CN113508473A - 太阳能电池 - Google Patents

太阳能电池 Download PDF

Info

Publication number
CN113508473A
CN113508473A CN201980093442.6A CN201980093442A CN113508473A CN 113508473 A CN113508473 A CN 113508473A CN 201980093442 A CN201980093442 A CN 201980093442A CN 113508473 A CN113508473 A CN 113508473A
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
solar cell
layer
photoelectric conversion
semiconductor layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201980093442.6A
Other languages
English (en)
Inventor
松井太佑
菊地谅介
横山智康
大场史康
熊谷悠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Publication of CN113508473A publication Critical patent/CN113508473A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2027—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode
    • H01G9/2036—Light-sensitive devices comprising an oxide semiconductor electrode comprising mixed oxides, e.g. ZnO covered TiO2 particles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/20—Light-sensitive devices
    • H01G9/2004—Light-sensitive devices characterised by the electrolyte, e.g. comprising an organic electrolyte
    • H01G9/2009—Solid electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/10—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising heterojunctions between organic semiconductors and inorganic semiconductors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • H10K30/84—Layers having high charge carrier mobility
    • H10K30/85—Layers having high electron mobility, e.g. electron-transporting layers or hole-blocking layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/50—Organic perovskites; Hybrid organic-inorganic perovskites [HOIP], e.g. CH3NH3PbI3
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/542—Dye sensitized solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

本申请提供提高太阳能电池的转换效率的技术。本申请的太阳能电池具备：第1电极；第2电极；位于上述第1电极及上述第2电极之间的光电转换层；和位于上述第1电极及上述光电转换层之间的半导体层，其中，选自上述第1电极及上述第2电极中的至少1个电极具有透光性，上述半导体层包含含有Na、Zn及O的化合物。

Description

太阳能电池
技术领域
本申请涉及太阳能电池。
背景技术
近年来，研究及开发了钙钛矿太阳能电池。在钙钛矿太阳能电池中，使用化学式ABX3所示的钙钛矿化合物作为光吸收材料。其中，A为1价阳离子，B为2价阳离子及X为卤素阴离子。
在非专利文献1中，作为钙钛矿太阳能电池的光吸收材料，公开了化学式CH3NH3PbI3所示的钙钛矿化合物。此外，在非专利文献1中，作为电子输送材料及空穴输送材料，分别公开了TiO2及Spiro-OMeTAD。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1："Sequential deposition as a route to high-performanceperovskite-sensitized solar cells"，Nature，vol.499，pp.316-319，18July 2013[DOI：10.1038/nature12340]
非专利文献2："Research Direction toward Theoretical Efficiency inPerovskite Solar Cells"，ACS Photonics，2018，5(8)，pp 2970-2977[DOI：10.1021/acsphotonics.8b00124]
非专利文献3："Room-Temperature Formation of Highly CrystallineMultication Perovskites for Efficient，Low-Cost Solar Cells"，AdvancedMaterials，Volume29，Issue15，April 18，2017，1606258[DOI：10.1002/adma.201606258]
发明内容
发明所要解决的课题
本申请的目的在于提供提高太阳能电池的转换效率的技术。
用于解决课题的手段
本申请的太阳能电池具备：
第1电极；
第2电极；
位于上述第1电极及上述第2电极之间的光电转换层；和
位于上述第1电极及上述光电转换层之间的半导体层，
其中，选自上述第1电极及上述第2电极中的至少1个电极具有透光性，
上述半导体层包含含有Na、Zn及O的化合物。
发明效果
本申请提供具有高转换效率的太阳能电池。
附图说明
图1表示本申请的实施方式的太阳能电池的剖面图。
图2表示实施例中制作的各半导体层的X射线衍射(以下记载为“XRD”)图谱中的对应于Na2Zn2O3的(202)面的峰的附近。
图3表示实施例中制作的各半导体层的XRD图谱中的对应于Na2Zn2O3的(202)面的峰的附近。
具体实施方式
<术语的定义>
本说明书中使用的术语“钙钛矿化合物”是指化学式ABX3(其中，A为1价阳离子，B为2价阳离子及X为卤素阴离子)所示的钙钛矿晶体结构体及具有与其类似的晶体的结构体。本说明书中使用的术语“钙钛矿太阳能电池”是指包含钙钛矿化合物作为光吸收材料的太阳能电池。
<成为本申请的基础的见识>
成为本申请的基础的见识如下所述。
在钙钛矿太阳能电池中，近年来，转换效率也在大大提高。太阳能电池的转换效率通过电压值与电流值之积来表示。关于钙钛矿太阳能电池，报道了接近理论极限值的电流值。但是，在所报道的电压值与理论极限值之间依然存在乖离。电压值的提高在转换效率的提高方面是重要的因子(参照非专利文献2)。
一般而言，在太阳能电池中，电压值的损耗被视为起因于界面损耗。为了提高电压值，会考虑界面损耗的降低。本发明的发明者们发现：通过将包含含有Na、Zn及O的化合物的半导体层配置于光电转换层与电极之间，从而不易在界面形成可成为损耗要因的深的缺陷能级，界面损耗得到抑制。需要说明的是，就具有由同质的材料构成的界面(即同质界面)的以往的晶体型太阳能电池、例如镓砷系太阳能电池及硅系太阳能电池而言，通过界面处的缺陷的密度的降低，能够比较容易地降低界面损耗。另一方面，钙钛矿太阳能电池具有由不同材料构成的界面(即异质界面)。因此，就钙钛矿太阳能电池而言，界面处的缺陷的密度的降低是困难的。但是，根据基于上述见识得到的本申请的技术，能够实现钙钛矿太阳能电池中的电压值及转换效率的提高。此外，该技术也可应用于CIS系太阳能电池及有机系太阳能电池。此外，电压值的提高可以以开路电压的提高来确认。
<本申请的实施方式>
以下，对本申请的实施方式在参照附图的同时进行说明。
图1是本实施方式的太阳能电池的剖面图。如图1中所示的那样，本实施方式的太阳能电池100具备：第1电极2、第2电极6、光电转换层4及半导体层3。光电转换层4位于第1电极2及第2电极6之间。半导体层3位于第1电极2及光电转换层4之间。第1电极2按照半导体层3及光吸收层4配置于第1电极2及第2电极6之间的方式与第2电极6相对向。选自第1电极2及第2电极6中的至少1个电极具有透光性。本说明书中，所谓“电极具有透光性”是指在具有200nm～2000nm的波长的光之中在任一波长下都有10％以上的光透过电极。
半导体层3包含含有Na、Zn及O的化合物A。化合物A通常为半导体。化合物A也可以为晶体。化合物A也可以为Na2Zn2O3。换言之，半导体层3也可以包含Na2Zn2O3。但是，化合物A的组成并不限于Na2Zn2O3。半导体层3也可以包含组成不同的2种以上的化合物A。半导体层3包含Na2Zn2O3的晶体可以通过XRD来确认。
化合物A中的Na相对于Zn的组成比(Na/Zn)也可以为0.769以上。上述组成比为原子数比。在组成比(Na/Zn)为0.769以上的情况下，容易形成Na2Zn2O3。化合物A中的Na相对于Zn的组成比(Na/Zn)也可以为2.333以下。在组成比(Na/Zn)为2.333以下的情况下，可抑制具有Na2Zn2O3以外的组成的化合物A的形成。组成比(Na/Zn)也可以为0.769～2.333。
半导体层3可以由具有同一组成的多个层形成，也可以由具有互不相同的组成的多个层形成。在半导体层3由多个层形成的情况下，光电转换层4侧的层也可以包含化合物A。
半导体层3也可以为电子输送层。
半导体层3也可以包含化合物A以外的物质。该物质通常为半导体。半导体层3可包含的该物质例如为具有3.0eV以上的能隙的半导体S1。在半导体层3包含半导体S1及化合物A的情况下，可见光及红外光介由半导体层3向光电转换层4的透射变得更确实可靠。半导体S1的例子为有机的n型半导体及无机的n型半导体。
有机的n型半导体的例子为酰亚胺化合物、醌化合物、富勒烯及其衍生物。无机的n型半导体的例子为金属元素的氧化物及钙钛矿氧化物。金属元素的例子为Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga及Cr。金属氧化物的具体例子为TiO2。钙钛矿氧化物的例子为SrTiO3及CaTiO3。
半导体层3也可以包含具有大于6.0eV的能隙的物质。具有大于6.0eV的能隙的物质的例子为：(i)氟化锂那样的碱金属的卤化物；(ii)氟化钙那样的碱土类金属的卤化物；(iii)氧化镁那样的贱金属氧化物；及(iv)二氧化硅。在半导体层3包含该物质、并且为电子输送层的情况下，为了确保电子输送性，半导体层3的厚度例如为10nm以下。
半导体层3也可以与光电转换层4相接触。半导体层3也可以与第1电极2相接触。
在图1中所示的太阳能电池100中，在基板1上依次层叠有第1电极2、半导体层3、光电转换层4、空穴输送层5及第2电极6。在本申请的太阳能电池中，也可以在基板1上依次层叠有第2电极6、空穴输送层5、光电转换层4、半导体层3及第1电极2。本申请的太阳能电池也可以不具备基板1。本申请的太阳能电池也可以不具备空穴输送层5。
对太阳能电池100的基本的作用效果进行说明。如果对太阳能电池100照射光，则光电转换层4吸收光，产生被激发的电子及空穴。被激发的电子移动至半导体层3。空穴移动至空穴输送层5。半导体层3及空穴输送层5分别与第1电极2及第2电极6电连接。从作为负极及正极分别发挥功能的第1电极2及第2电极6取出电流。
以下，对太阳能电池100的各构成要素进行具体说明。
(基板1)
基板1支撑构成太阳能电池100的各层。基板1可由透明的材料形成。基材1的例子为玻璃基板及塑料基板。塑料基板也可以为塑料膜。在第1电极2具有可支撑各层的充分强度的情况下，太阳能电池100也可以不具备基板1。
(第1电极2及第2电极6)
第1电极2及第2电极6具有导电性。选自第1电极2及第2电极6中的至少1个电极具有透光性。例如属于从可见至近红外的区域的光透过具有透光性的电极。具有透光性的电极例如可由透明且具有导电性的金属氧化物构成。透明且具有导电性的金属氧化物的例子为：(i)铟-锡复合氧化物；(ii)掺杂有锑的氧化锡；(iii)掺杂有氟的氧化锡；(iv)掺杂有选自硼、铝、镓及铟中的至少一种元素的氧化锌；以及(v)它们的复合物。
具有透光性的电极也可以是由不透明材料构成、并且具有光可透射的图案形状的电极。光可透射的图案形状的例子为线状(条纹状)、波浪线状、格子状(网眼状)及多个微细的贯通孔规则或不规则地排列而成的冲孔金属状。就具有上述图案形状的电极而言，光能够透过该电极中的不存在电极材料的开口部分。不透明材料的例子为铂、金、银、铜、铝、铑、铟、钛、铁、镍、锡、锌及包含它们中的任一者的合金。该材料也可以为具有导电性的碳材料。
太阳能电池100在第1电极2及光电转换层4之间具备半导体层3。因此，第1电极2也可以不具有阻挡从光电转换层4移动的空穴的特性。第1电极2可由在与光电转换层4之间能够形成欧姆接触的材料构成。
在太阳能电池100不具备空穴输送层5的情况下，第2电极6具有阻挡从光电转换层4移动的电子的特性(以下记载为“电子阻挡性”)。该情况下，第2电极6不与光电转换层4欧姆接触。本说明书中，所谓电子阻挡性是指仅使光电转换层4中产生的空穴通过、并且不使电子通过的特性。具有电子阻挡性的材料的费米能级比光电转换层4的导带下端的能级低。
具有电子阻挡性的材料的费米能级也可以比光电转换层4的费米能级低。
具有电子阻挡性的材料的例子为铂、金及石墨烯那样的碳材料。此外，这些材料不具有透光性。因此，在使用这些材料来形成透光性的电极的情况下，例如采用具有上述那样的图案形状的电极。
在太阳能电池100在第2电极6及光电转换层4之间具备空穴输送层5的情况下，第2电极6也可以不具有电子阻挡性。该情况下，第2电极6可由在与光电转换层4之间能够形成欧姆接触的材料构成。
第1电极2及第2电极6的光的透射率也可以为50％以上，还可以为80％以上。透过电极的光的波长依赖于光电转换层4的吸收波长。第1电极2及第2电极6各自的厚度例如为1nm～1000nm。
(光电转换层4)
光电转换层4也可以包含由1价阳离子、2价阳离子及卤素阴离子构成的钙钛矿化合物作为光吸收材料。该情况下，太阳能电池100为钙钛矿太阳能电池。如上所述，钙钛矿化合物为化学式ABX3所示的钙钛矿晶体结构体及具有与其类似的晶体的结构体。A为1价阳离子，B为2价阳离子及X为卤素阴离子。1价阳离子A的例子为碱金属阳离子及有机阳离子。阳离子A的具体例子为甲基铵阳离子(CH3NH3 +)、甲脒阳离子(NH2CHNH2 +)及铯阳离子(Cs+)。2价阳离子B的例子为Pb阳离子(铅阳离子)、Sn阳离子。2价阳离子B也可以为Pb阳离子。阳离子A、阳离子B及阴离子X各自的位点也可以被多个种类的离子占有。
光电转换层4也可以主要包含钙钛矿化合物。光电转换层4也可以由钙钛矿化合物实质制成。本说明书中，所谓“主要包含”某物质是指该物质的含有率为50质量％以上，该物质的含有率也可以为60质量％以上、70质量％以上、进而80质量％以上。本说明书中，所谓由某物质“实质制成”是指该物质的含有率为90质量％以上，该物质的含有率也可以为95质量％以上。光电转换层4也可以进一步包含钙钛矿化合物以外的化合物。光电转换层4可包含杂质。
光电转换层4并不限于上述例子。光电转换层4也可以主要包含构成CIS系太阳能电池所具备的光电转换层的化合物半导体，也可以由该化合物半导体实质制成。化合物半导体的典型的例子为主要包含铜(Cu)、铟(In)及硒(Se)。
本申请的技术对于由于具有异质界面而难以提高转换效率的钙钛矿太阳能电池而言是特别有利的。
光电转换层4的厚度例如为100nm～10μm。光电转换层4的厚度也可以为100nm～1000nm。光电转换层4的厚度可依赖于光电转换层4的光吸收的大小。
(空穴输送层5)
图1中所示的太阳能电池100进一步具备位于第2电极6及光电转换层4之前的空穴输送层5。空穴输送层5例如由有机半导体或无机半导体构成。空穴输送层5也可以具有由互不相同的材料构成的多个层。
有机半导体的例子为在骨架内包含叔胺的苯基胺及三苯基胺衍生物以及包含噻吩结构的PEDOT化合物。有机半导体的分子量没有限定。有机半导体也可以为高分子体。有机半导体的代表性的例子为：(i)spiro-OMeTAD：2,2',7,7'-四-(N,N-二-对甲氧基苯胺)-9,9'-螺二芴(2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9'-spirobifluorene)；(ii)PTAA：聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺](poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine])；(iii)P3HT：聚(3-己基噻吩-2,5-二基)(poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl))；(iv)PEDOT：聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))；及(v)CuPC：铜(II)酞菁三升华级(Copper(II)phthalocyanine triple-sublimed grade)。
无机半导体的例子为Cu2O、CuGaO2、CuSCN、CuI、NiOx、MoOx、V2O5及氧化石墨烯那样的碳系材料。
空穴输送层5的厚度也可以为1nm～1000nm，还可以为10nm～500nm。具有该范围的厚度的空穴输送层5可具有高的空穴输送性。
空穴输送层5也可以包含支持电解质及溶剂。支持电解质及溶剂可使空穴输送层5中的空穴稳定化。
支持电解质的例子为铵盐及碱金属盐。铵盐的例子为高氯酸四丁基铵、六氟化磷酸四乙基铵、咪唑鎓盐及吡啶鎓盐。碱金属盐的例子为LiN(SO2CnF2n+1)2、LiPF6、LiBF4、高氯酸锂及四氟化硼钾。
空穴输送层5中可包含的溶剂也可以具有高的离子传导性。该溶剂可以是水系溶剂及有机溶剂中的任一者。从溶质的稳定化的观点出发，该溶剂也可以为有机溶剂。有机溶剂的例子为叔丁基吡啶、吡啶、n-甲基吡咯烷酮那样的杂环化合物。
空穴输送层5中可包含的溶剂也可以为离子液体。离子液体可单独使用、或者与其他溶剂混合使用。离子液体的优点为低挥发性及高阻燃性。
离子液体的例子为1-乙基-3-甲基咪唑四氰基硼酸盐那样的咪唑鎓化合物、吡啶化合物、脂环式胺化合物、脂肪族胺化合物及偶氮鎓胺化合物。
(其他层)
太阳能电池100可具备上述以外的其他层。其他层的例子为多孔质层。多孔质层例如位于半导体层3及光电转换层4之间。多孔质层包含多孔质体。多孔质体包含空孔。位于半导体层3及光电转换层4之间的多孔质层中所含的空孔从与半导体层3相接触的部分连接至与光电转换层4相接触的部分。该空孔典型而言被构成光电转换层4的材料填充，电子可直接从光电转换层4移动至半导体层3。
上述多孔质层可成为在第1电极2及半导体层3上形成光电转换层4时的基座。多孔质层不会阻碍光电转换层4的光吸收以及从光电转换层4向半导体层3的电子的移动。
可构成上述多孔质层的多孔质体例如由绝缘体或半导体的粒子的连接构成。绝缘性粒子的例子为氧化铝粒子、氧化硅粒子。半导体粒子的例子为无机半导体粒子。无机半导体的例子为金属元素的氧化物、金属元素的钙钛矿氧化物、金属元素的硫化物及金属硫族化物。金属元素的氧化物的例子为Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga、Si及Cr的各金属元素的氧化物。金属元素的氧化物的具体例子为TiO2。金属元素的钙钛矿氧化物的例子为SrTiO3及CaTiO3。金属元素的硫化物的例子为CdS、ZnS、In2S3、PbS、Mo2S、WS2、Sb2S3、Bi2S3、ZnCdS2及Cu2S。金属硫族化物的例子为CdSe、In2Se3、WSe2、HgS、PbSe及CdTe。
上述多孔质层的厚度也可以为0.01μm～10μm，还可以为0.1μm～1μm。多孔质层也可以具有大的表面粗糙度。具体而言，以有效面积/投影面积的值的形式给出的多孔质层的表面粗糙度系数也可以为10以上，还可以为100以上。此外，所谓投影面积是指对物体从正对面用光照射时、在该物体的背面形成的影子的面积。有效面积是指物体的实际的表面积。有效面积可以由(i)由物体的投影面积及厚度求出的体积、(ii)构成物体的材料的比表面积、及(iii)构成物体的材料的体积密度来计算。
太阳能电池100例如通过以下的方法来制作。
首先，在基板1的表面形成第1电极2。对于第1电极2的形成，可采用化学气相蒸镀(以下记载为“CVD”)法或溅射法。
接着，在第1电极2上形成半导体层3。对于半导体层3的形成，可采用旋涂法那样的涂布法。半导体层3包含含有Na、Zn及O的化合物。在通过涂布法来形成半导体层3的情况下，通过旋涂法那样的涂布方法在第1电极2上涂布使Na原料及Zn原料以规定的比例溶解于溶剂中而得到的溶液。所形成的涂膜可在规定的温度下在空气中被烧成。规定的温度例如为300℃～500℃。Na原料的例子为醋酸钠。Zn原料的例子为醋酸锌。溶剂的例子为乙氧基甲醇、异丙醇或乙醇。通过调节涂布溶液中所含的Na原料及Zn原料的量，能够控制上述化合物中的组成比(Na/Zn)。
接着，在半导体层3上形成光电转换层4。对于包含钙钛矿化合物作为光吸收材料的光电转换层4的形成，可采用旋涂法那样的涂布法。
接着，在光电转换层4上形成空穴输送层5。对于空穴输送层5的形成，可采用涂布法或印刷法。涂布法的例子为刮刀法、棒涂法、喷雾法、浸渍涂敷法及旋涂法。印刷法的例子为丝网印刷法。也可以将多个材料混合来形成膜，接着进行加压或烧成来形成空穴输送层5。由有机的低分子物质或无机半导体构成的空穴输送层5也可以通过真空蒸镀法来形成。
接着，在空穴输送层5上形成第2电极6。对于第2电极6的形成，可采用CVD法或溅射法。
像这样操作，得到太阳能电池100。但是，太阳能电池100的制作方法并不限于上述的方法。
(实施例)
以下，对本申请的太阳能电池在参照实施例的同时更详细地进行说明。但是，本申请的太阳能电池并不限于以下的例子中所示的各方案。
(例1)
参考非专利文献3而制作了具有与图1中所示的太阳能电池100相同构成的钙钛矿太阳能电池。构成例1的太阳能电池的各要素如下所述。
基板1：玻璃基板
第1电极2：铟掺杂SnO2层(GEOMATEC制、表面电阻率为10Ω/sq)
半导体层3：包含化合物Na2Zn2O3的层(厚度为10nm)
光电转换层4：主要包含钙钛矿化合物即CH(NH2)PbI3的层。
空穴输送层5：PTAA层(作为支持电解质及溶剂，分别包含LiN(SO2C2F5)2及4-叔丁基吡啶(t-BP))
第2电极6：金层(厚度为80nm)
以下示出具体的制作方法。
首先，作为基板1及第1电极2，在处于具有负40℃以下的露点的干燥气氛下的干燥室内准备了在表面形成有铟掺杂SnO2层的厚度为1mm的导电性玻璃基板(日本板硝子制)。
接着，在第1电极2上通过旋涂来涂布醋酸钠(Wako制)及醋酸锌(Aldrich制)的混合溶液。混合溶液是醋酸钠及醋酸锌以摩尔比1：1溶解的乙氧基甲醇(Aldrich制)的溶液。混合溶液中的醋酸钠及醋酸锌的浓度分别为0.55摩尔/L。接着，使用热板将涂布有混合溶液的第1电极2进行热处理，形成了包含Na2Zn2O3的半导体层3。热处理以130℃/10分钟来进行，接着在350℃/10分钟的条件下进行。所形成的半导体层3作为电子输送层发挥功能。
接着，在半导体层3上通过旋涂来涂布第1原料溶液，形成了光电转换层4。第1原料溶液为N,N-二甲基甲酰胺(acros制)溶液且包含以下的化合物。
·0.92摩尔/L的PbI2(东京化成制)、
·0.17摩尔/L的PbBr2(东京化成制)、
·0.83摩尔/L的碘化甲脒鎓(FAI：Great Cell Solar制)、
·0.17摩尔/L的甲基溴化铵(MABr：Great Cell Solar制)、
·包含0.05摩尔/L的CsI(岩谷产业制)的二甲基亚砜(acros制)
此外，第1原料溶液中的二甲基亚砜及N,N-二甲基甲酰胺的混合比以体积比计表示为1：4。
接着，在光电转换层4上通过旋涂来涂布第2原料溶液，形成了空穴输送层5。第2原料溶液为甲苯(acros制)溶液，包含以下的化合物。
·10mg的PTAA(Aldrich制)、
·5μL的tBP(Aldrich制)、
·4μL的LiN(SO2C2F5)2(东京化成制)乙腈溶液(浓度为1.8摩尔/L)
最后，在空穴输送层5上通过蒸镀来沉积厚度为80nm的金层，形成了第2电极7。
像这样操作，得到例1的太阳能电池。需要说明的是，以下，在项目[半导体层3的评价]及项目[太阳能电池特性的评价]中记载的评价也是在干燥室中进行的。
(例2～例10)
除了半导体层3的形成中使用的混合溶液中的醋酸钠及醋酸锌的混合比(摩尔比)如以下的表1中所示的那样变更以外，与例1同样地操作，制作了例2～例10的各太阳能电池。
[半导体层3的评价]
对于例1～例10的各太阳能电池，实施了针对半导体层3的XRD分析。XRD分析是针对将第2电极7剥离并且使用溶剂将空穴输送层5溶解除去而露出的半导体层3来实施。对于溶剂，使用了N,N-二甲基甲酰胺。对于XRD分析，使用了X射线衍射测定装置(Rigaku制、Cu阳极、λ＝0.15418nm)。XRD分析基于针对薄膜进行的2θ/θ法来实施。
将XRD分析的结果与半导体层3的形成中使用的混合溶液中的醋酸钠及醋酸锌的混合比以及由该混合比算出的组成比Na/Zn一起示于以下的表1中。此外，将混合比处于9：1～4：6的范围内的半导体层3以及混合比处于1：1.1～1：1.4的范围内的半导体层3的XRD曲线分别示于图2及图3中。需要说明的是，在图2及图3中示出了XRD曲线中的对应于Na2Zn2O的(202)面的峰(2θ/θ＝34.8°)的附近。
如表1、图2及图3中所示的那样，在组成比Na/Zn为0.714以下的情况下，没有观察到对应于Na2Zn2O3的(202)面的峰。另一方面，在组成比Na/Zn为0.769以上的情况下，观察到了该峰。这意味着：在组成比Na/Zn为0.714以下的情况下Na2Zn2O3不包含于半导体层3中，但在组成比Na/Zn为0.769以上的情况下Na2Zn2O3包含于半导体层3中。此外，在组成比Na/Zn为4.000以上的情况下，不仅观察到来源于Na2Zn2O3的上述峰以外，还在35°以上的衍射角2θ/θ处观察到杂质相的峰。另一方面，在组成比Na/Zn为2.333以下的情况下，没有观察到该杂质相的峰，观察到大约纯粹的Na2Zn2O3的上述峰。这意味着：在组成比Na/Zn为2.333以下的情况下，能够形成杂质少的Na2Zn2O3层。
[表1]
Figure BDA0003240614230000121
(例11)
除了涂布于第1电极2上的溶液由上述混合溶液变更为仅使醋酸锌溶解的乙氧基甲醇溶液(浓度为0.55摩尔/L)以外，与例1同样地操作，得到了作为比较例的例11的太阳能电池。该太阳能电池具备由ZnO构成的电子输送层。
(例12)
除了在形成光电转换层4之前、将形成有由ZnO构成的电子输送层的基板1及第1电极2在NaOH水溶液(浓度为0.01摩尔/L)中浸渍60秒钟来对电子输送层的表面进行了Na处理以外，与例11同样地操作，得到了作为比较例的例12的太阳能电池。该太阳能电池具备由ZnO构成、并且具有经Na处理的表面的电子输送层。
(例13)
除了涂布于第1电极2上的溶液由上述混合溶液变更为碳酸钠(Wako制)及醋酸锌的混合溶液以外，与例1同样地操作，得到了作为比较例的例13的太阳能电池。例13中使用的混合溶液是碳酸钠及醋酸锌以摩尔比1：1溶解的乙氧基甲醇的溶液。混合溶液中的碳酸钠及醋酸锌的浓度分别为0.55摩尔/L。该太阳能电池具备由碳酸钠(Na2CO3)及ZnO的混合物构成的电子输送层。
(例14)
除了不形成半导体层3、由TiO2构成的电子输送层通过溅射法来形成以外，与例1同样地操作，得到了作为比较例的例14的太阳能电池。
[太阳能电池特性的评价]
所制作的各太阳能电池的开路电压及转换效率通过太阳模拟器(BAS制、ALS440B)来评价。评价使用照度为100mW/cm2的模拟太阳光来实施。
例1及例11～例14的太阳能电池特性示于以下的表2中。
[表2]
Figure BDA0003240614230000141
如表2中所示的那样，具备包含含有Na、Zn及O的化合物的半导体层3的例1的太阳能电池与不具备该半导体层3的例11～例14的太阳能电池相比，显示出高的开路电压及转换效率。此外，通过例1与例12、13的对比获知：为了获得该高的开路电压及转换效率，需要Na、Zn及O以化合物的形式存在的半导体层3。
产业上的可利用性
本申请的太阳能电池可以用于包括以往的太阳能电池的用途的各种用途。
符号的说明
1 基板
2 第1电极
3 半导体层
4 光电转换层
5 空穴输送层
6 第2电极
100 太阳能电池。

Claims (9)

1.一种太阳能电池，其具备：
第1电极；
第2电极；
位于所述第1电极及所述第2电极之间的光电转换层；和
位于所述第1电极及所述光电转换层之间的半导体层，
其中，选自所述第1电极及所述第2电极中的至少1个电极具有透光性，并且
所述半导体层包含含有Na、Zn及O的化合物。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，所述化合物中的Na相对于Zn的组成比(Na/Zn)为0.769以上。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其中，所述化合物中的Na相对于Zn的组成比(Na/Zn)为2.333以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其中，所述化合物为Na2Zn2O3。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的太阳能电池，其中，所述半导体层与所述光电转换层相接触。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的太阳能电池，其中，所述半导体层为电子输送层。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的太阳能电池，其中，所述太阳能电池进一步具备位于所述第2电极及所述光电转换层之间的空穴输送层。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的太阳能电池，其中，所述光电转换层包含由1价阳离子、2价阳离子及卤素阴离子构成的钙钛矿化合物。
9.根据权利要求8所述的太阳能电池，其中，所述2价阳离子为铅阳离子。
CN201980093442.6A 2019-04-11 2019-10-07 太阳能电池 Pending CN113508473A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019075738 2019-04-11
JP2019-075738 2019-04-11
PCT/JP2019/039469 WO2020208843A1 (ja) 2019-04-11 2019-10-07 太陽電池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113508473A true CN113508473A (zh) 2021-10-15

Family

ID=72750999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201980093442.6A Pending CN113508473A (zh) 2019-04-11 2019-10-07 太阳能电池

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11626258B2 (zh)
EP (1) EP3955329B1 (zh)
JP (1) JP7386443B2 (zh)
CN (1) CN113508473A (zh)
WO (1) WO2020208843A1 (zh)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4171179B2 (ja) * 2001-01-22 2008-10-22 三洋電機株式会社 光電変換素子
MX367777B (es) * 2015-05-13 2019-09-05 Hee Solar Llc Capas interfaciales de titanato en dispositivos de material de perovskita.
CN109524547B (zh) * 2018-10-10 2020-05-19 华中科技大学 一种新型无机空穴传输层材料的制备方法及其应用

Also Published As

Publication number Publication date
EP3955329A1 (en) 2022-02-16
EP3955329B1 (en) 2024-05-01
EP3955329A4 (en) 2022-06-08
US11626258B2 (en) 2023-04-11
WO2020208843A1 (ja) 2020-10-15
US20220013303A1 (en) 2022-01-13
JP7386443B2 (ja) 2023-11-27
JPWO2020208843A1 (zh) 2020-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Salah et al. A comprehensive simulation study of hybrid halide perovskite solar cell with copper oxide as HTM
US20170018371A1 (en) Perovskite solar cell
JP7304517B2 (ja) 太陽電池
JP7316603B2 (ja) 太陽電池
CN110112295B (zh) 太阳能电池
JP7429881B2 (ja) 太陽電池
JP7270136B2 (ja) 太陽電池
CN110040979B (zh) 光吸收材料和使用该光吸收材料的太阳能电池
US20220246362A1 (en) Solar cell
WO2021181842A1 (ja) 太陽電池
JP6628119B1 (ja) 太陽電池
CN115700056A (zh) 太阳能电池
CN114556605A (zh) 太阳能电池
CN115700038A (zh) 太阳能电池及光电转换元件
JP7386443B2 (ja) 太陽電池
CN115413373A (zh) 太阳能电池
WO2021131113A1 (ja) 太陽電池
JP7357247B2 (ja) 太陽電池
JP2021197418A (ja) 太陽電池
WO2020144885A1 (ja) 太陽電池
CN117322155A (zh) 太阳能电池及太阳能电池的制造方法
CN117296479A (zh) 太阳能电池及太阳能电池的制造方法
CN114072930A (zh) 太阳能电池
CN115700037A (zh) 太阳能电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination