CN113016091A - 元件 - Google Patents

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Abstract

本发明的课题是提供一种元件，其在将端子从太阳能电池等的元件取出至外部时、或检查元件的性能时，不剥离背面电极即可取出端子。本发明的解决方案是关于一种元件，其具有基板3、设置于基板3上的透明电极5a、5b、光电转换层7、9、11及背面电极13，透明电极5a、5b具有空间上分离的第一透明电极部5a及第二透明电极部5b，光电转换层7、9、11形成于第一透明电极部5a上，背面电极13具有：电极主体部13a，其存在于光电转换层11上；电极取出部13b，其与第二透明电极部接触；以及电桥13c，其连接电极主体部13a与电极取出部13b。

Description

元件
技术领域
本发明关于太阳能电池等的元件。
背景技术
在将端子从太阳能电池等的元件取出至外部时、或检查元件性能时，需要从背面电极取出端子的一边，且需要用夹状电极夹住背面电极、或按压销状电极。此时有通过蒸镀等形成的金属等的背面电极剥落的问题。
日本公开特许2018-163938号公报中记载了由下述构造所构成的太阳能电池：在配置有电极、对电极、以及在这些之间的光电转换层的层积体中，对电极上被密封层所被覆。
太阳能电池有在高温高湿下转换效率或输出会劣化的问题，如上述文献所述，为了延长化太阳能电池的寿命，已知有使用密封材从而从外部因素保护发电部的技术。然而，却有难以从已经密封的背面电极取出端子的问题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1日本特开2018-163938号公报
发明内容
发明所欲解决的课题
因此，本说明书所记载的一发明目的在于提供不剥离背面电极即可取出端子的形状的太阳能电池等的元件。
另外，本说明书所记载的一发明目的在于提供具有即使以密封材层被覆也可取出端子的形状的太阳能电池等的元件。此外，本说明书所记载的一发明目的在于提供较少性能降低或不一致的太阳能电池等的元件。
解决课题的技术方案
本发明基本上是基于以下发现。
首先，若是元件的端子存在于与背面电极分离的部位，则在将端子取出时或检査电池的性能时，可防止背面电极剥离等的情形。此外，以往的太阳能电池中，被认为会有因漏电所导致的性能下降或性能的偏差。其漏电被认为例如是因为下述原因所产生：背面电极与形成光电转换层的电子传输层接触、或背面电极横穿钙钛矿层/空穴传输层的端部。因此，通过使背面电极不与电子传输层接触，减少背面电极横穿钙钛矿层/空穴传输层的端部的区域的宽度，防止上述漏电，由此可防止性能下降或性能的偏差。
本说明书所记载的一发明关于一种元件，其具有基板3、设置于基板3上的透明电极5a、5b、光电转换层(包含电子传输层7、光活性层9及空穴传输层11的层)及背面电极13。而且，透明电极5a、5b具有空间上分离的第一透明电极部5a及第二透明电极部5b。光电转换层7、9、11形成于第一透明电极部5a上。
背面电极13具有：电极主体部13a，其存在于光电转换层11上；电极取出部13b，其与第二透明电极部接触；以及电桥13c，其连接电极主体部与电极取出部。
ITO等的透明电极是在空间上分离为第一透明电极部5a及第二透明电极部5b。因此只要从第一透明电极部5a、以及背面电极的电极取出部13b电性连接的第二透明电极5b取出端子即可，所以无需从背面电极13取出端子，因此，背面电极变得不易剥落。将背面电极13分为两个部位并成为以电桥连接的形状，因其电桥成为横穿光电转换层的端部的形状，所以可将漏电控制在最小限度。
上述的元件的优选例为在将电极主体部的宽度设为W时，电桥的宽度WB为0.01W以上0.8W以下。若背面电极未分离，则如上所述，会产生漏电。另一方面，若电桥过细，则电阻会变得过高而难以传送电力。因此，电桥的宽度优选为上述的宽度。
上述的元件的优选例为背面电极13的平均膜厚为20nm以上250nm以下者。
上述的元件的优选例为背面电极13包含金，背面电极13的平均膜厚为100nm以上200nm以下者。此元件例如在照射1Sun般的强光或200Lx般的弱光时等，可无关于入射光的照度强弱而获得高输出。
上述的元件的优选例为进一步具有：密封材层，其覆盖透明电极及背面电极。通过这样的构成，可使钙钛矿层紧密。此外，如上所述，借由具有密封材层，可增长元件寿命。
上述的元件的优选例为光电转换层包含电子传输层7、钙钛矿层9及空穴传输层13者。
上述的元件的优选例为电极主体部13a及电桥13c不与第一透明电极部5a及电子传输层7相接者。
上述的元件的优选例为具有元件的太阳能电池。
发明效果
本说明书可提供在从元件取出端子时或检查元件性能时，能够不剥离背面电极的形状的太阳能电池等的元件。
本说明书能够提供较少性能降低或偏差的太阳能电池等的元件。
附图说明
图1是表示本发明的元件的构成例的概念图。图1(a)为元件的俯视图。图1(b)表示背面电极。
具体实施方式
以下使用附图说明用以实施本发明的方式。本发明不限定于以下说明的方式，也包含所述技术领域的技术人员在显而易见的范围内，从以下方式适当修正者。
图1是表示本发明的元件的构成例的概念图。图1(a)为元件的俯视图。图1(b)表示背面电极。如图1(a)所示，元件1的例子为关于以下的元件，具有：基板3；透明电极5a、5b，其设置于基板3上；光电转换层7、9、11，其包含电子传输层7、光活性层9及空穴传输层11，并转换光与电；以及背面电极13。而且，透明电极5a、5b是由空间上分离的第一透明电极部5a与第二透明电极部5b所构成。光电转换层7、9、11形成于第一透明电极部5a上。在此，光电转换层7、9、11“形成于第一透明电极部5a上”是指光电转换层7、9、11的一部分形成于第一透明电极部5a的上部，或是光电转换层7、9、11的全部形成于第一透明电极部5a的上部。在图1(a)的例子中，光电转换层的最下层(图1(a)的例子中为电子传输层7)的大部分形成于第一透明电极部5a的上部，且光电转换层的最下层7的一部分从第一透明电极部5a朝向第二透明电极部5b突出。而且，光电转换层的上层(图1(a)的例子中为光活性层9及空穴传输层11)的大部分形成于第一透明电极部5a及光电转换层的最下层7的上部，且光电转换层的上层的一部分从第一透明电极部5a及光电转换层的最下层7朝向第二透明电极部5b突出。在图1(a)的例子中，光电转换层的最下层7的宽度比第一透明电极部5a的宽度更狭窄，光电转换层的上层的宽度比光电转换层的最下层7的宽度更狭窄。而且，各元件为相对于中心线而大致线对称的形状。
元件1的例子为太阳能电池及有机EL元件。太阳能电池的例子为钙钛矿太阳能电池。钙钛矿太阳能电池例如依序具备透明电极、(空穴)阻挡层、电子传输层、钙钛矿层(光吸收层)、空穴传输层及背面电极。钙钛矿太阳能电池可为于透明电极上设置n型半导体层的正置型，也可为于透明电极上设置p型半导体层的倒置型。以下用依序具备透明电极、(空穴)阻挡层、电子传输层、钙钛矿层(光吸收层)、空穴传输层及背面电极的钙钛矿太阳能电池为例，说明钙钛矿太阳能电池。
有机EL元件例如日本特开2017-123352号公报及日本特开2015-071619号公报的记载所述，为公知的元件，其制造方法也为公知。有机EL元件的例子具有基板、阳极、阴极及配置于阳极与阴极之间的有机层。而且，有机层是丛阳极侧，依空穴注入层、空穴传输层、发光层、电子传输层及电子注入层这样的顺序而层积所构成。
基板
作为基板3，可适当使用钙钛矿太阳能电池或有机EL元件中的公知的基板。基板的例子为玻璃基板、绝缘体基板、半导体基板、金属基板及导电性基板(也包含导电性膜)。此外，也优选使用于这些的表面的一部分或全部之上形成有金属膜、半导体膜、导电性膜及绝缘性膜的至少一种的膜的基板。
金属膜的构成金属的例子为由镓、铁、铟、铝、钒、钛、铬、铑、镍、钴、锌、镁、钙、硅、钇、锶及钡中所选择的一种或两种以上的金属。半导体膜的构成材料可举例为硅、锗等的元素单体、具有周期表的第三族～第五族、第十三族～第十五族的元素的化合物、金属氧化物、金属硫化物、金属硒化物、金属氮化物等。此外，导电性膜的构成材料的例子为锡掺杂氧化铟(ITO)、氟掺杂氧化铟(FTO)、氧化锌(ZnO)、铝掺杂氧化锌(AZO)、镓掺杂氧化锌(GZO)、氧化锡(SnO2)、氧化铟(In2O3)及氧化钨(WO3)。绝缘性膜的构成材料的例子为氧化铝(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)及氮氧化硅(Si4O5N3)。
基板的形状的例子为平板或圆板等的板状、纤维状、棒状、圆柱状、角柱状、筒状、螺旋状、球状、环状，也可为多孔构造物。在本发明中，这些之中优选为板状的基板。基板的厚度的例子优选为0.1μm～100mm，更优选为1μm～10mm。
透明电极
透明电极5a、5b设置于上述的基板3上。此时，透明电极5a、5b可直接设置于基板3之上，也可通过任意层设置于基板3之上。透明电极为电子传输层的支撑体，且为具有通过(空穴)阻挡层从钙钛矿层(光吸收层)取出电流(电子)的功能的层。因此，透明电极优选为导电性基板、或具有透光性的透明导电层，所述透明导电层能使有助于光电转换的光穿透。
作为透明导电层可举例如锡掺杂氧化铟(ITO)膜、杂质掺杂的氧化铟(In2O3)膜、杂质掺杂的氧化锌(ZnO)膜、氟掺杂二氧化锡(FTO)膜、层积这些层所构成的层积膜等。这些透明导电层的厚度无特别限制，通常优选为调整成片电阻成为5～15Ω/□(每单位面积)。该透明导电层可因应成型材料而借由公知成膜方法获得。
另外，透明导电层为了从外部保护，可视需要借由透光性被覆体覆盖。作为该透光性被覆体，可举例如氟树脂、聚氯乙烯、聚酰亚胺等的树脂薄片、白板玻璃、钠玻璃等的无机薄片、组合这些素材所构成的混合薄片等。这些透光性被覆体的厚度无特别限制，通常优选为调整成电阻成为5～15Ω/□。
在透明电极层与电子传输层之间也可设置空穴阻挡层。(空穴)阻挡层是为了预防空穴的泄漏，抑制反向电流并使太阳能电池特性(特别是光电转换效率)提高所设置的层，优选为设置于透明电极与钙钛矿层(光吸收层)之间。(空穴)阻挡层优选为由氧化钛等的金属氧化物所构成的层，更优选为以紧密TiO2等的n型半导体平滑且致密地覆盖透明电极的表面。“致密”是指以比电子传输层中的金属化合物的填充密度更高密度而填充金属化合物。此外，透明电极与电子传输层与若无电性连接，则可存在针孔、破裂等。
(空穴)阻挡层的膜厚例如为5～300nm。以对电极的电子注入效率的观点来看，(空穴)阻挡层的膜厚更优选为10～200nm。
(空穴)阻挡层形成于上述透明电极上。在金属氧化物用于(空穴)阻挡层的情形时，可根据已知的方法(例如非专利文献4，J.Phys.D:Appl.Phys.2008,41,102002.等)，例如借由进行喷雾热分解而制造。例如可对于放置于加热至200～550℃(特别是300～500℃)的加热板上的透明电极，以喷雾喷涂0.01～0.40M(特别是0.02～0.20M)的金属醇盐(钛二(异丙醇)双(乙酰丙酮)等的钛醇盐等)的酒精溶液(例如异丙基酒精溶液等)而进行制造。
然后，将所得的基板浸渍于氧化钛(TiO2等)、钛醇盐(钛异丙醇等)、钛卤化物(TiCl4等)的水溶液中并加热，由此可获得更致密的膜。
包含(空穴)阻挡层的原料的水溶液中的原料浓度优选为0.1～1.0mM，更优选为0.2～0.7mM。此外，浸渍温度优选为30～100℃，更优选为50～80℃。而且，加热条件优选为在200～1000℃(特别是300～700℃)下5～60分钟(特别是10～30分钟)。
电子传输层
电子传输层7是为了使钙钛矿层(光吸收层)的活性表面积增加，使光电转换效率提升，且使电子收集容易进行而形成。电子传输层可形成于基板上，也可形成于(空穴)阻挡层上。此外，上述的(空穴)阻挡层也可作为电子传输层而发挥功能，电子传输层也可兼作为(空穴)阻挡层。电子传输层也可为使用富勒烯衍生物等有机半导体材料的平坦的层。此外，电子传输层也可为由氧化钛(TiO2)(包含介孔TiO2)、氧化锡(SnO2)、氧化锌(ZnO)等的金属氧化物所构成的层。
此外，在金属化合物为半导体的情形时，可掺杂供体。由此，电子传输层会成为导入至钙钛矿层(光吸收层)的窗口层，且可将从钙钛矿层(光吸收层)获得的电力更有效率地取出。
电子传输层的厚度无特别限制，以更可收集来自钙钛矿层(光吸收层)的电子的观点来看，优选为10～300nm左右，更优选为10～50nm左右。电子传输层可因应成型的材料而使用公知的成膜方法获得。例如可于透明电极之上涂布3～15质量％(特别是5～10质量％)的氧化锡微粒子的水分散液而进行制造。氧化锡微粒子水分散液可使用公知或市售品。涂布的方法优选为旋转涂覆法。此外，涂布例如可在15～30℃左右进行。
光活性层
钙钛矿太阳能电池中的钙钛矿层(光活性层、光吸收层)9是吸收光，使被激发的电子与空穴移动，由此进行光电转换的层。钙钛矿层(光吸收层)包含钙钛矿材料、或钙钛矿络合物。优选为通过旋转涂覆、浸渍涂覆、丝网印刷法、辊涂覆、模具涂覆法、转印印刷法、喷雾法、狭缝涂覆法等，其中优选为通过旋转涂覆将混合液涂布于基板上。
以光吸收效率与激发子扩散长度的平衡以及在透明电极反射的光的吸收效率的观点来看，钙钛矿层(光活性层，光吸收层)的膜厚例如优选为50～1000nm，更优选为200～800nm。此外，本发明的钙钛矿层(光吸收层)的膜厚优选为100～1000nm的范围内，更优选为250～500nm的范围内。本发明的钙钛矿层(光活性层，光吸收层)的膜厚是通过膜的剖面扫描式电子显微镜(剖面SEM)测量。
另外，本发明的钙钛矿层(光活性层，光吸收层)的平坦性优选为在扫描式电子显微镜所测量的表面的水平方向500nm×500nm的范围中，高低差为50nm以下(-25nm～+25nm)者，更优选为高低差为40nm以下(-20nm～+20nm)。由此更容易取得光吸收效率与激发子扩散长度的平衡，可使在透明电极反射的光的吸收效率更提升。此外，钙钛矿层(光吸收层)的平坦性是以任意决定的测量点为基准点，在测量范围内将与膜厚最大处的差作为上限值、将与最小处的差作为下限值，通过本发明的钙钛矿层(光吸收层)的剖面扫描式电子显微镜(剖面SEM)测量。
锡系钙钛矿层合计包含0.01ppm以上1000ppm以下的由零价锡、吡嗪系化合物、硅系化合物及锗系化合物所选择的一种或两种以上。此锡系钙钛矿层可基于上述的锡系钙钛矿层的制造方法获得，残留预定量的还元剂等的残留物。借由残留预定量的特定的物质，锡系钙钛矿层成为钝化优异者。这些物质的含量可通过对锡系钙钛矿层进行成分分析而分析。在以下说明的实施例中，实际上是获得锡系钙钛矿层。而且，上述的含量具有临界性(上述的数值范围外与范围内，钝化具有显着差异)。吡嗪系化合物及硅系化合物的例子为式(I)～式(V)所示化合物。锗系化合物为先前说明的锗系还元剂、或这些还元剂与溶液中的化合物反应所生成的化合物。上述的合计量可为0.1ppm以上500ppm以下，也可为1ppm以上500ppm以下。这种具有锡系钙钛矿层的发光性材料、或光电转换元件可发挥上述的特性，并具有良好特性。此外，钙钛矿层并不限定于锡系的钙钛矿层，也可使用由铅系等其他材料所构成的钙钛矿层。
空穴传输层
空穴传输层11为具有传输电荷的功能的层。例如可将导体、半导体、有机空穴传输材料等用于空穴传输层。该材料可作为空穴传输材料发挥功能，所述空穴传输材料是从钙钛矿层(光吸收层)接受空穴，并传输空穴。空穴传输层形成于钙钛矿层(光吸收层)上。作为该导体及半导体，可举例如：包含CuI、CuInSe2、CuS等的一价铜的化合物半导体；以及包含GaP、NiO、CoO、FeO、Bi2O3、MoO2、Cr2O3等的铜以外的金属的化合物。其中以更有效率地仅接受空穴且获得更高的空穴迁移率的观点来看，优选为包含一价铜的半导体，更优选为CuI。作为有机空穴传输材料，可举例如：聚-3-己基噻吩(P3HT)、聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)等的聚噻吩衍生物；2,2’,7,7’-四-(N,N-二对甲氧基苯基胺)-9,9’-螺二芴(Spiro-OMeTAD)等的芴衍生物；聚乙烯基咔唑等的咔唑衍生物；聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](PTAA)等的三苯基胺衍生物；二苯基胺衍生物；聚硅烷衍生物；聚苯胺衍生物等。其中以更有效率地仅接受空穴且获得更高空穴迁移率的观点来看，优选为三苯基胺衍生物、芴衍生物等，更优选为PTAA、Spiro-OMeTAD等。
在空穴传输层中，以进一步使空穴传输特性提升为目的，可包含锂双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺(LiTFSI)、银双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺、三氟甲基磺酰基氧银、NOSbF6、SbCl5、SbF5、三(2-(1H-吡唑-1-基)-4-叔丁基吡啶)钴(III)三[双(三氟甲烷)磺酰亚胺]等的氧化剂。此外，在空穴传输层中可包含叔丁基吡啶(TBP)、2-皮考啉、2,6-二甲基吡啶等的碱性化合物。氧化剂及碱性化合物的含量可为以往所通常使用的量。以更有效率地仅接受空穴且获得更高空穴迁移率的观点来看，空穴传输层的膜厚例如优选为50～500nm，更优选为100～300nm。空穴传输层的成膜方法例如优选为于干燥环境下进行。例如优选为干燥环境下将包含有机空穴传输材料的溶液涂布(旋转涂覆等)于钙钛矿层(光吸收层)上，以30～180℃(特别是100～150℃)加热。
电子传输层7、钙钛矿层9及空穴传输层13可依此顺序形成于透明电极5a、5b上。此外，电子传输层7、钙钛矿层9及空穴传输层13也可依空穴传输层13、钙钛矿层9及电子传输层7的顺序形成于透明电极5a、5b上。光电转换层可仅由电子传输层7、钙钛矿层9及空穴传输层13所构成，也可适当含有电子传输层7、钙钛矿层9及空穴传输层13以外的层。
背面电极
背面电极13是在其为金属物的情形时，也称为金属电极的电极。背面电极与透明电极对向配置，并形成于空穴传输层上，由此能够与空穴传输层进行电荷的交换。作为背面电极，能够使用本业界所使用的公知的素材，可举例如铂、钛、不锈钢、铝、金、银、镍等的金属或这些的合金。这些当中，以可于干燥环境下形成电极的观点来看，金属电极优选为可以蒸镀等的方法形成的材料。
密封材层
密封材层是为了保护光电转换部而设置。构成密封材层的材料的例子为乙烯-乙酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚烯烃(PO)、聚酰亚胺(PI)等的热可塑性树脂、环氧树脂、氨基甲酸酯及聚酰亚胺等的热硬化性树脂、玻璃等的无机材料，优选为EVA、PO、玻璃。
密封材层的厚度例如优选为0.1～10mm，更优选为0.2～1.0mm。借由密封材层具这样的厚度，可充分密封并保护光电转换部。
密封材层的拉伸弹性率例如优选为0.005～0.05GPa，更优选为0.01～0.05GPa。借由密封材层的拉伸弹性率在这样的范围，可充分地缓和表面保护基板的膨张、收缩所造成的应力。
元件也可进一步具有表面保护层或表面保护基板。
如图1(a)所示，透明电极5a、5b具有空间上分离的第一透明电极部5a与第二透明电极部5b。第一透明电极部5a通常为于其上部构建光电转换部的电极。第一透明电极部5a的大小或形状为任意，但期望为可构建光电转换部的大小。第一透明电极部5a与第二透明电极部5b的距离G因应元件的大小适当调整即可。但此距离G若过小，则背面电极无法充分分离，电极主体部13a及电桥13c无法确保不与第一透明电极部5a及电子传输层7相接的状态。因此，将后述的电极主体部13a的宽度(与电桥13c的长度方向垂直的方向上的宽度)设为W时，距离G优选为0.1W以上1W以下，也可为0.2W以上0.9W以下，也可为0.3W以上0.8W以下。此外，在电极主体部的形状为圆形、椭圆形、多角形、不定形等的情形，可将依图1(a)的电极主体部13a的形状为凖的宽度定义为W。
如图1(b)所示，背面电极13具有：电极主体部13a，其存在于空穴传输层11上；电极取出部13b，其与第二透明电极5b电性连接；以及电桥13c，其连接电极主体部13a与电极取出部13b。电极主体部13a通常设置于形成于第一透明电极部5a上的各层之上。电极取出部13b通常设置于第二透明电极5b之上。
因ITO等的透明电极是在空间上分离为第一透明电极部5a及第二透明电极部5b，所以在从元件取出端子时、或检查元件的性能时，分别从第一透明电极部5a、以及与背面电极的电极取出部13b电性连接的第二透明电极5b取出端子、或与检査机器连接即可，电极主体部13a变得不容易剥离。将背面电极13分为两个部位并成为以电桥连接的形状，因其电桥成为横穿钙钛矿层9/空穴传输层11的端部的形状，所以可将漏电控制在最小限度。
上述的元件的优选例为将电极主体部13a的宽度设为W时，电桥的宽度WB为0.01W以上0.8W以下者，也可为0.05W以上0.5W以下，也可为0.05W以上0.3W以下，也可为0.1W以上0.3W以下。若背面电极未分离，则如上所述，漏电点变多的可能性提高。另一方面，若电桥过细，则电阻会变得过高而难以传送电力。因此，电桥的宽度优选为所述宽度。
上述的元件的优选例为背面电极13的平均膜厚为20nm以上250nm以下者。
上述的元件的优选例为背面电极13包含金，背面电极13的平均膜厚为100nm以上200nm以下者。此元件例如照射1Sun般的强光或200Lx般的弱光时等，可无关于入射光的照度强弱而获得高输出。
上述的元件的优选例为电极主体部13a及电桥13c不与第一透明电极部5a及电子传输层7相接者。电极主体部13a不与第一透明电极部5a及电子传输层7相接，因此，如图1(a)所示，在比电极主体部13a更宽阔的区域形成钙钛矿层9及空穴传输层11。此外，至少对于存在有电极主体部13a的区域中，钙钛矿层9及空穴传输层11会覆盖电子传输层7。如此一来，电极主体部13a成为不与第一透明电极部5a及电子传输层7相接。电桥13c为了不与第一透明电极部5a及电子传输层7相接，因此，对于存在有电桥13c的区域中，钙钛矿层9及空穴传输层11会覆盖电子传输层7。此外，如图1(a)所示，优选为相较于电子传输层7的第二透明电极部5b侧的端部，钙钛矿层9及空穴传输层11的第二透明电极部5b侧的端部更接近第二透明电极部5b。
电桥13c的长度BL(因此，为电极主体部13a与电极取出部13b的距离)优选为0.1W以上1.5W以下，也可为0.2W以上1.2W以下，也可为0.3W以上1W以下，也可为0.8W以上1.2W以下。
上述的元件的优选例为进一步具有覆盖透明电极及背面电极的密封材层。借由成为此构成，可使钙钛矿层更紧密。此外，如上所述，借由具有密封材层，可增长元件寿命。
上述的元件的优选例为元件为太阳能电池。
太阳能电池或有机EL元件的制造方法除了记载于本说明书所述的文献中以外，已广为众所周知。因此，本说明书所述的元件可适当使用公知的方法制造。
[实施例1]
以根据JIS C 8913:1998的硅结晶系太阳能电池的输出测量方法的方法，测量实施例1～2及比较例1的太阳能电池的光电转换特性。于太阳能光模拟器(分光计器公司制SMO-250PV型)组合相当于AM 1.5G的大气质量过滤器，以二级标准Si太阳能电池调整为100mW/cm2的光量并作为测量用光源，对钙钛矿型太阳能电池的试验样品照射光，同时使用源表(Keithley InstrumentsInc.制，2400型泛用源表)测量I-V曲线特性，导出I-V曲线特性测量所得的短路电流(Isc)、开路电压(Voc)、填充因数(FF)、串联电阻(Rs)及并联电阻(Rsh)。而且，使用以下的式1及式2计算短路电流密度(Jsc)及光电转换效率(PCE)。
式1：短路电流密度(Jsc；mA/cm2)＝Isc(mA)/有效受光面S(cm2)。
式2：光电转换效率(PCE；％)＝Voc(V)×Jsc(mA/cm2)×FF×100/100(mW/cm2)。
制造如图1所示太阳能电池用的元件。其制造方法如下所述。
将附ITO的玻璃基板(25mm×24.5mm，吉奥马科技)以2-丙醇、丙酮、SemicoClean56、水、2-丙醇的顺序分别进行15分钟超音波洗浄。最后进行15分钟的UV臭氧洗浄。
电子传输层为通过以下方式成膜：于上述ITO基板上涂布以纯水稀释氧化锡微粒子的水分散液(Alfa Aesar 44592)并以PTFE过滤器过滤的溶液320μL，旋转涂覆后(以斜度2秒成为2000rpm，进行30秒旋转涂覆，以斜度2秒停止)，去除不必要的部分，以成为图1(a)电子传输层7的形状后，以150℃加热将基板30分钟成膜。所得的基板放入手套箱并进行接续的钙钛矿层的成膜。
使CsI、MABr、PbBr2、PbBr2、FAI溶解于DMF与DMSO的混合溶剂(体积比10：3)，调整为浓度为1.05M的溶液。将此溶液通过PTFE过滤器过滤后，将190μL涂布于已形成有电子传输层的上述基板上，进行旋转涂覆(以斜度1秒成为1000rpm，进行10秒旋转涂覆，进一步以斜度5秒成为3000rpm，进行20秒旋转涂覆)，于其中途滴下氯苯300μL。然后以150℃加热10分钟成膜。所得的基板放入手套箱并进行接续的空穴传输层的成膜。
将使空穴传输材料Spiro-OMeTAD 72.3mg、[三(2-(1H-吡唑-1-基)-4-叔丁基吡啶)钴(III)三(双(三氟甲基磺酰基)酰亚胺)](FK209)13.5mg、TBP 28.8μL及LiTFSI 9.1mg溶解于1mL的氯苯的溶液搅拌30分钟后，以PTFE过滤器过滤，将90μL旋转涂覆(以斜度4秒成为4000rpm，进行30秒旋转涂覆，以斜度4秒停止)于钙钛矿层上后，以70℃退火30分钟。去除不必要的部分，以成为图1(a)钙钛矿层9及空穴传输层11的形状后，最后通过真空蒸镀附上120nm的金电极，而得钙钛矿太阳能电池。
通过上述的制造方法所制造的元件如下所述。基板3为玻璃。第一透明电极部5a、第二透明电极部5b为ITO膜。一个元件的大小为25mm×24.5mm。第一透明电极部5a的大小为25mm×15.5mm。第二透明电极部5b的大小为25mm×4mm。透明电极部5的厚度为150nm。第一透明电极部5a与第二透明电极部5b的距离G为5mm。电子传输层7的大小为16mm×15mm，厚度为50nm。钙钛矿层9及空穴传输层11的大小为14mm×16mm，厚度分别为400nm及50nm。电极主体部13a的大小为10.5mm×10.5mm，电极取出部13b的大小为14mm×2mm，电桥13c的大小为1mm×6mm，背面电极的平均膜厚为120nm。
发电性能的值为1Sun中的转换效率13.2％，能够实现200勒克斯中的最大输出16μW/cm2。9片元件之中，最大输出为最低者的输出为10.5μW/cm2，达成抑制元件间的偏差。
[实施例2]
除了使背面电极的平均膜厚成为80nm以外，其他以与实施例1同样方式制造元件。其结果，发电性能的值为1Sun中的转换效率7.9％，200勒克斯中的最大输出16.3μW/cm2。若考虑实施例1，背面电极的平均膜厚为100nm以上200nm以下程度者，例如照射1Sun般的强光或200Lx般的弱光时等，因无关于入射光的照度强弱而可获得高的最大输出，故认为是优选的。
[比较例1]
电桥的宽度WB与电极主体部13a的宽度W相同，且电桥13c为与电子传输层7相接的形状，除此之外以与实施例1同样方式制造太阳能电池用元件。如此所得的元件在200勒克斯中的最大输出为3.5μW/cm2。
工业实用性
本发明可利用于于太阳能电池或有机EL元件的领域。
附图标记说明
1 元件
3 基板
5a 第一透明电极部
5b 第二透明电极部
7 电子传输层
9 钙钛矿层(光活性层、光吸收层)
11 空穴传输层
13 背面电极
13a 电极主体部
13b 电极取出部
13c 电桥

Claims (8)

1.一种元件，其特征在于，具有基板(3)、设置于所述基板(3)上的透明电极(5a、5b)、光电转换层(7、9、11)及背面电极(13)，
所述透明电极(5)具有空间上分离的第一透明电极部(5a)与第二透明电极部(5b)，
所述光电转换层(7、9、11)形成于所述第一透明电极部(5a)上，
所述背面电极(13)具有：
电极主体部(13a)，其存在于所述光电转换层(11)上；
电极取出部(13b)，其与所述第二透明电极部(5b)接触；以及
电桥(13c)，其连接所述电极主体部(13a)与所述电极取出部(13b)。
2.根据权利要求1所述的元件，其特征在于，
将所述电极主体部的宽度设为W时，所述电桥的宽度(WB)为0.01W以上0.8W以下。
3.根据权利要求1或2所述的元件，其特征在于，
所述背面电极(13)的平均膜厚为20nm以上250nm以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的元件，其特征在于，
所述背面电极(13)包含金，
所述背面电极(13)的平均膜厚为100nm以上200nm以下。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的元件，其特征在于，
进一步具有：密封材层，其覆盖所述透明电极及所述背面电极。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的元件，其特征在于，
光电转换层包含电子输送层(7)、钙钛矿层(9)及电洞输送层(11)。
7.根据权利要求6所述的元件，其特征在于，
所述电极主体部(13a)及所述电桥(13c)不与所述第一透明电极部及所述电子输送层(7)相接。
8.一种太阳能电池，其特征在于，具有根据权利要求1至7中任一项所述的元件。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011175779A (ja) * 2010-02-23 2011-09-08 Panasonic Electric Works Co Ltd 表示装置
KR20120031693A (ko) * 2010-09-27 2012-04-04 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 그 제조 방법
CN102947947A (zh) * 2010-06-21 2013-02-27 三菱电机株式会社 光电变换装置
CN103329280A (zh) * 2010-12-06 2013-09-25 信越化学工业株式会社 太阳能电池和太阳能电池模件
CN103460402A (zh) * 2011-04-04 2013-12-18 三菱电机株式会社 太阳能电池及其制造方法、太阳能电池模块
JP2016149500A (ja) * 2015-02-13 2016-08-18 国立大学法人京都工芸繊維大学 有機太陽電池及びその製造方法
JP2018098223A (ja) * 2016-12-07 2018-06-21 株式会社リコー 光電変換素子及び太陽電池モジュール

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4876452B2 (ja) * 2005-06-27 2012-02-15 パナソニック電工株式会社 照明装置
JP2012134188A (ja) 2009-03-24 2012-07-12 Fuji Electric Co Ltd 光電変換装置、太陽電池モジュール、及び光電変換装置の製造方法
DE112014004128T5 (de) 2013-09-09 2016-06-02 Hodogaya Chemical Co., Ltd. Benzopyridoindol-Derivat und organisches elektrolumineszierendes Element
JP2017123352A (ja) 2014-03-31 2017-07-13 出光興産株式会社 有機エレクトロルミネッセンス素子および電子機器
CN105374938B (zh) * 2014-08-12 2018-01-19 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 一种场效应有机太阳能电池及其制备方法
JP2018098233A (ja) * 2016-12-08 2018-06-21 京セラ株式会社 配線基板およびこれを用いた電子装置
JP6333343B2 (ja) 2016-11-15 2018-05-30 株式会社フジクラ 光電変換素子
JP6876480B2 (ja) 2017-03-24 2021-05-26 積水化学工業株式会社 太陽電池
WO2019006507A1 (en) * 2017-07-04 2019-01-10 Newsouth Innovations Pty Limited THIN FILM PHOTOVOLTAIC DEVICE AND ITS ENCAPSULATION METHOD

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011175779A (ja) * 2010-02-23 2011-09-08 Panasonic Electric Works Co Ltd 表示装置
CN102947947A (zh) * 2010-06-21 2013-02-27 三菱电机株式会社 光电变换装置
KR20120031693A (ko) * 2010-09-27 2012-04-04 엘지전자 주식회사 태양 전지 및 그 제조 방법
CN103329280A (zh) * 2010-12-06 2013-09-25 信越化学工业株式会社 太阳能电池和太阳能电池模件
CN103460402A (zh) * 2011-04-04 2013-12-18 三菱电机株式会社 太阳能电池及其制造方法、太阳能电池模块
JP2016149500A (ja) * 2015-02-13 2016-08-18 国立大学法人京都工芸繊維大学 有機太陽電池及びその製造方法
JP2018098223A (ja) * 2016-12-07 2018-06-21 株式会社リコー 光電変換素子及び太陽電池モジュール

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LI ZHEN 等: "Carbon nanotubes as an efficient hole collector for high voltage methylammonium lead bromide perovskite solar cells", 《NANOSCALE》, vol. 8, no. 12, pages 6352 - 6360, XP055923740, DOI: 10.1039/C5NR06177F *

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