JP2010129619A - Solar cell using silicon particulate, optical sensor, and method of manufacturing them - Google Patents
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- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/545—Microcrystalline silicon PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体装置とその製造方法に関するものである。さらに詳しくは、半導体性シリコン微粒子の表面に熱反応性または光反応性、あるいはラジカル反応性またはイオン反応性を付与した微粒子を用いた太陽電池および光センサーとその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof. More specifically, the present invention relates to a solar cell and an optical sensor using fine particles obtained by imparting thermal reactivity or photoreactivity, radical reactivity or ion reactivity to the surface of semiconductor silicon fine particles, and a method for producing the same.
特に、本発明においては、p−n接合層は、n型シリコン微粒子とp型シリコン微粒子の混合層からなる。 In particular, in the present invention, the pn junction layer is composed of a mixed layer of n-type silicon particles and p-type silicon particles.
従来、太陽電池や光センサーのような半導体装置のp−n接合層形成方法は、不純物拡散やCVD法が用いられている。具体的には、ガラス基板表面にプラズマCVD を用いてp−n接合層を製膜したシリコンアモルファス型太陽電池や光センサー、シリコン結晶やポリシリコン結晶を切断して板状に加工した後不純物拡散してp−n接合層を形成したシリコン結晶型太陽電池や光センサーが知られている。例えば、下記特許がある。
さらに、最近では、前記以外の太陽電池や光センサーとして、シリコンの微粒子と反応性単分子膜を用いた印刷型の太陽電池や光センサーが知られている。例えば、以下のような特許がある。
しかしながら、従来のシリコンアモルファス型太陽電池では、高価な真空装置を用いるため、製造コストが高くなるという欠点があった。また、シリコン結晶型太陽電池では、高純度なシリコン結晶やポリシリコン結晶を多量に用いるため、製造コストが高くなるという欠点があった。 However, since the conventional silicon amorphous solar cell uses an expensive vacuum device, there is a drawback that the manufacturing cost increases. In addition, the silicon crystal solar cell has a drawback in that the manufacturing cost increases because a large amount of high-purity silicon crystal or polysilicon crystal is used.
本発明は、シリコンを用いながら、従来のアモルファスシリコン型やシリコン結晶型の太陽電池や光センサーに比べ、大幅にコストダウンでき、且つ前記シリコンの微粒子を用いた印刷型の太陽電池や光センサーに比べて高効率、あるいは高感度な太陽電池や光センサーを提供することを目的とする。 The present invention provides a printed solar cell or photosensor using silicon fine particles, which can significantly reduce the cost compared to conventional amorphous silicon type or silicon crystal type solar cells or photosensors while using silicon. The object is to provide a solar cell or photosensor with higher efficiency or higher sensitivity.
前記課題を解決するための手段として提供される第一の発明は、少なくとも表面に共有結合した有機薄膜で被われているn型シリコン微粒子層と表面に共有結合した有機薄膜で被われているp型シリコン微粒子層の間に前記有機薄膜で被われているn型シリコン微粒子と前記有機薄膜で被われているp型シリコン微粒子のpn微粒子混合層が形成されていることを特徴とする太陽電池および光センサーである。 A first invention provided as means for solving the above-described problems is that at least an n-type silicon fine particle layer covered with an organic thin film covalently bonded to the surface and a p coated with an organic thin film covalently bonded to the surface. And a p-type fine particle mixed layer of n-type silicon fine particles covered with the organic thin film and p-type silicon fine particles covered with the organic thin film, It is a light sensor.
第二の発明は、第一の発明において、少なくとも表面に共有結合した有機薄膜が単分子膜であることを特徴とする太陽電池および光センサーである。 A second invention is the solar cell and the optical sensor according to the first invention, wherein at least the organic thin film covalently bonded to the surface is a monomolecular film.
第三の発明は、第一および第二の発明において、少なくとも表面に共有結合した有機薄膜として、互いに反応する官能基をそれぞれ含む2種類の薄膜を用い、それぞれの層が、前記反応性の官能基間の反応で層状に硬化製膜されているこることを特徴とする太陽電池および光センサーである。 According to a third invention, in the first and second inventions, as the organic thin film covalently bonded to at least the surface, two kinds of thin films each containing a functional group that reacts with each other are used. It is a solar cell and a photosensor characterized by being cured and formed into a layer by reaction between groups.
第四の発明は、第一および第二の発明において、少なくとも表面に共有結合した有機薄膜として、反応性の官能基を1種類含む薄膜を用い、それぞれの層が、前記反応性の官能基を架橋剤で架橋させて層状に硬化製膜されていることを特徴とする太陽電池および光センサーである。 According to a fourth invention, in the first and second inventions, a thin film containing at least one kind of reactive functional group is used as the organic thin film covalently bonded to the surface, and each layer has the reactive functional group. It is a solar cell and an optical sensor characterized in that they are cross-linked with a cross-linking agent and cured into a layer.
第五の発明は、第一〜第四の発明において、混合層が、粒径の異なるシリコン微粒子を用いて作成されていることを特徴とする太陽電池および光センサーである。 A fifth invention is a solar cell and an optical sensor according to any one of the first to fourth inventions, wherein the mixed layer is formed using silicon fine particles having different particle diameters.
第六の発明は、表面に共有結合した第1の反応性官能基を含む有機膜で被われたnまたはp型シリコン微粒子と表面に共有結合した第2の反応性官能基を含む有機膜で被われたnまたはp型シリコン微粒子を有機溶媒中で混合して第1のnまたはp型シリコン微粒子ペーストを作成する工程と、
表面に共有結合した第1の反応性官能基を含む有機膜で被われたpまたはn型シリコン微粒子と表面に共有結合した第2の反応性官能基を含む有機膜で被われたpまたはn型シリコン微粒子を有機溶媒中で混合して第2のpまたはn型シリコン微粒子ペーストを作成する工程と、
第1のnまたはp型シリコン微粒子ペーストと第2のpまたはn型シリコン微粒子ペーストを混合して、p型シリコン微粒子とn型シリコン微粒子を含んだ第3の混合ペーストを作成する工程と、
前記3種のペーストを第1、第3,第2、あるいは第2、第3,第1の順番で、基材表面に順次塗布し、第1の反応性官能基と第2の反応性官能基を互いに反応させて硬化させる工程と
を含むことを特徴とする太陽電池および光センサーの製造方法である。
The sixth invention is an organic film containing n-type or p-type silicon fine particles covered with an organic film containing a first reactive functional group covalently bonded to the surface and a second reactive functional group covalently bonded to the surface. Mixing the covered n or p type silicon fine particles in an organic solvent to produce a first n or p type silicon fine particle paste;
P or n covered with an organic film containing a first reactive functional group covalently bonded to the surface and p or n type silicon fine particles covered with an organic film containing a second reactive functional group covalently bonded to the surface Forming a second p-type or n-type silicon fine particle paste by mixing type silicon fine particles in an organic solvent;
Mixing a first n or p-type silicon fine particle paste and a second p or n-type silicon fine particle paste to produce a third mixed paste containing p-type silicon fine particles and n-type silicon fine particles;
The three types of pastes are sequentially applied to the substrate surface in the first, third, second, or second, third, and first order, and the first reactive functional group and the second reactive functional group are applied. And a step of curing the group by reacting with each other.
第七の発明は、第六の発明において、第1の反応性官能基および第2の反応性官能基として、それぞ互いに反応する官能基を用いることを特徴とする太陽電池および光センサーの製造方法である。 A seventh invention is the manufacture of a solar cell and an optical sensor according to the sixth invention, wherein functional groups that react with each other are used as the first reactive functional group and the second reactive functional group, respectively. Is the method.
第八の発明は、表面に共有結合した第3の反応性官能基を含む有機膜で被われたnまたはp型シリコン微粒子と第4の反応性官能基を複数個含む架橋剤を有機溶媒中で混合して第4のn型シリコン微粒子ペーストまたは第5のp型シリコン微粒子ペーストを作成する工程と、
前記第4のn型シリコン微粒子ペーストおよび第5のp型シリコン微粒子ペーストを有機溶媒中で混合してnおよびp型シリコン微粒子を含む第6の混合ペーストを作成する工程と、
前記2種のペーストを第4、第6、第5、あるいは第5、第6,第4の順番で、基材表面に順次塗布し、第3の反応性官能基と第4の反応性官能基を互いに反応させて硬化する工程と
を含むことを特徴とする太陽電池および光センサーの製造方法である。
In an eighth aspect of the invention, an n or p-type silicon fine particle covered with an organic film containing a third reactive functional group covalently bonded to the surface and a crosslinking agent containing a plurality of fourth reactive functional groups in an organic solvent. Mixing to produce a fourth n-type silicon fine particle paste or a fifth p-type silicon fine particle paste;
Mixing the fourth n-type silicon fine particle paste and the fifth p-type silicon fine particle paste in an organic solvent to produce a sixth mixed paste containing n and p-type silicon fine particles;
The two kinds of pastes are sequentially applied to the substrate surface in the fourth, sixth, fifth, fifth, sixth, fourth order, and the third reactive functional group and the fourth reactive functional group. And a step of curing by reacting groups with each other.
第九の発明は、第八の発明において、第3の反応性官能基および第4の反応性官能基として、それぞれ互いに反応する官能基を用いることを特徴とする太陽電池および光センサーの製造方法である。
以下、さらに、本願発明の要旨の説明する。
According to a ninth aspect of the present invention, in the eighth aspect of the invention, a functional group that reacts with each other is used as the third reactive functional group and the fourth reactive functional group, respectively. It is.
Hereinafter, the gist of the present invention will be further described.
本発明は、表面に共有結合した第1の反応性官能基を含む有機膜で被われたnまたはp型シリコン微粒子と表面に共有結合した第2の反応性官能基を含む有機膜で被われたnまたはp型シリコン微粒子を有機溶媒中で混合して第1のnまたはp型シリコン微粒子ペーストを作成する工程と、
表面に共有結合した第1の反応性官能基を含む有機膜で被われたpまたはn型シリコン微粒子と表面に共有結合した第2の反応性官能基を含む有機膜で被われたpまたはn型シリコン微粒子を有機溶媒中で混合して第2のpまたはn型シリコン微粒子ペーストを作成する工程と、
第1のnまたはp型シリコン微粒子ペーストと第2のpまたはn型シリコン微粒子ペーストを混合して、p型シリコン微粒子とn型シリコン微粒子を含んだ第3の混合ペーストを作成する工程と、
前記3種のペーストを第1、第3,第2、あるいは第2、第3,第1の順番で、基材表面に順次塗布し、第1の反応性官能基と第2の反応性官能基を互いに反応させて硬化させる工程、
あるいは、表面に共有結合した第3の反応性官能基を含む有機膜で被われたnまたはp型シリコン微粒子と第4の反応性官能基を複数個含む架橋剤を有機溶媒中で混合して第4のn型シリコン微粒子ペーストまたは第5のp型シリコン微粒子ペーストを作成する工程と、
前記第4のn型シリコン微粒子ペーストおよび第5のp型シリコン微粒子ペーストを有機溶媒中で混合してnおよびp型シリコン微粒子を含む第6の混合ペーストを作成する工程と、
前記2種のペーストを第4、第6、第5、あるいは第5、第6,第4の順番で、基材表面に順次塗布し、第3の反応性官能基と第4の反応性官能基を互いに反応させて硬化する工程とにより、
The present invention covers an n- or p-type silicon fine particle covered with an organic film containing a first reactive functional group covalently bonded to the surface and an organic film containing a second reactive functional group covalently bonded to the surface. Mixing n or p-type silicon fine particles in an organic solvent to produce a first n- or p-type silicon fine particle paste;
P or n covered with an organic film containing a first reactive functional group covalently bonded to the surface and p or n type silicon fine particles covered with an organic film containing a second reactive functional group covalently bonded to the surface Forming a second p-type or n-type silicon fine particle paste by mixing type silicon fine particles in an organic solvent;
Mixing a first n or p-type silicon fine particle paste and a second p or n-type silicon fine particle paste to produce a third mixed paste containing p-type silicon fine particles and n-type silicon fine particles;
The three types of pastes are sequentially applied to the substrate surface in the first, third, second, or second, third, and first order, and the first reactive functional group and the second reactive functional group are applied. Curing the groups by reacting with each other;
Alternatively, an n- or p-type silicon fine particle covered with an organic film containing a third reactive functional group covalently bonded to the surface and a cross-linking agent containing a plurality of fourth reactive functional groups are mixed in an organic solvent. Producing a fourth n-type silicon fine particle paste or a fifth p-type silicon fine particle paste;
Mixing the fourth n-type silicon fine particle paste and the fifth p-type silicon fine particle paste in an organic solvent to produce a sixth mixed paste containing n and p-type silicon fine particles;
The two kinds of pastes are sequentially applied to the substrate surface in the fourth, sixth, fifth, fifth, sixth, fourth order, and the third reactive functional group and the fourth reactive functional group. By reacting the groups with each other and curing,
少なくとも表面に共有結合した有機薄膜で被われているn型シリコン微粒子層と表面に共有結合した有機薄膜で被われているp型シリコン微粒子層の間に前記有機薄膜で被われているn型シリコン微粒子と前記有機薄膜で被われているp型シリコン微粒子の混合層が形成されている太陽電池および光センサーを提供することを要旨とする。 N-type silicon covered with the organic thin film at least between an n-type silicon fine particle layer covered with an organic thin film covalently bonded to the surface and a p-type silicon fine particle layer covered with an organic thin film covalently bonded to the surface The gist is to provide a solar cell and an optical sensor in which a mixed layer of fine particles and p-type silicon fine particles covered with the organic thin film is formed.
ここで、少なくとも表面に共有結合した有機薄膜が単分子膜であると、太陽電池や光センサーの内部抵抗を低減できて都合がよい。
また、少なくとも表面に共有結合した有機薄膜として、互いに反応する第1の反応性官能基あるいは第2の反応性官能基をそれぞれ含む2種類の薄膜を用い、それぞれの層が、前記反応性の官能基間の反応で層状に硬化製膜されていると耐久性の良い太陽電池や光センサーを提供する上で都合がよい。
Here, when the organic thin film covalently bonded to at least the surface is a monomolecular film, the internal resistance of the solar cell or the optical sensor can be advantageously reduced.
In addition, as the organic thin film covalently bonded to at least the surface, two kinds of thin films each containing the first reactive functional group or the second reactive functional group that react with each other are used, and each layer has the reactive functional group. It is convenient to provide a durable solar cell or photosensor when it is cured and formed into a layer by reaction between groups.
あるいは、少なくとも表面に共有結合した有機薄膜として、第3の反応性の官能基を1種類含む薄膜を用い、それぞれの層が、前記第3の反応性の官能基を第4の反応性官能基を複数個含む架橋剤で架橋させて層状に硬化製膜されている耐久性の良い太陽電池や光センサーを提供できる。
さらに、混合層が、粒径の異なるシリコン微粒子で作成されていると、pとnの接合面積を向上できて、変換効率を向上させる上で都合がよい。
Alternatively, as the organic thin film covalently bonded to at least the surface, a thin film containing one kind of the third reactive functional group is used, and each layer has the fourth reactive functional group as the third reactive functional group. It is possible to provide a durable solar cell or a photosensor that is cured and formed into a layer by cross-linking with a cross-linking agent containing a plurality of.
Furthermore, if the mixed layer is made of silicon fine particles having different particle diameters, the junction area between p and n can be improved, which is advantageous in improving the conversion efficiency.
以上説明したとおり、本発明の様に反応性の単分子膜で被覆したシリコン微粒子を用いて作成したペーストを用いれば、印刷やインクジェット方式にて活性層(p−n接合層)を塗布形成できるので、極めて低コストな印刷法で太陽電池や光センサーを製造提供できる効果がある。また、p−n接合層に、p型シリコン微粒子およびn型シリコン微粒子を混合層して用いれば、pとnの接合面積を大幅に向上できて、変換効率をさらに向上できる効果がある。 As described above, when a paste prepared using silicon fine particles coated with a reactive monomolecular film as in the present invention is used, an active layer (pn junction layer) can be formed by printing or an inkjet method. Therefore, there is an effect that it is possible to manufacture and provide solar cells and photosensors by an extremely low cost printing method. In addition, if p-type silicon fine particles and n-type silicon fine particles are mixed and used in the pn junction layer, the junction area between p and n can be greatly improved, and the conversion efficiency can be further improved.
(第1の実施の形態)
本発明は、表面に共有結合した第1の反応性官能基を含む有機膜で被われたnまたはp型シリコン微粒子と表面に共有結合した第2の反応性官能基を含む有機膜で被われたnまたはp型シリコン微粒子を有機溶媒中で混合して第1のnまたはp型シリコン微粒子ペーストを作成する工程と、
表面に共有結合した第1の反応性官能基を含む有機膜で被われたpまたはn型シリコン微粒子と表面に共有結合した第2の反応性官能基を含む有機膜で被われたpまたはn型シリコン微粒子を有機溶媒中で混合して第2のpまたはn型シリコン微粒子ペーストを作成する工程と、
第1のnまたはp型シリコン微粒子ペーストと第2のpまたはn型シリコン微粒子ペーストを混合して、p型シリコン微粒子とn型シリコン微粒子を含んだ第3の混合ペーストを作成する工程と、
前記3種のペーストを第1、第3,第2、あるいは第2、第3,第1の順番で、基材表面に順次塗布し、第1の反応性官能基と第2の反応性官能基を互いに反応させて硬化させる工程、とにより、
少なくとも表面に共有結合した有機薄膜で被われているn型シリコン微粒子層と表面に共有結合した有機薄膜で被われているp型シリコン微粒子層の間に前記有機薄膜で被われているn型シリコン微粒子と前記有機薄膜で被われているp型シリコン微粒子のpn微粒子混合層が形成されている太陽電池および光センサーを提供するものである。
(First embodiment)
The present invention covers an n- or p-type silicon fine particle covered with an organic film containing a first reactive functional group covalently bonded to the surface and an organic film containing a second reactive functional group covalently bonded to the surface. Mixing n or p-type silicon fine particles in an organic solvent to produce a first n- or p-type silicon fine particle paste;
P or n covered with an organic film containing a first reactive functional group covalently bonded to the surface and p or n type silicon fine particles covered with an organic film containing a second reactive functional group covalently bonded to the surface Forming a second p-type or n-type silicon fine particle paste by mixing type silicon fine particles in an organic solvent;
Mixing a first n or p-type silicon fine particle paste and a second p or n-type silicon fine particle paste to produce a third mixed paste containing p-type silicon fine particles and n-type silicon fine particles;
The three types of pastes are sequentially applied to the substrate surface in the first, third, second, or second, third, and first order, and the first reactive functional group and the second reactive functional group are applied. By reacting the groups with each other and curing,
N-type silicon covered with the organic thin film at least between an n-type silicon fine particle layer covered with an organic thin film covalently bonded to the surface and a p-type silicon fine particle layer covered with an organic thin film covalently bonded to the surface The present invention provides a solar cell and an optical sensor in which a pn fine particle mixed layer of fine particles and p-type silicon fine particles covered with the organic thin film is formed.
(第2の実施の形態)
また、表面に共有結合した第3の反応性官能基を含む有機膜で被われたnまたはp型シリコン微粒子と第4の反応性官能基を含む架橋剤を有機溶媒中で混合して第4のn型シリコン微粒子ペーストまたは第5のp型シリコン微粒子ペーストを作成する工程と、
前記第4のn型シリコン微粒子ペーストおよび第5のp型シリコン微粒子ペーストを有機溶媒中で混合してnおよびp型シリコン微粒子を含む第6の混合ペーストを作成する工程と、
前記2種のペーストを第4、第6、第5、あるいは第5、第6,第4の順番で、基材表面に順次塗布し、第3の反応性官能基と第4の反応性官能基を互いに反応させて硬化する工程とにより、
少なくとも表面に共有結合した有機薄膜で被われているn型シリコン微粒子層と表面に共有結合した有機薄膜で被われているp型シリコン微粒子層の間に前記有機薄膜で被われているn型シリコン微粒子と前記有機薄膜で被われているp型シリコン微粒子の混合層が形成されている太陽電池および光センサーを提供するものである。
したがって、本発明では、印刷やインクジェット方式にて活性層を塗布形成できるので、極めて低コストで太陽電池や光センサーを製造提供できる作用がある。また、p−n接合層に、p型シリコン微粒子とn型シリコン微粒子が混合されている層(混合層)を用いることにより、pとnの接合面積を大幅に向上できて、変換効率をさらに向上できる作用がある。
(Second Embodiment)
Further, the n- or p-type silicon fine particles covered with the organic film containing the third reactive functional group covalently bonded to the surface and the cross-linking agent containing the fourth reactive functional group are mixed in an organic solvent. Forming a n-type silicon fine particle paste or a fifth p-type silicon fine particle paste;
Mixing the fourth n-type silicon fine particle paste and the fifth p-type silicon fine particle paste in an organic solvent to produce a sixth mixed paste containing n and p-type silicon fine particles;
The two kinds of pastes are sequentially applied to the substrate surface in the fourth, sixth, fifth, fifth, sixth, fourth order, and the third reactive functional group and the fourth reactive functional group. By reacting the groups with each other and curing,
N-type silicon covered with the organic thin film at least between an n-type silicon fine particle layer covered with an organic thin film covalently bonded to the surface and a p-type silicon fine particle layer covered with an organic thin film covalently bonded to the surface The present invention provides a solar cell and an optical sensor in which a mixed layer of fine particles and p-type silicon fine particles covered with the organic thin film is formed.
Therefore, in the present invention, since the active layer can be applied and formed by printing or an ink jet method, there is an effect that it is possible to manufacture and provide solar cells and photosensors at a very low cost. Further, by using a layer (mixed layer) in which p-type silicon fine particles and n-type silicon fine particles are mixed in the pn junction layer, the junction area of p and n can be greatly improved, and the conversion efficiency can be further increased. There is an action that can be improved.
以下、本願発明の詳細を実施例を用いて説明するが、本願発明は、これら実施例によって何ら限定されるものではない。なお、本発明に於ける、太陽電池と光センサーは構造が同じなので、以下、太陽電池の製造方法を例として説明する。 Hereinafter, although the detail of this invention is demonstrated using an Example, this invention is not limited at all by these Examples. In the present invention, since the solar cell and the optical sensor have the same structure, the solar cell manufacturing method will be described below as an example.
1.〈化学吸着液の調製〉
まず、粒径が100〜10nm程度のp型シリコン微粒子1を用意し、よく乾燥した。次に、化学吸着剤として機能部位に反応性の官能基、例えば、エポキシ基あるいはイミノ基と他端にアルコキシシリル基を含む薬剤、例えば、下記式(化1)あるいは(化2)に示す薬剤を99重量%、シラノール縮合触媒として、例えば、ジブチル錫ジアセチルアセトナート、あるいは有機酸である酢酸を1重量%となるようそれぞれ秤量し、シリコーンとジメチルホルムアミドを同量混合した溶媒、例えば、ヘキサメチルジシロキサン50%とジメチルホルムアミド50%の溶液に1重量%程度の濃度(好ましくい化学吸着剤の濃度は、0.5〜3%程度)になるように溶かして化学吸着液を調製した。
1. <Chemical adsorption solution preparation>
First, p-type
2.〈エポキシ基あるいはアミノ基を有する化学吸着単分子膜で被われたp型シリコン微粒子の作製〉
この吸着液にp型シリコン微粒子1を混入撹拌して普通の空気中で(相対湿度45%)で2時間程度反応させた。このとき、p型シリコン微粒子1表面のダングリングボンドには水酸基2が多数結合しているの(図1a)で、前記化学吸着剤の−Si(OCH3)基と前記水酸基がシラノール縮合触媒あるいは有機酸存在下で脱アルコール(この場合は、脱CH3OH)反応し、下記式(化3)あるいは(化4)に示したような結合を形成し、シリコン微粒子表面全面に亘り表面と化学結合したエポキシ基を含む化学吸着単分子膜3あるいはアミノ基を含む化学吸着膜4が約1ナノメートル程度の膜厚で形成された(図1b、1c)。
2. <Preparation of p-type silicon fine particles covered with a chemisorption monomolecular film having an epoxy group or an amino group>
The adsorbed liquid was mixed with the p-type
なお、ここで、アミノ基を含む吸着剤を使用する場合には、スズ系の触媒では沈殿が生成するので、酢酸等の有機酸を用いた方がよかった。また、アミノ基はイミノ基を含んでいるが、アミノ基以外にイミノ基を含む物質には、ピロール誘導体や、イミダゾール誘導体等がある。さらに、ケチミン誘導体を用いれば、被膜形成後、加水分解により容易にアミノ基を導入できた。
その後、トリクレン等の塩素系溶媒を添加して撹拌洗浄すると、表面に反応性の官能基、例えばエポキシ基あるいはアミノ基を有する化学吸着単分子膜で被われたp型シリコン微粒子5,6を作製できた。
Here, when an adsorbent containing an amino group is used, since a precipitate is generated with a tin-based catalyst, it is better to use an organic acid such as acetic acid. The amino group contains an imino group, but substances containing an imino group in addition to the amino group include pyrrole derivatives and imidazole derivatives. Furthermore, when a ketimine derivative was used, an amino group could be easily introduced by hydrolysis after film formation.
Thereafter, by adding a chlorinated solvent such as trichlene and washing with stirring, p-type
なお、形成された被膜は、ナノメートルレベルの膜厚で極めて薄いため、粒子径を損なうことはなかった。また、この被膜は耐電圧が0.1V以下のため電気絶縁機能はほとんどなく、シリコンの酸化の進行を防止できる機能はあった。 In addition, since the formed film was extremely thin with a nanometer level film thickness, the particle diameter was not impaired. Further, since this withstand voltage was 0.1 V or less, this film had almost no electrical insulation function and had a function of preventing the progress of silicon oxidation.
このとき、微粒子に対する吸着剤分子の量が適量になる様に調整すれば、洗浄せずに空気中に取り出しても、反応性はほぼ変わらず、溶媒が蒸発し粒子表面に残った化学吸着剤が粒子表面で空気中の水分と反応して、粒子表面に前記化学吸着剤よりなる極薄のポリマー膜が形成されたシリコン微粒子が得られた。 At this time, if the amount of adsorbent molecules with respect to the fine particles is adjusted to an appropriate amount, even if the adsorbent molecules are taken out into the air without being washed, the reactivity does not substantially change, and the chemical adsorbent that the solvent has evaporated and remains on the particle surface Reacted with moisture in the air on the particle surface to obtain silicon fine particles in which an ultrathin polymer film made of the chemical adsorbent was formed on the particle surface.
また、この方法の特徴は、脱アルコール反応であるため、乾燥雰囲気を必要としないことであり、量産性に優れている。 Moreover, since this method is a dealcoholization reaction, it does not require a dry atmosphere and is excellent in mass productivity.
3.〈p型シリコン微粒子を含むペーストの作成〉
次に、前記エポキシ基あるいはアミノ基を有する化学吸着単分子膜で被われたp型シリコン微粒子5,6をそれぞれ同程度取りイソプロピルアルコール中で十分混合してp型シリコン微粒子をペースト化した。
3. <Preparation of paste containing p-type silicon fine particles>
Next, the p-type
4.〈エポキシ基あるいはアミノ基を有する化学吸着単分子膜で被われたn型シリコン微粒子ペーストの作成〉
前述と同様の方法で、n型シリコン微粒子にそれぞれエポキシ基あるいはアミノ基を有する化学吸着単分子膜を形成し、エポキシ基で被われたn型シリコン微粒子とアミノ基で被われたn型シリコン微粒子を作成し、それぞれ同程度の量を取りイソプロピルアルコール中で十分混合してn型シリコン微粒子ペーストを作成した。
4). <Preparation of n-type silicon fine particle paste covered with chemisorption monomolecular film having epoxy group or amino group>
In the same manner as described above, a chemisorption monomolecular film having an epoxy group or an amino group is formed on each n-type silicon fine particle, and the n-type silicon fine particle covered with the epoxy group and the n-type silicon fine particle covered with the amino group The same amount was taken and mixed well in isopropyl alcohol to prepare an n-type silicon fine particle paste.
5.〈混合ペーストの作成〉
前述のプロセスで得たp型シリコン微粒子ペーストとn型シリコン微粒子ペーストをそれぞれ同量取り十分混合してp型シリコン微粒子とn型シリコン微粒子を含む混合ペーストを作成した。
このとき、必要に応じてp型シリコン微粒子ペーストとn型シリコン微粒子ペーストの組成は換えても良い。又、粒径の異なるp型シリコン微粒子ペーストとn型シリコン微粒子を用いても良い。
5). <Create mixed paste>
The same amount of the p-type silicon fine particle paste and n-type silicon fine particle paste obtained by the above-mentioned process were taken and mixed well to prepare a mixed paste containing p-type silicon fine particles and n-type silicon fine particles.
At this time, the composition of the p-type silicon fine particle paste and the n-type silicon fine particle paste may be changed as necessary. Further, p-type silicon fine particle paste and n-type silicon fine particles having different particle diameters may be used.
6.〈太陽電池の製造1〉
図2に示したように、あらかじめガラス基板11表面に形成されたITO透明電極12の上にn型シリコン微粒子ペーストを塗布(塗布方法は、スクリーン印刷やインクジェット印刷法等が利用できた。)し、50〜100℃程度に加熱すると、下記式(化5)に示したような反応でエポキシ基とアミノ基が付加して、シリコン微粒子はバインダーを含まなくても硬化して、膜厚が5ミクロン程度のn型シリコン微粒子の塗膜13を形成できた。
6). <Manufacture of
As shown in FIG. 2, an n-type silicon fine particle paste was applied on the ITO transparent electrode 12 formed on the surface of the glass substrate 11 in advance (screen printing, ink jet printing, or the like could be used as the coating method). When heated to about 50 to 100 ° C., an epoxy group and an amino group are added by the reaction shown in the following formula (Chemical Formula 5), and the silicon fine particles are cured without containing a binder, and the film thickness is 5 A coating film 13 of n-type silicon fine particles of about micron could be formed.
次に、前記塗膜13上に、前述と同様にして混合された状態のp型シリコン微粒子とn型シリコン微粒子を含む混合ペーストを塗布し、50〜100℃程度に加熱して硬化させて膜厚が10ミクロン程度のp型シリコン微粒子とn型シリコン微粒子が混合された混合層14を形成した。
さらに、前記塗膜14上に、実施例1で得たp型シリコン微粒子ペーストを塗布し、150℃程度に加熱して膜厚が5ミクロン程度のp型シリコン微粒子の塗膜15を形成すると共に、全体を完全に硬化させた。
Next, a mixed paste containing p-type silicon fine particles and n-type silicon fine particles mixed in the same manner as described above is applied onto the coating film 13 and heated to about 50 to 100 ° C. to be cured. A
Further, the p-type silicon fine particle paste obtained in Example 1 is applied on the
最後に、銀ペーストを印刷して、バック電極16形成すると、光の入射方向を17とする太陽電池18を製造できた。
ここで、19,20,21,22は、それぞれアミノ基を有する化学吸着単分子膜で被われたn型シリコン微粒子、エポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたn型シリコン微粒子、アミノ基を有する化学吸着単分子膜で被われたp型シリコン微粒子、エポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたp型シリコン微粒子である。
Finally, when the silver paste was printed to form the back electrode 16, a
Here, 19, 20, 21 and 22 are n-type silicon fine particles covered with a chemisorption monomolecular film having an amino group, n-type silicon fine particles covered with a chemisorption monomolecular film having an epoxy group, and amino These are p-type silicon fine particles covered with a chemical adsorption monomolecular film having a group and p-type silicon fine particles covered with a chemical adsorption monomolecular film having an epoxy group.
なお、このとき、あらかじめ同様の方法でITO透明電極12表面にもエポキシ基あるいはアミノ基を持つ単分子膜23、24を形成しておくと、シリコン微粒子の表面の単分子膜は、ITO透明電極15表面の単分子膜とも反応して、耐剥離強度の高いシリコン太陽電池を製造できた。(図2) At this time, if the monomolecular films 23 and 24 having an epoxy group or an amino group are formed in advance on the surface of the ITO transparent electrode 12 by the same method, the monomolecular film on the surface of the silicon fine particles becomes the ITO transparent electrode. By reacting with the monomolecular film on the 15 surface, a silicon solar cell having high peel strength could be produced. (Figure 2)
なお、このような中間混合層を導入すると、p−n接合面積を大幅に向上でき、太陽電池としての変換効率は、混合層を形成しなかった場合の太陽電池の変換効率の2倍以上あり、約12%程度を実現出来た。 また、p型およびn型シリコン微粒子の表面の反応性の単分子膜は、シリコン微粒子を硬化製膜する働き、およびp型およびn型シリコン微粒子の空気中での酸化を防ぐ働きをした。 When such an intermediate mixed layer is introduced, the pn junction area can be greatly improved, and the conversion efficiency as a solar cell is more than twice the conversion efficiency of the solar cell when no mixed layer is formed. About 12% was achieved. In addition, the reactive monomolecular film on the surface of the p-type and n-type silicon fine particles functions to cure and form silicon fine particles and to prevent oxidation of the p-type and n-type silicon fine particles in the air.
さらに、この反応性の単分子膜は、厚みが1nm程度であるため、シリコンの導電を妨げることはほとんどなかった。
さらにまた、ここでシリコン微粒子の粒径を100 μmから1nmの間で制御することで、吸収波長域を赤外光から紫外光域まで制御できた。
Furthermore, since this reactive monomolecular film has a thickness of about 1 nm, it hardly interferes with silicon conduction.
Furthermore, by controlling the particle size of the silicon fine particles between 100 μm and 1 nm, the absorption wavelength range can be controlled from infrared light to ultraviolet light.
11.〈化学吸着液の調整〉
図3に示した様に、p型シリコン微粒子31(粒径20nm)を用意し、よく洗浄して乾燥した。
次に、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(化1、信越化学工業株式会社製)0.99重量部、およびジブチルスズビスアセチルアセトナート(縮合触媒)0.01重量部を秤量し、これを100重量部のヘキサメチルジシロキサン溶媒に溶解し、化学吸着液を調製した。
11. <Adjustment of chemical adsorption solution>
As shown in FIG. 3, p-type silicon fine particles 31 (
Next, 0.99 parts by weight of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (
12.〈ポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたp型シリコン微粒子の作製〉
このようにして得られた化学吸着液中にp型シリコン微粒子31を分散させて、撹拌しながら空気中(相対湿度45%)で2時間程度表面の水酸基32と反応させた。
12 <Preparation of p-type silicon fine particles covered with a chemisorption monomolecular film having a poxy group>
The p-type silicon fine particles 31 were dispersed in the thus obtained chemical adsorption solution, and reacted with the hydroxyl groups 32 on the surface in the air (
その後、クロロホルムで洗浄し、過剰なアルコキシシラン化合物およびジブチルスズビスアセチルアセトナートを除去してエポキシ基(図中Eで表示)を有する化学吸着単分子膜33で被われたp型シリコン微粒子34を作製した。
なお、このとき、単分子膜の厚さは厚さが1nm程度であるため、シリコンの導電性を損なうことはなく、しかも得られたエポキシ化p型シリコン微粒子の耐酸化性は向上していた。
Thereafter, the p-type
At this time, since the thickness of the monomolecular film was about 1 nm, the conductivity of silicon was not impaired, and the oxidation resistance of the obtained epoxidized p-type silicon fine particles was improved. .
13.〈p型シリコン微粒子を含むペーストの作製〉
12で得たエポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたp型シリコン微粒子100重量部と、架橋性の多官能の2−メチルイミダゾールを架橋剤として添加して7重量部を混合し、これにイソプロピルアルコール40重量部を加えた物を十分混合してp型シリコン微粒子を含むペーストを作製した。
13. <Preparation of paste containing p-type silicon fine particles>
100 parts by weight of p-type silicon fine particles covered with a chemisorption monomolecular film having an epoxy group obtained in 12 and 7 parts by weight of a crosslinkable polyfunctional 2-methylimidazole were added as a crosslinking agent, A paste containing p-type silicon fine particles was prepared by sufficiently mixing 40 parts by weight of isopropyl alcohol.
14.〈エポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたn型シリコン微粒子の作製〉
n型シリコン微粒子(粒径10〜100nm)を用いて、12.の工程と同様にエポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたn型シリコン微粒子を作成した。
14 <Preparation of n-type silicon fine particles covered with a chemisorption monomolecular film having an epoxy group>
12. Using n-type silicon fine particles (particle size 10 to 100 nm), In the same manner as in the above step, n-type silicon fine particles covered with a chemisorption monomolecular film having an epoxy group were prepared.
15.〈n型シリコン微粒子を含むペーストの作製〉
14.で得たエポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたn型シリコン微粒子100重量部と、架橋性の2−メチルイミダゾール(その他、トリアジンチオール等、多官能の物質が利用できた。)を架橋剤として添加して7重量部を混合し、これにイソプロピルアルコール40重量部を加えた物を十分混合してn型シリコン微粒子を含むペーストを作製した。
15. <Preparation of paste containing n-type silicon fine particles>
14 100 parts by weight of n-type silicon fine particles covered with a chemisorption monomolecular film having an epoxy group obtained in the above and crosslinkable 2-methylimidazole (in addition, polyfunctional substances such as triazine thiol could be used). 7 parts by weight was added as a crosslinking agent and mixed with 40 parts by weight of isopropyl alcohol. A paste containing n-type silicon fine particles was prepared.
16.〈混合ペーストの作成〉
前述の13.と15.のプロセスで得たp型シリコン微粒子ペーストとn型シリコン微粒子ペーストをそれぞれ同量取り十分混合してp型シリコン微粒子とn型シリコン微粒子を含む混合ペーストを作成した。
このとき、必要に応じてp型シリコン微粒子ペーストとn型シリコン微粒子ペーストの組成は、多少変えても問題はなかった。一方、粒径が互いに異なるp型シリコン微粒子ペーストとn型シリコン微粒子ペーストを用いると、同じ粒径のものを用いた場合に比べて、より発電効率の高い太陽電池が得られた。
16. <Create mixed paste>
13. The above-mentioned 13. And 15. The same amount of the p-type silicon fine particle paste and the n-type silicon fine particle paste obtained by the above process were taken and mixed sufficiently to prepare a mixed paste containing p-type silicon fine particles and n-type silicon fine particles.
At this time, there was no problem even if the compositions of the p-type silicon fine particle paste and the n-type silicon fine particle paste were slightly changed as required. On the other hand, when p-type silicon fine particle paste and n-type silicon fine particle paste having different particle diameters were used, a solar cell with higher power generation efficiency was obtained as compared with the case of using the same particle diameter.
17.〈エポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたITOガラス板の製造〉
図4に示した様に、ITO透明電極35付きガラス板36を用意し、よく洗浄して乾燥した。
一方、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン(化11)0.99重量部、およびジブチルスズビスアセチルアセトナート(縮合触媒)0.01重量部を秤量し、これを100重量部のヘキサメチルジシロキサン溶媒に溶解し、化学吸着液を調製した。
17. <Production of ITO glass plate covered with chemisorption monomolecular film having epoxy group>
As shown in FIG. 4, a
On the other hand, 0.99 parts by weight of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane (Chemical Formula 11) and 0.01 parts by weight of dibutyltin bisacetylacetonate (condensation catalyst) were weighed, and this was added to 100 parts by weight of hexamethyldisiloxane. A chemical adsorption solution was prepared by dissolving in a solvent.
次に、前記化学吸着液をITOガラス板のITO電極35側の表面に塗布し、空気中(相対湿度45%)で2時間程度反応させた。
その後、クロロホルムで洗浄し、過剰なアルコキシシラン化合物およびジブチルスズビスアセチルアセトナートを除去してエポキシ基を有する化学吸着単分子膜37で被われたITO透明電極35付きガラス板36を作製した。
Next, the chemical adsorption solution was applied to the surface of the ITO glass plate on the side of the ITO electrode 35 and reacted in air (
Then, it washed with chloroform, the excess alkoxysilane compound and dibutyltin bisacetylacetonate were removed, and the
18.〈太陽電池の製造2〉
次に、エポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたITO透明電極35付きガラス板36の表面に、前出のプロセスで得られたn型シリコン微粒子ペーストを塗布し、50〜100℃程度に加熱すると、下記の化学式(化6)に示すような架橋反応により、
エポキシ基とイミノ基が結合して、シリコン微粒子はバインダーを含まなくても硬化して、膜厚が5ミクロン程度のn型シリコン微粒子の塗膜38を形成できた。
18. <Manufacture of
Next, the n-type silicon fine particle paste obtained by the above process is applied to the surface of the
An epoxy group and an imino group were bonded, and the silicon fine particles were cured without containing a binder, and a
さらに、1.のプロセスで得られたp型シリコン微粒子とn型シリコン微粒子を含む混合ペーストを塗布し、50〜100℃程度に加熱して同様に硬化させて、膜厚が10ミクロン程度のp型シリコン微粒子とn型シリコン微粒子を含む混合層39の塗膜を形成した。
In addition, The mixed paste containing the p-type silicon fine particles and the n-type silicon fine particles obtained by the above process is applied, heated to about 50 to 100 ° C. and cured in the same manner, coating the
さらに、前記塗膜39上に、13.のプロセスで得られたp型シリコン微粒子ペーストを塗布し、150℃程度に加熱して膜厚が5ミクロン程度のp型シリコン微粒子の塗膜40を形成すると共に全体を完全に硬化さた。
最後に、Alを蒸着して、バック電極41形成すると、光の入射方向を42とする太陽電池43を製造できた。
Further, on the
Finally, when the back electrode 41 was formed by evaporating Al, the
なお、ここで、44、45は、それぞれエポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたn型シリコン微粒子、エポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたp型シリコン微粒子である。また、46は、硬化後の架橋部位を示す。 Here, 44 and 45 are n-type silicon fine particles covered with a chemisorption monomolecular film having an epoxy group and p-type silicon fine particles covered with a chemisorption monomolecular film having an epoxy group, respectively. Reference numeral 46 denotes a crosslinked site after curing.
なお、この実施例においても、中間混合層を導入すると、p−n接合面積を大幅に向上でき、太陽電池としての変換効率は、混合層を形成しなかった場合の太陽電池の変換効率の2倍以上あり、約11%程度を実現出来た。 また、p型およびn型シリコン微粒子の表面の反応性の単分子膜と架橋剤は、シリコン微粒子を硬化製膜する働き、およびp型およびn型シリコン微粒子の空気中での酸化を防ぐ働きをした。
さらに、この反応性の単分子膜は、厚みが1nm程度であるため、シリコンの導電を妨げることはほとんどなかった。
さらにまた、ここでシリコン微粒子の粒径を100 μmから4nmの間で制御することで、吸収波長域を赤外光から紫外光域まで制御できた。
Also in this example, when the intermediate mixed layer is introduced, the pn junction area can be greatly improved, and the conversion efficiency as the solar cell is 2 of the conversion efficiency of the solar cell when the mixed layer is not formed. More than doubled, about 11% was achieved. In addition, the reactive monomolecular film and the cross-linking agent on the surface of the p-type and n-type silicon fine particles function to cure the silicon fine particles and prevent the oxidation of the p-type and n-type silicon fine particles in the air. did.
Furthermore, since this reactive monomolecular film has a thickness of about 1 nm, it hardly interferes with silicon conduction.
Furthermore, by controlling the particle diameter of the silicon fine particles between 100 μm and 4 nm, the absorption wavelength range can be controlled from infrared light to ultraviolet light.
なお、上記実施例1では、反応性基を含む化学吸着剤として式(化1)あるいは(化2)に示した物質を用いたが、上記のもの以外にも、下記(1)〜(16)に示した物質が利用できた。
(1) (CH2OCH)CH2O(CH2)7Si(OCH3)3
(2) (CH2OCH)CH2O(CH2)11Si(OCH3)3
(3) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)2Si(OCH3)3
(4) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)4Si(OCH3)3
(5) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)6Si(OCH3)3
(6) (CH2OCH)CH2O(CH2)7Si(OC2H5)3
(7) (CH2OCH)CH2O(CH2)11Si(OC2H5)3
(8) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)2Si(OC2H5)3
(9) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)4Si(OC2H5)3
(10) (CH2CHOCH(CH2)2)CH(CH2)6Si(OC2H5)3
(11) H2N (CH2)5Si(OCH3)3
(12) H2N (CH2)7Si(OCH3)3
(13) H2N (CH2)9Si(OCH3)3
(14) H2N (CH2)5Si(OC2H5)3
(15) H2N (CH2)7Si(OC2H5)3
(16) H2N (CH2)9Si(OC2H5)3
In Example 1, the substance represented by the formula (Chemical Formula 1) or (Chemical Formula 2) was used as the chemical adsorbent containing a reactive group, but in addition to the above, the following (1) to (16) The materials shown in the above were available.
(1) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2 ) 7 Si (OCH 3 ) 3
(2) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2 ) 11 Si (OCH 3 ) 3
(3) (CH 2 CHOCH (CH 2 ) 2 ) CH (CH 2 ) 2 Si (OCH 3 ) 3
(4) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 4 Si (OCH 3) 3
(5) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 6 Si (OCH 3) 3
(6) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2) 7 Si (OC 2 H 5) 3
(7) (CH 2 OCH) CH 2 O (CH 2 ) 11 Si (OC 2 H 5 ) 3
(8) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 2 Si (OC 2 H 5) 3
(9) (CH 2 CHOCH ( CH 2) 2) CH (CH 2) 4 Si (OC 2 H 5) 3
(10) (CH 2 CHOCH (CH 2 ) 2 ) CH (CH 2 ) 6 Si (OC 2 H 5 ) 3
(11) H 2 N (CH 2 ) 5 Si (OCH 3 ) 3
(12) H 2 N (CH 2 ) 7 Si (OCH 3 ) 3
(13) H 2 N (CH 2 ) 9 Si (OCH 3 ) 3
(14) H 2 N (CH 2 ) 5 Si (OC 2 H 5 ) 3
(15) H 2 N (CH 2 ) 7 Si (OC 2 H 5 ) 3
(16) H 2 N (CH 2 ) 9 Si (OC 2 H 5 ) 3
ここで、(CH2OCH)−基は、下記式(化7)で表される官能基を表し、(CH2CHOCH(CH2)2)CH−基は、下記式(化8)で表される官能基を表す。
さらに、光または電子線等のエネルギービーム反応性官能基を含む化学吸着剤として、下記(17)〜(22)に示した物質が利用できた。この場合は、硬化には、当然光や電子線等のエネルギービームを照射すればよい。
(17) CH≡C−C≡C−(CH2)15SiCl3
(18) CH≡C−C≡C−(CH2)2Si(CH3)2(CH2)15SiCl3
(19) CH≡C−C≡C−(CH2)2Si(CH3)2(CH2)9SiCl3
(20) (C6H5) (CH)2CO(C6H4)O(CH2)6OSi(OCH3)3
(21) (C6H5) (CH)2CO(C6H4)O(CH2)6OSi(OC2H5)3
(22) (C6H5) CO(CH)2(C6H4)O(CH2)6OSi(OCH3)3
ここで、(C6H5) CO(CH)2(C6H4)−はカルコニル基を表す。
Furthermore, the substances shown in the following (17) to (22) can be used as chemical adsorbents containing energy beam reactive functional groups such as light or electron beams. In this case, it is only necessary to irradiate an energy beam such as light or an electron beam for curing.
(17) CH≡C—C≡C— (CH 2 ) 15 SiCl 3
(18) CH≡C—C≡C— (CH 2 ) 2 Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 15 SiCl 3
(19) CH≡C—C≡C— (CH 2 ) 2 Si (CH 3 ) 2 (CH 2 ) 9 SiCl 3
(20) (C 6 H 5 ) (CH) 2 CO (C 6 H 4) O (CH 2) 6 OSi (OCH 3) 3
(21) (C 6 H 5 ) (CH) 2 CO (C 6 H 4) O (CH 2) 6 OSi (OC 2 H 5) 3
(22) (C 6 H 5 ) CO (CH) 2 (C 6 H 4) O (CH 2) 6 OSi (OCH 3) 3
Here, (C 6 H 5) CO (CH) 2 (C 6 H 4) - represents a chalconyl group.
なお、実施例1に置いて、シラノール縮合触媒には、カルボン酸金属塩、カルボン酸エステル金属塩、カルボン酸金属塩ポリマー、カルボン酸金属塩キレート、チタン酸エステル及びチタン酸エステルキレート類が利用可能である。さらに具体的には、酢酸第1錫、ジブチル錫ジラウレート、ジブチル錫ジオクテート、ジブチル錫ジアセテート、ジオクチル錫ジラウレート、ジオクチル錫ジオクテート、ジオクチル錫ジアセテート、ジオクタン酸第1錫、ナフテン酸鉛、ナフテン酸コバルト、2−エチルヘキセン酸鉄、ジオクチル錫ビスオクチリチオグリコール酸エステル塩、ジオクチル錫マレイン酸エステル塩、ジブチル錫マレイン酸塩ポリマー、ジメチル錫メルカプトプロピオン酸塩ポリマー、ジブチル錫ビスアセチルアセテート、ジオクチル錫ビスアセチルラウレート、テトラブチルチタネート、テトラノニルチタネート及びビス(アセチルアセトニル)ジープロピルチタネートを用いることが可能であった。 In Example 1, as the silanol condensation catalyst, carboxylic acid metal salt, carboxylic acid ester metal salt, carboxylic acid metal salt polymer, carboxylic acid metal salt chelate, titanate ester and titanate ester chelate can be used. It is. More specifically, stannous acetate, dibutyltin dilaurate, dibutyltin dioctate, dibutyltin diacetate, dioctyltin dilaurate, dioctyltin dioctate, dioctyltin diacetate, stannous dioctanoate, lead naphthenate, cobalt naphthenate , Iron 2-ethylhexenoate, dioctyltin bisoctylthioglycolate, dioctyltin maleate, dibutyltin maleate polymer, dimethyltin mercaptopropionate polymer, dibutyltin bisacetylacetate, dioctyltin bisacetyl Laurate, tetrabutyl titanate, tetranonyl titanate and bis (acetylacetonyl) dipropyl titanate could be used.
また、膜形成溶液の溶媒としては、化学吸着剤がアルコキシシラン系、クロロシラン系、何れの場合も水を含まない有機塩素系溶媒、炭化水素系溶媒、あるいはフッ化炭素系溶媒やシリコーン系溶媒、あるいはそれら混合物を用いることが可能であった。なお、洗浄を行わず、溶媒を蒸発させて粒子濃度を上げようとする場合には、溶媒の沸点は50〜250℃程度がよい。 In addition, as a solvent for the film-forming solution, the chemical adsorbent is an alkoxysilane-based solvent, a chlorosilane-based solvent, an organic chlorine-based solvent that does not contain water in any case, a hydrocarbon-based solvent, a fluorocarbon-based solvent, a silicone-based solvent, Alternatively, it was possible to use a mixture thereof. In addition, when it is going to raise particle concentration by evaporating a solvent, without wash | cleaning, the boiling point of a solvent is good at about 50-250 degreeC.
具体的に使用可能なものは、有機塩素系溶媒、非水系の石油ナフサ、ソルベントナフサ、石油エーテル、石油ベンジン、イソパラフィン、ノルマルパラフィン、デカリン、工業ガソリン、ノナン、デカン、灯油、ジメチルシリコーン、フェニルシリコーン、アルキル変性シリコーン、ポリエーテルシリコーン、ジメチルホルムアミド等を挙げることができる。さらに、吸着剤がアルコキシシラン系の場合で且つ溶媒を蒸発させて有機被膜を形成する場合には、前記溶媒に加え、メタノール、エタノール、プロパノール等のアルコール系溶媒、あるいはそれら混合物が使用できた。 Specifically usable are organic chlorinated solvents, non-aqueous petroleum naphtha, solvent naphtha, petroleum ether, petroleum benzine, isoparaffin, normal paraffin, decalin, industrial gasoline, nonane, decane, kerosene, dimethyl silicone, phenyl silicone , Alkyl-modified silicone, polyether silicone, dimethylformamide and the like. Further, when the adsorbent is an alkoxysilane type and the organic film is formed by evaporating the solvent, an alcohol type solvent such as methanol, ethanol, propanol, or a mixture thereof can be used in addition to the solvent.
また、フッ化炭素系溶媒には、フロン系溶媒や、フロリナート(3M社製品)、アフルード(旭ガラス社製品)等がある。なお、これらは1種単独で用いても良いし、良く混ざるものなら2種以上を組み合わせてもよい。さらに、クロロホルム等有機塩素系の溶媒を添加しても良い。 Fluorocarbon solvents include fluorocarbon solvents, Fluorinert (product of 3M), Afludo (product of Asahi Glass). In addition, these may be used individually by 1 type and may mix 2 or more types as long as it mixes well. Further, an organic chlorine solvent such as chloroform may be added.
一方、上述のシラノール縮合触媒の代わりに、ケチミン化合物又は有機酸、アルジミン化合物、エナミン化合物、オキサゾリジン化合物、アミノアルキルアルコキシシラン化合物を用いた場合、同じ濃度でも処理時間を1/2〜2/3程度まで短縮できた。 On the other hand, when a ketimine compound or organic acid, aldimine compound, enamine compound, oxazolidine compound, aminoalkylalkoxysilane compound is used instead of the above-mentioned silanol condensation catalyst, the treatment time is about 1/2 to 2/3 even at the same concentration. It was able to shorten to.
さらに、シラノール縮合触媒とケチミン化合物、又は有機酸、アルジミン化合物、エナミン化合物、オキサゾリジン化合物、アミノアルキルアルコキシシラン化合物を混合(1:9〜9:1範囲で使用可能だが、通常1:1前後が好ましい。)して用いると、処理時間をさらに数倍早く(30分程度まで)でき、製膜時間を数分の一まで短縮できる。 Furthermore, a silanol condensation catalyst and a ketimine compound, or an organic acid, an aldimine compound, an enamine compound, an oxazolidine compound, and an aminoalkylalkoxysilane compound can be used in a range of 1: 9 to 9: 1. )), The processing time can be further several times faster (up to about 30 minutes), and the film forming time can be reduced to a fraction of a minute.
例えば、シラノール触媒であるジブチル錫オキサイドをケチミン化合物であるジャパンエポキシレジン社のH3に置き換え、その他の条件は同一にしてみたが、反応時間を1時間程度にまで短縮できた他は、ほぼ同様の結果が得られた。 For example, dibutyltin oxide, which is a silanol catalyst, was replaced with H3 from Japan Epoxy Resin, which is a ketimine compound, and the other conditions were the same, but the reaction time was reduced to about 1 hour. Results were obtained.
さらに、シラノール触媒を、ケチミン化合物であるジャパンエポキシレジン社のH3と、シラノール触媒であるジブチル錫ビスアセチルアセトネートの混合物(混合比は1:1)に置き換え、その他の条件は同一にしてみたが、反応時間を30分程度に短縮できた他は、ほぼ同様の結果が得られた。 Furthermore, the silanol catalyst was replaced with a mixture of ketimine compound Japan Epoxy Resin H3 and silanol catalyst dibutyltin bisacetylacetonate (mixing ratio is 1: 1), and other conditions were the same. The same results were obtained except that the reaction time could be shortened to about 30 minutes.
したがって、以上の結果から、ケチミン化合物や有機酸、アルジミン化合物、エナミン化合物、オキサゾリジン化合物、アミノアルキルアルコキシシラン化合物がシラノール縮合触媒より活性が高いことが明らかとなった。 Therefore, the above results revealed that ketimine compounds, organic acids, aldimine compounds, enamine compounds, oxazolidine compounds, and aminoalkylalkoxysilane compounds are more active than silanol condensation catalysts.
さらにまた、ケチミン化合物や有機酸、アルジミン化合物、エナミン化合物、オキサゾリジン化合物、アミノアルキルアルコキシシラン化合物の内の1つとシラノール縮合触媒を混合して用いると、さらに活性が高くなることが確認された。 Furthermore, it was confirmed that the activity was further increased when one of a ketimine compound, organic acid, aldimine compound, enamine compound, oxazolidine compound, and aminoalkylalkoxysilane compound was mixed with a silanol condensation catalyst.
なお、ここで、利用できるケチミン化合物は特に限定されるものではないが、例えば、2,5,8−トリアザ−1,8−ノナジエン、3,11−ジメチル−4,7,10−トリアザ−3,10−トリデカジエン、2,10−ジメチル−3,6,9−トリアザ−2,9−ウンデカジエン、2,4,12,14−テトラメチル−5,8,11−トリアザ−4,11−ペンタデカジエン、2,4,15,17−テトラメチル−5,8,11,14−テトラアザ−4,14−オクタデカジエン、2,4,20,22−テトラメチル−5,12,19−トリアザ−4,19−トリエイコサジエン等がある。 Here, the ketimine compound that can be used is not particularly limited. For example, 2,5,8-triaza-1,8-nonadiene, 3,11-dimethyl-4,7,10-triaza-3 , 10-tridecadiene, 2,10-dimethyl-3,6,9-triaza-2,9-undecadiene, 2,4,12,14-tetramethyl-5,8,11-triaza-4,11-pentadeca Diene, 2,4,15,17-tetramethyl-5,8,11,14-tetraaza-4,14-octadecadiene, 2,4,20,22-tetramethyl-5,12,19-triaza- 4,19-trieicosadiene and the like.
また、利用できる有機酸としても特に限定されるものではないが、例えば、ギ酸、あるいは酢酸、プロピオン酸、ラク酸、マロン酸等があり、ほぼ同様の効果があった。 Further, the organic acid that can be used is not particularly limited, but there are, for example, formic acid, acetic acid, propionic acid, lactic acid, malonic acid, and the like, which have almost the same effects.
また、上記2つの実施例では、シリコン微粒子を例として説明したが、本発明は、表面に水酸基の水素のような活性水素を含んだ半導体微粒子で有れば、どのような半導体微粒子にでも適用可能であるため、各種印刷型太陽電池やセンサーに利用可能である。。 In the above two embodiments, silicon fine particles have been described as an example. However, the present invention is applicable to any semiconductor fine particles as long as the surface is a semiconductor fine particle containing active hydrogen such as hydrogen of a hydroxyl group. Since it is possible, it can be used for various printing type solar cells and sensors. .
1 n型シリコン微粒子
2 水酸基
3 エポキシ基を含む化学吸着単分子膜
4 アミノ基を含む化学吸着膜
5 エポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたn型シリコン微粒子
6 アミノ基を有する化学吸着単分子膜で被われたn型シリコン微粒子
11 ガラス基板
12 ITO透明電極エポキシ基で被われたn型シリコン微粒子
13 n型シリコン微粒子の塗膜アミノ基で被われたn型シリコン微粒子
14 nおよびp型シリコン微粒子の混合塗膜
15 p型シリコン微粒子の塗膜
16 バック電極
17 光の入射方向
18 微粒子を用いた太陽電池
19、20 n型シリコン微粒子
21、22 p型シリコン微粒子 31 n型シリコン微粒子
32 水酸基
33 エポキシ基を含む化学吸着単分子膜(Eは、エポキシ基を表している。)
34 エポキシ基を有する化学吸着単分子膜で被われたn型シリコン微粒子
35 ITO透明電極
36 ガラス板36
37 エポキシ基を有する化学吸着単分子膜
38 n型シリコン微粒子の塗膜
39 p型シリコン微粒子の塗膜
40 pおよびn型シリコン微粒子が混合された混合層よりなる塗膜
41 バック電極
42 光の入射方向
43 微粒子を用いた太陽電池
44 n型シリコン微粒子
45 p型シリコン微粒子
46 架橋部位
1 n-type silicon
N-type silicon microparticles covered with a chemisorption monomolecular film having 5 epoxy groups
N-type silicon fine particles covered with chemisorption monomolecular film having 6 amino groups 11 glass substrate 12 ITO transparent electrode n-type silicon fine particles covered with epoxy group
13 n-type silicon fine particles coated with amino groups
14 Mixed coating film of n-type and p-type silicon fine particles
15 Coating film of p-type silicon fine particles 16
Solar cell using 18
34 n-type silicon fine particles covered with a chemisorption monomolecular film having an epoxy group 35 ITO
Chemisorbed monolayer with 37 epoxy groups
38 Coating film of n-type silicon fine particles
39 Coating film of p-type
42
Claims (9)
表面に共有結合した第1の反応性官能基を含む有機膜で被われたpまたはn型シリコン微粒子と表面に共有結合した第2の反応性官能基を含む有機膜で被われたpまたはn型シリコン微粒子を有機溶媒中で混合して第2のpまたはn型シリコン微粒子ペーストを作成する工程と、
第1のnまたはp型シリコン微粒子ペーストと第2のpまたはn型シリコン微粒子ペーストを混合して、p型シリコン微粒子とn型シリコン微粒子を含んだ第3の混合ペーストを作成する工程と、
前記3種のペーストを第1、第3,第2、あるいは第2、第3,第1の順番で、基材表面に順次塗布し、第1の反応性官能基と第2の反応性官能基を互いに反応させて硬化させる工程と
を含むことを特徴とする太陽電池および光センサーの製造方法。 N or p covered with an organic film containing a first reactive functional group covalently bonded to the surface and n or p-type silicon fine particles covered with an organic film containing a second reactive functional group covalently bonded to the surface Forming a first n-type or p-type silicon fine particle paste by mixing type silicon fine particles in an organic solvent;
P or n covered with an organic film containing a first reactive functional group covalently bonded to the surface and p or n type silicon fine particles covered with an organic film containing a second reactive functional group covalently bonded to the surface Forming a second p-type or n-type silicon fine particle paste by mixing type silicon fine particles in an organic solvent;
Mixing a first n or p-type silicon fine particle paste and a second p or n-type silicon fine particle paste to produce a third mixed paste containing p-type silicon fine particles and n-type silicon fine particles;
The three types of pastes are sequentially applied to the substrate surface in the first, third, second, or second, third, and first order, and the first reactive functional group and the second reactive functional group are applied. And a step of curing the group by reacting with each other, and a method for producing a solar cell and an optical sensor.
前記第4のn型シリコン微粒子ペーストおよび第5のp型シリコン微粒子ペーストを混合してnおよびp型シリコン微粒子を含む第6の混合ペーストを作成する工程と、
前記2種のペーストを第4、第6、第5、あるいは第5、第6,第4の順番で、基材表面に順次塗布し、第3の反応性官能基と第4の反応性官能基を互いに反応させて硬化する工程と
を含むことを特徴とする太陽電池および光センサーの製造方法。 An n- or p-type silicon fine particle covered with an organic film containing a third reactive functional group covalently bonded to the surface and a crosslinking agent containing a plurality of fourth reactive functional groups are mixed in an organic solvent to form a fourth. Forming a n-type silicon fine particle paste or a fifth p-type silicon fine particle paste;
Mixing the fourth n-type silicon fine particle paste and the fifth p-type silicon fine particle paste to produce a sixth mixed paste containing n and p-type silicon fine particles;
The two kinds of pastes are sequentially applied to the substrate surface in the fourth, sixth, fifth, fifth, sixth, fourth order, and the third reactive functional group and the fourth reactive functional group. And a step of curing by reacting groups with each other, and a method for producing a solar cell and a photosensor.
9. The method for manufacturing a solar cell and an optical sensor according to claim 8, wherein functional groups that react with each other are used as the third reactive functional group and the fourth reactive functional group, respectively.
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