(57)【要約】  本発明は、太陽電池および太陽電池を製造する方法に関する。太陽電池は、多孔質絶縁基板（２）と、多孔質絶縁基板の互いに反対側の面に配置された、第１の多孔質導電層（４）および第２の多孔質導電層（６）と、第１の導電層と電気的に接触している吸光層（８）と、第２の導電層と吸光層との間で電荷キャリアを移動させるように多孔質導電層、多孔質絶縁基板および吸光層を通って一体に配置された電解質とを備える。吸光層（８）は、ドープされた半導体材料の複数の粒状体（１０）を含む。【選択図】  図１
2019512865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  多孔質絶縁基板（２）と、
−  前記多孔質絶縁基板の互いに反対側の面に配置された、第１の多孔質導電層（４）および第２の多孔質導電層（６）と、
−  前記第１の導電層と電気的に接触している吸光層（８）と、
−  前記第２の導電層と前記吸光層との間で電荷キャリアを移動させるように前記多孔質導電層、前記多孔質絶縁基板および前記吸光層を通って一体に配置された電解質とを備える太陽電池において、
前記吸光層（８）が、ドープされた半導体材料の複数の粒状体（１０）を含むことを特徴とする、太陽電池。
【請求項２】
前記ドープされた半導体材料の粒状体（１０）の一部は、前記第１の導電層（４）と物理的および電気的に接触している、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記粒状体（１０）はＳｉで作られている、請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１の多孔質導電層（４）は、チタンまたはチタン合金を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記粒状体（１０）と前記第１の多孔質導電層（４）との物理的接触のゾーン（２４）が、ケイ化チタンから成る、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記ドープされた半導体材料の粒状体（１０）は、モノドープされている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記吸光層（８）の前記粒状体（１０）は、入射光の方を向いた上部分（２０）と、前記第１の多孔質導電層（４）内に突出する下部分（２２）とを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記電解質は液体電解質である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記第１の多孔質導電層（４）は、物理的および電気的に互いに接触している導電性粒子（１２）を含み、前記粒状体（１０）は、前記導電性粒子と物理的および電気的に接触している、請求項１〜８のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記導電性粒子（１２）の表面の少なくとも一部が、酸化物で覆われている、請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記導電性粒子（１２）の表面の少なくとも一部が、ＴｉＯ２で覆われている、請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１２】
−  多孔質絶縁基板（２）の一面に第１の多孔質導電層（４）を形成することと、
−  前記多孔質絶縁基板（２）の反対面に第２の多孔質導電層（６）を形成することとを含む、太陽電池を製造する方法において、
−  ドープされた半導体材料で作られた粒状体（１０）の層（８）で前記第１の多孔質導電層（４）をコーティングすることと、
−  前記粒状体（１０）を前記第１の多孔質導電層（４）に結合する、非酸化環境中または真空中での太陽電池の第１の熱処理と、
−  酸化物面を前記多孔質導電層に形成する、酸化環境中での太陽電池の第２の熱処理と  を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項１３】
前記粒状体（１０）は、ドープされたシリコンで作られており、前記第１の導電層（４）はチタンを含み、前記第１の熱処理によって前記粒状体と前記第１の導電層（４）との物理的接触のゾーン（２４）にケイ化チタンを形成させ、前記第２の熱処理によって前記第１の多孔質導電層（４）にＴｉＯ２を形成させる、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の熱処理は、５５０℃超の温度で少なくとも２時間行われる、請求項１２または１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記方法は、前記粒状体が、前記第１の多孔質導電層（４）内に部分的に突出するように、前記粒状体（１０）の前記層（８）に圧力を加えることを含む、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光を電気に直接変換する太陽電池と、同太陽電池を製造する方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽光を電気に直接変換するデバイスである。太陽電池の表面に入射する光は、電力を生じさせる。太陽電池は吸光層を有する。光子のエネルギーが吸光層の材料のバンドギャップに等しいときまたはより大きいときに、光子は材料に吸収され、光励起電子が発生する。シリコンは、太陽電池に用いられる最も一般的な半導体材料である。標準的なシリコン太陽電池は、ドープされたシリコンの薄いウェハから作られる。前面は、ベースとは別の方法でドープされ、ＰＮ接合を形成する。照光下で、光子が吸収され、ＰＮ接合で分離される電子−孔対を形成する。太陽電池の後面では、金属板が余分な電荷キャリアをベースから収集し、前面では、金属線が余分な電荷キャリアをエミッタから収集する。よって、従来のシリコン太陽電池は、前面接触型エミッタを有する。前面の集電線を用いた良好な集電と集光とはトレードオフの関係にある。金属線のサイズを大きくすることによって、伝導性が高まり、集電性が向上する。しかし、金属線のサイズを大きくすることによって、太陽光の集光領域がより多く隠され、太陽電池の効率低下をもたらす。
【０００３】
この課題に対する既知の解決策が、背面接触型太陽電池である。背面接触型太陽電池は、前面接触型エミッタを太陽電池の背面に移すことによって、より高い効率を実現する。
【０００４】
米国特許第４３５７４００号明細書は、レドックス電解質中のドープされたシリコン粒子を有する背面接触型太陽電池を開示している。太陽電池は、基板の一面に交互積層された２つの導電層を有する絶縁基板を含む。一方の導電型の離散した半導体粒子が一方の導電層に配置され、反対の導電型の半導体粒子が他方の導電層に配置される。全ては、レドックス電解質に浸され封入される。レドックス電解質が粒子に接触することで、光子が半導体粒子に衝突することに応じて２つの導電層間に電位が発生する。半導体粒子は、好ましくは、直径１００ミクロン未満の球状シリコン体である。粒子は、モノドープされており、すなわち、一方のドーピング型の外側層と、別のドーピング型の内側体とを有する粒子である。導電層は、例えば、アルミニウムの薄層である。導電層は、例えば櫛歯を有する、パターンで基板にスパッタリングされエッチングされる。
【０００５】
半導電性粒子をシルクスクリーニングによって適用し、導体の表面に付着させることができる。半導電性粒子を銅またはニッケルの金属薄層によって覆ったり、導電層に融合または電気メッキしたりすることもできる。
【０００６】
この太陽電池の欠点は、製造プロセスが複雑であり、時間を要することである。よって、太陽電池は、製造費が高くつく。
【０００７】
国際公開第２０１３／１４９７８７号は、多孔質絶縁層と、多孔質絶縁層の上部に形成された多孔質導電金属層を含む作動電極と、太陽の方を向いた導電金属層の上部に配置された吸着染料を含む多孔質半導体層とを含む色素増感型太陽電池を開示している。多孔質半導体層は、吸着染料分子によってＴｉＯ２粒子の表面に染色されたＴｉＯ２金属酸化物粒子を含む。色素増感型太陽電池は、多孔質絶縁層の反対面に配置された導電層を含む対向電極を更に含む。作動電極と対向電極との間に電解質が満たされる。この太陽電池の利点は、製造が容易であり、速い点である。よって、太陽電池は、製造費が安くすむ。シリコン太陽電池と比べた、この種の太陽電池の欠点は、染料分子の吸光能力がシリコンよりも低いという事実によって、最大効率がより低い点である。
【０００８】
色素増感型太陽電池の更なる発展形態では、ＴｉＯ２層に注入される染料の代わりにペロブスカイトを使用することによって、電池の効率が増加される。国際公開第２０１４／１８４３７９号では、多孔質導電性面に直接配置されたペロブスカイト吸光層を有する太陽電池が説明されている。太陽電池は、導電層間の絶縁層内に部分的に形成された、第２の導電層および第３の導電性ネットワークを更に備える。国際公開第２０１３／１７１５２０号では、ペロブスカイト吸光層を含む他の解決策であって、ペロブスカイトの多孔質層が、コンパクトなＴｉＯ２層に適用され、液体電解質などの電荷輸送材料で湿潤された解決策が説明されている。ペロブスカイト吸光層の互いに反対側の面に配置された、ＦＴＯアノードおよび銀カソードが、導電層として働く。しかし、ペロブスカイトは、例えば、高価である、安定していない、環境に有害であるなど、いくつかの欠点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第４３５７４００号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１３／１４９７８７号
【特許文献３】国際公開第２０１４／１８４３７９号
【特許文献４】国際公開第２０１３／１７１５２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、上記の課題を少なくとも部分的に克服すること、および改良された太陽電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この目的は、請求項１に規定する太陽電池によって実現される。
【００１２】
太陽電池は、多孔質絶縁基板と、多孔質絶縁基板の互いに反対側の面に配置された、第１の多孔質導電層および第２の多孔質導電層と、ドープされた半導体材料の複数の粒状体を備え、第１の導電層と電気的に接触している吸光層と、第２の導電層と吸光層との間で電荷キャリアを移動させるように多孔質導電層、多孔質絶縁基板および吸光層を通って一体に配置された電解質とを備える。
【００１３】
本発明による太陽電池は、製造が容易であり、低コスト材料で作ることができる。このため、この太陽電池は、先行技術の太陽電池よりも安価である。シリコンなどの、変換効率が高く環境に優しい安定した材料を吸光層内の粒状体として用いることができる。本発明による太陽電池を薄く柔軟に作ることができる。
【００１４】
吸光層の粒状体は、入射光の方を向いた上部分と、下部分とを有する。粒状体は、第１の多孔質導電層と電気的に接触しているものである。粒状体の下部分は、第１の多孔質導電層と物理的に接触することができ、第１の多孔質導電層内に突出することができる。
【００１５】
粒状体と第１の多孔質導電層との良好な電気的接触を有することが望ましい。第１および第２の導電層ならびに絶縁基板は、電解質による導電層および基板を通じたイオン輸送を可能にするように多孔質でなければならない。しかし、第１の導電層の細孔性によって、粒状体を導電層に結合し、粒状体と多孔質導電層との十分な電気的接触をもたらすことが困難になることがある。
【００１６】
本発明のある実施形態によれば、吸光層の粒状体は、入射光の方を向いた上部分と、第１の多孔質導電層内に突出する下部分とを有する。粒状体の下部分が多孔質導電層内に突出しているという事実によって、粒状体と多孔質導電層との接触面の領域が増大する。接触領域を増大させることによって、粒状体と多孔質導電層との結合が促される。増大した接触領域は、粒状体と導電層との向上した電気的接触を更にもたらす。例えば、粒状体は、焼結によって多孔質導電層に結合される。
【００１７】
本発明のある実施形態によれば、ドープされた半導体材料の粒状体の一部は、第１の導電層と物理的および電気的に接触している。
【００１８】
本発明のある実施形態によれば、粒状体はＳｉで作られている。シリコンは、安価であり、環境に優しく、安定しており、吸光能力が高く、高効率の吸光層をもたらすので、太陽電池に用いるのに適した材料である。
【００１９】
本発明のある実施形態によれば、第１の多孔質導電層は、チタン（Ｔｉ）またはチタン合金を含む。好ましくは、第１の導電層の少なくとも主要部分が、チタンまたはチタン合金で作られる。適宜に、第２の多孔質導電層もチタンまたはチタン合金を含む。好ましくは、第２の導電層の少なくとも主要部分が、チタンまたはチタン合金で作られる。チタンは、電解質による腐食に耐える能力によって、導電層に用いるのに適した材料である。
【００２０】
本発明のある実施形態によれば、粒状体はシリコンで作られており、第１の導電層はチタンを含み、粒状体と第１の導電層との界面が、ケイ化チタンを含む。「粒状体と第１の導電層との界面」は、粒状体と導電層との物理的な接触のゾーンを意味する。好ましくは、粒状体と導電層との物理的な接触のゾーンは、ケイ化チタンから成る。ケイ化チタンは、良好な電気伝導性を有する。粒状体と第１の導電層との界面がケイ化チタンを含むという事実によって、粒状体と導電層との電気的接触が更に向上する。したがって、太陽電池の効率が高まる。ケイ化チタンは、太陽電池の製造中に粒状体と第１の導電層との界面に形成される。
【００２１】
ケイ化チタンは、いくつかの種類、例えば、ＴｉＳｉ２、ＴｉＳｉ、Ｔｉ５Ｓｉ４、Ｔｉ５Ｓｉ３、Ｔｉ３Ｓｉで存在することができる。
【００２２】
本発明のある実施形態によれば、粒状体と第１の導電層との界面は、ＴｉＳｉ２を含む。ＴｉＳｉ２は、２つの種類、Ｃ４９−ＴｉＳｉ２およびＣ５４−ＴｉＳｉ２で存在する。
【００２３】
本発明のある実施形態によれば、電解質は液体電解質である。
【００２４】
本発明のある実施形態によれば、ドープされた半導体材料の粒状体は、モノドープされている。適宜に、粒状体は、モノドープされたシリコンで作られる。モノドープされた粒状体は、粒状体全体が、同じドーピング型を有することを意味する。例えば、モノドープされた粒状体は、Ｐ型またはＮ型のいずれかであるが、部分的にＮ型および部分的にＰ型ではないものとすることができる。モノドープされた粒状体を生成するのは、容易であり、コストが低い。
【００２５】
本発明のある実施形態によれば、第１の多孔質導電層は導電性粒子を含み、粒状体は導電性粒子に結合されている。導電性粒子は、物理的および電気的に互いに接触している。適宜に、粒状体はシリコンで作ることができ、導電性粒子はチタンを含み、粒子と粒状体との界面はケイ化チタンを含む。よって、粒状体と粒子との電気的接触が向上する。
【００２６】
本発明のある実施形態によれば、導電性粒子の表面の少なくとも一部が酸化物で覆われている。導電性粒子の表面のうち粒状体と接触していない部分は、酸化物で覆われる。酸化物は、電子または孔が導電層と電解質との間で移動するのを妨げることで導電層と電解質との短絡を防ぐ、保護および電気的絶縁層を粒子上に提供する。
【００２７】
本発明のある実施形態によれば、導電性粒子の表面の少なくとも一部が、ＴｉＯ２で覆われている。適宜に、導電性粒子はチタンを含み、導電性粒子の表面のうち粒状体に接触していない部分は、チタン酸化物で覆われる。チタン酸化物は、導電層と電解質との短絡を防ぐ保護酸化物層をチタン粒子上に提供する。
【００２８】
好ましくは、半導体粒状体は、１００μｍ未満のサイズを有する。
【００２９】
本発明の目的は、請求項１２に規定するような、本発明による太陽電池を生産する方法を提供することによっても実現される。
【００３０】
方法は、
−  多孔質絶縁基板の一面に第１の多孔質導電層を形成することと、
−  多孔質絶縁基板の反対面に第２の多孔質導電層を形成することと、
−  ドープされた半導体材料で作られた粒状体の層で第１の多孔質導電層をコーティングすることと、
−  粒状体を第１の多孔質導電層に結合する、非酸化環境中または真空中での太陽電池の第１の熱処理と、
−  多孔質導電層の表面が形成されるまでの、酸化環境中での太陽電池の第２の熱処理とを含む。
【００３１】
非酸化環境中での第１の熱処理は、粒状体と第１の多孔質導電層とを結合させ、第２の熱処理は、多孔質導電層の表面に電気絶縁酸化物層を形成させることで、電解質と導電層との短絡を防ぐ。第２の熱処理中、第１の多孔質導電層のうち粒状体と接触していない表面、または導電層の他の粒子と接触している表面が酸化される。
【００３２】
例えば、ドープされた粒状体を含むインクを第１の導電層の表面に堆積させることによって、吸光層を製造することができる。任意の適切なパターンでインクを表面に堆積させることができる。例えば、導電性粒子を含むインクを第１の多孔質導電層の一面に堆積させることによって、第１の多孔質導電層を製造することができる。例えば、導電性粒子を含むインクを多孔質絶縁基板の反対面に堆積させることによって、第２の多孔質導電層を製造することができる。
【００３３】
本発明のある実施形態によれば、第１の多孔質導電層は導電性粒子を含み、第１の熱処理は、粒状体が第１の多孔質導電層の粒子に焼結されるまで行われ、第２の熱処理は、導電性粒子の表面のうち粒状体と接触していない部分、または導電層の他の粒子と接触している部分が酸化されるまで行われる。適宜に、第１の導電層の導電性粒子はチタンを含み、第２の熱処理はＴｉＯ２を形成させる。
【００３４】
本発明のある実施形態によれば、粒状体はシリコンで作られており、第１の導電層はチタンを含む。非酸化環境中または真空中での第１の熱処理は、粒状体と第１の導電層との界面にケイ化チタンを形成させる。酸化環境中での第２の熱処理は、多孔質導電層の導電性粒子の表面にＴｉＯ２を形成させる。粒状体と第１の導電層の粒子との間のケイ化チタンの形成は、シリコン粒状体と第１の導電層の粒子との電気的接触を向上させる。導電性粒子上のＴｉＯ２の形成は、第１の導電層の粒子上の電気的絶縁層を実現し、よって、電解質と導電性粒子との短絡を防ぐ。
【００３５】
本発明のある実施形態によれば、太陽電池は、５５０℃超の温度で少なくとも２時間、真空中で熱処理される。熱処理の継続時間は、温度に依存する。温度が高いほど、時間が短い。
【００３６】
本発明のある実施形態によれば、方法は、粒状体が、第１の多孔質導電層内に部分的に突出するように、粒状体の層に圧力を加えることを含む。このステップは、第１および第２の熱処理ステップの前に行われるものである。第１の導電層に向かって粒状体の層に圧力を加えることによって、粒状体は、第１の多孔質導電層に部分的に押し込まれ、それによって粒状体と粒子との接触領域が増大し、これによって、粒状体が多孔質導電層に結合し易くなり、粒状体と多孔質導電層との電気伝導性が向上する。
【００３７】
本発明のある実施形態によれば、ドープされた半導体材料で作られた粒状体の層で第１の多孔質導電層をコーティングするステップは、ドープされた粒状体を含むインクを第１の多孔質導電層の表面に堆積させることを含む。
【００３８】
本発明のある実施形態によれば、第１の多孔質導電層を形成するステップは、導電性粒子を含むインクを第１の多孔質導電層の一面に堆積させることを含み、第２の多孔質導電層を形成するステップは、導電性粒子を含むインクを多孔質導電層の反対面に堆積させることを含む。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
ここで、本発明について、添付図を参照して、本発明の様々な実施形態の説明によって、より綿密に説明する。
【００４０】
【図１】本発明による太陽電池の例を示す図である。
【図２】本発明による太陽電池の例の吸光層および第１の導電層の拡大部分を示す図である。
【図３】本発明による太陽電池を製造する方法の例を例示するフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
図１は、本発明による太陽電池１の例を示している。太陽電池１は、多孔質絶縁基板２と、絶縁基板２の一面に配置された第１の多孔質導電層４と、絶縁基板２の反対面に配置された第２の導電層６と、第１の導電層４に配置され、第１の導電層４と電気的に接触する吸光層８とを備える。吸光層８は、ドープされた半導体材料の複数の粒状体１０を備える。吸光層８は、太陽電池の上面に配置される。上面は、太陽光が粒状体１０に当たって光励起電子を発生させるように、太陽の方に向いているものである。第１の多孔質導電層４は、吸光層８から光発生電子を取り出すバック接点として機能する。第２の導電層は触媒を含むことができる。
【００４２】
太陽電池は、吸光層８から第２の多孔質導電層６に電荷を移動させる電解質を更に備える。この実施形態では、電解質は液体電解質である。液体電解質は、例えば、半導体粒状体へまたは半導体粒状体から電荷すなわち電子または孔を移動させることができるレドックス電解質である。レドックス電解質は、第２の導電層へまたは第２の導電層からも電荷を移動させることができる。電解質の例としては、電解質を含むＩ−／Ｉ３−レドックス対またはフェロセン化合物が挙げられるが、他の電解質を使用することもできる。絶縁基板２の細孔性は、絶縁基板を通じたイオン輸送を可能にする。第１および第２の導電層４、６の細孔は、導電層を通じたイオン輸送を可能にする。例えば、適用された層を有する基板は、液体電解質に浸され封入される。液体電解質は、第１および第２の多孔質導電層４、６の細孔、多孔質絶縁基板２の細孔、ならびに吸光層８内の粒状体１０同士の間の隙間に満たされる。太陽電池は、太陽電池を密閉し電解質の漏れを防ぐ、ケースまたは他の手段も備える。第１および第２の導電層４、６は、絶縁基板２によって物理的および電気的に分離され、したがって、導電層４、６は、物理的または電気的に直接接触しない。しかし、導電層４、６は、多孔質絶縁基板に進入する電解質イオンを介して電気的に接続される。
【００４３】
好ましくは、粒状体は、ドープされたシリコンで作られる。シリコンは、例えば、安価である、化学的に安定している、高い吸光能力によって高い効率をもたらすなど、いくつかの利点を有する。好ましくは、粒状体は、Ｐ型ドープされたシリコンまたはＮ型ドープされたシリコンなどの、モノドープされたシリコンで作られる。ドーピングは、半導体中の電子および孔の数を変化させるために使用される技術である。Ｎ型ドーピングが、利用可能な電子の数を増やすことによって半導体の導電性を高める。Ｐ型ドーピングが、孔の数を増やすことによって導電性を高める。適宜に、多孔質絶縁基板は、マイクロガラス繊維またはマイクロセラミック繊維などのマイクロ繊維ベースの基板である。例えば、多孔質基板は、ガラス紙と組み合わされたガラス織物をベースとする。これによって、薄く強い基板を提供することが可能となる。多孔質導電層４、６を形成する材料は、電解質に耐えるように適切な耐腐食性を有していなければならない。適宜に、多孔質導電層は、チタンまたはチタン合金またはそれらの混合物で作られる。最も好ましくは、多孔質導電層は、チタンまたはチタン合金またはそれらの混合物で作られる。多孔質導電層４、６は、例えば、金属水酸化物粒子を含む堆積物を多孔質絶縁基板２に堆積させ、堆積物を処理し、その結果、固体金属水酸化物粒子が金属に変質し、金属粒子が焼結して多孔質導電層を形成するようにすることによって、形成される。金属水酸化物粉末、例えば水酸化チタン粉末の堆積物は、都合良く、多孔質絶縁基板に印刷することができる。
【００４４】
太陽電池１はまた、太陽電池の上面を覆う第１のシート１４と、太陽電池の下面を覆い、電解質に対する液体バリアとして働く第２のシート１６と含む。太陽電池の上面の第１のシート１４は、光が通過するように透明である必要がある。シート１４、１６は、例えば、ポリマー材料で作られる。第１および第２の導電層４、６には、外部回路との接続用の接点１８、１９が設けられる。第１および第２の導電層は、外部回路を通じて互いに接続される。よって、一方の種類の電荷キャリア、すなわち電子または孔が、外部回路を介して第１の導電層４から第２の導電層６に輸送され、他の種類の電荷キャリア、すなわち電子または孔が、電解質を介して第１の導電層４から第２の導電層６に輸送される、電気回路が形成される。
【００４５】
図２は、吸光層８および第１の多孔質導電層４の例の拡大部分を示している。第１の多孔質導電層４は、導電性材料で作られた複数の導電性粒子１２を備える。第１の導電層の導電性粒子１２は、物理的および電気的に互いに接触している。粒状体１０は、第１の導電層４のいくつかの導電性粒子１２と物理的および電気的に接触している。吸光層８の粒状体１０の大部分は、粒状体１０と第１の導電層４との接触面を増大させるために第１の導電層４に進入している。粒状体１０の大部分は、太陽電池から離れる方向に向いた上部分２０と、第１の多孔質導電層に突出する下部分２２とを有する。粒状体１０の上部分２０は、第１の導電層４の上方に配置され、下部分２２は、第１の導電層内に進入している。好ましくは、粒状体１０は、粒状体と第１の導電層４との十分な接触領域を提供するために、１００μｍ未満のサイズを有する。好ましくは、粒状体１０は、シリコン（Ｓｉ）で作られ、粒子１２は、チタン（Ｔｉ）で作られ、または少なくとも部分的にチタンを含み、粒状体１０と粒子１２との界面２４は、ケイ化チタンの層を備え、ＳｉとＴｉとの良好な電気的接触をもたらす。
【００４６】
以下では、本発明による太陽電池を製造する方法について説明する。図３は、本発明による太陽電池を製造する方法の例を例示するフロー図である。
【００４７】
ステップ１：多孔質絶縁基板の一面に第１の多孔質導電層を形成する、ブロック３０。これは、例えば、多孔質絶縁基板の一面に、導電性粒子を含むインクで印刷することによって行われる。多孔質絶縁基板は、例えば、多孔質マイクロガラス繊維ベースの基板である。
【００４８】
例えば、ＴｉＨ２をテルピネオールと混ぜることによって、第１のインクが調製される。インクは、次いで、０．３ｍｍのジルコニアビーズを用いて、６０００ＲＰＭで２５分間ビーズミルにかけられる。ジルコニアビーズは、ろ過によってインクから分離される。インクは、２マイクロメートルよりも小さな直径のＴｉＨ２粒子を含む。その後に、第１のインクは、厚さ１５μｍの多孔質マイクロガラス繊維ベースの基板に印刷される。第１のインクは、次いで、２００℃で５分間乾燥される。印刷された層は、第１の多孔質導電層を形成する。適宜に、導電性粒子は、大きすぎて多孔質絶縁基板を通って進入することができない。
【００４９】
ステップ２：多孔質絶縁基板の反対面に第２の多孔質導電層を形成する、ブロック３２。これは、例えば、多孔質絶縁基板の反対面に、導電性粒子を含むインクで印刷することによって行われる。適宜に、導電性粒子は、大きすぎて多孔質絶縁基板を通って進入することができない。
【００５０】
例えば、ＴｉＨ２をテルピネオールと混ぜることによって、第２のインクが調製される。インクは、次いで、０．３ｍｍのジルコニアビーズを用いて、６０００ＲＰＭで２５分間ビーズミルにかけられる。ジルコニアビーズは、ろ過によってインクから分離される。インクは、２マイクロメートルよりも小さな直径のＴｉＨ２粒子を含む。ろ過されたインクは、次いで、第２の導電層を堆積させるインクを形成するために、プラチナコーティングされた導電性粒子と混ぜられる。その後に、第２のインクは、多孔質絶縁基板の反対面に印刷される。印刷された基板は、次いで、２００℃で５分間乾燥される。第２の印刷された層は、第２の導電層を形成する。
【００５１】
ステップ３：ドープされた半導体材料で作られた粒状体の層で第１の多孔質導電層をコーティングして、吸光層を形成する、ブロック３４。これは、例えば、ドープされたシリコンなどのドープされた半導体材料の粒状体の粉末を含むインクを第１の導電層に印刷することによって行われる。代わりに、ドープされたシリコンなどのドープされた半導体材料の粒状体の粉末を第１の導電層に噴霧することができる。適切な噴霧技術が、電気噴霧または静電噴霧である。
【００５２】
ステップ４：粒状体が第１の多孔質導電層に部分的に突出するように、粒状体の層に圧力を加える、ブロック３６。例えば、メンブレンプレスまたはローラプレスを用いて、粒状体の上部に圧力を加えることができる。ステップ４は随意である。
【００５３】
ステップ５：粒状体が第１の多孔質導電層に焼結されるまで、太陽電池を真空中で熱処理する、ブロック３８。粒状体の層および多孔質導電層は、第１の導電層上に粒状体の多孔質層を形成するように真空焼結される。焼結中、粒状体は、第１の導電層の導電性粒子に結合して、それらの間の機械的および電気的接触を達成する。好ましくは、太陽電池は、５５０℃超の温度で少なくとも２時間、真空中で熱処理される。例えば、印刷された基板は、５８５℃で真空焼結され、次いで、室温まで冷やされる。焼結中の圧力は、０．０００１ｍｂａｒ未満である。真空中での熱処理中、粒状体のシリコンと粒子のチタンとが反応しており、粒状体と粒子との界面にケイ化チタンを形成する。よって、粒状体と第１の導電層の粒子との間にケイ化チタンの層が形成され、粒状体と粒子との電気的接触を向上させる。
【００５４】
ステップ６：第１の多孔質導電層の残りの表面が酸化されるまで、太陽電池を空気中で熱処理する、ブロック４０。次のステップでは、太陽電池は、第１および第２の導電層の導電性粒子上の電気絶縁酸化物層を実現するように空気中で熱処理される。
【図１】
2019512865.tif 000003
【図２】
2019512865.tif 000004
【図３】
2019512865.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成30年9月11日(2018.9.11)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
−  多孔質絶縁基板（２）と、
−  前記多孔質絶縁基板の互いに反対側の面に配置された、第１の多孔質導電層（４）および第２の多孔質導電層（６）と、
−  前記第１の導電層と電気的に接触している吸光層（８）と、
−  前記第２の導電層と前記吸光層との間で電荷キャリアを移動させるように前記多孔質導電層、前記多孔質絶縁基板および前記吸光層を通って一体に配置された電解質とを備える太陽電池において、
−  前記吸光層（８）が、ドープされた半導体材料の複数の粒状体（１０）を含み、前記第１の多孔質導電層（４）は、物理的および電気的に互いに接触している導電性粒子（１２）を含み、前記粒状体（１０）は、前記導電性粒子と物理的および電気的に接触していることを特徴とする、太陽電池。
【請求項２】
前記ドープされた半導体材料の粒状体（１０）の一部は、前記第１の導電層（４）と物理的および電気的に接触している、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記粒状体（１０）はＳｉで作られている、請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記第１の多孔質導電層（４）は、チタンまたはチタン合金を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記粒状体（１０）と前記第１の多孔質導電層（４）との物理的接触のゾーン（２４）が、ケイ化チタンから成る、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記ドープされた半導体材料の粒状体（１０）は、モノドープされている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記吸光層（８）の前記粒状体（１０）は、入射光の方を向いた上部分（２０）と、前記第１の多孔質導電層（４）内に突出する下部分（２２）とを有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記電解質は液体電解質である、請求項１〜７のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記導電性粒子（１２）の表面の少なくとも一部が、酸化物で覆われている、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記導電性粒子（１２）の表面の少なくとも一部が、ＴｉＯ２で覆われている、請求項１に記載の太陽電池。
【請求項１１】
−  多孔質絶縁基板（２）の一面に第１の多孔質導電層（４）を形成することと、
−  前記多孔質絶縁基板（２）の反対面に第２の多孔質導電層（６）を形成することとを含む、請求項１に記載の太陽電池を製造する方法において、
−  ドープされた半導体材料で作られた粒状体（１０）の層（８）で前記第１の多孔質導電層（４）をコーティングすることと、
−  前記粒状体（１０）を前記第１の多孔質導電層（４）に結合する、非酸化環境中または真空中での太陽電池の第１の熱処理と、
−  酸化物面を前記多孔質導電層に形成する、酸化環境中での太陽電池の第２の熱処理と  を更に含むことを特徴とする方法。
【請求項１２】
前記粒状体（１０）は、ドープされたシリコンで作られており、前記第１の導電層（４）はチタンを含み、前記第１の熱処理によって前記粒状体と前記第１の導電層（４）との物理的接触のゾーン（２４）にケイ化チタンを形成させ、前記第２の熱処理によって前記第１の多孔質導電層（４）にＴｉＯ２を形成させる、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の熱処理は、５５０℃超の温度で少なくとも２時間行われる、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記方法は、前記粒状体が、前記第１の多孔質導電層（４）内に部分的に突出するように、前記粒状体（１０）の前記層（８）に圧力を加えることを含む、請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【国際調査報告】
2019512865.tif 000006
2019512865.tif 000007
2019512865.tif 000008