted and the raw material gas 343 is generated, the carrier gas flow rate control valve 333 provided in the carrier gas supply unit 334 is opened. Then, the carrier gas 344 is supplied into the raw material container 335 with a supply amount corresponding to the opening degree of the carrier gas flow rate control valve 333. Accordingly, the source gas 343 is conveyed upward toward the source gas communication unit 338 by the carrier gas 344 supplied into the source material storage unit 335.

次に、原料ガス343が原料ガス連絡部338へ運ばれると、希釈ガス供給部337に設けられた希釈ガス流量制御弁336が開栓され、希釈ガス345が原料ガス連絡部338内に供給される。これにより、原料ガス連絡部338内に供給された希釈ガス345によって、原料ガス343が原料ガス連絡部338内を通って原料ガス噴出ノズル250側へと運ばれる。   Next, when the source gas 343 is conveyed to the source gas communication unit 338, the dilution gas flow rate control valve 336 provided in the dilution gas supply unit 337 is opened, and the dilution gas 345 is supplied into the source gas communication unit 338. The Thereby, the source gas 343 is conveyed to the source gas ejection nozzle 250 side through the source gas communication unit 338 by the dilution gas 345 supplied into the source gas communication unit 338.

そして、原料ガス連絡部238内及び原料ガス連絡部338内を通って原料ガス噴出ノズル250へ運ばれた原料ガス243及び原料ガス343は、やがてガイド部材252に到達する。   Then, the source gas 243 and the source gas 343 carried to the source gas ejection nozzle 250 through the source gas communication unit 238 and the source gas communication unit 338 eventually reach the guide member 252.

なお、原料ガス噴出ノズル250において混合される原料ガス243と原料ガス343との混合体積比率を1:1に設定しているが、これは、図示しないプログラミング制御されるコンピュータによって、原料ガス供給装置230側の超音波振動子231の作動制御、キャリアガス流量制御弁233の開度制御、及び、希釈ガス流量制御弁236が開度制御、原料ガス供給装置330側の超音波振動子331の作動制御、キャリアガス流量制御弁333の開度制御、及び、希釈ガス流量制御弁336・BR>ェ開度制御をすることにより、原料ガス噴出ノズル250において、所望の混合体積比率1:1で混合される。   In addition, the mixing volume ratio of the raw material gas 243 and the raw material gas 343 mixed in the raw material gas injection nozzle 250 is set to 1: 1, but this is performed by a computer controlled by a computer (not shown). Operation control of the ultrasonic transducer 231 on the 230 side, opening control of the carrier gas flow rate control valve 233, and opening control of the dilution gas flow rate control valve 236, operation of the ultrasonic transducer 331 on the source gas supply device 330 side By controlling the opening of the carrier gas flow rate control valve 333 and the opening control of the dilution gas flow rate control valve 336, the source gas injection nozzle 250 performs mixing at a desired mixing volume ratio of 1: 1. Is done.

そして、混合された原料ガス243及び原料ガス343は、ガイド部材252の面状に沿って下方へと流れる。この時、原料ガス噴出ノズル250は、図示しないヒーターによって80℃に温められているため、混合された原料ガス243及び原料ガス343は一定の極小さな粒子径を保つことができる。その後、混合された原料ガス243及び原料ガス343は、原料ガス噴出ノズル250内で体積比率1:1の均一な濃度になり、ガイド部材252によって均一な流れとなって基板21の表面へと放出される。このようにして、体積比率1:1で混合した原料241と原料341とが、基板21上に形成されたホール輸送層23の表面に均一に噴霧されることにより、バルクヘテロ接合された活性層が薄膜形成される。   The mixed source gas 243 and source gas 343 flow downward along the planar shape of the guide member 252. At this time, since the raw material gas ejection nozzle 250 is heated to 80 ° C. by a heater (not shown), the mixed raw material gas 243 and raw material gas 343 can maintain a certain extremely small particle diameter. Thereafter, the mixed source gas 243 and source gas 343 have a uniform concentration with a volume ratio of 1: 1 in the source gas jet nozzle 250 and are discharged to the surface of the substrate 21 in a uniform flow by the guide member 252. Is done. In this way, the raw material 241 and the raw material 341 mixed at a volume ratio of 1: 1 are uniformly sprayed on the surface of the hole transport layer 23 formed on the substrate 21, so that the bulk heterojunction active layer is formed. A thin film is formed.

(活性層の試験体作成方法)
上記では超音波噴霧ミストデポジション装置210の動作について説明したが、上記超音波噴霧ミストデポジション装置210を使用して、太陽電池の短絡電流密度や開放電圧や曲線因子やエネルギー変換効率といった太陽電池特性を最大化する原料241と原料341との混合体積比率や混合重量比率を見つける際に使用する活性層が堆積された試験体110の作成方法について説明する。
(Method for preparing active layer specimen)
The operation of the ultrasonic spray mist deposition apparatus 210 has been described above. However, using the ultrasonic spray mist deposition apparatus 210, a solar battery such as a short-circuit current density, an open-circuit voltage, a curve factor, and energy conversion efficiency of the solar battery is used. A method for producing the test body 110 on which the active layer used for finding the mixing volume ratio and mixing weight ratio of the raw material 241 and the raw material 341 that maximize the characteristics will be described.

太陽電池を製造する過程において、活性層24を薄膜形成するに際して、太陽電池特性が最大化する原料241と原料341との混合体積比率を、試験体を使用して調べることがある。例えば、原料241と原料341との混合体積比率が8:2の場合、7:3の場合、6:4の場合、5:5の場合、4:6の場合、3:7の場合のうちどの混合体積比率が最も太陽電池特性を最大化するかを知りたい場合、従来のスピンコート法により試験体を作成するには、予め原料241と原料341との混合体積比率を所望の比率で混合した原料を、回転する基板上に滴下し、回転の遠心力で原料を延伸することにより成膜して、図6の(A)に示すように、原料241と原料341との混合体積比率が8:2の試験体161、原料241と原料341との混合体積比率が7:3の試験体162、原料241と原料341との混合体積比率が6:4の試験体163、原料241と原料341との混合体積比率が5:5の試験体164、原料241と原料341との混合体積比率が4:6の試験体165、原料241と原料341との混合体積比率が3:7の試験体166といった具合に1つ1つ作成して、各試験体に電極等を接続して太陽電池特性を調べて比較する必要がある。
しかし、1種類の混合体積比率で構成された試験体を複数作成しなければならず効率が悪い。
そこで、超音波噴霧ミストデポジション装置210を使用することにより、1つの試験体110に複数の混合体積比率で形成された活性層を堆積させる方法を以下に説明する。
In the process of manufacturing the solar cell, when the active layer 24 is formed into a thin film, the mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 maximizing the solar cell characteristics may be examined using a specimen. For example, when the mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 is 8: 2, 7: 3, 6: 4, 5: 5, 4: 6, and 3: 7. In order to know which mixing volume ratio maximizes the solar cell characteristics, in order to prepare a test body by the conventional spin coating method, the mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 is previously mixed at a desired ratio. The raw material is dropped on a rotating substrate, and the raw material is stretched by a centrifugal force of rotation to form a film, so that the mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 is as shown in FIG. 8: 2 test body 161, test body 162 having a mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 of 7: 3, test body 163 having a mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 of 6: 4, the raw material 241 and the raw material Specimen 164 having a mixing volume ratio with 341 of 5: 5, Samples 165 having a mixing volume ratio of the material 241 and the raw material 341 of 4: 6, and specimens 166 having a mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 of 3: 7 are prepared one by one. It is necessary to connect the electrodes to the body and examine and compare the solar cell characteristics.
However, a plurality of specimens composed of one kind of mixed volume ratio must be prepared, which is inefficient.
Therefore, a method of depositing an active layer formed at a plurality of mixed volume ratios on one test body 110 by using the ultrasonic spray mist deposition apparatus 210 will be described below.

具体的には、まず、エネルギー供給装置60の上に活性層が堆積されていない試験体110を載置する。そして、図示しないプログラミング制御されるコンピュータによって、原料ガス供給装置230側の超音波振動子231の作動制御、キャリアガス流量制御弁233の開度制御、及び、希釈ガス流量制御弁236が開度制御、原料ガス供給装置330側の超音波振動子331の作動制御、キャリアガス流量制御弁333の開度制御、及び、希釈ガス流量制御弁336が開度制御をすることにより、原料ガス噴出ノズル250において、混合体積比率8:2で混合し、混合された原料ガス243及び原料ガス343は、開口部253から試験体110の表面へと放出される。この際、図6の(B)に示すように、エネルギー供給装置60が、水平方向に距離Kだけ移動することにより試験体110の領域111に、原料241と原料341との混合体積比率が8:2でバルクヘテロ接合された活性層が薄膜形成される。   Specifically, first, the test body 110 on which the active layer is not deposited is placed on the energy supply device 60. The operation of the ultrasonic transducer 231 on the raw material gas supply device 230 side, the opening control of the carrier gas flow rate control valve 233, and the opening control of the dilution gas flow rate control valve 236 are controlled by a computer (not shown) controlled by programming. The raw material gas injection nozzle 250 is controlled by controlling the operation of the ultrasonic transducer 331 on the raw material gas supply device 330 side, opening control of the carrier gas flow control valve 333, and opening control of the dilution gas flow control valve 336. In FIG. 5, the raw material gas 243 and the raw material gas 343 mixed at a mixing volume ratio of 8: 2 are discharged from the opening 253 to the surface of the test body 110. At this time, as shown in FIG. 6B, when the energy supply device 60 moves by a distance K in the horizontal direction, the mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 is 8 in the region 111 of the test body 110. : An active layer bulk-junctioned at 2 is formed into a thin film.

同様に、プログラミング制御されるコンピュータによって、原料ガス噴出ノズル250において、混合体積比率7:3で混合し、混合された原料ガス243及び原料ガス343を、開口部253から試験体110の表面に放出する。この際、エネルギー供給装置60が、水平方向に距離Kだけ移動することにより試験体110の領域112に、原料241と原料341との混合体積比率が7:3でバルクヘテロ接合された活性層が薄膜形成される。同様に、試験体110の領域113に、原料241と原料341との混合体積比率が6:4でバルクヘテロ接合された活性層が薄膜形成され、試験体110の領域114に、原料241と原料341との混合体積比率が5:5でバルクヘテロ接合された活性層が薄膜形成され、試験体110の領域115に、原料241と原料341との混合体積比率が4:6でバルクヘテロ接合された活性層が薄膜形成され、試験体110の領域116に、原料241と原料341との混合体積比率が3:7でバルクヘテロ接合された活性層が薄膜形成される。   Similarly, mixing is performed at a mixing volume ratio of 7: 3 in the source gas ejection nozzle 250 by a computer that is controlled by programming, and the mixed source gas 243 and source gas 343 are discharged from the opening 253 to the surface of the specimen 110. To do. At this time, the energy supply device 60 moves by a distance K in the horizontal direction, so that the active layer formed by bulk heterojunction in the region 112 of the test body 110 with a mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 of 7: 3 is a thin film. It is formed. Similarly, a thin layer is formed in the region 113 of the test body 110 so that an active layer bulk-junctioned at a mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 of 6: 4 is formed. An active layer bulk-junctioned at a mixing volume ratio of 5: 5 is formed into a thin film, and an active layer bulk-junctioned at a region 115 of the test body 110 at a mixing volume ratio of raw material 241 and raw material 341 of 4: 6 A thin film is formed in the region 116 of the test body 110, and an active layer bulk-junctioned with a mixture volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 of 3: 7 is formed.

このようにして作成された試験体110は、図6(B)に示すように、1つの試験体110に複数の混合体積比率で形成された活性層が堆積された状態になる。そして、各領域111〜116に電極を接続し、太陽電池特性の調査に不用な領域にマスキングをしたうえで、太陽電池特性を調べたい領域にだけ光をあてる手順を繰り返すことにより、各領域111〜116における太陽電池特性を順次調べることができる。   As shown in FIG. 6B, the test body 110 thus created is in a state where an active layer formed in a plurality of mixed volume ratios is deposited on one test body 110. Then, an electrode is connected to each of the regions 111 to 116, masking a region unnecessary for investigating the solar cell characteristics, and repeating the procedure of irradiating only the region where the solar cell properties are to be examined, thereby repeating each region 111. The solar cell characteristics at ˜116 can be examined sequentially.

この方法によれば、スピンコート法により、混合体積比率を変えた試験体を複数作成した場合に比べて、効率良く太陽電池特性が最大化する原料241と原料341との混合体積比率を調べることができる。   According to this method, the mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 that maximizes the solar cell characteristics can be efficiently examined as compared with the case where a plurality of specimens with different mixing volume ratios are prepared by spin coating. Can do.

なお、上記説明では、原料241と原料341との混合体積比率で説明したが、原料241と原料341との重量比率で規定してもよい。また、原料は2種類に限らず3種類以上であってもよいし、その場合は、原料ガス供給装置を追加して対応することになる。   In the above description, the mixing volume ratio of the raw material 241 and the raw material 341 is described, but it may be defined by the weight ratio of the raw material 241 and the raw material 341. Further, the number of raw materials is not limited to two, but may be three or more. In that case, a raw material gas supply device is added to cope with the problem.

(活性層24の平面ヘテロ接合)
次に、上記超音波噴霧ミストデポジション装置210を使用して、活性層24として複数種類の原料を複数積層させて薄膜形成する方法について説明する。
(Planar heterojunction of active layer 24)
Next, a method of forming a thin film by laminating a plurality of types of raw materials as the active layer 24 using the ultrasonic spray mist deposition apparatus 210 will be described.

まず、エネルギー供給装置60の上に、最上位にホール輸送層23が積層された基板21を載置する。そして、図示しないプログラミング制御されるコンピュータによって、原料ガス供給装置230側の超音波振動子231の作動制御、キャリアガス流量制御弁233の開度制御、及び、希釈ガス流量制御弁236が開度制御、原料ガス供給装置330側の超音波振動子331の作動制御、キャリアガス流量制御弁333の開度制御、及び、希釈ガス流量制御弁336が開度制御をすることにより、原料ガス噴出ノズル250において、原料ガス343だけが、開口部253から基板21の表面へと放出するようにする。この際、エネルギー供給装置60が、水平方向に所定の距離を所定の時間をかけて移動することにより、ミスト化された原料ガス343が噴霧されて、図7に示すように、所定の厚みをもった原料341が積層される。   First, the substrate 21 on which the hole transport layer 23 is stacked on the uppermost layer is placed on the energy supply device 60. The operation of the ultrasonic transducer 231 on the raw material gas supply device 230 side, the opening control of the carrier gas flow rate control valve 233, and the opening control of the dilution gas flow rate control valve 236 are controlled by a computer (not shown) controlled by programming. The raw material gas injection nozzle 250 is controlled by controlling the operation of the ultrasonic transducer 331 on the raw material gas supply device 330 side, opening control of the carrier gas flow control valve 333, and opening control of the dilution gas flow control valve 336. In this case, only the source gas 343 is discharged from the opening 253 to the surface of the substrate 21. At this time, the energy supply device 60 moves a predetermined distance in the horizontal direction over a predetermined time, so that the misted raw material gas 343 is sprayed and has a predetermined thickness as shown in FIG. The raw material 341 having the above is laminated.

続いて、プログラミング制御されるコンピュータによって、原料ガス供給装置230側の超音波振動子231の作動制御、キャリアガス流量制御弁233の開度制御、及び、希釈ガス流量制御弁236が開度制御、原料ガス供給装置330側の超音波振動子331の作動制御、キャリアガス流量制御弁333の開度制御、及び、希釈ガス流量制御弁336が開度制御をすることにより、原料ガス噴出ノズル250において、原料ガス243だけが、開口部253から基板21の表面へと放出するようにする。この際、エネルギー供給装置60が、水平方向に所定の距離を所定の時間をかけて移動することにより、ミスト化された原料ガス243が噴霧されて、図7に示すように、所定の厚みをもった原料241が積層される。   Subsequently, the operation of the ultrasonic vibrator 231 on the source gas supply device 230 side, the opening control of the carrier gas flow rate control valve 233, and the opening control of the dilution gas flow rate control valve 236 are controlled by a computer that is controlled by programming. By controlling the operation of the ultrasonic vibrator 331 on the source gas supply device 330 side, the opening control of the carrier gas flow rate control valve 333, and the opening control of the dilution gas flow rate control valve 336, the source gas ejection nozzle 250 Only the source gas 243 is discharged from the opening 253 to the surface of the substrate 21. At this time, the energy supply device 60 moves a predetermined distance in the horizontal direction over a predetermined time, so that the mist-formed source gas 243 is sprayed and has a predetermined thickness as shown in FIG. The raw material 241 is stacked.

上記手順を繰り返すことにより、図7に示すように、所定の厚みをもった原料341と原料241が交互に複数積層されて平面ヘテロ接合された活性層24を形成することができる。   By repeating the above procedure, as shown in FIG. 7, a plurality of raw materials 341 and raw materials 241 having a predetermined thickness can be alternately stacked to form a planar heterojunction active layer 24.

この方法では、超音波振動によってミスト化された原料341と原料241を使用して活性層24を薄膜形成しているため、非常に薄い原料341の層と原料241の層を交互に多数堆積させることが可能となる。   In this method, since the active layer 24 is formed into a thin film using the raw material 341 and the raw material 241 that are misted by ultrasonic vibration, a very thin layer of the raw material 341 and many layers of the raw material 241 are alternately deposited. It becomes possible.

なお、上記説明では、2つの原料ガス供給装置230、330に対応する原料ガス噴出ノズル250を一つとして説明したが、これに限らず、2つの原料ガス供給装置230、330それぞれに対応する原料ガス噴出ノズルを個別に設けた構成としてもよい。   In the above description, the single source gas ejection nozzle 250 corresponding to the two source gas supply devices 230 and 330 has been described as one. However, the present invention is not limited to this, and the source materials corresponding to the two source gas supply devices 230 and 330, respectively. It is good also as a structure which provided the gas ejection nozzle separately.

(本実施形態の概要)
以上のように、第1実施形態に係る太陽電池20の製造方法は、基板21上に透明電極膜22を形成する透明電極膜形成工程と、透明電極膜22上にホール輸送層23を形成するホール輸送層形成工程と、ホール輸送層23上に活性層24を形成する活性層形成工程と、活性層24上に電子輸送層25を形成する電子輸送層形成工程と、電子輸送層25上に電極層26を形成する電極層形成工程と、を有する太陽電池20の製造方法であって、透明電極膜22、ホール輸送層23、活性層24、および電子輸送層25の少なくとも1層以上を、超音波振動によってミスト化された原料41を堆積することによって薄膜形成する。
(Outline of this embodiment)
As described above, the method for manufacturing the solar cell 20 according to the first embodiment forms the transparent electrode film 22 on the substrate 21 and the hole transport layer 23 on the transparent electrode film 22. A hole transport layer forming step, an active layer forming step of forming an active layer 24 on the hole transport layer 23, an electron transport layer forming step of forming an electron transport layer 25 on the active layer 24, and an electron transport layer 25 An electrode layer forming step of forming an electrode layer 26, comprising: at least one of a transparent electrode film 22, a hole transport layer 23, an active layer 24, and an electron transport layer 25; A thin film is formed by depositing the raw material 41 misted by ultrasonic vibration.

上記の製造方法によれば、透明電極膜22、ホール輸送層23、活性層24、および電子輸送層25の少なくとも1層以上を、超音波振動によってミスト化された原料を堆積することによって薄膜形成しているため、ディッピング法のように長時間の乾燥時間を確保する必要がなく、スピンコート法のようにフォトリソグラフィー工程による時間のロスや、レジストなどのコストが掛かることがない。また、超音波振動によってミスト化された原料41は、スプレーコート法でスプレーされる原料よりも粒子径が小さいため、パターニングのエッジの細部にまで原料を到達させることができ、スプレーコート法では難しかった複雑なパターニングが可能である。さらに、インクジェット法では難しかった表面に凹凸があるような複雑な形状への成膜も可能である。従って、従来よりも時間効率、材料効率、パターニング精細度、ハイブリッド膜形成、膜構造制御の全てにおいて効率良く太陽電池20を製造することができる。   According to the above manufacturing method, a thin film is formed by depositing at least one of the transparent electrode film 22, the hole transport layer 23, the active layer 24, and the electron transport layer 25 with the raw material misted by ultrasonic vibration. Therefore, it is not necessary to ensure a long drying time as in the dipping method, and time loss due to the photolithography process and the cost of resist and the like are not increased as in the spin coating method. In addition, since the raw material 41 misted by ultrasonic vibration has a smaller particle size than the raw material sprayed by the spray coating method, the raw material can reach the details of the patterning edge, which is difficult by the spray coating method. Complicated patterning is possible. Furthermore, it is possible to form a film in a complicated shape having irregularities on the surface, which is difficult with the ink jet method. Therefore, it is possible to manufacture the solar cell 20 more efficiently in all of time efficiency, material efficiency, patterning definition, hybrid film formation, and film structure control than before.

また、第1実施形態に係る太陽電池20の製造方法においては、基板21を加温し、ミスト化された原料41を堆積する際、加温された基板21を介して原料41に熱処理を施している。   Further, in the method for manufacturing the solar cell 20 according to the first embodiment, when the substrate 21 is heated and the misted material 41 is deposited, the material 41 is subjected to heat treatment via the heated substrate 21. ing.

上記の製造方法によれば、加温された基板21の熱によってミスト化された原料41が熱処理される。これにより、原料41に熱分解による化学反応を起こさせて、基板21上に薄膜形成することもできるため、高純度の薄膜を形成することができ、被覆性も向上する。   According to said manufacturing method, the raw material 41 made into mist with the heat | fever of the heated board | substrate 21 is heat-processed. Thereby, a chemical reaction by thermal decomposition can be caused in the raw material 41 to form a thin film on the substrate 21, so that a high-purity thin film can be formed and the covering property is improved.

また、第1実施形態に係る太陽電池20の製造方法のホール輸送層形成工程において、ホール輸送層23を形成する際に用いられるミスト化された原料41は、透明導電性ポリマー原液を水で希釈したものである。   Further, in the hole transport layer forming step of the method for manufacturing the solar cell 20 according to the first embodiment, the misted raw material 41 used when forming the hole transport layer 23 is obtained by diluting the transparent conductive polymer stock solution with water. It is a thing.

上記の製造方法によれば、透明導電性ポリマー原液をそのまま用いるよりも少量で済むため、さらに材料効率が良好である。また、原料の一部が水で構成されているため、取り扱う際にも安全である。   According to the manufacturing method described above, the material efficiency is further improved because only a small amount of the transparent conductive polymer stock solution is used as it is. Moreover, since a part of raw material is comprised with water, it is safe when handling.

また、第1実施形態に係る太陽電池20は、本実施形態に係る太陽電池20の製造方法を含む工程によって製造されている。   Moreover, the solar cell 20 which concerns on 1st Embodiment is manufactured by the process including the manufacturing method of the solar cell 20 which concerns on this embodiment.

上記の構成によれば、透明電極膜22、ホール輸送層23、活性層24、および電子輸送層25の少なくとも1層以上が、超音波振動によってミスト化された原料41を堆積することによって薄膜形成されているため、従来よりも時間効率、材料効率、パターニング精細度、ハイブリッド膜形成、膜構造制御の全てにおいて効率の良い太陽電池20を提供することができる。   According to the above configuration, at least one layer of the transparent electrode film 22, the hole transport layer 23, the active layer 24, and the electron transport layer 25 is formed into a thin film by depositing the raw material 41 misted by ultrasonic vibration. Therefore, it is possible to provide the solar cell 20 that is more efficient in all of time efficiency, material efficiency, patterning definition, hybrid film formation, and film structure control than before.

また、第2実施形態に係る太陽電池の製造方法は、基板21上に透明電極膜22を形成する透明電極膜形成工程と、透明電極膜22上にホール輸送層23を形成するホール輸送層形成工程と、ホール輸送層23上に活性層24を形成する活性層形成工程と、活性層24上に電子輸送層25を形成する電子輸送層形成工程と、電子輸送層25上に電極層26を形成する電極層形成工程とを有し、少なくとも活性層24を、超音波振動によってミスト化された原料241及び原料341(複数種類の原料)を堆積することによって薄膜形成するものであり、ミスト化は、活性層24を構成する原料241及び原料341毎に別々に行われることを特徴としている。   Moreover, the manufacturing method of the solar cell according to the second embodiment includes a transparent electrode film forming step of forming the transparent electrode film 22 on the substrate 21 and a hole transport layer forming of forming the hole transport layer 23 on the transparent electrode film 22. An active layer forming step for forming an active layer 24 on the hole transport layer 23; an electron transport layer forming step for forming an electron transport layer 25 on the active layer 24; and an electrode layer 26 on the electron transport layer 25. Forming at least an active layer 24 by depositing a raw material 241 and a raw material 341 (a plurality of types of raw materials) that have been misted by ultrasonic vibration. Is performed separately for each of the raw material 241 and the raw material 341 constituting the active layer 24.

上記の製造方法によれば、活性層24を、超音波振動によってミスト化された原料241及び原料341(複数種類の原料)を堆積することによって薄膜形成するに際して、ミスト化は、活性層24を構成する原料241及び原料341毎に別々に行うことができる。このため、活性層24を、ミスト化された原料241及び原料341を別々の原料ガス供給装置230及び原料ガス供給装置330を介して薄膜形成することができる。例えば、活性層24として堆積させる原料241及び原料341の比率を変えることにより、原料241及び原料341を所望の比率で混合した活性層24を薄膜形成することができる。また、例えば、活性層24として堆積させる原料241及び原料341のミスト化のタイミングを変えることにより、原料241及び原料341を所望の順序で積層した活性層24を薄膜形成することができる。   According to the above manufacturing method, when the active layer 24 is formed into a thin film by depositing the raw material 241 and the raw material 341 (plural types of raw materials) misted by ultrasonic vibration, This can be performed separately for each of the raw material 241 and the raw material 341 to be configured. For this reason, the active layer 24 can be formed into a thin film from the raw material 241 and the raw material 341 that have been made mist through the separate raw material gas supply device 230 and the raw material gas supply device 330. For example, the active layer 24 in which the raw material 241 and the raw material 341 are mixed at a desired ratio can be formed into a thin film by changing the ratio of the raw material 241 and the raw material 341 deposited as the active layer 24. Further, for example, by changing the timing of misting the raw material 241 and the raw material 341 to be deposited as the active layer 24, the active layer 24 in which the raw material 241 and the raw material 341 are stacked in a desired order can be formed into a thin film.

以上、本発明の実施例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、具体的構成などは、適宜設計変更可能である。また、発明の実施形態に記載された、作用および効果は、本発明から生じる最も好適な作用および効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用および効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。   The embodiments of the present invention have been described above, but only specific examples have been illustrated, and the present invention is not particularly limited. Specific configurations and the like can be appropriately changed in design. Further, the actions and effects described in the embodiments of the present invention only list the most preferable actions and effects resulting from the present invention, and the actions and effects according to the present invention are described in the embodiments of the present invention. It is not limited to things.

本発明は、太陽電池の製造について利用することができる。   The present invention can be used for the production of solar cells.

10 超音波噴霧ミストデポジション装置
20 太陽電池
21 基板
22 透明電極膜
23 ホール輸送層
24 活性層
25 電子輸送層
26 電極層
30 原料ガス供給装置
41 原料
43 原料ガス
50 原料ガス噴出ノズル
60 エネルギー供給装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Ultrasonic spray mist deposition apparatus 20 Solar cell 21 Substrate 22 Transparent electrode film 23 Hole transport layer 24 Active layer 25 Electron transport layer 26 Electrode layer 30 Raw material gas supply device 41 Raw material 43 Raw material gas 50 Raw material gas ejection nozzle 60 Energy supply device

Claims (5)

基板上に透明電極膜を形成する透明電極膜形成工程と、
前記透明電極膜上にホール輸送層を形成するホール輸送層形成工程と、
前記ホール輸送層上に活性層を形成する活性層形成工程と、
前記活性層上に電子輸送層を形成する電子輸送層形成工程と、
前記電子輸送層上に電極層を形成する電極層形成工程と、
を有する太陽電池の製造方法であって、
前記透明電極膜、前記ホール輸送層、前記活性層、および前記電子輸送層の少なくとも1層以上を、超音波振動によってミスト化された原料を堆積することによって薄膜形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
A transparent electrode film forming step of forming a transparent electrode film on the substrate;
A hole transport layer forming step of forming a hole transport layer on the transparent electrode film; and
An active layer forming step of forming an active layer on the hole transport layer;
An electron transport layer forming step of forming an electron transport layer on the active layer;
An electrode layer forming step of forming an electrode layer on the electron transport layer;
A method for producing a solar cell having
At least one of the transparent electrode film, the hole transport layer, the active layer, and the electron transport layer is formed into a thin film by depositing a raw material misted by ultrasonic vibration. Manufacturing method.
前記基板を加温し、前記ミスト化された原料を堆積する際、加温された当該基板を介して当該原料に熱処理を施すことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。   2. The method of manufacturing a solar cell according to claim 1, wherein when the substrate is heated and the misted material is deposited, the material is subjected to heat treatment through the heated substrate. 前記ホール輸送層形成工程において、前記ホール輸送層を形成する際に用いられる前記ミスト化された原料は、透明導電性ポリマー原液を水で希釈したものであることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池の製造方法。   The said mist-formed raw material used when forming the said hole transport layer in the said hole transport layer formation process is what diluted the transparent conductive polymer stock solution with water, The feature is 1 or 2. The manufacturing method of the solar cell of description. 請求項1ないし3に記載の太陽電池の製造方法を含む工程によって製造された太陽電池。   The solar cell manufactured by the process including the manufacturing method of the solar cell of Claims 1 thru | or 3. 基板上に透明電極膜を形成する透明電極膜形成工程と、
前記透明電極膜上にホール輸送層を形成するホール輸送層形成工程と、
前記ホール輸送層上に活性層を形成する活性層形成工程と、
前記活性層上に電子輸送層を形成する電子輸送層形成工程と、
前記電子輸送層上に電極層を形成する電極層形成工程と、
を有する太陽電池の製造方法であって、
少なくとも前記活性層を、超音波振動によってミスト化された複数種類の原料を堆積することによって薄膜形成するものであり、
前記ミスト化は、前記活性層を構成する前記複数種類の原料毎に別々に行われることを特徴とする太陽電池の製造方法。
A transparent electrode film forming step of forming a transparent electrode film on the substrate;
A hole transport layer forming step of forming a hole transport layer on the transparent electrode film; and
An active layer forming step of forming an active layer on the hole transport layer;
An electron transport layer forming step of forming an electron transport layer on the active layer;
An electrode layer forming step of forming an electrode layer on the electron transport layer;
A method for producing a solar cell having
At least the active layer is formed into a thin film by depositing a plurality of types of raw materials misted by ultrasonic vibration,
The method of manufacturing a solar cell, wherein the mist formation is performed separately for each of the plurality of types of raw materials constituting the active layer.
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