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公開番号2025023385
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-17
出願番号2023127452
出願日2023-08-04
発明の名称単層カーボンナノチューブを透明導電性電極としたペロブスカイト太陽電池とその製造方法
出願人富士通商株式会社
代理人個人
主分類H10K 30/50 20230101AFI20250207BHJP()
要約【課題】単層カーボンナノチューブ薄膜を透明導電性電極としたペロブスカイト太陽電池の開発を課題とする。
【解決手段】その外周に電気炉を設置した縦型熱CVD装置の底部に保護ガラスを設け、上記縦型熱CVD装置は電気炉の温度を800℃～1000℃に設定し、ネプライザー装置よりFe系元素金属/アルコールの混合液を噴霧して保護ガラス上に合成された単層カーボンナノチューブの1又は2以上の夫々を透明導電性電極としたペロブスカイト太陽電池。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
その外周に電気炉を設置した縦型熱CVD装置の底部に保護ガラスを設け、上記縦型熱CVD装置は電気炉の温度を800℃～1000℃に設定し、ネプライザー装置よりFe系元素金属／アルコールの混合液を噴霧して保護ガラス上に合成された単層カーボンナノチューブの1又は2以上の夫々を透明導電性電極としたペロブスカイト太陽電池。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
2以上の単層カーボンナノチューブからなる透明導電性電極上に夫々ペロブスカイト材料層をコーティングして構成された請求項1記載のペロブスカイト太陽電池。
【請求項３】
保護ガラス上に合成された単層カーボンナノチューブを縦型熱CVD装置内でネプライザー装置より精製水を噴霧洗浄し、乾燥させるようにした請求項1記載のペロブスカイト太陽電池。
【請求項４】
Fe系元素金属／アルコールの混合液がFe／エタノールの混合液である請求項1記載のペロブスカイト太陽電池。
【請求項５】
その外周に電気炉を設置した縦型熱CVD装置の底部に保護ガラスと1又は2以上の転写用保護ガラスを設け、上記縦型熱CVD装置は電気炉の温度を800℃～1000℃に設定し、ネプライザー装置よりFe系元素金属／アルコールの混合液を霧化して上記縦型熱CVD装置の上部より流下させて保護ガラス乃至転写用保護ガラス上に単層カーボンナノチューブを形成する工程と保護ガラス上形成された単層カーボンナノチューブにペロブスカイト材料層をコーティングする工程と転写用保護ガラス上に形成された単層カーボンナノチューブを剥離して上記ペロブスカイト材料層に転写する工程と転写単層カーボンナノチューブ上にペロブスカイト層をコーティングする工程を2以上繰り返して行う請求項2記載のペロブスカイト太陽電池の製造方法。
【請求項６】
保護ガラス乃至転写用保護ガラス上に形成された単層カーボンナノチューブを縦型熱CVD装置内でネプライザー装置より精製水を噴霧洗浄し、乾燥させるようにした請求項5記の製造方法。
【請求項７】
Fe系元素金属／アルコールの混合液がFe／エタノールの混合液である請求項5記載の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、単層カーボンナノチューブを透明導電性電極としたペロブスカイト太陽電池とその製造方法に関するものである。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ペロブスカイト太陽電池は、ペロブスカイトの結晶構造材料を用いた新しいタイプの太陽電池であり、製造価格が安価であり、レアメタルを必要とせず、「軽く」「薄く」「柔らかく」、フレキシブルでいろいろな形状に対応でき、しかも「シリコン系太陽電池」や「化合物系太陽電池」に匹敵する高い変換効率を達成するなど注目されている電池である。
【０００３】
ペロブスカイト太陽電池の透明導電性電極としては、希少金属であるインジウム酸化スズ（ITO）が使用されているが、価格が高く、供給の不安定であり、しかもITO導電性ガラスの柔軟性には問題があり、レアメタルのインジウムを含むITO導電性ガラスの抵抗値は2Ω/sq～1000Ω/sq、光透過率が50%～90%に過ぎないであり、低抵抗と高光透過率を実現することは困難である。低抵抗値と高光透過率を得るには困難がある等代替え材料の検討が迫られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開2022－181466
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はITOに替わる透明導電性電極とこれを備えたペロブスカイト太陽電池の開発を課題とする。
【０００６】
炭素を主体に構成されている所定の微細構造を有する構造体(カーボンナノ構造体)が知られている。そのようなカーボンナノ構造体にフラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノウォ－ルとグラフェンなどがある。
【０００７】
このうちカーボンナノチューブは単層構造でSP
2
炭素原子が蜂の巣状に結合し、炭素原子が単一原子の厚さを形成しており、柔軟性があり、電子移動度は室温で200,000 cm
2
V
-1
s
-1
、抵抗値:わずか1*10
-4
Ω/sq、光透過率:90%～92%である。
【０００８】
したがつて、カーボンナノチューブは理論的には最も理想的な透明導電材料であるが、従来の横型熱CVD装置による合成法では均一なカーボンナノチューブ薄膜が得られず、導電材料として適合するものではなかった。
【０００９】
これに対して本願発明者の研究によれば熱CVD装置上に石英チューブを設けた縦型熱CVD装置を用いてネプライザー装置よりFe／エタノールの霧化したガスを所定温度（800℃～1000℃）に加熱された状態で下部に設置された保護ガラス（設定時の温度100℃程度）に向けて噴霧することによりカーボンナノチューブ（SWNTsは均一に保護ガラスの表面に極めて平坦カーボンナノチューブネットを合成できることが明らかとなった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、上記知見に基づいて、外周に電気炉を設置した縦型熱CVD装置の底部に保護ガラスを設け、上記縦型熱CVD装置は電気炉の温度を800℃～1000℃に設定し、ネプライザー装置よりFe系元素金属／アルコールの混合液を噴霧して保護ガラス上に合成された単層カーボンナノチューブの1又は2以上の夫々を透明導電性電極としたペロブスカイト太陽電池とその製造方法を提案するものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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