JP2016523453A - ペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

ペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2016523453A
JP2016523453A JP2016522194A JP2016522194A JP2016523453A JP 2016523453 A JP2016523453 A JP 2016523453A JP 2016522194 A JP2016522194 A JP 2016522194A JP 2016522194 A JP2016522194 A JP 2016522194A JP 2016523453 A JP2016523453 A JP 2016523453A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
mesoporous
solar cell
hole
perovskite
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.)
Granted
Application number
JP2016522194A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6267790B2 (ja
Inventor
▲韓▼宏▲偉▼
▲庫▼治良
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.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
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 Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Publication of JP2016523453A publication Critical patent/JP2016523453A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6267790B2 publication Critical patent/JP6267790B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
    • H01L31/036—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes
    • H01L31/0384—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by their crystalline structure or particular orientation of the crystalline planes including other non-monocrystalline materials, e.g. semiconductor particles embedded in an insulating material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • 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
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • 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
    • H10K30/15—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2
    • H10K30/151—Sensitised wide-bandgap semiconductor devices, e.g. dye-sensitised TiO2 the wide bandgap semiconductor comprising titanium oxide, e.g. TiO2
    • 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
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Hybrid Cells (AREA)

Abstract

【課題】 本発明はベース及び相次ぎにそのベースの上に積み重なった正孔ブロッキング層、並びにペロブスカイト型半導体材料が充填されたメソポーラスナノ結晶層、絶縁スペーサ層及びメソポーラス穴収集層を含むペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池及びその製造方法を開示する。本発明では、メゾスコピック太陽電池はエレメントが完全な印刷方法によるものであり、ペロブスカイト型ナノ結晶を活性光吸収材料にし、その自身の正孔伝導性能によりメソポーラス絶縁スペーサ層で正孔トランスポート層を形成し、直接に正孔を正孔収集層に輸送し、有機P型材料を使用しなくなる。また、メソポーラスカーボンのような価格の安い材料を正孔収集層にするので、効果的に太陽電池のエレメントの製造プロセスを簡単にし、製造コストが安くなり、産業で広く利用されることができる。【選択図】図１

Description

本発明はメゾスコピック太陽電池のエレメントの太陽電池技術に関する。
メゾスコピック太陽電池はメソポーラスナノ結晶材料を光陽極にする太陽電池である。この太陽電池で、光吸収材料が光陽極としてメソポーラスナノ結晶電極に吸着し、発生した光電子をメソポーラスナノ結晶電極に投入し、導電ベースに輸送する上、正孔トランスポート層により発生した正孔を正孔収集層に輸送して光電流を形成する。メソポーラスナノ電極は比表面積が非常に大きいので、十分に多く光吸収材料を吸着して大いに光電流を取得でき、理論的効率が非常に高い。
半導体ナノ結晶光吸収材料はメゾスコピック太陽電池分野で非常に広く利用されてきた。その原因として、半導体ナノ結晶光吸収材料は光学的断面が大きいことの上、所定の範囲でこれらの光吸収材料の結晶粒子大きさを調節してそのエネルギーギャップを変えて電池エレメントの開回路電圧を変える。この半導体ナノ結晶光吸収材料に基づく太陽電池のエレメントは理論的効率が非常に高いが、実際のところ、これらの材料は安定性が下手であり、キャリアの複合時間が短い。
新しいペロブスカイト型ナノ光吸収半導体材料として、ヨウ化鉛メチルアンモニウム（CH3NH3PbI3）は光吸収の範囲が広く、吸収係数が高く、キャリア複合時間が長く、安定性がよい。現在、このペロブスカイト型光吸収材料に基づく全固形のメゾスコピック太陽電池のエレメントは光電転換効率が12.3%科まで高い。しかしながら、従来、このペロブスカイト型半導体材料を光吸収材料にする電池は有機P型半導体材料を正孔トランスポート層にし、蒸着で貴金属電極を製造して電池エレメントの電極対として正孔を収集するのが普通である。有機半導体材料の利用により、電池エレメントのパッケージプロセスに関する規定が更に厳になり、ある程度でエレメントの長期の安定性に影響を与える。なお、蒸着貴金属電極は電池エレメントの製造コストを向上する上、重大にこの電池エレメントの量産及び利用を制約している。
本発明はペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池及びその製造方法を提供し、ペロブスカイト型半導体材料自身の正孔伝導性能により直接に正孔を正孔収集層に輸送して前記の課題を解決することを目的にする。
本発明はベース及び相次ぎにそのベースの上に積み重なった正孔ブロッキング層、メソポーラスナノ結晶層、絶縁スペーサ層及びメソポーラス穴収集層を含むペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池を提供する。
その中、前記のメソポーラスナノ結晶層、絶縁スペーサ層及びメソポーラス穴収集層にペロブスカイト型半導体材料が充填されている。
好ましくは、前記のメソポーラスナノ結晶層がペロブスカイト型半導体材料に充填されてから活性光吸収層となる。
好ましくは、メソポーラスナノ結晶層がメソポーラス無機ナノ酸化膜である。
好ましくは、前記の絶縁スペーサ層がペロブスカイト型半導体材料に充填されてからが正孔トランスポート層となる。
好ましくは、前記の絶縁スペーサ層がメソポーラス無機ナノ酸化膜である。
好ましくは、前記の正孔ブロッキング層が緻密な酸化チタン膜である。
好ましくは、前記のペロブスカイト型半導体材料がABX3である。その中、Aがアルキルアミン及びアルカリ元素の少なくとも1種、Bが鉛または錫の少なくとも1種、Xがヨウ素、臭素または塩素の少なくとも1種である。
好ましくは、前記のペロブスカイト型半導体材料がヨウ化鉛メチルアンモニウム（CH3NH3PbI3）である。
好ましくは、前記のナノ酸化物が酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及びシリカの少なくとも1種である。
更に、本発明は下記のステップを含むペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池の製造方法を提供する。
（１）導電ベースで正孔ブロッキング層を製造する。
（２）正孔ブロッキング層で相次ぎにメソポーラスナノ結晶層、メソポーラス絶縁スペーサ層及びメソポーラス穴収集層を積み重なり、焼き付ける。
（３）ペロブスカイト型光吸収半導体材料の前駆体溶液を滴でメソポーラス穴収集層に塗り付け、それが上から下まで相次ぎにメソポーラス穴収集層からメソポーラスナノ結晶層ナノポアに充填できてから、乾燥させてから前記の全固形メゾスコピック太陽電池のエレメントを取得する。
好ましくは、メソポーラスナノ結晶層でもメソポーラス絶縁スペーサ層でもナノ酸化物膜である。
好ましくは、前記のメソポーラスナノ結晶層、絶縁層及び正孔収集層が印刷により積み重なった製造されたものである。
好ましくは、前記の正孔ブロッキング層が緻密な酸化チタン膜である。
好ましくは、前記のペロブスカイト型半導体材料がABX3である。その中、Aがメチルアミンまたはセシウムの少なくとも1種、Bが鉛、錫の少なくとも1種、Xがヨウ素、臭素または塩素の少なくとも1種、好ましくは、ヨウ化鉛メチルアンモニウム（CH3NH3PbI3）である。
好ましくは、前記のナノ酸化物が酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及びシリカの少なくとも1種である。
好ましくは、ナノ膜における正孔輸送性能及びエレメントの安定性を最適にするために、前記のステップ（3）の後に他の補助P型半導体材料を充填することも含む。
本発明による太陽電池はエレメントが相次ぎに導電ベース、正孔ブロッキング層、ナノ結晶層、絶縁スペーサ層及び正孔収集層からなる。その中、製造ステップ（2）でのメソポーラスナノ結晶層、絶縁層及び正孔収集層は印刷で製造されたものである。蒸着と比べてみると、印刷は真空が不要であるので、電池の製造プロセスが簡単になる同時に、電池の製造コストも削減された。
本発明では、ナノ酸化物は酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及びシリカの少なくとも1種であってもよく、好ましくは、結晶粒子の大きさが10〜400nm、正孔収集層が炭素、酸化インジウム・錫のような高い仕事関数電極材料、膜厚さが50nm〜10μm、焼付け温度が共に400〜500℃である。
まとめていうと、本発明では、メゾスコピック太陽電池はエレメントが完全な印刷方法によるものであり、ペロブスカイト型ナノ結晶を活性光吸収材料にし、その自身の正孔伝導性能によりメソポーラス絶縁スペーサ層で正孔トランスポート層を形成し、直接に正孔を正孔収集層に輸送し、有機P型材料を使用しなくなる。また、メソポーラスカーボンのような価格の安い材料を正孔収集層にするので、効果的に太陽電池のエレメントの製造プロセスを簡単にし、製造コストが安くなり、産業で広く利用されることができる。
本発明による実例のペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池の構成図
次に、図と結び合わせて本発明の目的、技術方案及び長所について詳細に説明する。ここで説明が具体的な実例に関する場合、本発明に関する説明のためのものだけであり、本発明を限定するものではない。
本実例で、メゾスコピック太陽電池はエレメントの構成が図1に示され、エレメントが下から上まで相次ぎに導電ベース1、正孔ブロッキング層2、ナノ結晶層3、絶縁スペーサ層4、正孔収集層5からなる。
その中、メソポーラスナノ結晶層3、絶縁スペーサ層4及びメソポーラス穴収集層5にペロブスカイト型半導体材料が充填されている。メソポーラスナノ結晶層3がペロブスカイト型半導体材料に充填されてから活性光吸収層となり、絶縁スペーサ層4がペロブスカイト型半導体材料に充填されてからが正孔トランスポート層となる。
また、メソポーラスナノ結晶層3及びメソポーラス絶縁スペーサ層4が共にナノ酸化物膜である。例えば、ナノ酸化物は酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及びシリカの少なくとも1種であってもいい。
好ましくは、メソポーラスナノ結晶層、絶縁層及び正孔収集層は印刷により積み重なった製造されたものである。
焼付け後に、ナノ結晶層がペロブスカイト型光吸収半導体材料に充填されてから活性ナノ結晶層となり、バッテリの光陽極として、絶縁スペーサ層がペロブスカイト型光吸収半導体材料に充填されてからが正孔トランスポート層となり、正孔を正孔収集層に輸送する。
絶縁スペーサ層ナノ酸化物膜がペロブスカイト型光吸収半導体材料に充填されてから、この半導体材料に所定の正孔伝道能力があるので、従来の有機P型半導体材料を替えて電池の正孔トランスポート層となることができる。また、本発明では、メソポーラスカーボンのような価格の安い材料を正孔収集層にし、ペロブスカイト型半導体材料自身の正孔伝導性能により直接に正孔を正孔収集層に送るので、有機P型材料を使用しなくなる。
次に、実例と結び合わせてメゾスコピック太陽電池の製造方法について詳細に説明する。
エレメントは導電ガラスを導電基板1にし、所定の厚さ（例えば50nm）で酸化チタン致密層2を沈積させてから、下から上までスクリーン印刷により相次ぎに酸化チタンナノ結晶層3、二酸化ジルコニウム絶縁スペーサ層4及び炭素電極正孔収集層5を製造する。
例えば、ナノ酸化チタン結晶粒子は大きさが18nm、酸化チタン層は厚さが1μm程度、二酸化ジルコニウム結晶粒子は大きさが20nm、厚さが1μm程度である。炭素電極正孔収集層は石墨またはカーボンブラック製メソポーラス導電膜、厚さが10μm程度である。所定量（例えば4μL）のヨウ化鉛メチルアンモニウム（CH3NH3PbI3）前駆体溶液（30wt%）を滴で炭素メソポーラス膜に加え、1分に放置し、充分に酸化チタンナノ結晶膜に滲透させてから所定の温度（例えば50℃）で乾燥させる。試験によると、電池エレメントは100mW/cm2の模擬太陽光で効率が6.64%である。
エレメントは導電ガラスを導電基板1にし、所定の厚さ（例えば50nm）で酸化チタン致密層2を沈積させてから、下から上までスクリーン印刷により相次ぎに酸化チタンナノ結晶層3、酸化アルミニウム絶縁スペーサ層4及び炭素電極正孔収集層5を製造する。
例えば、ナノ酸化チタン結晶粒子は大きさが18nm、酸化チタン層は厚さが1μm程度、酸化アルミニウム結晶粒子は大きさが20nm、厚さが1μm程度、炭素電極は正孔収集層が石墨、カーボンブラック製メソポーラス導電膜は厚さが10μm程度である。所定量（例えば4μL）のヨウ化鉛メチルアンモニウム（CH3NH3PbI3）前駆体溶液（30wt%）を滴で炭素メソポーラス膜に加え、1分に放置し、充分に酸化チタンナノ結晶膜に滲透させてから所定の温度（例えば50℃）で乾燥させる。試験によると、電池エレメントは100mW/cm2模擬太陽光で効率が6.03%である。
エレメントは導電ガラスを導電基板1にし、所定の厚さ（例えば50nm）で酸化チタン致密層2を沈積させてから、下から上までスクリーン印刷により相次ぎに酸化チタンナノ結晶層3、二酸化ジルコニウム絶縁スペーサ層4及び炭素電極正孔収集層5を製造する。例えば、ナノ酸化チタン結晶粒子は大きさが18nm、酸化チタン層は厚さが1μm程度、二酸化ジルコニウム結晶粒子は大きさが20nm、厚さが1μm程度、炭素電極は正孔収集層が石墨、カーボンブラック製メソポーラス導電膜、厚さが10μmである。所定量（例えば4μL）のヨウ素/臭素鉛メチルアミン（CH3NH3PbI2Br）前駆体溶液（30wt%）を滴で炭素メソポーラス膜に加え、1分に放置し、充分に酸化チタンナノ結晶膜に滲透させてから所定の温度（例えば50℃）で乾燥させる。試験によると、電池エレメントは100mW/cm2模擬太陽光で効率が5.87%である。
エレメントは導電ガラスを導電基板1にし、所定の厚さ（例えば50nm）で酸化チタン致密層2を沈積させてから、下から上までスクリーン印刷により相次ぎに酸化チタンナノ結晶層3、二酸化ジルコニウム絶縁スペーサ層4及び酸化インジウム・錫電極正孔収集層5を製造する。ナノ酸化チタン結晶粒子は大きさが18nm、酸化チタン層は厚さが1μm程度、二酸化ジルコニウム結晶粒子は大きさが20nm、厚さが1μm程度、酸化インジウム・錫電極は正孔収集層5が錫入れ酸化インジウム・ナノ結晶顆粒製メソポーラス導電膜、厚さが10μm程度である。4μLのヨウ化鉛メチルアンモニウム（CH3NH3PbI3）前駆体溶液を（30wt%）滴で酸化インジウム・錫メソポーラス膜に加えて、1分に放置し、充分に酸化チタンナノ結晶膜に滲透させてから、50℃で乾燥させる。試験によると、電池エレメントは100mW/cm2模擬太陽光で効率が5.15%である。
前記の各実例で、好ましくは、導電ベース1は導電ガラスまたは導電プラスチックであり、正孔ブロッキング層2は無機金属酸化物膜であり、好ましくは緻密な酸化チタン膜であり、厚さが50nmであるが、酸化チタン膜に限るものではなく、厚さの設置が需要に応じる（例えば50nm〜10μm）。メソポーラスナノ結晶層3でも絶縁スペーサ層4でもナノ酸化物膜である。その中、メソポーラスナノ結晶層3が酸化チタンナノ結晶層であることが好ましいが、酸化チタンに限るものではなく、結晶粒子の大きさが18nmに限るものではなく、絶縁スペーサ層4が二酸化ジルコニウムであることが好ましいが、その結晶粒子の大きさも厚さも前記の実例に限るものではなく、需要に応じて選択できる。例えば、厚さは50nm〜10μmであってもいい。正孔収集層5はメソポーラス材料製電極層であり、炭素、酸化インジウム・錫などの高い仕事関数電極材料を含むがそれに限るものではない。
また、前記の実例で、ペロブスカイト型半導体材料は化学式がABX3である。その中、Aがアルキルアミン及びアルカリ元素の少なくとも1種、Bが鉛または錫の少なくとも1種、Xがヨウ素、臭素または塩素の少なくとも1種、ヨウ化鉛メチルアンモニウム（CH3NH3PbI3）である。
前記の実例は本発明にについて説明するものだけであり、本発明を限定するものではなく、本発明の基本的な原理におけるすべての改定、同等の変更または改善が本発明の範囲にあるものである。
１：導電ベース
２：正孔ブロッキング層
３：ナノ結晶層
４：絶縁スペーサ層
５：正孔収集層

Claims (10)

  1. ベース（1）並びに相次ぎにそのベース（1）の上に積み重なった正孔ブロッキング層（2）、メソポーラスナノ結晶層（3）、メソポーラス絶縁スペーサ層（4）及びメソポーラス穴収集層（5）を含むことを特徴とするペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池。
    その中、前記のメソポーラスナノ結晶層（3）、メソポーラス絶縁スペーサ層（4）及びメソポーラス穴収集層（5）にペロブスカイト型半導体材料が充填されていて、 前記のメソポーラスナノ結晶層（3）が活性光吸収層となり、バッテリの光陽極とされ、前記のメソポーラス絶縁スペーサ層（4）が正孔トランスポート層となる。
  2. 前記のメソポーラスナノ結晶層（3）でもメソポーラス絶縁スペーサ層（4）でもメソポーラス無機ナノ酸化膜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型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池。
  3. 前記のメソポーラス無機ナノ酸化物が酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム及びシリカの少なくとも1種であることを特徴とする請求項2に記載のペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池。
  4. 前記のペロブスカイト型半導体材料がABX3であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載のペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池。その中、Aがアルキルアミン及びアルカリ元素の少なくとも1種、Bが鉛、錫の少なくとも1種、Xがヨウ素、臭素及び塩素の少なくとも1種であるある。
  5. 前記の正孔ブロッキング層（5）が緻密な酸化チタン膜であるであることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載のペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池。
  6. 前記のペロブスカイト型半導体材料の充填がその前駆体溶液を滴で前記のメソポーラス穴収集層（5）に塗り付け、それを上から下までメソポーラス穴収集層（5）から相次ぎにメソポーラスナノ結晶層（3）のナノポアに浸透させ、充填させて達成するものであることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載のペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池。
  7. 下記のステップを含むことを特徴とするペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池の製造方法。
    （1）導電ベース（1）で正孔ブロッキング層（2）を製造する。
    （2）前記の正孔ブロッキング層（2）で相次ぎにメソポーラスナノ結晶層（3）、メソポーラス絶縁スペーサ層（4）及びメソポーラス穴収集層（5）を積み重なり、焼き付ける。
    （3）ペロブスカイト型光吸収半導体材料を前駆体溶液滴で前記のメソポーラス穴収集層（5）に塗り付け、それを上から下まで相次ぎに前記のメソポーラス穴収集層（5）からメソポーラスナノ結晶層（3）のナノポアに充填し、乾燥させてからメゾスコピック太陽電池のエレメントを取得する。
  8. 前記のメソポーラスナノ結晶層（3）でもメソポーラス絶縁スペーサ層（4）でもメソポーラス無機ナノ酸化膜であることを特徴とする請求項7に記載のペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池の製造方法。
  9. 前記のメソポーラスナノ結晶層（3）、メソポーラス絶縁スペーサ層（4）及び正孔収集層（5）が印刷またはナイフ塗布で積み重なって製造されたものであることを特徴とする請求項7または8に記載のペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池の製造方法。
  10. 前記のメソポーラスナノ結晶層（3）、メソポーラス絶縁スペーサ層（4）及びメソポーラス穴収集層（5）膜の正孔輸送性能を最適にするために、前記のステップ（3）の後に補助P型半導体材料を充填するステップを含むこともできることを特徴とする請求項7〜9のいずれかに記載のペロブスカイト型光吸収材料に基づくメゾスコピック太陽電池の製造方法。
JP2016522194A 2013-07-16 2014-02-25 ペロブスカイト型半導体材料に基づくメゾスコピック太陽電池及びその製造方法 Active JP6267790B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310297115.7 2013-07-16
CN201310297115.7A CN103441217B (zh) 2013-07-16 2013-07-16 基于钙钛矿类吸光材料的介观太阳能电池及其制备方法
PCT/CN2014/072510 WO2015007094A1 (zh) 2013-07-16 2014-02-25 基于钙钛矿类吸光材料的介观太阳能电池及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016523453A true JP2016523453A (ja) 2016-08-08
JP6267790B2 JP6267790B2 (ja) 2018-01-24

Family

ID=49694901

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016522194A Active JP6267790B2 (ja) 2013-07-16 2014-02-25 ペロブスカイト型半導体材料に基づくメゾスコピック太陽電池及びその製造方法

Country Status (5)

Country Link
US (2) US10199528B2 (ja)
EP (1) EP3024044B1 (ja)
JP (1) JP6267790B2 (ja)
CN (1) CN103441217B (ja)
WO (1) WO2015007094A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016157763A (ja) * 2015-02-24 2016-09-01 大阪瓦斯株式会社 ペロブスカイト型太陽電池及びその製造方法
WO2018056295A1 (ja) * 2016-09-21 2018-03-29 積水化学工業株式会社 太陽電池
JP2020504455A (ja) * 2017-10-24 2020-02-06 ▲華▼中科技大学Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 強誘電体強化太陽電池及びその製造方法
JP2020088316A (ja) * 2018-11-30 2020-06-04 国立大学法人東京工業大学 積層体、太陽電池、及び太陽電池の製造方法
WO2024029426A1 (ja) * 2022-08-01 2024-02-08 シャープ株式会社 ペロブスカイト太陽電池及びその製造方法

Families Citing this family (40)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103441217B (zh) * 2013-07-16 2015-11-04 华中科技大学 基于钙钛矿类吸光材料的介观太阳能电池及其制备方法
CN103490011B (zh) * 2013-09-30 2016-08-17 中国科学院物理研究所 钙钛矿基薄膜太阳电池及其制备方法
CN104733183B (zh) * 2013-12-19 2017-10-03 清华大学 钙钛矿型太阳能电池及其制备方法
CN103681886B (zh) * 2013-12-26 2017-09-22 中国科学院物理研究所 用于钙钛矿基薄膜太阳电池的支架层及其制备方法
CN103956392A (zh) * 2014-02-13 2014-07-30 大连七色光太阳能科技开发有限公司 基于碳对电极的钙钛矿型电池及其制备方法
CN103794377B (zh) * 2014-02-21 2017-01-25 南京大学昆山创新研究院 一种染料敏化太阳能电池光阳极及其制备方法和应用
GB201405095D0 (en) * 2014-03-21 2014-05-07 Oxford Photovoltaics Ltd Structure of an optoelectronic device
CN103904218A (zh) * 2014-03-28 2014-07-02 中国科学院上海技术物理研究所 基于金属颗粒的钙钛矿薄膜太阳能电池结构
CN104979421B (zh) * 2014-04-11 2017-09-26 中国科学院大连化学物理研究所 一种叠层太阳能电池
CN104022226B (zh) * 2014-05-14 2017-07-28 中国科学院物理研究所 钙钛矿基薄膜太阳电池及其制备方法
CN104124291B (zh) * 2014-07-24 2016-08-31 华中科技大学 一种钙钛矿太阳电池及其制备方法
CN104091889B (zh) * 2014-07-24 2015-08-05 华中科技大学 半导体钙钛矿太阳能电池及其制备方法
US10297754B2 (en) * 2014-08-01 2019-05-21 International Business Machines Corporation Techniques for perovskite layer crystallization
CN104124295A (zh) * 2014-08-12 2014-10-29 中国乐凯集团有限公司 一种平面异质结钙钛矿太阳能电池及其制备方法
TWI527259B (zh) 2014-08-13 2016-03-21 國立清華大學 鈣鈦礦太陽能電池的製造方法
CN104157788B (zh) * 2014-08-19 2017-03-29 武汉大学 一种基于SnO2的钙钛矿薄膜光伏电池及其制备方法
CN104332560B (zh) * 2014-09-04 2017-01-11 武汉大学 一种氯溴碘共混钙钛矿光吸收层材料的制备方法
CN105655422A (zh) * 2014-11-12 2016-06-08 东莞日阵薄膜光伏技术有限公司 双节钙钛矿/铜铟镓硒太阳能电池
CN104538552A (zh) * 2014-12-30 2015-04-22 南京信息工程大学 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN104576930B (zh) * 2015-01-06 2017-05-03 宁波大学 钙钛矿太阳能电池及其制备方法
JP6742693B2 (ja) * 2015-02-17 2020-08-19 大阪瓦斯株式会社 非真空プロセスで製造可能な無機光電変換装置
JP6339037B2 (ja) * 2015-03-18 2018-06-06 株式会社東芝 光電変換素子およびその製造方法
WO2016186317A1 (ko) * 2015-05-18 2016-11-24 고려대학교 산학협력단 페로브스카이트 태양 전지 모듈
CN105405973A (zh) * 2015-10-30 2016-03-16 华中科技大学 基于钙钛矿类吸光材料的介观太阳能电池及其制备方法
US10775671B2 (en) * 2015-12-23 2020-09-15 Avantama Ag Display device
CN105826473B (zh) * 2016-05-12 2019-06-21 东莞市联洲知识产权运营管理有限公司 一种钙钛矿型太阳能电池及其制备方法
US20200211786A1 (en) * 2016-07-15 2020-07-02 Cristal Pigment Uk Limited Solar cell materials for increased efficiency
KR102629585B1 (ko) 2016-10-04 2024-01-25 삼성전자주식회사 광전 변환 소자 및 이를 포함하는 촬상 장치
CN106847956B (zh) * 2017-03-08 2018-12-07 中国工程物理研究院材料研究所 一种基于全无机钙钛矿单晶的辐射探测器的制备方法
TWI651862B (zh) 2017-06-05 2019-02-21 國立成功大學 太陽能電池的製造方法
CN107482119A (zh) * 2017-06-29 2017-12-15 华中光电技术研究所（中国船舶重工集团公司第七七研究所） 一种钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN110350093B (zh) * 2018-04-08 2021-07-27 华中科技大学 一种基于熔融法制备太阳能电池吸光层的方法及其应用
CN110660918B (zh) * 2018-06-28 2022-09-06 湖北万度光能有限责任公司 钙钛矿太阳能电池封装方法
CN110473973A (zh) * 2019-07-17 2019-11-19 北京大学深圳研究生院 碳基钙钛矿太阳能电池的界面后处理方法和太阳能电池
US20230180490A1 (en) * 2020-04-03 2023-06-08 Yissum Research Development Company Of The Hebrew University Of Jerusalem Ltd. Printable hole conductor free mesoporous indium tin oxide based perovskite solar cells
CN112071988B (zh) * 2020-09-02 2021-12-10 西北工业大学 一种全丝网印刷钙钛矿太阳能电池的制备方法
CN112071991B (zh) * 2020-09-02 2022-02-08 西北工业大学 一种丝网印刷制备钙钛矿薄膜的方法
CN112151679B (zh) * 2020-09-29 2022-12-09 西北工业大学 一种纳米晶体复合钙钛矿太阳能电池及其制备方法
CN113363391A (zh) * 2021-05-24 2021-09-07 桂林电子科技大学 一种基于离子液体添加剂的碳基全印刷钙钛矿太阳能电池及其制备方法
TWI803049B (zh) * 2021-11-11 2023-05-21 國立雲林科技大學 奈米結構修飾之有機元件製造方法及其結構

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101740238A (zh) * 2010-03-12 2010-06-16 华中科技大学 一种染料敏化太阳能电池及其制备方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU728725B2 (en) * 1995-10-31 2001-01-18 Ecole Polytechnique Federale De Lausanne A battery of photovoltaic cells and process for manufacturing the same
JP2002299063A (ja) * 2001-04-03 2002-10-11 Japan Science & Technology Corp 臭化鉛系層状ペロブスカイト化合物を発光層とした電界発光素子
US20030015728A1 (en) * 2001-07-17 2003-01-23 Motorola, Inc. Photonic biasing and integrated solar charging networks for integrated circuits
KR100844871B1 (ko) * 2007-04-06 2008-07-09 경북대학교 산학협력단 염료감응형 태양전지용 염료 및 이를 이용한 태양전지
EP2160768A4 (en) * 2007-06-22 2015-07-29 Omnipv Inc SOLAR MODULES WITH INCREASED EFFICIENCY THROUGH THE USE OF SPECTRAL CONCENTRATORS
US9496442B2 (en) * 2009-01-22 2016-11-15 Omnipv Solar modules including spectral concentrators and related manufacturing methods
JP5422645B2 (ja) * 2009-04-15 2014-02-19 シャープ株式会社 色素増感太陽電池および色素増感太陽電池モジュール
US20110088758A1 (en) * 2009-10-19 2011-04-21 Tadao Yagi Glass paste composition, electrode substrate prepared using same, method of preparing electrode substrate, and dye sensitized solar cell including electrode substrate
GB201008144D0 (en) * 2010-05-14 2010-06-30 Solar Press Uk The Ltd Surface modified electrode layers in organic photovoltaic cells
JP2012014849A (ja) * 2010-06-29 2012-01-19 Sony Corp 光電変換素子およびその製造方法ならびに光電変換素子モジュールおよびその製造方法
KR101172374B1 (ko) * 2011-02-14 2012-08-08 성균관대학교산학협력단 페로브스카이트계 염료를 이용한 염료감응 태양 전지 및 이의 제조방법
CN103441217B (zh) * 2013-07-16 2015-11-04 华中科技大学 基于钙钛矿类吸光材料的介观太阳能电池及其制备方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101740238A (zh) * 2010-03-12 2010-06-16 华中科技大学 一种染料敏化太阳能电池及其制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
M. M. LEE ET AL.: "Efficient Hybrid Solar Cells Based on Meso-Superstructured Organometal Halide Perovskites", SCIENCE, vol. Vol.338, JPN6016034280, 4 October 2012 (2012-10-04), pages 643 - 647 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016157763A (ja) * 2015-02-24 2016-09-01 大阪瓦斯株式会社 ペロブスカイト型太陽電池及びその製造方法
WO2018056295A1 (ja) * 2016-09-21 2018-03-29 積水化学工業株式会社 太陽電池
JPWO2018056295A1 (ja) * 2016-09-21 2019-07-04 積水化学工業株式会社 太陽電池
JP7088837B2 (ja) 2016-09-21 2022-06-21 積水化学工業株式会社 太陽電池
JP2020504455A (ja) * 2017-10-24 2020-02-06 ▲華▼中科技大学Ｈｕａｚｈｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ 強誘電体強化太陽電池及びその製造方法
US11127535B2 (en) 2017-10-24 2021-09-21 Huazhong University Of Science And Technology Ferroelectric enhanced solar cell and preparation method thereof
JP7012282B2 (ja) 2017-10-24 2022-01-28 ▲華▼中科技大学 強誘電体強化太陽電池及びその製造方法
JP2020088316A (ja) * 2018-11-30 2020-06-04 国立大学法人東京工業大学 積層体、太陽電池、及び太陽電池の製造方法
WO2024029426A1 (ja) * 2022-08-01 2024-02-08 シャープ株式会社 ペロブスカイト太陽電池及びその製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10199528B2 (en) 2019-02-05
US20160315213A1 (en) 2016-10-27
JP6267790B2 (ja) 2018-01-24
EP3024044A1 (en) 2016-05-25
CN103441217A (zh) 2013-12-11
US20160111575A1 (en) 2016-04-21
US9799790B2 (en) 2017-10-24
EP3024044A4 (en) 2016-07-20
CN103441217B (zh) 2015-11-04
WO2015007094A1 (zh) 2015-01-22
EP3024044B1 (en) 2019-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6267790B2 (ja) ペロブスカイト型半導体材料に基づくメゾスコピック太陽電池及びその製造方法
Lu et al. A self‐powered and stable all‐perovskite photodetector–solar cell nanosystem
Haider et al. A comprehensive device modelling of perovskite solar cell with inorganic copper iodide as hole transport material
Ke et al. Efficient fully-vacuum-processed perovskite solar cells using copper phthalocyanine as hole selective layers
CN106025085A (zh) 基于Spiro-OMeTAD/CuXS复合空穴传输层的钙钛矿太阳能电池及其制备方法
Wu et al. High efficiency and robust performance of organo lead perovskite solar cells with large grain absorbers prepared in ambient air conditions
Lu et al. Efficient perovskite solar cells based on novel three-dimensional TiO 2 network architectures
JP2020504455A (ja) 強誘電体強化太陽電池及びその製造方法
KR20150100216A (ko) 페로브스카이트계 염료를 이용한 고체형 박막 태양전지 및 제조 방법
Boruah et al. Photocharge‐Enhanced Capacitive Response of a Supercapacitor
JP2001093590A (ja) 光電変換装置及びその製造方法
JP2011165580A (ja) 光電変換素子とその光電変換素子を用いた光発電装置
JP5364999B2 (ja) 酸化物半導体電極用積層体、酸化物半導体電極、色素増感型太陽電池、および色素増感型太陽電池モジュール
TWI500175B (zh) 金屬柔性染料敏化太陽能電池及其製造方法
TWI500176B (zh) 利用雙面塗覆的金屬基板的金屬柔性染料敏化太陽能電池及其製造方法
CN113363394B (zh) 一种钙钛矿电池制备方法
Thokala et al. Optimal Enhancement of Power Conversion Efficiency of Monolithic Perovskite Solar Cells by Effect of Methylammonium (MAI)
JP2013511135A (ja) 色素増感太陽電池及びその製造方法
Woo et al. A comparative study on the various blocking layers for performance improvement of dye-sensitized solar cells
CN110600271A (zh) 一种染料敏化太阳能电池组件及其制备方法和应用
Li et al. Dye-sensitized solar cells with higher J sc by using polyvinylidene fluoride membrane counter electrodes
So et al. Insights into HTM-Free Mesoporous Perovskite Solar Cells with a Carbon Electrode Using Electrochemical Impedance Spectroscopy Analysis
KR101422509B1 (ko) 표면구조화 ａｚｏ 글래스 투명전극을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
KR101212938B1 (ko) 폴리싱 처리된 금속기판을 구비한 금속 플렉시블 염료감응 태양전지 및 그 제조방법
WO2023238858A1 (ja) ペロブスカイト型化合物及び光電変換素子

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160905

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161118

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170502

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20170911

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20170911

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20171204

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6267790

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250