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公開番号2024025288
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-26
出願番号2022128625
出願日2022-08-12
発明の名称太陽電池の製造方法
出願人国立大学法人京都大学
代理人弁理士法人前田特許事務所
主分類H10K 30/50 20230101AFI20240216BHJP()
要約【課題】全ての製造工程を常温常圧下で行うことが可能な、PEDOT:PSS/Siヘテロ接合構造を有する太陽電池の製造方法を提供する。
【解決手段】太陽電池の製造方法は、n型Si基板10をフッ酸に浸漬して、Si基板両面にある自然酸化膜を除去する工程(A)、Si基板の一方の表面に導電性ペーストを塗布して第1の電極30aを形成する工程(B)、Si基板の他方の表面にPEDOT:PSS溶液を塗布してp型PEDOT:PSS層20を形成する工程(C)、及びPEDOT:PSS層表面に導電性ペーストを塗布して第2の電極30bを形成する工程(D)を含み、Si基板のドーピング濃度は、5×10¹⁸～5×10¹⁹cm^-3の範囲にあり、工程(A)後であって、工程(C)前に、Si基板を超純水に浸漬して、Si基板の他方の表面に酸化膜を形成する工程(E)を含む。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｓｉヘテロ接合構造を有する太陽電池の製造方法であって、
ｎ型のＳｉ基板をフッ酸に浸漬して、前記Ｓｉ基板の両面にある自然酸化膜を除去する工程（Ａ）と、
前記Ｓｉ基板の一方の表面に、導電性ペーストを塗布して、第１の電極を形成する工程（Ｂ）と、
前記Ｓｉ基板の他方の表面に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ溶液を塗布して、ｐ型のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層を形成する工程（Ｃ）と、
前記ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の表面に、導電性ペーストを塗布して、第２の電極を形成する工程（Ｄ）と
を含み、
前記Ｓｉ基板におけるｎ型不純物のドーピング濃度は、５×１０
１８
ｃｍ
－３
～５×１０
１９
ｃｍ
－３
の範囲にあり、
前記工程（Ａ）の後であって、前記工程（Ｃ）の前に、前記Ｓｉ基板を超純水に浸漬して、少なくとも前記Ｓｉ基板の他方の表面に酸化膜を形成する工程（Ｅ）をさらに含み、
前記工程（Ａ）～前記工程（Ｅ）は、全て、常温常圧下で実行される、太陽電池の製造方法。
続きを表示（約 250 文字）【請求項２】
前記工程（Ｅ）は、前記工程（Ｂ）の後に実行される、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記工程（Ｅ）において、前記Ｓｉ基板を超純水に浸漬する時間は、前記Ｓｉ基板の他方の表面に形成される酸化膜の厚みが、０．１ｎｍ～１ｎｍの範囲になるように制御される、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記工程（Ｃ）において、前記ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の膜厚は、１００ｎｍ～４５０ｎｍの範囲に形成される、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｓｉヘテロ接合構造を有する太陽電池の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
シリコン系や化合物半導体系の太陽電池は、製造プロセスの中で、高温・低圧にする工程があるため、製造コストが高くなり、生産性も低いことから、広く普及を進めることが難しい。一方の有機半導体は、塗布によって積層できるため，従来のｐｎ接合形成に必要な加熱が不要であり、製造工程が大幅に短縮されるため、低コスト・ハイスループットな太陽電池として注目されている。
【０００３】
有機半導体を用いた太陽電池として、ｐ型のpoly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）と、ｎ型のＳｉ基板とのヘテロ接合構造を有する太陽電池が開発されている（非特許文献１）。
【０００４】
このような構造の太陽電池は、Ｓｉ基板にＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ溶液を塗布、乾燥させることによって、容易にｐｎ接合を形成することができる。また、電極も、Ｓｉ基板及びＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の表面に、それぞれ、導電性ペーストを塗布することによって、容易に形成することができる。これにより、太陽電池を、低コストで、ハイスループットに製造することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
J. P. Thomas et al., Adv. Funct. Mater. 24, 4978 (2014)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｓｉヘテロ接合構造を有する太陽電池では、発電性能を得るために、ドーピング濃度が、１０
１６
ｃｍ
－３
程度の半絶縁性のＳｉ基板が用いられている。そのため、Ｓｉ基板の表面に導電性ペーストを塗布して電極を形成する場合、Ｓｉ基板と電極との界面で、実用に適した低抵抗なオーミックコンタクトを得るためには、導電性ペーストを塗布した後、高温でアニールを行う必要がある。そのため、全ての製造工程を、常温常圧下で行って、太陽電池を製造する方法は、未だ確立されていない。
【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その主な目的は、全ての製造工程を、常温常圧下で行い、発電効率が高く、低コスト、かつハイスループットに製造することが可能な、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｓｉヘテロ接合構造を有する太陽電池の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｓｉヘテロ接合構造を有する太陽電池の製造方法であって、ｎ型のＳｉ基板をフッ酸に浸漬して、Ｓｉ基板の両面にある自然酸化膜を除去する工程（Ａ）と、Ｓｉ基板の一方の表面に、導電性ペーストを塗布して、第１の電極を形成する工程（Ｂ）と、Ｓｉ基板の他方の表面に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ溶液を塗布して、ｐ型のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層を形成する工程（Ｃ）と、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の表面に、導電性ペーストを塗布して、第２の電極を形成する工程（Ｄ）とを含み、Ｓｉ基板におけるｎ型不純物のドーピング濃度は、５×１０
１８
ｃｍ
－３
～５×１０
１９
ｃｍ
－３
の範囲にあり、工程（Ａ）の後であって、工程（Ｃ）の前に、Ｓｉ基板を超純水に浸漬して、少なくともＳｉ基板の他方の表面に酸化膜を形成する工程（Ｅ）をさらに含み、工程（Ａ）～工程（Ｅ）は、全て、常温常圧下で実行される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、全ての製造工程を、常温常圧下で行い、発電効率が高く、低コスト、かつハイスループットに製造することが可能な、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｓｉヘテロ接合構造を有する太陽電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
ｎ型Ｓｉ基板に電極を形成し、伝送線路法を用いて電気抵抗率を測定した結果を示したグラフである。
本発明の一実施形態におけるＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｓｉヘテロ接合構造を有する太陽電池の構造を模式的に示した断面図である。
ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の構造式を示した図である。
太陽電池の電流－電圧特性を測定した結果を示したグラフである。
製造プロセスＡで作製した太陽電池の構造を模式的に示した図である。
製造プロセスＢで作製した太陽電池の構造を模式的に示した図である。
製造プロセスＣで作製した太陽電池の構造を模式的に示した図である。
製造プロセスＤで作製した太陽電池の構造を模式的に示した図である。
Ｓｉ基板のドーピング濃度を１０
１６
ｃｍ
－３
にした場合のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｓｉ接合のバンド構造を示した図である。
Ｓｉ基板のドーピング濃度を１０
１９
ｃｍ
－３
にした場合のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｓｉ接合のバンド構造を示した図である。
Ｓｉ基板のドーピング濃度を１０
１９
ｃｍ
－３
にすると共に、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層とＳｉ基板との界面に酸化膜が形成された場合のＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ／Ｓｉ接合のバンド構造を示した図である。
本発明の一実施形態における太陽電池の製造方法を模式的に示した断面図である。
製造プロセスＤで作製した太陽電池において、Ｓｉ基板を超純水に浸漬した時間を変えたときの発電効率の変化を測定した結果を示したグラフである。
製造プロセスＤで作製した太陽電池において、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層の膜厚を変えたときの発電効率の変化を測定した結果を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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