JP2018056473A - Perovskite solar battery arranged by use of pyridine derivative - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a perovskite solar battery having high stability, which enables the suppression of the aging of a perovskite solar battery.SOLUTION: A perovskite solar battery 10 comprises: a translucent conductive support 4; a hole-blocking layer 3; an electron transport layer 5; a perovskite layer 6; a hole transport layer 7; and a backside electrode 8. In the perovskite solar battery, the hole transport layer 7 includes a pyridine derivative. The pyridine derivative is represented by the general formula (I) below. (Rand Rare selected from a hydrogen atom and an aliphatic hydrocarbon group, provided that at least one of Rand Ris a substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon group.)SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ペロブスカイト太陽電池に関するものであり、更に詳しくは、ピリジン誘導体を用いたペロブスカイト太陽電池に関する。   The present invention relates to a perovskite solar cell, and more particularly to a perovskite solar cell using a pyridine derivative.

近年、次世代の太陽電池としてペロブスカイト太陽電池が検討され、安価で高効率な太陽電池として期待されている。その光電変換効率は20%程度と報告されているが、変換効率が長時間持続しない問題がある(非特許文献1、2参照)。   In recent years, perovskite solar cells have been studied as next-generation solar cells, and are expected to be inexpensive and highly efficient solar cells. The photoelectric conversion efficiency is reported to be about 20%, but there is a problem that the conversion efficiency does not last for a long time (see Non-Patent Documents 1 and 2).

空気や水分による太陽電池の劣化を防ぐために、ペロブスカイト太陽電池を封止する手法が用いられる。一方で、太陽電池の長期安定性を向上させるには、材料に起因する太陽電池内部における劣化反応を抑制する必要があり、この問題は未だ十分に解決されていない(非特許文献3参照)。   In order to prevent the deterioration of the solar cell due to air or moisture, a method of sealing the perovskite solar cell is used. On the other hand, in order to improve the long-term stability of a solar cell, it is necessary to suppress the degradation reaction inside the solar cell caused by the material, and this problem has not been sufficiently solved (see Non-Patent Document 3).

Science,348,1234(2015)Science, 348, 1234 (2015) Science,353,58(2016)Science, 353, 58 (2016) J.Mater.Chem.A,2,13587(2014)J. et al. Mater. Chem. A, 2,13587 (2014)

ペロブスカイト太陽電池の経時劣化を抑制し、高い安定性を有するペロブスカイト太陽電池を提供する。   Provided is a perovskite solar cell that suppresses deterioration of the perovskite solar cell with time and has high stability.

本発明者らは種々検討した結果、ペロブスカイト太陽電池のホール輸送層に、オルト位に炭化水素基を有するピリジン誘導体を添加することで、上記目的を達成することができることを見出した。即ち、本発明の構成と特徴は以下のとおりである。
透光導電性支持体、ホールブロッキング層、電子輸送層、ペロブスカイト層、ホール輸送層、及び裏面電極を含むペロブスカイト太陽電池において、該ホール輸送層が有機材料からなることを特徴とし、該有機層が下記一般式(I)で表される、オルト位の少なくとも一方が置換または非置換の脂肪族炭化水素で置換された、ピリジン誘導体を含有することを特徴とするペロブスカイト太陽電池。

ここで、R、Rは水素原子または脂肪族炭化水素基から選ばれ、かつR、Rの少なくとも一つは置換または非置換脂肪族炭化水素基である。RとRは同じでも異なっていてもよい。
As a result of various studies, the present inventors have found that the above object can be achieved by adding a pyridine derivative having a hydrocarbon group at the ortho position to the hole transport layer of the perovskite solar cell. That is, the configuration and characteristics of the present invention are as follows.
In a perovskite solar cell including a translucent conductive support, a hole blocking layer, an electron transport layer, a perovskite layer, a hole transport layer, and a back electrode, the hole transport layer is made of an organic material, and the organic layer is A perovskite solar cell comprising a pyridine derivative represented by the following general formula (I), wherein at least one of ortho positions is substituted with a substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon.

Here, R 1 and R 2 are selected from a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group, and at least one of R 1 and R 2 is a substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon group. R 1 and R 2 may be the same or different.

本発明の太陽電池は、作製されてから1000時間経過しても変換効率が低下しない。本発明は長期間変換効率が持続するペロブスカイト太陽電池の提供を可能とする。   In the solar cell of the present invention, the conversion efficiency does not decrease even after 1000 hours have elapsed since it was fabricated. The present invention makes it possible to provide a perovskite solar cell having long-term conversion efficiency.

本発明のペロブスカイト太陽電池の構成の一例を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of a structure of the perovskite solar cell of this invention.

本発明のペロブスカイト太陽電池は、少なくとも透光導電性支持体、ホールブロッキング層、電子輸送層、ペロブスカイト層、ホール輸送層、及び裏面電極を含み、ホール輸送層が有機材料からなる。図1は、本発明のペロブスカイト太陽電池の構成の一例を示す。本発明の太陽電池10は、透明支持基板1とその上に形成された透光性導電層2からなる透光導電性支持体4上に、ホールブロッキング層3、ペロブスカイトが浸入(拡散混入)した電子輸送層5、ペロブスカイト層6、ホール輸送層7、及び裏面電極8が順次積層されている。   The perovskite solar cell of the present invention includes at least a translucent conductive support, a hole blocking layer, an electron transport layer, a perovskite layer, a hole transport layer, and a back electrode, and the hole transport layer is made of an organic material. FIG. 1 shows an example of the configuration of the perovskite solar cell of the present invention. In the solar cell 10 of the present invention, the hole blocking layer 3 and the perovskite infiltrated (diffused and mixed) on the translucent conductive support 4 composed of the transparent support substrate 1 and the translucent conductive layer 2 formed thereon. An electron transport layer 5, a perovskite layer 6, a hole transport layer 7, and a back electrode 8 are sequentially stacked.

透光導電性支持体4を構成する材料は特に限定されず、公知の材料を用いることができる。透光性導電層2の材料としては、インジウムスズ複合酸化物(ITO)、酸化スズにフッ素をドープしたもの(FTO)、酸化亜鉛などがある。これらはガラス等の透明支持基板1の上に、スパッタ法、スプレー法などの常法によって形成する。これらの透光性導電層2の膜厚は、シート抵抗と光透過率の観点から、0.02〜5μmが好ましい。透光性導電層2の膜抵抗は低いほど良く、40Ω/□以下であることが好ましい。特に酸化スズにフッ素をドープした透光性導電層2をソーダ石灰フロートガラスに積層した透光導電性支持体4は好適である。   The material which comprises the translucent electroconductive support body 4 is not specifically limited, A well-known material can be used. Examples of the material of the translucent conductive layer 2 include indium tin composite oxide (ITO), tin oxide doped with fluorine (FTO), and zinc oxide. These are formed on a transparent support substrate 1 such as glass by a conventional method such as sputtering or spraying. The film thickness of these translucent conductive layers 2 is preferably 0.02 to 5 μm from the viewpoint of sheet resistance and light transmittance. The film resistance of the translucent conductive layer 2 is preferably as low as possible, and is preferably 40Ω / □ or less. In particular, the translucent conductive support 4 obtained by laminating the translucent conductive layer 2 in which tin oxide is doped with fluorine on soda-lime float glass is suitable.

透光性導電層2の抵抗を下げるために金属リード線を加えてもよい。金属リード線の材質としては、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、チタン等が好ましい。金属リード線は透明支持基板1上にスパッタ法、または蒸着法等で形成し、その上に酸化スズ、ITO等の透光性導電層を形成することが好ましい。また、酸化スズ、ITO等の透光性導電層2を形成した後、金属リード線をスパッタ法、蒸着法等で形成してもよい。ただし、金属リード線を設けることにより、入射光量の低下を招くので、金属リード線の太さは、0.1mm〜数mmであることが好ましい。   In order to reduce the resistance of the translucent conductive layer 2, a metal lead wire may be added. The material of the metal lead wire is preferably platinum, gold, silver, copper, aluminum, nickel, titanium or the like. The metal lead wire is preferably formed on the transparent support substrate 1 by sputtering or vapor deposition, and a light-transmitting conductive layer such as tin oxide or ITO is preferably formed thereon. Moreover, after forming the translucent conductive layer 2 such as tin oxide or ITO, the metal lead wire may be formed by sputtering, vapor deposition or the like. However, since the amount of incident light is reduced by providing the metal lead wire, the thickness of the metal lead wire is preferably 0.1 mm to several mm.

ホールブロッキング層3を構成する材料は特に限定されず、例えば、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛等が挙げられ、好ましくは酸化チタンである。   The material which comprises the hole blocking layer 3 is not specifically limited, For example, a titanium oxide, a tin oxide, a zinc oxide etc. are mentioned, Preferably it is a titanium oxide.

本発明において、ホールブロッキング層3は熱分解法により作製することができる。例えば、チタンジイソプロポキシドビス(アセチルアセトナート)等のチタン化合物を含む溶液をFTOガラスにスプレーし、400〜600℃で10〜60分間加熱した後、常温へと冷却する。   In the present invention, the hole blocking layer 3 can be produced by a thermal decomposition method. For example, a solution containing a titanium compound such as titanium diisopropoxide bis (acetylacetonate) is sprayed on FTO glass, heated at 400 to 600 ° C. for 10 to 60 minutes, and then cooled to room temperature.

電子輸送層5を構成する材料は特に限定されず、例えば、金属酸化物である酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化イットリウム等が挙げられ、好ましくは酸化チタンである。また、これらの金属酸化物の2以上も用いることができる。
なお、上記の電子輸送層5の上に半導体からなる電子輸送層を形成してもよい。
The material which comprises the electron carrying layer 5 is not specifically limited, For example, titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, aluminum oxide, niobium oxide, yttrium oxide etc. which are metal oxides are mentioned, Preferably it is titanium oxide. Two or more of these metal oxides can also be used.
Note that an electron transport layer made of a semiconductor may be formed on the electron transport layer 5.

ペロブスカイト層6を構成する材料は特に限定されず、CHNHPbI、CH(NHPbI、CsPbI、CHNHSnI、CHNHSnPb(1−x)、(CHNH(CH(NH(1−x)PbI等が挙げられ、好ましくはCHNHPbI、CH(NHPbIである。また、上記ペロブスカイトを構成するヨウ化物イオンの一部が、塩化物イオン、臭化物イオンで置換されていてもよい。 The material constituting the perovskite layer 6 is not particularly limited, CH 3 NH 3 PbI 3, CH (NH 2) 2 PbI 3, CsPbI 3, CH 3 NH 3 SnI 3, CH 3 NH 3 Sn x Pb (1-x ) I 3 , (CH 3 NH 3 ) x (CH (NH 2 ) 2 ) (1-x) PbI 3 and the like, preferably CH 3 NH 3 PbI 3 , CH (NH 2 ) 2 PbI 3 . Moreover, a part of the iodide ions constituting the perovskite may be substituted with chloride ions or bromide ions.

本発明においては、ペロブスカイト太陽電池10のホール輸送層7に対し、オルト位に炭化水素基を有するピリジン誘導体を添加することで、安定性の高いペロブスカイト太陽電池10を得る。ホール輸送層7を構成するホール輸送材料は特に限定されず、例えば、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等のp型導電性高分子;チオフェン、チアジアゾール、スピロビフルオレン等のp型低分子有機半導体が挙げられる。好ましくは、2,2’,7,7’−テトラキス(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミノ)−9,9−スピロビフルオレン(spiro−OMeTAD)が使用される。ホール輸送層7の厚みは20〜100nmであることが好ましく、40〜60nmであることがより好ましい。ホール輸送層7の厚みが20nmを下回ると被覆率が減少し、また100nmを上回ると抵抗が増大し、好ましくない。   In the present invention, a highly stable perovskite solar cell 10 is obtained by adding a pyridine derivative having a hydrocarbon group at the ortho position to the hole transport layer 7 of the perovskite solar cell 10. The hole transport material constituting the hole transport layer 7 is not particularly limited, and examples thereof include p-type conductive polymers such as polyaniline, polythiophene, and polypyrrole; and p-type low-molecular organic semiconductors such as thiophene, thiadiazole, and spirobifluorene. . Preferably, 2,2 ', 7,7'-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenylamino) -9,9-spirobifluorene (spiro-OMeTAD) is used. The thickness of the hole transport layer 7 is preferably 20 to 100 nm, and more preferably 40 to 60 nm. When the thickness of the hole transport layer 7 is less than 20 nm, the coverage is decreased, and when the thickness is more than 100 nm, the resistance increases, which is not preferable.

上記ホール輸送層はリチウム塩、コバルト錯体等が添加されていてもよい。好ましくは、リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド、トリス(1−(ピリジン−2−イル)−1H−ピラゾール)コバルト(III)トリス(ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)が使用される。リチウム塩、コバルト錯体のspiro−OMeTADに対する添加濃度は、それぞれ20〜60mol%、1〜20mol%であることが好ましい。   The hole transport layer may be added with a lithium salt, a cobalt complex, or the like. Preferably, lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide, tris (1- (pyridin-2-yl) -1H-pyrazole) cobalt (III) tris (bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) is used. It is preferable that the addition concentration with respect to spiro-OMeTAD of lithium salt and a cobalt complex is 20-60 mol% and 1-20 mol%, respectively.

上記ホール輸送層は下記一般式(I)で表される、オルト位の少なくとも一方が置換または非置換の脂肪族炭化水素で置換された、ピリジン誘導体が添加されていることが好ましい。

ここで、R、Rは水素原子または脂肪族炭化水素基から選ばれ、かつR、Rの少なくとも一つは置換または非置換脂肪族炭化水素基である。RとRは同じでも異なっていてもよい。
The hole transport layer is preferably added with a pyridine derivative represented by the following general formula (I) in which at least one of the ortho positions is substituted with a substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon.

Here, R 1 and R 2 are selected from a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group, and at least one of R 1 and R 2 is a substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon group. R 1 and R 2 may be the same or different.

または、前記ピリジン誘導体が一般式(I)で表され、R、Rは水素原子または脂肪族炭化水素基から選ばれ、かつR、Rの少なくとも一つの炭素数は3以上20以下である。
、Rの少なくとも一つの炭素数が3以上20以下の場合、光電変換効率を特に高いレベルで長期間維持することが可能になる。
このようなピリジン誘導体としては、例えば、下記式(A1)〜(A5)で表される化合物が挙げられる。





ピリジン誘導体の添加濃度はspiro−OMeTADに対して50〜300mol%が好ましく、より好ましくは150〜250mol%である。ピリジン誘導体の添加濃度を50mol%以上とすることにより、光電変換効率を高いレベルで長期間維持することが可能になる。
Alternatively, the pyridine derivative is represented by the general formula (I), R 1 and R 2 are selected from a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group, and at least one carbon number of R 1 and R 2 is 3 or more and 20 or less. It is.
When at least one carbon number of R 1 and R 2 is 3 or more and 20 or less, the photoelectric conversion efficiency can be maintained at a particularly high level for a long period of time.
Examples of such pyridine derivatives include compounds represented by the following formulas (A1) to (A5).





The concentration of the pyridine derivative added is preferably 50 to 300 mol%, more preferably 150 to 250 mol%, based on spiro-OMeTAD. By setting the addition concentration of the pyridine derivative to 50 mol% or more, it becomes possible to maintain the photoelectric conversion efficiency at a high level for a long time.

ホール輸送層7はスピンコート法により作製することができる。例えば、spiro−OMeTADをクロロベンゼン等の有機溶媒に溶解し、そこへ、spiro−OMeTADに対して、リチウム塩を35mol%、コバルト錯体を10mol%、ピリジン誘導体を200mol%の濃度で加え攪拌する。この溶液をペロブスカイト薄膜上に2000〜4000rpmで20〜40秒スピンコートした後、常温で乾燥する。   The hole transport layer 7 can be produced by a spin coating method. For example, spiro-OMeTAD is dissolved in an organic solvent such as chlorobenzene, and to the spiro-OMeTAD, a lithium salt is added at a concentration of 35 mol%, a cobalt complex is added at 10 mol%, and a pyridine derivative is added at a concentration of 200 mol%, followed by stirring. This solution is spin-coated on a perovskite thin film at 2000 to 4000 rpm for 20 to 40 seconds, and then dried at room temperature.

裏面電極8の材料も特に限定されず、公知の材料を用いることができる。該材料としては、金、銀、銅、アルミニウム等の金属、酸化スズ、インジウムスズ酸化物(ITO)、アルミニウム亜鉛酸化物(AZO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、ガリウム亜鉛酸化物(GZO)等の導電性透明材料が挙げられる。   The material of the back electrode 8 is not particularly limited, and a known material can be used. Examples of the material include metals such as gold, silver, copper, and aluminum, tin oxide, indium tin oxide (ITO), aluminum zinc oxide (AZO), indium zinc oxide (IZO), and gallium zinc oxide (GZO). And other conductive transparent materials.

太陽電池の他の層については、例えば下記実施例に示すような公知の方法で作ることができる。   About the other layer of a solar cell, it can produce by the well-known method as shown, for example in a following example.

(実施例1)
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
1. 酸化チタン薄膜の作製
(1)大きさ2.0cm×2.4cmのFTOガラスを洗浄して透光導電性支持体4を準備した後、その透光導電性支持体4を500℃に加熱したホットプレート上に置いた。
(2)チタンジイソプロポキシドビス(アセチルアセトナート)を0.02mol/Lの濃度でエタノールに溶解した。
(3)上記(2)で得た溶液を、上記(1)において加熱されているFTOガラスにスプレー法により塗布した。スプレー後、500℃で10分間加熱を続けて、厚さ30nmのホールブロッキング層3を形成した。
(4)市販の酸化チタンナノ粒子(Dyesol社製、18NRT)を2:7の重量比でエタノールに分散させ、酸化チタン懸濁液を調製した。
(5)上記(4)で得た懸濁液を、ホールブロッキング層3を備えるFTOガラスにスピンコート法で塗布した。スピンコート法において、1000rpmで18秒間、次いで5000rpmで18秒間回転させた。その後、70℃で10分間乾燥させ、500℃で45分間焼成し、厚さ300nmの酸化チタン薄膜を形成した。この酸化チタン薄膜は、この後に引き続き行われるペロブスカイト層6の作製に伴ってペロブスカイトが拡散混入し、電子輸送層5となる。
(6)酸化チタン薄膜を備えるFTOガラスを窒素ガスで満たされたグローブボックスに移動し、次いで、ペロブスカイト層のスピンコートに供した。
Example 1
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention, this invention is not limited to these Examples.
1. Preparation of Titanium Oxide Thin Film (1) FTO glass having a size of 2.0 cm × 2.4 cm was washed to prepare a translucent conductive support 4, and then the translucent conductive support 4 was heated to 500 ° C. Placed on hot plate.
(2) Titanium diisopropoxide bis (acetylacetonate) was dissolved in ethanol at a concentration of 0.02 mol / L.
(3) The solution obtained in the above (2) was applied to the FTO glass heated in the above (1) by a spray method. After spraying, heating was continued at 500 ° C. for 10 minutes to form a 30 nm thick hole blocking layer 3.
(4) Commercially available titanium oxide nanoparticles (manufactured by Diesol, 18NRT) were dispersed in ethanol at a weight ratio of 2: 7 to prepare a titanium oxide suspension.
(5) The suspension obtained in (4) above was applied to FTO glass provided with the hole blocking layer 3 by spin coating. In the spin coating method, rotation was performed at 1000 rpm for 18 seconds and then at 5000 rpm for 18 seconds. Thereafter, the film was dried at 70 ° C. for 10 minutes and baked at 500 ° C. for 45 minutes to form a 300 nm thick titanium oxide thin film. In the titanium oxide thin film, the perovskite is diffused and mixed with the subsequent production of the perovskite layer 6 to become the electron transport layer 5.
(6) The FTO glass provided with a titanium oxide thin film was moved to a glove box filled with nitrogen gas, and then subjected to spin coating of a perovskite layer.

2.ペロブスカイト層6の作製
(1)モル比1:1のヨウ化メチルアンモニウムCHNHIとヨウ化鉛PbIを、ジメチルスルホキシドに溶解した。PbI・CHNHIの濃度は1.25mol/Lとした。
(2)70℃に加熱した上記溶液を、同じく70℃に加熱した酸化チタン薄膜を備えるFTOガラスに、スピンコート法で塗布した。
(3)スピンコート法において、1000rpmで12秒間、次いで5000rpmで30秒間回転させた。5000rpmで回転させている間に、少量のトルエンを滴下した。均一なペロブスカイト前駆体薄膜を得た後、直ちに100℃に熱せられたホットプレート上で10分間加熱して、ペロブスカイト層6を形成した。
2. Preparation of Perovskite Layer 6 (1) Methyl ammonium iodide CH 3 NH 3 I and lead iodide PbI 2 having a molar ratio of 1: 1 were dissolved in dimethyl sulfoxide. The concentration of PbI 2 · CH 3 NH 3 I was 1.25 mol / L.
(2) The above solution heated to 70 ° C. was applied by spin coating to FTO glass provided with a titanium oxide thin film similarly heated to 70 ° C.
(3) In the spin coating method, the substrate was rotated at 1000 rpm for 12 seconds and then at 5000 rpm for 30 seconds. While rotating at 5000 rpm, a small amount of toluene was added dropwise. After obtaining a uniform perovskite precursor thin film, it was immediately heated on a hot plate heated to 100 ° C. for 10 minutes to form a perovskite layer 6.

3.Spiro−OMeTAD層(ホール輸送層7)の作製
(1)リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドの170mg/mLアセトニトリル溶液を調製した。
(2)トリス(1−(ピリジン−2−イル)−1H−ピラゾール)コバルト(III)トリス(ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)の300mg/mLアセトニトリル溶液を調製した。
(3)75μLの上記(1)で得たリチウム溶液、150mgのspiro−OMeTAD、58μLの上記(2)で得たコバルト溶液を、2mLのクロロベンゼンに溶解した。
(4)上記式(A1)で表される2−アミルピリジンを上記(3)で得た溶液に溶解した。2−アミルピリジンの濃度はspiro−OMeTADに対して196mol%とした。
(5)上記(4)で得た溶液をペロブスカイト薄膜上に3000rpm,30秒でスピンコートした。その後、常温で乾燥させて、厚さが50nmのホール輸送層7を形成した。
3. Preparation of Spiro-OMeTAD Layer (Hole Transport Layer 7) (1) A 170 mg / mL acetonitrile solution of lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide was prepared.
(2) A 300 mg / mL acetonitrile solution of tris (1- (pyridin-2-yl) -1H-pyrazole) cobalt (III) tris (bis (trifluoromethanesulfonyl) imide) was prepared.
(3) 75 μL of the lithium solution obtained in (1) above, 150 mg of spiro-OMeTAD, and 58 μL of the cobalt solution obtained in (2) above were dissolved in 2 mL of chlorobenzene.
(4) 2-Amylpyridine represented by the above formula (A1) was dissolved in the solution obtained in the above (3). The concentration of 2-amylpyridine was 196 mol% with respect to spiro-OMeTAD.
(5) The solution obtained in the above (4) was spin-coated on a perovskite thin film at 3000 rpm for 30 seconds. Thereafter, the hole transport layer 7 having a thickness of 50 nm was formed by drying at room temperature.

4.金薄膜の蒸着(裏面電極8の作製)
電池の正極となる部分のペロブスカイト層、spiro−OMeTAD層を除去した。真空蒸着器により、厚さ100nmの金薄膜を高真空(3×10−4Pa以下)下で蒸着し、裏面電極8を形成した。
4). Gold thin film deposition (preparation of back electrode 8)
The perovskite layer and the spiro-OMeTAD layer in the part that becomes the positive electrode of the battery were removed. A gold thin film having a thickness of 100 nm was vapor-deposited under a high vacuum (3 × 10 −4 Pa or less) with a vacuum vapor deposition device to form the back electrode 8.

得られた太陽電池に、ソーラーシミュレータ(ワコム電創社製、WXS−155S−10)においてAM1.5の擬似太陽光(強度1000W/m)を照射したところ、14.82%の変換効率が得られた。ここで、光照射領域は1.02cmとした。 When the obtained solar cell was irradiated with AM1.5 artificial sunlight (intensity 1000 W / m 2 ) in a solar simulator (WXS-155S-10, manufactured by Wacom Denso Co., Ltd.), the conversion efficiency was 14.82%. Obtained. Here, the light irradiation area was 1.02 cm 2 .

(実施例2)
ホール輸送層の作製において、ピリジン誘導体として上記式(A2)で表される2−オクチルピリジンを用いたこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製した。
(Example 2)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that 2-octylpyridine represented by the above formula (A2) was used as the pyridine derivative in producing the hole transport layer.

得られた太陽電池にソーラーシミュレータにおいてAM1.5の擬似太陽光(強度1000W/m)を照射したところ、14.74%の変換効率が得られた。 When the obtained solar cell was irradiated with artificial sunlight of AM1.5 (intensity 1000 W / m 2 ) in a solar simulator, a conversion efficiency of 14.74% was obtained.

(実施例3)
ホール輸送層の作製において、ピリジン誘導体として上記式(A3)で表される2−ドデシルピリジンを用いたこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製した。
(Example 3)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that 2-dodecylpyridine represented by the above formula (A3) was used as the pyridine derivative in producing the hole transport layer.

得られた太陽電池にソーラーシミュレータにおいてAM1.5の擬似太陽光(強度1000W/m)を照射したところ、14.52%の変換効率が得られた。 When the obtained solar cell was irradiated with artificial sunlight of AM 1.5 (intensity 1000 W / m 2 ) in a solar simulator, a conversion efficiency of 14.52% was obtained.

(実施例4)
ホール輸送層の作製において、ピリジン誘導体として上記式(A4)で表される2−イソプロピルピリジンを用いたこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製した。
Example 4
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that 2-isopropylpyridine represented by the above formula (A4) was used as the pyridine derivative in producing the hole transport layer.

得られた太陽電池にソーラーシミュレータにおいてAM1.5の擬似太陽光(強度1000W/m)を照射したところ、14.61%の変換効率が得られた。 When the obtained solar cell was irradiated with artificial sunlight of AM 1.5 (intensity 1000 W / m 2 ) in a solar simulator, a conversion efficiency of 14.61% was obtained.

(実施例5)
ホール輸送層の作製において、ピリジン誘導体として上記式(A5)で表される2,6−ジイソブチルピリジンを用いたこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製した。
(Example 5)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1, except that 2,6-diisobutylpyridine represented by the above formula (A5) was used as the pyridine derivative in producing the hole transport layer.

得られた太陽電池にソーラーシミュレータにおいてAM1.5の擬似太陽光(強度1000W/m)を照射したところ、14.35%の変換効率が得られた。 When the obtained solar cell was irradiated with artificial sunlight of AM1.5 (intensity 1000 W / m 2 ) in a solar simulator, a conversion efficiency of 14.35% was obtained.

(比較例1)
ホール輸送層の作製において、ピリジン誘導体として下記式(A6)で表される4−tert−ブチルピリジンを用いたこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that 4-tert-butylpyridine represented by the following formula (A6) was used as the pyridine derivative in producing the hole transport layer.

得られた太陽電池にソーラーシミュレータにおいてAM1.5の擬似太陽光(強度1000W/m)を照射したところ、13.14%の変換効率が得られた。 When the obtained solar cell was irradiated with artificial sunlight of AM 1.5 (intensity 1000 W / m 2 ) in a solar simulator, a conversion efficiency of 13.14% was obtained.

(比較例2)
ホール輸送層の作製において、ピリジン誘導体としてピリジンを用いたこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that pyridine was used as the pyridine derivative in producing the hole transport layer.

得られた太陽電池にソーラーシミュレータにおいてAM1.5の擬似太陽光(強度1000W/m)を照射したところ、12.58%の変換効率が得られた。 When the obtained solar cell was irradiated with artificial sunlight of AM1.5 (intensity 1000 W / m 2 ) in a solar simulator, a conversion efficiency of 12.58% was obtained.

実施例1及び比較例1で得た太陽電池を、湿度5%未満の空気で満たされた暗所であるデシケータ内で1000時間保管し、ソーラーシミュレータにおいてAM1.5の擬似太陽光(強度1000W/m)を照射した。実施例1〜5の太陽電池は初期変換効率の100%を示し、比較例1の太陽電池は初期変換効率の70%を示した。
また、表1に示されるように、実施例1〜5の太陽電池は比較例1〜2の太陽電池よりも高い光電変換効率と高い安定性を有することが確認された。
The solar cells obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were stored in a desiccator that was a dark place filled with air having a humidity of less than 5% for 1000 hours, and AM1.5 simulated sunlight (intensity 1000 W / intensity) was stored in a solar simulator. m 2 ). The solar cells of Examples 1 to 5 showed 100% of the initial conversion efficiency, and the solar cell of Comparative Example 1 showed 70% of the initial conversion efficiency.
Moreover, as Table 1 showed, it was confirmed that the solar cell of Examples 1-5 has a higher photoelectric conversion efficiency and high stability than the solar cell of Comparative Examples 1-2.

以上説明したように、本発明は、オルト位に炭化水素基を有するピリジン誘導体をペロブスカイト太陽電池のホール輸送層に添加することで、長期間光電変換効率が持続するペロブスカイト太陽電池の提供を可能とする。本発明はペロブスカイト太陽電池の実用化のために大いに利用されることが期待される。   As described above, the present invention can provide a perovskite solar cell having a long-term photoelectric conversion efficiency by adding a pyridine derivative having a hydrocarbon group at the ortho position to the hole transport layer of the perovskite solar cell. To do. The present invention is expected to be used for practical application of perovskite solar cells.

1 透明支持基板
2 透光性導電層
3 ホールブロッキング層
4 透光導電性支持体
5 電子輸送層(ペロブスカイトが浸入した電子輸送層)
6 ペロブスカイト層
7 ホール輸送層
8 裏面電極
10 太陽電池

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent support substrate 2 Translucent conductive layer 3 Hole blocking layer 4 Translucent conductive support 5 Electron transport layer (Electron transport layer which perovskite infiltrated)
6 Perovskite layer 7 Hole transport layer 8 Back electrode 10 Solar cell

Claims (4)

透明導電性支持体、ホールブロッキング層、電子輸送層、ペロブスカイト層、ホール輸送層、及び裏面電極を含むペロブスカイト太陽電池において、
該ホール輸送層がピリジン誘導体を含有することを特徴とするペロブスカイト太陽電池であって、
前記ピリジン誘導体が下記一般式(I)で表される、オルト位の少なくとも一方が置換または非置換の脂肪族炭化水素で置換されたピリジン誘導体である、ことを特徴とするペロブスカイト太陽電池。

(R、Rは水素原子または脂肪族炭化水素基から選ばれ、かつR、Rの少なくとも一つは置換または非置換脂肪族炭化水素基である。)
In a perovskite solar cell including a transparent conductive support, a hole blocking layer, an electron transport layer, a perovskite layer, a hole transport layer, and a back electrode,
A perovskite solar cell, wherein the hole transport layer contains a pyridine derivative,
A perovskite solar cell, wherein the pyridine derivative is a pyridine derivative represented by the following general formula (I), wherein at least one of ortho positions is substituted with a substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon.

(R 1 and R 2 are selected from a hydrogen atom or an aliphatic hydrocarbon group, and at least one of R 1 and R 2 is a substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon group.)
一般式(I)で表される前記ピリジン誘導体のR、Rの少なくとも一つは、炭素数3以上20以下の置換または非置換脂肪族炭化水素基であることを特徴とする請求項1に記載のペロブスカイト太陽電池。 2. At least one of R 1 and R 2 of the pyridine derivative represented by the general formula (I) is a substituted or unsubstituted aliphatic hydrocarbon group having 3 to 20 carbon atoms. The perovskite solar cell described in 1. 前記ホール輸送層がspiro−OMeTADをホール輸送材料とすることを特徴とする請求項1または2に記載のペロブスカイト太陽電池。   The perovskite solar cell according to claim 1 or 2, wherein the hole transport layer uses spiro-OMeTAD as a hole transport material. 前記電子輸送層が酸化チタンナノ粒子で構成されることを特徴とする請求項1から3のいずれか1に記載のペロブスカイト太陽電池。

The perovskite solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the electron transport layer is composed of titanium oxide nanoparticles.

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018117008A (en) * 2017-01-17 2018-07-26 積水化学工業株式会社 Solid junction type photoelectric conversion element and solid junction type photoelectric conversion element P type semiconductor layer
US10579071B1 (en) * 2018-09-07 2020-03-03 GM Global Technology Operations LLC Real-time formed robotic swarm for material handling
WO2020105207A1 (en) * 2018-11-20 2020-05-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solar battery
KR102210595B1 (en) 2020-01-22 2021-02-02 고려대학교 산학협력단 High efficiency perovskite optoelectric device and manufacturing method by the same
CN115626924A (en) * 2022-12-22 2023-01-20 北京绿人科技有限责任公司 Amine derivative organic compound, application thereof and perovskite solar cell containing amine derivative
CN116261341A (en) * 2023-03-14 2023-06-13 西南石油大学 Precursor solution and preparation method thereof, hole transport layer preparation and perovskite solar cell preparation method

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018117008A (en) * 2017-01-17 2018-07-26 積水化学工業株式会社 Solid junction type photoelectric conversion element and solid junction type photoelectric conversion element P type semiconductor layer
US10579071B1 (en) * 2018-09-07 2020-03-03 GM Global Technology Operations LLC Real-time formed robotic swarm for material handling
WO2020105207A1 (en) * 2018-11-20 2020-05-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solar battery
JPWO2020105207A1 (en) * 2018-11-20 2021-11-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solar cell
JP7357247B2 (en) 2018-11-20 2023-10-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 solar cells
KR102210595B1 (en) 2020-01-22 2021-02-02 고려대학교 산학협력단 High efficiency perovskite optoelectric device and manufacturing method by the same
CN115626924A (en) * 2022-12-22 2023-01-20 北京绿人科技有限责任公司 Amine derivative organic compound, application thereof and perovskite solar cell containing amine derivative
CN116261341A (en) * 2023-03-14 2023-06-13 西南石油大学 Precursor solution and preparation method thereof, hole transport layer preparation and perovskite solar cell preparation method
CN116261341B (en) * 2023-03-14 2023-10-03 西南石油大学 Precursor solution and preparation method thereof, hole transport layer preparation and perovskite solar cell preparation method

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