CN219679159U - 多层耦合型光电转换元件 - Google Patents

多层耦合型光电转换元件 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供能够防止水与钙钛矿层的接触的多层耦合型光电转换元件及多层耦合型光电转换元件的制造方法。实施方式的多层耦合型光电转换元件具有层叠体。层叠体是将第一电极功能层、第一光活性层、中间功能层、第二光活性层、第二电极功能层层叠而成的。第一光活性层由晶体硅构成。第二光活性层由具有钙钛矿型晶体结构的光活性材料构成。第二电极功能层所包含的一部分层被层叠在层叠体的内部，并且以将位于层叠体的端面的第二光活性层的端部覆盖的方式在端面上延伸而层叠。

Description

多层耦合型光电转换元件
技术领域
本实用新型的实施方式涉及多层耦合型光电转换元件及多层耦合型光电转换元件的制造方法。
背景技术
作为多层耦合型光电转换元件，已知串联型太阳能电池。串联型太阳能电池在半导体基板的受光面侧具备包含第二光活性层的第二光电转换元件，并且在半导体基板的受光面侧的相反侧具备使该半导体基板作为第一光活性层发挥功能的第一光电转换元件而构成。作为第二光活性层，已知具有由钙钛矿型结晶结构的材料构成的光活性层(以下，称为钙钛矿层)的光活性层。
在具有钙钛矿层的多层耦合型光电转换元件中，在结构上，钙钛矿层在其端面露出。因此，钙钛矿层处于水容易接触的状态。如果钙钛矿层与水接触，则钙钛矿层分解，由此第一光电转换元件有时会短路。
[现有技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]国际公开第2016/158838号
实用新型内容
本实用新型所要解决的技术问题在于提供一种能够防止水与钙钛矿层的接触的多层耦合型光电转换元件及多层耦合型光电转换元件的制造方法。
实施方式的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，所述多层耦合型光电转换元件由层叠体构成，所述层叠体是将第一电极功能层、由晶体硅构成的第一光活性层、中间功能层、由具有钙钛矿型晶体结构的光活性材料构成的第二光活性层、以及第二电极功能层层叠而成的，所述第二电极功能层所包含的一部分层被层叠在所述层叠体的内部，并且以将位于所述层叠体的端面的所述第二光活性层的端部覆盖的方式在所述端面上延伸而层叠。
另外，实施方式的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，所述第二电极功能层所包含的一部分层以将所述层叠体的整个端面覆盖、并且将所述第一光活性层的所述第一电极功能层侧的面的一部分覆盖的方式层叠。
另外，实施方式的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，所述第二电极功能层所包含的一部分层由无机氧化物构成。
另外，实施方式的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，所述第二电极功能层所包含的一部分层由锡氧化物或钛氧化物构成。
另外，实施方式的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，所述第一电极功能层具有：第一电极；钝化膜，配置在所述第一电极与所述第一光活性层之间；以及第一导电层，贯通所述钝化膜并将所述第一电极与所述第二光活性层电连接，所述中间功能层具有：第二导电层，层叠于第二光活性层；透明电极层；以及第一功能层，配置于所述透明电极层与所述第一光活性层之间，所述第二电极功能层具有：第二功能层，层叠于所述第二光活性层；以及第二电极，层叠于所述第二功能层，所述第二功能层被层叠在所述第二光活性层与所述第二电极之间，并且以将位于所述层叠体的端面的所述第二光活性层的端部覆盖的方式在所述端面上延伸而层叠。
另外，实施方式的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，所述第一功能层及所述第二功能层分别相对于所述第二光活性层作为空穴注入层或电子输送层发挥功能。
另外，实施方式的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，所述第二功能层由无机氧化物构成。
另外，实施方式的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，所述第二功能层由锡氧化物或钛氧化物构成。
附图说明
图1是表示第一实施方式的多层耦合型光电转换元件的剖视示意图。
图2是表示第二实施方式的多层耦合型光电转换元件的剖视示意图。
图3是表示第二实施方式的多层耦合型光电转换元件的变形例的剖视示意图。
图4是说明第三实施方式的多层耦合型光电转换元件的制造方法的工序图。
图5是说明第三实施方式的多层耦合型光电转换元件的制造方法的工序图。
图6是说明第三实施方式的多层耦合型光电转换元件的制造方法的工序图。
图7是表示第四实施方式的多层耦合型光电转换元件的另一例的剖视示意图。
图8是说明第四实施方式的多层耦合型光电转换元件的制造方法的工序图。
图9是说明第四实施方式的多层耦合型光电转换元件的制造方法的工序图。
图10是说明第四实施方式的多层耦合型光电转换元件的制造方法的工序图。
具体实施方式
以下，参照附图对实施方式的多层耦合型光电转换元件及多层耦合型光电转换元件的制造方法进行说明。
(第一实施方式)
图1表示第一实施方式的多层耦合型光电转换元件1。图1所示的多层耦合型光电转换元件1由将第一电极功能层2、由晶体硅构成的第一光活性层3、中间功能层4、由具有钙钛矿型结晶结构的光活性材料构成的第二光活性层5、第二电极功能层6层叠而成的层叠体7构成。在图1所示的多层耦合型光电转换元件1中，第一光活性层3及第二光活性层5的受光面被设为第二电极功能层6侧的面。
第一电极功能层2的端部2a、第一光活性层3的端部3a、中间功能层4的端部4a、第二光活性层5的端部5a以及第二电极功能层6的端部6a位于层叠体7的端面7a。
图1所示的多层耦合型光电转换元件1中，第二电极功能层6所包含的一部分层6b层叠于层叠体7的内部，并且以覆盖层叠体7的端面7a的一部分的方式延伸而层叠。具体而言，第二电极功能层6所包含的一部分层6b以覆盖第二光活性层5的端部5a的方式在端面7a上延伸而层叠。由此，第二光活性层5的端部5a被第二电极功能层6所包含的一部分层6b覆盖。
第一电极功能层2也可以包含第一电极和配置于第一电极与第一光活性层之间的第一导电层。
第一光活性层3由第一导电型的晶体硅层构成。构成第一光活性层3的晶体硅可以采用与一般在光电池中使用的硅同样的构成。具体而言，可列举单晶硅、多晶硅、异质结型硅等包含晶体硅的晶体硅等。另外，晶体硅也可以为从硅晶片切出的薄膜。作为硅晶片，也可以使用掺杂有磷或砷等的n型硅晶体、掺杂有硼或镓等的p型硅晶体。由于p型硅晶体中的电子具有长的扩散长度，因此作为第一导电型的晶体硅，优选p型的晶体硅。
中间功能层4至少具备将以第一光活性层3为主体的底部单元和以第二光活性层5为主体的顶部单元串联连接的功能。中间功能层4例如也可以包含与第一光活性层3相接的第二导电层、透明导电层、和与第二光活性层5相接的第一功能层。
第二光活性层5由具有钙钛矿型晶体结构的光活性材料构成。钙钛矿型晶体结构是指与钙钛矿相同的晶体结构。典型地，钙钛矿结构由离子A、B及X构成，离子B比离子A小的情况下，有时采取钙钛矿结构。该晶体结构的化学组成可以用下述通式(1)表示。
ABX3(1)
在此，A可以利用1级铵离子。具体而言，可举出CH3NH3 +(以下，有时称为MA)、C2H5NH3 +、C3H7NH3 +、C4H9NH3 +、以及HC(NH2)2 +(以下，有时称为FA)等，优选为CH3NH3 +，但不限于此。另外，A也优选Cs+、1，1，1-三氟-乙基铵碘化物(FEAI)，但并不限定于这些。
另外，B为2价的金属离子，优选为Pb2+或Sn2+，但并不限定于此。另外，X优选为卤素离子。例如从F-、Cl-、Br-、I-及At-中选择，优选Cl-、Br-、I-，但并不限定于此。
构成离子A、B或X的材料可以分别单一也可以混合。构成的离子与ABX3的化学计量比未必一致，也能够发挥功能。
构成第二光活性层5的钙钛矿的离子A优选由原子量或构成离子的原子量的合计(分子量)为45以上构成。进一步优选的是包含133以下的离子。这些条件的离子A若是单体则稳定性低，因此有时混合一般的MA(分子量32)，但作为混合MA时接近硅的带隙1.1eV并进行波长分割而提高效率的串联，整体的特性降低，因此不优选。另外，在离子A为多个离子的组合且包含Cs的情况下，相对于离子A的整体个数，Cs的个数的比例更优选为0.1～0.9。
该晶体结构具有立方晶、正方晶、正交晶型等单位晶格，在各顶点配置有A，在体心配置有B，以其为中心在立方晶的各轴心配置有X。在该晶体结构中，单位晶格中包含的由一个B和6个X构成的八面体由于与A的相互作用而容易应变、并相变为对称性的结晶。推定该相变使晶体的物性急剧变化从而电子或空穴向晶体外释放而引起发电。
第二电极功能层6也可以包含第二电极6c和配置于第二电极6c与第二光活性层5之间的第二功能层6d。作为第二电极功能层6所包含的一部分层6b，第二功能层6d以覆盖第二光活性层5的端部5a的方式在层叠体7的端面上延伸而层叠。
中间功能层4所包含的省略图示的第一功能层和第二电极功能层6所包含的第二功能层6d，相对于第二光活性层5而言，某一方作为空穴输送层发挥功能，另一方作为电子输送层发挥功能。为了实现更优异的转换效率，本实施方式的多层耦合型光电转换元件1优选具备上述层这两者，但也可以仅具备至少第二功能层6d。
第一电极功能层2所包含的省略图示的第一导电层和中间功能层4所包含的省略图示的第二导电层，能够根据第一光活性层3的特性，根据载流子收集效率的改良等目的来组合n型层、p型层、p+型层、p++型层等。具体而言，在使用p型硅作为第一光活性层3的情况下，能够将磷掺杂硅膜(n层)作为第二导电层并将p+层作为第一导电层而并组合。
图1所示的多层耦合型光电转换元件1具备2个光活性层3、5，并采用串联太阳能电池，该串联太阳能电池具有如下结构：将具备第二光活性层5的单元作为顶部单元，将具备第一光活性层3的单元作为底部单元，并将它们通过中间功能层4串联连接。第一电极功能层2和第二电极功能层6成为阳极或阴极，从此处取出由元件生成的电能。
在图1所示的多层耦合型光电转换元件1中，第二电极功能层6所包含的一部分层6b以覆盖第二光活性层5的端部5a的方式在端面7a上延伸而层叠。第二光活性层5的端部5a成为被第二电极功能层6所包含的一部分层6b覆盖的状态。由此，水不会从元件1的外部附着于第二光活性层5，具有构成第二光活性层5的钙钛矿型结晶结构的光活性材料不会因水而分解。由此，能够防止顶部单元的短路。
另外，不限于图1所示的例子，第二电极功能层6所包含的一部分层6b也可以以一直覆盖到第一光活性层3的端部3a为止的方式在端面7a上延伸而层叠。水有可能将层叠体7的端部7a与第二电极功能层6所包含的一部分层6b之间的界面作为侵入路径，但通过使第二电极功能层6所包含的一部分层6b一直延伸到第一光活性层3为止，水的侵入路径变长，能够进一步降低水从元件1的外部侵入到第二光活性层5的可能性。
(第二实施方式)
图2表示第二实施方式的多层耦合型光电转换元件200。图2所示的多层耦合型光电转换元件200由将第一电极功能层202、由晶体硅构成的第一光活性层203、中间功能层204、由具有钙钛矿型晶体结构的光活性材料构成的第二光活性层205、第二电极功能层206层叠而成的层叠体207构成。在图2所示的多层耦合型光电转换元件200中，第一光活性层203及第二光活性层205的受光面被设为第二电极功能层206侧的面。
第一电极功能层202的端部202a、第一光活性层203的端部203a、中间功能层204的端部204a、第二光活性层205的端部205a、以及第二电极功能层206的端部206a位于层叠体207的端面207a。而且，第二电极功能层206所包含的一部分层(以下，称为覆盖层206b)层叠于层叠体207的内部，并且以覆盖层叠体207的端面207a的一部分的方式延伸而层叠。
以下，依次说明本实施方式的多层耦合型光电转换元件200的层叠体207的结构。
第一电极功能层202具有第一电极202b、钝化膜202c和第一导电层202d。
第一电极202b以覆盖第一光活性层203的整个面的方式形成。第一电极202b作为电极发挥功能，并且还能够作为使入射光反射的反射层发挥功能。即，能够将用第一光活性层203和第二光活性层205无法吸收的光反射，再次用第一光活性层203和第二光活性层205进行吸收，其结果，能够使产生的电流量增加。
第一电极202b只要具有导电性即可，可以从以往已知的任意材料中选择。第一电极202b的材料使用金、银、铜、铂、铝、钛、铁、钯等，优选铝或银。特别是铝从光反射性和成本的方面考虑是优选的。
第一电极202b的厚度优选为10nm～10000nm，更优选为15nm～1000nm，特别优选为20nm～300nm。
钝化膜202c配置于第一光活性层203与第一电极202b之间。钝化膜202c将第一光活性层203与第一电极202b电绝缘，但具有开口部202e，通过开口部202e，第一导电层202d确保第一光活性层203与第一电极202b之间的电连接。因此，载流子可能移动的区域被限定，因此能够高效地收集载流子。
用于构成钝化膜202c的材料没有特别限定。具体而言，可举出通过对硅材料的表面进行热氧化处理而形成的氧化硅膜、以及通过plasma-enhanced chemical vapordeposition(PECVD)、plasma-assisted atomic layer deposition(PAALD)等进行成膜的AIOx、SiNx等膜。
第一导电层202d是配置于第一光活性层203与第一电极202b之间的层。第一导电层202d能够与后述的第二导电层204a一起，根据第一光活性层203的特性，根据载流子收集效率的改良等目的来组合n型层、p型层、p+型层、p++型层等。例如，在使用p型硅作为第一光活性层203的情况下，将第一导电层202d设为p+层，将第二导电层204a设为磷掺杂硅膜(n层)。第一导电层202d例如在使用p型硅作为第一光活性层203的情况下，通过在第一光活性层203中掺杂Al而形成。
第一光活性层203可以与第一实施方式中说明的第一光活性层3相同。第一光活性层203的厚度优选为50μm～500μm，更优选为100μm～300μm。
中间功能层204具有与第一光活性层203相接的第二导电层204a、透明导电层204b和与第二光活性层205相接的第一功能层204c。
第二导电层204a是配置于第一光活性层203与透明导电层204b之间的层。第二导电层204a例如能够通过导入非晶硅(a-Si)所需的掺杂剂而形成。即，例如通过PECVD法等将硅沉积而形成a-Si层，接着，通过掺杂磷，能够形成由n型的硅层构成的第二导电层204a。或者，也可以通过PECVD法等使a-Si层沉积时在导入气体中掺杂磷。
通过使第二导电层204a的厚度变薄，能够进一步限定载流子的生成区域，因此能够进一步增加生成的电流的量。具体而言，第二导电层204a的厚度优选为1nm～10nm，更优选为2nm～4nm。
透明导电层204b以与第二导电层204a相接的方式配置。透明导电层204b具有将以第一光活性层203为主体的底部单元与以第二光活性层205为主体的顶部单元隔绝并电连结，且将未被第二光活性层205吸收的光引导至第一光活性层203的功能。
透明导电层204b的材质可以从透明或半透明的具有导电性的材料中选择。作为这样的材料，可以举出导电性的金属氧化物膜。具体而言，可以使用氧化铟、氧化锌、氧化锡以及作为它们的复合体的氧化铟锡(ITO)、氧化铟锌(IZO)等。由这样的金属氧化物构成的透明导电层204b可以通过通常已知的方法来形成。具体而言，能够通过溅射来形成。
透明导电层204b的总厚度优选为5nm～70nm。若比5nm薄，则膜缺损多，与透明导电层204b相邻的层的隔绝不充分。若比70nm后，则由于衍射效应，透光性降低，有时导致在第一光活性层侧的发电量的降低。
第一功能层204c存在于透明导电层204b与第二光活性层205之间。第一功能层204c是与后述的第二功能层206d一起输送电子或空穴的优先取出的层，作为空穴输送层或电子输送层发挥功能。
第二光活性层205可以与第一实施方式中说明的第二光活性层5相同。若使第二光活性层205的厚度变厚，则光吸收量增加，短路电流密度(Jsc)增加，但有由失活引起的损失增加载流子输送距离增加量的倾向。因此，为了得到最大效率，具有最佳的厚度。具体而言，第二光活性层205的厚度优选为30nm～1000nm，进一步优选为60nm～600nm。
第二电极功能层206具备第二金属电极206c、第二透明电极206e以及第二功能层206d。第二功能层206d是第二电极功能层206所包含的一部分层。此外，第二电极功能层206的一部分作为覆盖层206b以将第二光活性层205的端部205a覆盖的方式在层叠体207的端面207a上延伸而层叠。
第二电极功能层206配置于光入射面侧。在图2中，第二金属电极206c和第二透明电极206e的特性分别不同，因此根据特性，可以使用某一方，也可以组合使用。
第二透明电极206e是透明或半透明的导电性层。第二透明电极206e也可以具有层叠有多个材料的结构。另外，由于透明电极使光透射，因此能够在层叠体的整个面上形成。
作为第二透明电极206e的材料，可举出导电性的金属氧化物膜、半透明的金属薄膜等。具体而言，使用由氧化铟、氧化锌、氧化锡以及它们的复合体即铟·锡氧化物(ITO)、铟·锌·氧化物(IZO)、氟掺杂氧化锡(FTO)、铟·锌·氧化物等构成的导电性玻璃制作的膜(NESA等)、铝、金、铂、银、铜等。特别地，优选ITO或IZO等金属氧化物。由这样的金属氧化物构成的第二透明电极206e可以通过通常已知的方法来形成。具体而言，通过溅射形成。
第二透明电极206e的厚度优选为30nm～300nm。如果第二透明电极206e的厚度比30nm薄，则存在导电性降低而电阻变高的倾向。如果电阻变高，则有时会成为光电转换效率降低的原因。另一方面，如果第二透明电极206e的厚度比300nm厚，则存在电极的挠性降低的倾向。其结果，在厚度较厚的情况下，存在若应力作用则会产生裂纹的情况。第二透明电极206e可以是单层结构，也可以是层叠由不同功函数的材料构成的层的多层结构。
第二金属电极206c只要具有导电性即可，具体而言，可以使用金、银、铜、铂、铝、钛、铁、钯等导电性材料。
第二金属电极206c具有多个金属线实质上平行地配置的形状。第二金属电极206c的厚度例如优选为30nm～300nm。若第二金属电极206c的厚度比30nm薄，则存在导电性降低而电阻变高的倾向。若电阻变高，则有时会成为光电转换效率降低的原因。若第二金属电极206c的厚度为100nm以下，则由于具有透光性，能够提高发电效率、发光效率，因此是优选的。第二金属电极206c可以是单层结构，也可以是层叠由不同材料构成的层的多层结构。
第二功能层206d存在于第二透明电极206e与第二光活性层205之间。第二功能层206d是输送电子或空穴的优先取出的层，作为空穴输送层或电子输送层发挥功能。
在使第二功能层206d作为空穴输送层或电子输送层发挥功能的情况下，可以由无机氧化物构成第二功能层206d。在将第二功能层206d设为空穴输送层的情况下，可以由氧化钛构成第二功能层206d。另外，在将第二功能层206d设为电子传输层的情况下，可以由氧化锡构成第二功能层206d。
在将第二功能层206d设为空穴注入层的情况下，其厚度优选为30nm以下，也可以为15nm～25nm。这是因为能够降低作为空穴注入层的膜电阻而提高转换效率。另一方面，作为空穴注入层的厚度可以设为5nm以上。
在将第二功能层206d设为电子传输层的情况下，其厚度优选为30nm以下，也可以为15nm～25nm。这是因为能够降低作为电子输送层的膜电阻，提高转换效率。另一方面，作为电子传输层的厚度可以设为5nm以上。
作为第二功能层206d的一部分的覆盖层206b层叠于层叠体207的端面207a。覆盖层206b覆盖第二光活性层205的端部205a。覆盖层206b与第二功能层206d一体形成，与第二功能层206d连续。覆盖层206b的材质与第二功能层206d的材质相同。即，覆盖层206b由无机氧化物构成，更具体而言，由氧化钛或氧化锡构成。另外，覆盖层206b的厚度与第二功能层206d的厚度相等。
在图2所示的多层耦合型光电转换元件201中，第二功能层206d层叠在层叠体207的内部，并且作为第二功能层206d的一部分的覆盖层206b以覆盖第二光活性层205的端部205a的方式在端面207a上延伸而层叠。即，第二光活性层205的端部205a被覆盖层206b覆盖。由此，水不会从元件201的外部侵入第二光活性层205，具有构成第二光活性层205的钙钛矿型结晶结构的光活性材料不会因水而分解。由此，能够防止顶部单元的短路。
图3表示本实施方式的变形例。在图3所示的多层耦合型光电转换元件300中，覆盖层206b以一直覆盖到第一光活性层203的端部203a为止的方式在端面207a上延伸而层叠。水有可能将层叠体207的端面207a与覆盖层206b之间的界面作为侵入路径，但通过使覆盖层206b一直延伸至第一光活性层203，水的侵入路径变长，能够进一步减少水从元件301的外部侵入第二光活性层205的可能性。
(第三实施方式)
接着，对作为第三实施方式的多层耦合型光电转换元件的制造方法进行说明。本实施方式的制造方法是第二实施方式的变形例的制造方法，具备在中间层叠体层叠第二电极功能层的工序。在该工序中，包括通过原子层沉积法形成第二电极功能层中所包含的一部分层的层叠工序。在层叠工序中，是将第二电极功能层所包含的一部分层层叠在中间层叠体的第二光活性层上，同时层叠在位于中间层叠体的端面的第二光活性层的端部上的工序。
如图4所示，中间层叠体407具有第一电极功能层202、由晶体硅构成的第一光活性层203、中间功能层204、以及由具有钙钛矿型晶体结构的光活性材料构成的第二光活性层205。
如在第二实施方式中说明的那样，第一电极功能层202具有：第一电极202b；钝化膜202c，配置于第一电极202b与第一光活性层203之间；以及第一导电层204，贯通钝化膜202c并将第一电极202b与第二光活性层203电连接。
第一光活性层203与第二实施方式中说明的相同。
中间功能层204具有层叠于第二光活性层203的第二导电层204a、透明电极层204b、以及配置于透明电极层204b与第一光活性层205之间的第一功能层204c。
第二光活性层205与第二实施方式中说明的相同。
中间层叠体407的制造方法无需特别限定，例如也可以按照以下的顺序制造。
即，准备成为第一光活性层203的晶体硅基板，在其一个面上形成钝化膜202c。钝化膜202c例如通过对晶体硅基板的表面进行热氧化处理而形成。
接着，在要形成第一导电层202d的部分涂布Fire through用糊料，在660℃～1000℃的烧成温度下进行高温烧成，使糊料与钝化膜202c反应，形成第一导电层202d。在该方法中，虽然在钝化膜202c中不预先形成开口部202e，但由于在形成第一导电层204时钝化膜202c改性，所以在实施方式中，为了方便起见，钝化膜202c的变性的部分成为开口部202e。另外，通过该方法形成的第一导电层202d典型地具有圆顶状的结构。
作为Fire through用糊料，在涂布含有银或铝的金属糊料的情况下，优选使用丝网印刷法。金属糊料还可以含有玻璃粉、有机溶剂。在印刷铝糊料后进行热处理时，形成铝扩散至高浓度的p+层(第一导电层202d)。
接着，在成为第一光活性层203的晶体硅基板的另一面侧形成第二导电层204a。第二导电层204a如第二实施方式所述，能够通过导入非晶硅(a-Si)所需的掺杂剂而形成。
接着，在第二导电层204a之上形成透明导电层204b，进而在透明导电层204b之上形成第一功能层204c。透明导电层204b及第一功能层204c分别通过溅射形成。
接着，在第一功能层204c之上形成第二光活性层205。从成本的观点出发，优选利用涂布法形成第二光活性层205。
即，将包含钙钛矿结构的前体化合物和能够溶解该前体化合物的有机溶剂的涂布液涂布于基底、例如第一功能层204c之上而形成涂膜。另外，第一功能层204c的表面优选预先进行事前的表面处理，以对形成第二光活性层205的涂布液得到高的润湿性。具体而言，可举出UV-臭氧处理、等离子体处理。
涂布液所用的溶剂例如使用N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、γ-丁内酯、二甲基亚砜(DMSO)等。溶剂只要是能够溶解材料的溶剂就没有限制，也可以混合。第二光活性层205能够通过涂布使形成钙钛矿结构的全部的原材料溶解于1种溶液而成的单一的涂布液来形成。另外，也可以将形成钙钛矿结构的多个原材料单独地准备作为多个溶液的液体、多个涂布液，将其依次涂布。涂布可以使用旋涂机、狭缝涂布机、棒涂机、浸渍涂布机等。
涂布液还可以含有添加剂。作为这样的添加剂，优选为1，8-二碘辛烷(DIO)、N-环己基-2-吡咯烷酮(CHP)。
也可以将含有钙钛矿结构的前体的涂布液涂布2次以上。在这样的情况下，最初的涂布中形成的第二光活性层205容易成为晶格不匹配层，因此优选以成为比较薄的厚度的方式进行涂布。第二次以后的涂布条件，具体而言，优选为旋涂机的转速相对较快、狭缝涂布机或棒涂机的狭缝宽度相对较窄、浸渍涂布机的提拉速度相对较快、涂布溶液中的溶质浓度相对较薄等的膜厚变薄的条件。
钙钛矿结构形成反应完成后，为了使溶剂干燥，优选进行退火。该退火是为了去除钙钛矿层所包含的溶剂而进行的，因此优选在第二光活性层205之上形成下一层例如第二功能层206d之前进行。
如以上那样制造中间层叠体407。
接着，进行在中间层叠体407的第二光活性层205上层叠第二电极功能层的工序。层叠第二电极功能层的工序具有形成第二功能层206d的工序和形成第二透明电极206e及第二金属电极206c的工序。
在形成第二功能层206d的工序中，通过原子层沉积法形成作为第二电极功能层所包含的一部分层的第二功能层206d。在原子层沉积法中，使多个气相原料(前体)交替地暴露于第二功能层206d的被形成面，从而形成第二功能层204c。由此，第二功能层206d不仅层叠于第二光活性层205的上表面，还层叠于中间层叠体407的端面407a。
图5表示形成有第二功能层206d之后的中间层叠体407。在图5所示的例子中，在进行原子层沉积法时，中间层叠体407安装于夹具500。夹具500覆盖第一电极功能层202。由于第一电极功能层202被夹具500覆盖，因此在通过原子层沉积法形成第二功能层206d的情况下，第二功能层206d形成于第二光活性层205上，并且也形成于中间层叠体的端面207a中的、第一光活性层203至第二光活性层205被层叠的部分。这样，形成包含覆盖层206b的第二功能层206d。
接着，如图6所示，例如通过溅射法形成第二透明电极206e及第二金属电极206c。由此，制造图3所示的多层耦合型光电转换元件300。
根据本实施方式的制造方法，利用原子层沉积法形成第二功能层206d，从而能够与第二功能层206d的形成同时地同时形成至少覆盖第二光活性层205的端部的覆盖层204b，因此能够实现工序的简化。
另外，在通过原子层沉积法形成第二功能层206d时，至少将覆盖第一电极功能层202的夹具500安装于中间层叠体407，因此在第一电极功能层202不层叠第二功能层206d。由此，多层耦合型光电转换元件300的第二透明电极206e与第一电极202b不会短路。
另外，在制造图2所示的多层耦合型光电转换元件200的情况下，代替上述的夹具500，使用将中间层叠体407的端面407a中的除了第二光活性层205的端部以外的部分覆盖的夹具，在将该夹具安装于中间层叠体的状态下，通过原子层沉积法形成第二功能层206d即可。
(第四实施方式)
接着，对第四实施方式的多层耦合型光电转换元件及其制造方法进行说明。
图7所示的多层耦合型光电转换元件601由第一电极功能层602、由晶体硅构成的第一光活性层603、中间功能层604、由具有钙钛矿型结晶结构的光活性材料构成的第二光活性层605、第二电极功能层606层叠而成的层叠体607构成。在图7所示的多层耦合型光电转换元件601中，第一光活性层603及第二光活性层605的受光面被设为第二电极功能层606侧的面。
第一光活性层603的端部603a、中间功能层604的端部604a、第二光活性层605的端部605a以及第二电极功能层606的端部606a位于层叠体607的端面607a。
图7所示的多层耦合型光电转换元件601中，第二电极功能层606所包含的一部分层606b层叠于层叠体607的内部，并且以至少将层叠体607的端面7a的全部覆盖的方式延伸而层叠。在图7所示的例子中，第二电极功能层606所包含的一部分层606b覆盖层叠体607的端面607a的全部，并且以覆盖第一光活性层603的下表面603b的一部分的方式形成。但是，一部分层606b不与第一电极功能层602接触。
如图7所示，第一电极功能层602形成为带状。在图7中，第一电极功能层602被表示为带状的第一电极功能层602与其长度方向正交的截面。
第一光活性层603、中间功能层604、第二光活性层605可以与第一实施方式的第一光活性层3、中间功能层4、第二光活性层5相同。
第二电极功能层606也可以包含第二电极606c和配置于第二电极606c与第二光活性层605之间的第二功能层606d。第二功能层606d作为第二电极功能层606所包含的一部分层606b以至少覆盖层叠体607的端面607a的方式被层叠。
图1所示的多层耦合型光电转换元件1具备2个光活性层603、605，并采用串联太阳能电池，该串联太阳能电池具有如下结构：将具备第二光活性层605的单位作为顶部单元，将具备第一光活性层603的单位作为底部单元，并将它们通过中间功能层604串联连接。第一电极功能层602和第二电极功能层606成为阳极或阴极，从此处取出由元件生成的电能。
在图7所示的多层耦合型光电转换元件601中，第二电极功能层606所包含的一部分层606b以至少覆盖层叠体607的端面607a的方式层叠。第二光活性层605的端部605a成为被第二电极功能层606所包含的一部分层606b覆盖的状态。由此，水不会从元件601的外部侵入第二光活性层605，构成第二光活性层605的具有钙钛矿型结晶结构的光活性材料不会因水而分解。由此，能够防止顶部单元的短路。
另外，第二电极功能层606所包含的一部分层606b以至少覆盖层叠体607的端面607a的全部的方式层叠，从而水分到达第二光活性层605的侵入路径变长，由此，水分的侵入被大幅限制，构成第二光活性层605的光活性材料因水而分解的可能性变得更少。由此，能够更可靠地防止顶部单元的短路。
接着，参照图8～图10，对图7所示的多层耦合型光电转换元件601的制造方法进行说明。
本实施方式的制造方法具备在中间层叠体层叠第二电极功能层的工序。在该工序中，包括通过原子层沉积法形成第二电极功能层中所包含的一部分层的层叠工序。在层叠工序中，将第二电极功能层所包含的一部分层层叠在中间层叠体的第二光活性层上，并且层叠在位于中间层叠体的端面的第二光活性层的端部上。特别是，在本实施方式的层叠工序中，是将第二电极功能层所包含的一部分层层叠在中间层叠体的第二光活性层上，并且至少层叠在中间层叠体的端面的整个面上的工序。进而，在层叠工序中，也可以将第二电极功能层所包含的一部分层层叠于第一光活性层的第一电极功能层602侧的下表面603b的一部分。
如图8所示，中间层叠体707具有第一电极功能层602、由晶体硅构成的第一光活性层603、中间功能层604、由具有钙钛矿型结晶结构的光活性材料构成的第二光活性层605。
中间层叠体407的制造方法没有特别限定，例如也可以按照以下的顺序制造。
即，准备成为第一光活性层603的晶体硅基板，在其一面形成第一电极功能层602。接着，在成为第一光活性层603的晶体硅基板的另一面依次层叠中间功能层604和具有钙钛矿型结晶结构的第二光活性层605。
中间功能层604例如优选通过溅射法制造。另外，第二光活性层605例如如第三实施方式中说明的那样，从成本的观点出发，优选通过涂布法形成。
如以上那样制造中间层叠体707。
接着，进行在中间层叠体707的第二光活性层605上层叠第二电极功能层的工序。层叠第二电极功能层的工序具有形成第二功能层606d的工序和形成第二电极606c的工序。
如图9所示，在形成第二功能层606d的工序中，在将夹具800安装于中间层叠体707之后，通过原子层沉积法形成构成第二电极功能层606的一部分的第二功能层606d。在原子层沉积法中，使多个气相原料(前体)交替地暴露于第二功能层606d的被形成面，从而形成第二功能层606d。由此，第二功能层606d形成于第二光活性层605的上表面，并且其一部分606b也层叠于中间层叠体707的端面607a及第一光活性层603的下表面603b的一部分。
夹具800是覆盖第一电极功能层602且与第一光活性层603的下表面603b相接的中空箱状的夹具。由于第一电极功能层602被夹具800覆盖，因此在通过原子层沉积法形成第二功能层606d的情况下，第二功能层606d不与第一电极功能层602接合而形成于第二光活性层605上，并且其一部分606b形成于中间层叠体707的端面707a全部和第一光活性层603的下表面603b的一部分。这样，形成第二功能层206d。
将第二功能层606d及其一部分606b层叠的范围能够通过变更夹具800的形状来调整。例如，作为夹具的另一例，通过使用将第一电极功能层602及第一光活性层603的下表面603b的全部覆盖的夹具，从而能够以将第二光活性层605上和中间层叠体707的端面707a的整个面覆盖的方式层叠第二功能层606d及其一部分606b。
接着，如图10所示，例如通过溅射法形成第二电极606c。由此，制造图7所示的多层耦合型光电转换元件601。
根据以上说明的至少一个实施方式，通过具有以将位于层叠体的端面的第二光活性层的端部覆盖的方式在端面上延伸而层叠的覆盖层，能够防止水与由具有钙钛矿型晶体结构的光活性材料构成的第二光活性层的接触。
对本实用新型的几个实施方式进行了说明，但这些实施方式是作为例子而提示的，并不意图限定实用新型的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离实用新型的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换、变更。这些实施方式及其变形包含在实用新型的范围或主旨中，并且包含在权利要求书所记载的实用新型及其等同的范围内。
[附图标记说明]
1…多层耦合型光电转换元件，2…第一电极功能层，3…第一光活性层，4…中间功能层，5…第二光活性层，6…第二电极功能层，6a…第二光活性层的端部，6b…第二电极功能层所包含的一部分层，6c…第二电极，6d，206d…第二功能层，7…层叠体，7a…层叠体的端面，202b…第一电极，202c…钝化膜，202d…第一导电层，204a…第二导电层，204b…透明电极层，204c…第一功能层，407…中间层叠体，500…夹具。

Claims (8)

1.一种多层耦合型光电转换元件，其特征在于，所述多层耦合型光电转换元件由层叠体构成，所述层叠体是将第一电极功能层、由晶体硅构成的第一光活性层、中间功能层、由具有钙钛矿型晶体结构的光活性材料构成的第二光活性层、以及第二电极功能层层叠而成的，
所述第二电极功能层所包含的一部分层被层叠在所述层叠体的内部，并且以将位于所述层叠体的端面的所述第二光活性层的端部覆盖的方式在所述端面上延伸而层叠。
2.根据权利要求1所述的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，
所述第二电极功能层所包含的一部分层以将所述层叠体的整个端面覆盖、并且将所述第一光活性层的所述第一电极功能层侧的面的一部分覆盖的方式层叠。
3.根据权利要求2所述的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，
所述第二电极功能层所包含的一部分层由无机氧化物构成。
4.根据权利要求2所述的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，
所述第二电极功能层所包含的一部分层由锡氧化物或钛氧化物构成。
5.根据权利要求1所述的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，
所述第一电极功能层具有：第一电极；钝化膜，配置在所述第一电极与所述第一光活性层之间；以及第一导电层，贯通所述钝化膜并将所述第一电极与所述第二光活性层电连接，
所述中间功能层具有：第二导电层，层叠于第二光活性层；透明电极层；以及第一功能层，配置于所述透明电极层与所述第一光活性层之间，
所述第二电极功能层具有：第二功能层，层叠于所述第二光活性层；以及第二电极，层叠于所述第二功能层，
所述第二功能层被层叠在所述第二光活性层与所述第二电极之间，并且以将位于所述层叠体的端面的所述第二光活性层的端部覆盖的方式在所述端面上延伸而层叠。
6.根据权利要求5所述的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，
所述第一功能层及所述第二功能层分别相对于所述第二光活性层作为空穴注入层或电子输送层发挥功能。
7.根据权利要求5所述的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，
所述第二功能层由无机氧化物构成。
8.根据权利要求5所述的多层耦合型光电转换元件，其特征在于，
所述第二功能层由锡氧化物或钛氧化物构成。
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