太阳能电池和太阳能电池的制造方法技术

本发明专利技术的第一目的在于，提供可良好地进行制造时的切削加工(例如机械图案化)且光电转换效率优异的太阳能电池以及该太阳能电池的制造方法。第一本发明专利技术为一种太阳能电池，其为在柔性基材(1、2)上具有电极(4)、透明电极、以及配置于上述电极(4)与上述透明电极之间的光电转换层的太阳能电池，其还具有配置于上述柔性基材(1、2)与上述电极(4)之间的硬质膜(3)，上述硬质膜(3)包含含有选自钛、锆、铝、硅、镁、钒、铬、钼、钽和钨中的至少1种元素的氮化物、碳化物或硼化物。

Manufacturing methods of solar cells and solar cells

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】太阳能电池和太阳能电池的制造方法
本专利技术涉及可良好地进行制造时的切削加工(例如机械图案化)且光电转换效率优异的太阳能电池以及该太阳能电池的制造方法。此外，本专利技术涉及串联电阻低、光电转换效率高的太阳能电池。
技术介绍
以往，作为太阳能电池，积极地开发了在对置的电极间配置有N型半导体层和P型半导体层的层叠体，作为上述N型、P型半导体，主要使用了硅等无机半导体。然而，这种无机太阳能电池不仅制造耗费成本且难以大型化，存在利用范围受限的问题。因而，近年来，将有机无机钙钛矿化合物用于光电转换层而得到的钙钛矿太阳能电池备受关注，所述有机无机钙钛矿化合物具有中心金属使用了铅、锡等的钙钛矿结构(例如专利文献1、非专利文献1)。钙钛矿太阳能电池可期待高光电转换效率，而且能够利用印刷法进行制造，因此能够大幅削减制造成本。另一方面，近年来，以聚酰亚胺、聚酯系的耐热高分子材料、金属箔作为基材的柔性太阳能电池逐渐受到关注。柔性太阳能电池具有因薄型化或轻量化而容易搬运、施工、耐冲击等优点，例如通过在柔性基材上将具有照射光时产生电流这一功能的光电转换层等多个层层叠成薄膜状来制造。进而，根据需要将柔性太阳能电池的上下面用太阳能电池密封片层叠而进行密封。例如，专利文献2记载了包含片状铝基材的半导体装置用基板、以及包含该半导体装置用基板的有机薄膜太阳能电池。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2014-72327号公报专利文献2：日本特开2013-253317号公报非专利文献非专利文献1：M.M.Lee，etal，Science，2012，338，643
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术的第一目的在于，提供可良好地进行制造时的切削加工(例如机械图案化)且光电转换效率优异的太阳能电池和该太阳能电池的制造方法。此外，本专利技术的第二目的在于，提供串联电阻低、光电转换效率高的太阳能电池。用于解决课题的方法本专利技术是一种太阳能电池(在本说明书中也称为第一本专利技术)，其为在柔性基材上具有电极、透明电极、以及配置在上述电极与上述透明电极之间的光电转换层的太阳能电池，其还具有配置于上述柔性基材与上述电极之间的硬质膜，上述硬质膜包含含有选自钛、锆、铝、硅、镁、钒、铬、钼、钽和钨中的至少1种元素的氮化物、碳化物或硼化物。此外，本专利技术是一种太阳能电池(在本说明书中也称为第二本专利技术)，其为依次具有阴极、电子输送层、光电转换层和阳极的太阳能电池，其中，上述光电转换层包含通式R-M-X3(其中，R为有机分子、M为金属原子、X为卤素原子或硫属原子)所示的有机无机钙钛矿化合物，上述阴极包含与钛相比离子化倾向小的金属。以下，详述本专利技术。首先，说明第一本专利技术。制造在柔性基材上具有电极、透明电极、以及配置于上述电极与上述透明电极之间的光电转换层的太阳能电池时，一般来说，在柔性基材上进行电极形成，利用例如使用了切削工具的机械图案化等物理方法对该所形成的电极进行部分切削加工。此时，施加于切削工具的载荷施加于切削工具的刀尖，电极的抵接刀尖的部分被切削，从而被剥离去除。在这样的切削加工中，本专利技术人等发现如下新问题：切削工具的刀尖抵接于位于电极下方的柔性基材，因刀尖咬入柔性基材或发生柔性基材的凹陷而产生制品不良。虽然通过改变施加于切削工具的载荷而能够控制切削深度，但是在大量生产中有时载荷不稳定而发生波动，因此，难以充分地控制刀尖向柔性基材的咬入、柔性基材的凹陷的发生。在制造太阳能电池时，接下来，在经切削加工的电极上进行光电转换层的形成，对该所形成的光电转换层进一步进行部分切削加工，进而，在经切削加工的光电转换层上进行透明电极的形成，对该所形成的透明电极进一步进行部分切削加工。通常，如此操作而在柔性基材上逐渐层叠经图案化的多个层。本专利技术人等研究了在柔性基材上具有电极、透明电极、以及配置于上述电极与上述透明电极之间的光电转换层的太阳能电池。本专利技术人等发现：在这样的太阳能电池中，通过进一步在柔性基材与电极之间设置特定的硬质膜，从而能够抑制刀尖向柔性基材的咬入或柔性基材的凹陷的发生，并且能够良好地进行切削加工(例如机械图案化)，能够获得光电转换效率优异的太阳能电池。由此完成了第一本专利技术。第一本专利技术的太阳能电池在柔性基材上具有电极、透明电极、以及配置于上述电极与上述透明电极之间的光电转换层。本说明书中，“层”不仅是指具有明确界限的层，还表示具有含有元素缓缓地变化的浓度梯度的层。层的元素分析可通过例如进行太阳能电池的截面的FE-TEM/EDS射线分析测定并且确认特定元素的元素分布等来进行。此外，本说明书中，层不仅是指平坦的薄膜状的层，还表示能够与其它层一起形成复杂地交错的结构的层。上述柔性基材没有特别限定，可列举出例如包括包含聚酰亚胺、聚酯系耐热性高分子的树脂膜、金属箔、薄板玻璃等在内的基材。其中，优选为金属箔。通过使用上述金属箔，与使用耐热性高分子的情况相比，能够抑制成本，并且能够进行高温处理。即，即使在形成包含有机无机钙钛矿化合物的光电转换层时出于赋予耐光性(对于光劣化的耐性)的目的而以80℃以上的温度进行热退火(加热处理)，也能够将形变的发生抑制为最小限，获得高光电转换效率。上述金属箔没有特别限定，可列举出例如包含铝、钛、铜、金等金属、不锈钢(SUS)等合金的金属箔。它们可以单独使用，也可以组合使用2种以上。其中，优选为铝箔。通过使用上述铝箔，从而与使用其它金属箔的情况相比也能够抑制成本，此外因具有柔软性而能够提高作业性。上述柔性基材可以进一步具有在上述金属箔上形成的绝缘层。即，上述柔性基材可以具有金属箔和形成在上述金属箔上的绝缘层。上述绝缘层没有特别限定，可列举出例如包含氧化铝、氧化硅、氧化锌等的无机绝缘层；包含环氧树脂、聚酰亚胺等的有机绝缘层。其中，在上述金属箔为铝箔的情况下，上述绝缘层优选为氧化铝覆膜。作为上述绝缘层，通过使用上述氧化铝覆膜，从而与有机绝缘层的情况相比，能够抑制：大气中的水分透过绝缘层而使光电转换层(尤其是包含有机无机钙钛矿化合物的光电转换层)发生劣化。此外，作为上述绝缘层来说，通过使用上述氧化铝覆膜，从而能够抑制下述现象：因与上述铝箔接触而导致随着时间的流逝包含有机无机钙钛矿化合物的光电转换层发生变色、引起腐蚀。对于一般的其它太阳能电池而言，并没有报告称光电转换层会与铝反应而发生变色等，引起上述那样的腐蚀的现象作为光电转换层包含有机无机钙钛矿化合物的钙钛矿太阳能电池所特有的问题而被本专利技术人等发现。上述氧化铝覆膜的厚度没有特别限定，优选下限为0.1μm、优选上限为20μm，更优选下限为0.5μm、更优选上限为10μm。如果上述氧化铝覆膜的厚度为0.5μm以上，则上述氧化铝覆膜能够充分覆盖上述铝箔的表面，上述铝箔与电极之间的绝缘性稳定。如果上述氧化铝覆膜的厚度为10μm以下，则即使使上述柔性基材弯曲，上述氧化铝覆膜也不易产生裂纹。此外，在形成包含有机无机钙钛矿化合物的光电转换层时进行加热处理时，能够抑制：因其与上述铝箔的热膨胀系数的差异而导致上述氧化铝覆膜和/或在其上形成的层产生裂纹。上述氧化铝覆膜的厚度例如可通过利用电子显微镜(例如S-4800、HITACHI公司制等)观察上述柔性基材的截面，并对所得照片的对比度进行解析来测定。上述氧化铝覆膜的厚度的比率没本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能电池，其特征在于，其为在柔性基材上具有电极、透明电极、以及配置于所述电极与所述透明电极之间的光电转换层的太阳能电池，其还具有配置于所述柔性基材与所述电极之间的硬质膜，所述硬质膜包含含有选自钛、锆、铝、硅、镁、钒、铬、钼、钽和钨中的至少1种元素的氮化物、碳化物或硼化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.02 JP 2017-039372;2017.03.07 JP 2017-042871.一种太阳能电池，其特征在于，其为在柔性基材上具有电极、透明电极、以及配置于所述电极与所述透明电极之间的光电转换层的太阳能电池，其还具有配置于所述柔性基材与所述电极之间的硬质膜，所述硬质膜包含含有选自钛、锆、铝、硅、镁、钒、铬、钼、钽和钨中的至少1种元素的氮化物、碳化物或硼化物。2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于，硬质膜的维氏硬度为500HV～3500HV。3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其特征在于，柔性基材具有金属箔和形成在所述金属箔上的绝缘层。4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其特征在于，金属箔为铝箔，绝缘层为氧化铝覆膜。5.根据权利要求4所述的太阳能电池，其特征在于，氧化铝覆膜为阳极氧化覆膜。6.根据权利要求1、2、3、4或5所述的太阳能电池，其特征在于，光电转换层包含通式R-M-X3所示的有机无机钙钛矿化合物，其中，R为有机分子、...

【专利技术属性】
技术研发人员：会田哲也，早川明伸，浅野元彦，汤川麻由美，宇野智仁，榑林哲也，森田健晴，
申请(专利权)人：积水化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP