JP2017054912A - Photoelectric conversion element - Google Patents

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年由 浦野
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英雄 山岸
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テウレケウイチ イワン
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element capable of forming a film excellent in coverage at low temperature, suppressing the occurrence of leakage, and having long-term stability and high photoelectric conversion efficiency.SOLUTION: The photoelectric conversion device includes a light absorption layer containing a perovskite compound including an organic ammonium metal halide or a Cs metal halide. An electron transport layer located under the light absorption layer is made of amorphous TiOformed by an atomic layer deposition method, and the refractive index of the electron transport layer at 589 nm is 1.80 or more.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、光電変換素子に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element.

近年、再生可能エネルギー技術のひとつとして、太陽からの光エネルギーを直接、電気に変換することのできる太陽電池が注目されている。太陽電池は、原料として使用される半導体によってシリコン系、化合物系、有機系等の種類が存在するが、近年、ペロブスカイトと呼ばれる結晶構造を持つ化合物(ペロブスカイト化合物)を利用したペロブスカイト系太陽電池に関する研究が盛んに行われており、現在主流のシリコン系太陽電池に迫るほどのエネルギー変換効率が得られるようになってきている。   In recent years, solar cells that can directly convert light energy from the sun into electricity have attracted attention as one of renewable energy technologies. There are various types of solar cells, such as silicon, compound, and organic, depending on the semiconductor used as a raw material. Recently, research on perovskite solar cells using a compound with a crystal structure called perovskite (perovskite compound) The energy conversion efficiency approaching that of the mainstream silicon-based solar cells can be obtained.

ペロブスカイト化合物としては、例えば、化学式ABOで表記される遷移金属酸化物等、種々の組成が知られているが、従来の研究の多くは鉛系ペロブスカイト化合物に関するものである。例えば、特許文献1では、ヨウ化鉛系層状ペロブスカイト化合物からなる光吸収層に無機正孔輸送層を組み合わせることにより光電変換効率を向上させた太陽電池が提案されている。 As perovskite compounds, for example, various compositions such as transition metal oxides represented by the chemical formula ABO 3 are known, but most of the conventional researches are related to lead-based perovskite compounds. For example, Patent Document 1 proposes a solar cell in which photoelectric conversion efficiency is improved by combining an inorganic hole transport layer with a light absorption layer made of a lead iodide-based layered perovskite compound.

特開2014−175473号公報JP 2014-175473 A

上記のように、ペロブスカイト化合物を用いた太陽電池は、研究初期の頃と比べると高いエネルギー変換効率が得られるようになってはいるものの、実用性の観点からは、依然として、さらなる変換効率の向上や素子寿命の向上が必要である。   As described above, solar cells using a perovskite compound are able to obtain higher energy conversion efficiency than in the early days of research, but from the viewpoint of practicality, the conversion efficiency is still further improved. It is also necessary to improve the device life.

光電変換素子の性能を長期間にわたって発揮させるためには、素子を構成する薄膜層の膜厚が均一でありかつ被覆性が高いことが望まれる。例えば、ペロブスカイト層(光吸収層)に欠陥が生じると、下地の電子輸送層とペロブスカイト層の上に積層する正孔輸送層が直接接触してしまい、その結果リークが発生し、特性にバラつきが生じる。また、ペロブスカイト層の表面平坦性が低いと、正孔輸送層の膜厚を確保できず、正孔輸送層の上に積層する正孔捕集電極(第二電極)とペロブスカイト層が接触して短絡が生じ、光電変換効率低下の原因となる。   In order to exhibit the performance of the photoelectric conversion element over a long period of time, it is desired that the film thickness of the thin film layer constituting the element is uniform and the covering property is high. For example, when a defect occurs in the perovskite layer (light absorption layer), the underlying electron transport layer and the hole transport layer stacked on the perovskite layer are in direct contact with each other, resulting in leakage and variations in characteristics. Arise. In addition, if the surface flatness of the perovskite layer is low, the thickness of the hole transport layer cannot be secured, and the hole collection electrode (second electrode) laminated on the hole transport layer is in contact with the perovskite layer. A short circuit occurs, causing a decrease in photoelectric conversion efficiency.

また、近年、ロールtoロール方式によってプラスチックフィルム上に連続的に成膜した機能性フィルム(例えば、ITO薄膜をプラスチックフィルム基板に形成した透明導電性フィルム)などのフレキシブルな基板を用いた新しい電子デバイスの開発、いわゆるフレキシブルエレクトロニクスへの関心が高まっている。しかしながら、ロールtoロール方式によるフレキシブルなペロブスカイト系太陽電池の開発には、依然として解決すべき課題が存在している。特に、プラスチックフィルムの低耐熱性に起因して成膜条件が制限されるため、成膜法のさらなる改良が望まれている。   Recently, a new electronic device using a flexible substrate such as a functional film (for example, a transparent conductive film having an ITO thin film formed on a plastic film substrate) continuously formed on a plastic film by a roll-to-roll method. There is growing interest in the development of so-called flexible electronics. However, there are still problems to be solved in the development of a flexible perovskite solar cell using the roll-to-roll method. In particular, since the film forming conditions are limited due to the low heat resistance of the plastic film, further improvement of the film forming method is desired.

そこで、高温プロセスを必要とせず、簡便に製造可能であり、かつ優れた性能を有する光電変換素子の開発が求められている。   Therefore, development of a photoelectric conversion element that does not require a high temperature process, can be easily manufactured, and has excellent performance is demanded.

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、低温で被覆性に優れた成膜が可能であり、リークの発生が抑制され、長期安定性を有し、かつ高い光電変換効率を有する光電変換素子を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of the circumstances as described above, can form a film with excellent coverage at low temperature, suppress the occurrence of leakage, has long-term stability, and has high photoelectric conversion. It aims at providing the photoelectric conversion element which has efficiency.

上記の目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明者等は、光電変換素子を構成する薄膜層のうち、電子輸送層における特定の波長での屈折率と光電変換素子の性能との相関関係を見出し、電子輸送層の緻密性を制御することにより、光電変換素子の性能を向上させることができることを想到した。そして、光電変換素子を構成する電子輸送層を、原子層堆積法を用いて所定の条件下で積層することにより、電子輸送層が安定的かつ高い被覆性で成膜され、これによって、光電変換素子を構成する薄膜層の表面平坦性が向上し、リークの発生が抑制され、長期安定性を有し、かつ高い光電変換効率が得られることを見出した。また、このような構成を採用した光電変換素子は、高温プロセスを必要とせず、簡便に製造可能であることも見出した。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have found that, among the thin film layers constituting the photoelectric conversion element, the correlation between the refractive index at a specific wavelength in the electron transport layer and the performance of the photoelectric conversion element. The inventors have conceived that the performance of the photoelectric conversion element can be improved by finding the relationship and controlling the density of the electron transport layer. Then, by stacking the electron transport layer constituting the photoelectric conversion element under a predetermined condition using an atomic layer deposition method, the electron transport layer is formed stably and with high coverage, whereby photoelectric conversion is performed. It has been found that the surface flatness of the thin film layer constituting the element is improved, the occurrence of leakage is suppressed, long-term stability is achieved, and high photoelectric conversion efficiency is obtained. It has also been found that a photoelectric conversion element employing such a configuration can be easily manufactured without requiring a high-temperature process.

これらの新規な知見に基づき、本発明者等は、さらに研究を重ね、本発明を完成させるに至ったものである。   Based on these new findings, the present inventors have made further studies and completed the present invention.

すなわち、本発明は、以下の態様を包含する。
(1)有機アンモニウム金属ハロゲン化物またはCs金属ハロゲン化物を含む光吸収層を備える光電変換素子であって、前記光吸収層の下に位置する電子輸送層がアモルファスのTiOからなり、前記電子輸送層の589nmでの屈折率が1.80以上であることを特徴とする光電変換素子。
(2)前記電子輸送層の膜厚が5〜100nmであることを特徴とする(1)の光電変換素子。
(3)前記電子輸送層が、原子層堆積法で積層してなる電子輸送層であることを特徴とする(1)または(2)の光電変換素子。
(4)前記原子層堆積法が、プラズマALD法、オゾンALD法または熱ALD法であることを特徴とする(3)の光電変換素子。
(5)前記電子輸送層が、積層数が50〜2000のアモルファスTiO層からなる積層構造を有することを特徴とする(1)〜(4)のうちのいずれかの光電変換素子。
That is, this invention includes the following aspects.
(1) A photoelectric conversion element comprising a light absorption layer containing an organic ammonium metal halide or Cs metal halide, wherein the electron transport layer located under the light absorption layer is made of amorphous TiO 2 , and the electron transport The photoelectric conversion element characterized by the refractive index in 589 nm of a layer being 1.80 or more.
(2) The photoelectric conversion element according to (1), wherein the electron transport layer has a thickness of 5 to 100 nm.
(3) The photoelectric conversion element of (1) or (2), wherein the electron transport layer is an electron transport layer formed by laminating by an atomic layer deposition method.
(4) The photoelectric conversion element according to (3), wherein the atomic layer deposition method is a plasma ALD method, an ozone ALD method, or a thermal ALD method.
(5) The photoelectric conversion element according to any one of (1) to (4), wherein the electron transporting layer has a laminated structure composed of amorphous TiO 2 layers having 50 to 2000 laminated layers.

本発明によれば、低温で被覆性に優れた成膜が可能であり、リークの発生が抑制され、長期安定性を有し、かつ高い光電変換効率を有する光電変換素子が提供される。また、本発明の光電変換素子は、高温プロセスを必要とせず、簡便に製造可能である。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the film-forming excellent in the covering property at low temperature is possible, generation | occurrence | production of a leak is suppressed, long-term stability is provided, and the photoelectric conversion element which has high photoelectric conversion efficiency is provided. Moreover, the photoelectric conversion element of this invention does not require a high temperature process, and can be manufactured simply.

図1は、実施例1の作製条件で得られたTiO薄膜(電子輸送層)を、X線回折装置を用いて分析した結果を示すX線回折チャートである。FIG. 1 is an X-ray diffraction chart showing the results of analyzing the TiO 2 thin film (electron transport layer) obtained under the production conditions of Example 1 using an X-ray diffractometer.

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、具体的な形態はこれらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更等があっても本発明に含まれる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the specific form is not limited to these embodiments, and the design is within the scope not departing from the gist of the present invention. Any change or the like is included in the present invention.

<光吸収層>
光吸収層は、少なくとも1種のペロブスカイト化合物を含む層である。光吸収層は、単層であっても複層であってもよい。複層の場合は、各層すべてがペロブスカイト化合物を含む層であってもよく、少なくとも1層がペロブスカイト化合物を含む層であってもよい。なお、ペロブスカイト化合物は1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。
<Light absorption layer>
The light absorption layer is a layer containing at least one perovskite compound. The light absorption layer may be a single layer or a multilayer. In the case of a multilayer, each layer may be a layer containing a perovskite compound, or at least one layer may be a layer containing a perovskite compound. In addition, a perovskite compound may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

ペロブスカイト化合物は、周期表第一族元素またはカチオン性有機基A、周期表第一族元素以外の金属原子M、およびアニオン性原子Xを有している。ペロブスカイト化合物の周期表第一族元素またはカチオン性有機基A、金属原子Mおよびアニオン性原子Xは、それぞれ、ペロブスカイト型結晶構造において、カチオン(以下、「カチオンA」ということがある)、金属カチオン(以下、「金属カチオンM」ということがある)およびアニオン(以下、「アニオンX」ということがある)の各構成イオンとして存在する。   The perovskite compound has a periodic table group 1 element or cationic organic group A, a metal atom M other than the periodic table group 1 element, and an anionic atom X. In the perovskite compound, the periodic table group I element or the cationic organic group A, the metal atom M, and the anionic atom X are each a cation (hereinafter sometimes referred to as “cation A”), a metal cation in the perovskite crystal structure. (Hereinafter, sometimes referred to as “metal cation M”) and anion (hereinafter also referred to as “anion X”).

本発明において、カチオン性有機基とは、ペロブスカイト型結晶構造においてカチオンになる性質を有する有機基をいう。アニオン性原子とは、ペロブスカイト型結晶構造においてアニオンになる性質を有する原子をいう。   In the present invention, the cationic organic group refers to an organic group having a property of becoming a cation in a perovskite crystal structure. An anionic atom means an atom having a property of becoming an anion in a perovskite crystal structure.

本発明に用いるペロブスカイト化合物は、上記構成イオンを含むペロブスカイト型結晶構造を取りうる化合物であれば、特に限定されない。   The perovskite compound used in the present invention is not particularly limited as long as it is a compound that can have a perovskite crystal structure containing the above constituent ions.

本発明に用いるペロブスカイト化合物において、カチオンAは、周期表第一族元素のカチオンもしくはカチオン性有機基Aからなる有機カチオンである。カチオンAは有機カチオンが好ましく、有機アンモニウムカチオンがより好ましい。周期表第一族元素のカチオンは、特に限定されず、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)またはセシウム(Cs)の各元素のカチオン(Li、Na、K、Cs)が挙げられ、特にセシウムのカチオン(Cs)が好ましい。 In the perovskite compound used in the present invention, the cation A is an organic cation composed of a cation of a group 1 element of the periodic table or a cationic organic group A. The cation A is preferably an organic cation, and more preferably an organic ammonium cation. The cation of the Group 1 element of the periodic table is not particularly limited, and for example, the cation (Li + , Na + , K + of each element of lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), or cesium (Cs). Cs + ), and a cesium cation (Cs + ) is particularly preferable.

本発明に用いるペロブスカイト化合物において、金属カチオンMは、周期表第一族元素以外の金属原子Mのカチオンであって、ペロブスカイト型結晶構造を取りうる金属原子のカチオンであれば、特に限定されない。このような金属原子としては、例えば、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、カドミウム(Cd)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、パラジウム(Pd)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、イッテルビウム(Yb)、ユウロピウム(Eu)およびインジウム(In)の各金属原子が挙げられる。なかでも、金属カチオンを形成する金属原子は、PbまたはSnが特に好ましい。金属原子は1種の金属原子であってもよく、2種以上の金属原子であってもよい。2種以上の金属原子である場合には、PbおよびSnの2種が好ましい。なお、このときの金属原子の割合は特に限定されない。   In the perovskite compound used in the present invention, the metal cation M is not particularly limited as long as it is a cation of a metal atom M other than a group 1 element of the periodic table and a cation of a metal atom capable of taking a perovskite crystal structure. Examples of such metal atoms include calcium (Ca), strontium (Sr), cadmium (Cd), copper (Cu), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), Examples include metal atoms of palladium (Pd), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), ytterbium (Yb), europium (Eu), and indium (In). Of these, the metal atom forming the metal cation is particularly preferably Pb or Sn. The metal atom may be one kind of metal atom or two or more kinds of metal atoms. In the case of two or more kinds of metal atoms, two kinds of Pb and Sn are preferable. In addition, the ratio of the metal atom at this time is not specifically limited.

本発明に用いるペロブスカイト化合物において、アニオンXは、アニオン性原子Xのアニオンを表す。このアニオンは、好ましくはハロゲン原子のアニオンである。ハロゲン原子としては、例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子等が挙げられる。アニオンXは、1種のアニオン性原子のアニオンであってもよく、2種以上のアニオン性原子のアニオンであってもよい。2種以上のアニオン性原子のアニオンである場合には、2種のハロゲン原子のアニオン、特に塩素原子のアニオンおよびヨウ素原子のアニオン、臭素原子のアニオンおよびヨウ素原子のアニオンが好ましい。なお、このときのアニオン性原子のアニオンの割合は特に限定されない。   In the perovskite compound used in the present invention, the anion X represents an anion of the anionic atom X. This anion is preferably an anion of a halogen atom. As a halogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, an iodine atom, etc. are mentioned, for example. The anion X may be an anion of one kind of anionic atom or an anion of two or more kinds of anionic atoms. In the case of anions of two or more types of anionic atoms, two types of anions of halogen atoms, in particular, anions of chlorine atoms and iodine atoms, anions of bromine atoms and anions of iodine atoms are preferred. In addition, the ratio of the anion of the anionic atom at this time is not particularly limited.

本発明の一実施形態において、光吸収層は、有機アンモニウム金属ハロゲン化物またはCs金属ハロゲン化物を含む層である。   In one embodiment of the present invention, the light absorption layer is a layer containing an organic ammonium metal halide or Cs metal halide.

有機アンモニウム金属ハロゲン化物を構成する有機アンモニウムは、特に制限されないが、例えば、メチルアンモニウム、プロピルアンモニウム、ブチルアンモニウム、ヘキシルアンモニウム、オクチルアンモニウム、セチルアンモニウム、フェニルアンモニウム、ベンジルアンモニウム、フェネチルアンモニウム等の1置換アンモニウム(好ましくはC1−6アルキルアンモニウム、より好ましくはメチルアンモニウム);ジメチルアンモニウム、ジプロピルアンモニウム、ジブチルアンモニウム、ジヘキシルアンモニウム、ジオクチルアンモニウム、ジフェニルアンモニウム、ジベンジルアンモニウム、ジフェネチルアンモニウム等の2置換アンモニウム(好ましくはC1−6ジアルキルアンモニウム、より好ましくはジメチルアンモニウム);トリメチルアンモニウム、トリプロピルアンモニウム、トリブチルアンモニウム、トリヘキシルアンモニウム、トリオクチルアンモニウム、トリフェニルアンモニウム、トリベンジルアンモニウム、トリフェネチルアンモニウム等の3置換アンモニウム(好ましくはC1−6トリアルキルアンモニウム、より好ましくはトリメチルアンモニウム);テトラメチルアンモニウム、テトラプロピルアンモニウム、テトラブチルアンモニウム、テトラヘキシルアンモニウム、テトラオクチルアンモニウム、テトラデシルアンモニウム、テトラフェニルアンモニウム、テトラベンジルアンモニウム、テトラフェネチルアンモニウム、トリメチルベンジルアンモニウム、デシルトリメチルアンモニウム、ベンジルセチルジメチルアンモニウム、セチルジメチルエチルアンモニウム、フェニルトリメチルアンモニウム等の4置換アンモニウム(好ましくはC1−6テトラアルキルアンモニウム、より好ましくはテトラメチルアンモニウム)等が挙げられる。これらのなかでも、分子内の対称性、誘電率、双極子モーメント等の観点から、1置換アンモニウムが好ましく、C1−6アルキルアンモニウムがより好ましく、メチルアンモニウムがさらに好ましい。 The organic ammonium constituting the organic ammonium metal halide is not particularly limited, and examples thereof include mono-substituted ammonium such as methyl ammonium, propyl ammonium, butyl ammonium, hexyl ammonium, octyl ammonium, cetyl ammonium, phenyl ammonium, benzyl ammonium, and phenethyl ammonium. (Preferably C 1-6 alkylammonium, more preferably methylammonium); disubstituted ammonium such as dimethylammonium, dipropylammonium, dibutylammonium, dihexylammonium, dioctylammonium, diphenylammonium, dibenzylammonium, diphenethylammonium (preferably C 1-6 dialkyl ammonium, more preferably dimethyl ammonium Um); trimethylammonium, tripropyl ammonium, tributyl ammonium, tri-hexyl ammonium, trioctyl ammonium, triphenyl ammonium, tribenzyl ammonium, trisubstituted ammonium (preferably C 1-6 trialkylammonium and triethylene phenethyl ammonium, more preferably Is trimethylammonium); tetramethylammonium, tetrapropylammonium, tetrabutylammonium, tetraoctylammonium, tetradecylammonium, tetraphenylammonium, tetrabenzylammonium, tetraphenethylammonium, trimethylbenzylammonium, decyltrimethylammonium, benzyl Cetyldimethylammonium Cetyl dimethyl ethyl ammonium, (preferably C 1-6 tetraalkylammonium, more preferably tetramethylammonium) 4-substituted ammonium such as phenyl trimethyl ammonium, and the like. Among these, from the viewpoints of intramolecular symmetry, dielectric constant, dipole moment and the like, monosubstituted ammonium is preferable, C 1-6 alkylammonium is more preferable, and methylammonium is further preferable.

有機アンモニウム金属ハロゲン化物またはCs金属ハロゲン化物を構成する金属は、特に制限されないが、ペロブスカイト構造を構成する観点から、周期表の11〜15族に属する金属が好ましい。具体的には、鉛、インジウム、亜鉛、スズ、銀、アンチモン、銅等が好ましく、鉛、スズがより好ましく、鉛がさらに好ましい。   The metal constituting the organoammonium metal halide or Cs metal halide is not particularly limited, but a metal belonging to Groups 11 to 15 of the periodic table is preferable from the viewpoint of constituting a perovskite structure. Specifically, lead, indium, zinc, tin, silver, antimony, copper and the like are preferable, lead and tin are more preferable, and lead is more preferable.

有機アンモニウム金属ハロゲン化物またはCs金属ハロゲン化物を構成するハロゲンは、特に制限されないが、電子雲の適切な広がり、電気陰性度、電荷密度、イオン性等の観点から、ヨウ素、塩素、臭素等が好ましく、ヨウ素がより好ましい。これらのハロゲンは、有機アンモニウム金属ハロゲン化物またはCs金属ハロゲン化物中に1種のみが含まれていてもよいし、2種以上が含まれていてもよい。   The halogen constituting the organic ammonium metal halide or Cs metal halide is not particularly limited, but iodine, chlorine, bromine and the like are preferable from the viewpoint of appropriate spread of electron cloud, electronegativity, charge density, ionicity, and the like. More preferred is iodine. One of these halogens may be contained in the organic ammonium metal halide or Cs metal halide, or two or more of them may be contained.

このような条件を満たす有機アンモニウム金属ハロゲン化物としては、特に制限されるわけではないが、ペロブスカイト構造の形成の可否、分子内の対称性、誘電率、双極子モーメント等の観点から、一般式(1):
(RNHPbX(2+n)
[式中、Rは炭化水素基を表し、Xはハロゲンを表し、nは1または2である。]
で示される1置換アンモニウム鉛ハロゲン化物が好ましい。
The organic ammonium metal halide satisfying such conditions is not particularly limited, but from the viewpoints of whether a perovskite structure can be formed, intramolecular symmetry, dielectric constant, dipole moment, etc., the general formula ( 1):
(RNH 3 ) n PbX (2 + n)
[Wherein R represents a hydrocarbon group, X represents a halogen, and n is 1 or 2. ]
A monosubstituted ammonium lead halide represented by the formula is preferred.

Rで示される炭化水素基は、1置換アンモニウム鉛ハロゲン化物が、有機アンモニウム分子層とヨウ化鉛層とが交互に積層した構造を有することができる限り特に限定されないが、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、セチル基、フェニル基、ベンジル基、フェネチル基等が挙げられ、メチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基等のC1−6アルキル基が好ましく、メチル基がより好ましい。 The hydrocarbon group represented by R is not particularly limited as long as the monosubstituted ammonium lead halide can have a structure in which organic ammonium molecular layers and lead iodide layers are alternately stacked. However, a methyl group, a propyl group, Examples thereof include a butyl group, a hexyl group, an octyl group, a cetyl group, a phenyl group, a benzyl group, and a phenethyl group. A C 1-6 alkyl group such as a methyl group, a propyl group, a butyl group, and a hexyl group is preferable, and a methyl group is preferable. More preferred.

Xで示されるハロゲンは特に限定されないが、ヨウ素、塩素、臭素等が好ましく、ヨウ素がより好ましい。   The halogen represented by X is not particularly limited, but iodine, chlorine, bromine and the like are preferable, and iodine is more preferable.

nは、Rの種類に従って、1置換アンモニウム鉛ハロゲン化物が有機アンモニウム分子層とヨウ化鉛層とが交互に積層した構造を形成できるような値をとることが好ましい。例えば、Rがメチル基等の場合にはnは1が好ましく、Rがヘキシル基、フェネチル基等の場合にはnは2が好ましい。   n preferably takes a value according to the type of R such that a mono-substituted ammonium lead halide can form a structure in which organic ammonium molecular layers and lead iodide layers are alternately stacked. For example, when R is a methyl group or the like, n is preferably 1, and when R is a hexyl group or a phenethyl group, n is preferably 2.

このような条件を満たす1置換アンモニウム鉛ハロゲン化物としては、具体的には、(CHNH)PbI、(CNHPbI、(C10CHNHPbIおよび(C13NHPbI等が挙げられ、ペロブスカイト構造の形成の可否、分子内の対称性、誘電率、双極子モーメント等の観点から、(CHNH)PbI等が好ましい。上記1置換アンモニウム鉛ハロゲン化物は1種単独で用いてもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Specific examples of the monosubstituted ammonium lead halide satisfying such conditions include (CH 3 NH 3 ) PbI 3 , (C 6 H 5 C 2 H 4 NH 3 ) 2 PbI 4 , and (C 10 H 7. CH 2 NH 3 ) 2 PbI 4 and (C 6 H 13 NH 3 ) 2 PbI 4 and the like. From the viewpoint of whether a perovskite structure can be formed, intramolecular symmetry, dielectric constant, dipole moment, etc. CH 3 NH 3 ) PbI 3 and the like are preferred. The said 1 substituted ammonium lead halide may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

なお、本発明において、光吸収層に使用する有機アンモニウム金属ハロゲン化物は、上記の1置換アンモニウム鉛ハロゲン化物のみに限定されるものではなく、種々様々な化合物を使用することができる。例えば、(CHNH)PbCl、(CHNH)PbCl3−x(0<x<3)、(CHNH)PbBr、(CNH)PbBr、(CHNH)Pb(I1-xBr(0<x<1)、(CNH)Pb(I1-xBr(0<x<1)等も使用可能である。また、(CHNH)SnCl、(CHNH)SnBr、CHNHSnI、CHNHSnIBr、CHCHNHSnCl、CHCHNHSnBr、CHCHNHSnI、CHCHNHSnIBr、(CHCH=NH)SnCl、(CHCH=NH)SnBr、および(CHCH=NH)SnI等の有機アンモニウムスズ(II)ハロゲン化物も使用可能である。 In the present invention, the organic ammonium metal halide used in the light absorption layer is not limited to the monosubstituted ammonium lead halide described above, and various compounds can be used. For example, (CH 3 NH 3) PbCl 3, (CH 3 NH 3) PbCl x I 3-x (0 <x <3), (CH 3 NH 3) PbBr 3, (C 2 H 5 NH 3) PbBr 3 , (CH 3 NH 3 ) Pb (I 1-x Br x ) 3 (0 <x <1), (C 2 H 5 NH 3 ) Pb (I 1-x Br x ) 3 (0 <x <1) Etc. can also be used. Further, (CH 3 NH 3) SnCl 3, (CH 3 NH 3) SnBr 3, CH 3 NH 3 SnI 3, CH 3 NH 3 SnIBr 2, CH 3 CH 2 NH 3 SnCl 3, CH 3 CH 2 NH 3 SnBr 3 , CH 3 CH 2 NH 3 SnI 3 , CH 3 CH 2 NH 3 SnIBr 2 , (CH 3 CH═NH 2 ) SnCl 3 , (CH 3 CH═NH 2 ) SnBr 3 , and (CH 3 CH═NH 2 ) Organic ammonium tin (II) halides such as SnI 3 can also be used.

また、光吸収層に使用するCs金属ハロゲン化物としては、特に制限されるわけではないが、CsPbX、CsSnX等(Xはハロゲンを表す。)で示される化合物が挙げられ、具体的には、CsPbCl、CsPbBr、CsPbI、CsPbIBr、CsSnCl、CsSnBr、CsSnI、およびCsSnIBr等が挙げられる。 Further, the Cs metal halide used in the light absorption layer is not particularly limited, and examples thereof include compounds represented by CsPbX 3 , CsSnX 3 and the like (X represents halogen). , CsPbCl 3 , CsPbBr 3 , CsPbI 3 , CsPbIBr 2 , CsSnCl 3 , CsSnBr 3 , CsSnI 3 , and CsSnIBr 2 .

また、本発明では、必要に応じて、ペロブスカイト構造に類似の一般式(2):ASnX[式中、AはCs、CHNH、またはCH=CHNHを表し、XはI、BrまたはClを表す。]で示されるペロブスカイト様化合物を用いてもよい。 In the present invention, if necessary, general formula (2) similar to the perovskite structure: A 2 SnX 6 [wherein, A represents Cs, CH 3 NH 3 , or CH 2 = CHNH 2 , X represents I, Br or Cl is represented. A perovskite-like compound represented by the formula:

また、本発明では、有機アンモニウム金属ハロゲン化物またはCs金属ハロゲン化物を構成するハロゲンを、チオシアネート基(SCN基)等の特性基とした化合物を用いることもできる。   Moreover, in this invention, the compound which used the halogen which comprises organic ammonium metal halide or Cs metal halide as characteristic groups, such as a thiocyanate group (SCN group), can also be used.

また、本発明では、光吸収層の吸収波長域を広げる目的で、光吸収層に、金属錯体色素および有機色素等の増感色素を使用してタンデム型としてもよい。増感色素としては一般に公知のものを使用することができる。例えば、金属錯体色素としては、ルテニウム金属錯体色素、フタロシアニン色素等が挙げられる。また、有機色素としては、シアニン色素等が挙げられる。   Moreover, in this invention, it is good also as a tandem type | mold using the sensitizing dyes, such as a metal complex dye and an organic dye, for a light absorption layer in order to extend the absorption wavelength range of a light absorption layer. As the sensitizing dye, generally known sensitizing dyes can be used. For example, examples of the metal complex dye include a ruthenium metal complex dye and a phthalocyanine dye. Examples of organic dyes include cyanine dyes.

光吸収層の膜厚は、過度に厚膜化すると欠陥や剥離による性能劣化が発生しやすいという観点から、10〜10000nmが好ましく、20〜500nmがより好ましく、100〜400nmがさらにより好ましい。光吸収層が複層の場合は、光吸収層の合計の膜厚が上記範囲内であることが好ましい。   The thickness of the light absorption layer is preferably 10 to 10,000 nm, more preferably 20 to 500 nm, and even more preferably 100 to 400 nm from the viewpoint that when the film is excessively thick, performance deterioration due to defects and peeling is likely to occur. When the light absorption layer is a multilayer, the total film thickness of the light absorption layer is preferably within the above range.

上記の光吸収層は、例えば、後述する電子輸送層上に、一般に公知の方法を用いて、ペロブスカイト化合物溶液を塗布し、乾燥して成膜することにより形成することができる。例えば、スピンコーティング法等の非真空プロセスを採用することにより、より簡便に本発明の光電変換素子を製造することができる。   The light absorption layer can be formed, for example, by applying a perovskite compound solution onto an electron transport layer described later, using a generally known method, and drying to form a film. For example, by employing a non-vacuum process such as a spin coating method, the photoelectric conversion element of the present invention can be manufactured more easily.

なお、ペロブスカイト化合物溶液は、ペロブスカイト化合物そのものを含有する溶液でもよいが、ペロブスカイト化合物の構成イオンであるカチオンA、金属カチオンMおよびアニオンXを含有する溶液、またはMXとAXとを含有する溶液であることが好ましい。例えば、上記の一般式(1)で示される1置換アンモニウム鉛ハロゲン化物を用いる場合、PbXと(RNH)Xとを含有する溶液とすることができる。 The perovskite compound solution may be a solution containing the perovskite compound itself, but a solution containing a cation A, a metal cation M and an anion X which are constituent ions of the perovskite compound, or a solution containing MX 2 and AX. Preferably there is. For example, when the monosubstituted ammonium lead halide represented by the general formula (1) is used, a solution containing PbX 2 and (RNH 3 ) X can be obtained.

本発明の光電変換素子では、以下に詳述するように、電子輸送層の表面平坦性に優れているので、電子輸送層上に積層される光吸収層の表面平坦性も向上し、これにより、光吸収層の欠陥を抑制することが期待される。   In the photoelectric conversion element of the present invention, as described in detail below, since the surface flatness of the electron transport layer is excellent, the surface flatness of the light absorption layer laminated on the electron transport layer is also improved. It is expected to suppress defects in the light absorption layer.

<電子輸送層>
本発明の光電変換素子では、電子輸送層は、光吸収層の下に形成されることが好ましい。
<Electron transport layer>
In the photoelectric conversion element of the present invention, the electron transport layer is preferably formed under the light absorption layer.

電子輸送層は、透光性の電子輸送材料を含む層(特に透光性の電子輸送材料からなる層)とすることが好ましい。透光性の電子輸送材料としては、特に制限されないが、具体的には、酸化チタン(TiO等)、酸化タングステン(WO、WO、W等)、酸化亜鉛(ZnO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO等)、酸化アルミニウム(Al)等の金属酸化物の1種または2種以上を用いることができる。 The electron transport layer is preferably a layer containing a light-transmitting electron transport material (particularly a layer made of a light-transmitting electron transport material). The transparent electron transport material is not particularly limited, specifically, titanium oxide (TiO 2, etc.), tungsten oxide (WO 2, WO 3, W 2 O 3 , etc.), zinc oxide (ZnO), One or more metal oxides such as strontium titanate (such as SrTiO 3 ) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ) can be used.

本発明の一実施形態において、電子輸送層は、TiOを用いて、アモルファス状態の結晶形態とすることができる。すなわち、本発明の光電変換素子では、高温プロセスを含まない低温での成膜条件(例えば、130℃以下)で形成された電子輸送層であっても、膜欠陥の発生およびリークを抑制することができる。なお、アモルファスのTiO層には、例えば、ホールブロッキング層としてAlを積層したり、ZnOを積層して電子輸送性をより向上させたりするなど、他の金属酸化物の層を設けてもよい。 In one embodiment of the present invention, the electron transport layer can be made into an amorphous crystalline form using TiO 2 . That is, in the photoelectric conversion element of the present invention, even if it is an electron transport layer formed under low-temperature film formation conditions (for example, 130 ° C. or less) that does not include a high-temperature process, generation of film defects and leakage are suppressed. Can do. The amorphous TiO 2 layer is provided with other metal oxide layers such as Al 2 O 3 as a hole blocking layer or ZnO to improve electron transport properties. May be.

上記の実施形態において、アモルファスのTiOからなる電子輸送層は、589nmでの屈折率が1.80以上である。中でも、当該屈折率は、2.00以上2.52以下の範囲内であることが好ましく、2.30以上2.52以下の範囲内であることがより好ましい。アモルファスのTiOからなる電子輸送層の589nmでの屈折率が上記の範囲内であると、電子輸送層の優れた緻密性によって電子輸送性が向上し、変換効率に優れた光電変換素子とすることができる。一方、当該屈折率が1.80を下回ると、電子輸送層の緻密性が損なわれて電子輸送性が低下し、光電変換素子の変換効率が低下する。すなわち、本発明では、電子輸送層の緻密性が制御されていることにより、リークの発生が抑制され、長期安定性を有し、かつ高い光電変換効率を有する光電変換素子が得られる。 In the above embodiment, the electron transport layer made of amorphous TiO 2 has a refractive index of 1.80 or more at 589 nm. Among these, the refractive index is preferably in the range of 2.00 to 2.52, and more preferably in the range of 2.30 to 2.52. When the refractive index at 589 nm of the electron transport layer made of amorphous TiO 2 is in the above range, the electron transport property is improved by the excellent denseness of the electron transport layer, and a photoelectric conversion element having excellent conversion efficiency is obtained. be able to. On the other hand, when the refractive index is less than 1.80, the denseness of the electron transport layer is impaired, the electron transport property is lowered, and the conversion efficiency of the photoelectric conversion element is lowered. That is, in the present invention, since the density of the electron transport layer is controlled, the occurrence of leakage is suppressed, and a photoelectric conversion element having long-term stability and high photoelectric conversion efficiency can be obtained.

電子輸送層の膜厚は、5〜100nmが好ましく、5〜50nmがより好ましく、10〜40nmがさらにより好ましい。電子輸送層の膜厚を上記範囲内とすることにより、より確実にリークを抑制することができる。例えば、アモルファスのTiOからなる電子輸送層の膜厚は、5〜100nmとすることができる。 The thickness of the electron transport layer is preferably 5 to 100 nm, more preferably 5 to 50 nm, and even more preferably 10 to 40 nm. By setting the thickness of the electron transport layer within the above range, leakage can be more reliably suppressed. For example, the thickness of the electron transport layer made of amorphous TiO 2 can be 5 to 100 nm.

次に、電子輸送層の形成方法について説明する。   Next, a method for forming the electron transport layer will be described.

本実施形態では、電子輸送層は、原子層堆積法(ALD:Atomic Layer Deposition)を用いて成膜することが好ましい。より具体的には、例えば、ALD法を用いて、成膜反応を50〜130℃で50〜2000サイクル繰り返して、電子輸送層を成膜することができる。これにより、電子輸送層の緻密性が制御され、表面平坦性が向上する。   In the present embodiment, the electron transport layer is preferably formed using an atomic layer deposition (ALD) method. More specifically, for example, the electron transport layer can be formed by repeating the film formation reaction at 50 to 130 ° C. for 50 to 2000 cycles using the ALD method. Thereby, the density of the electron transport layer is controlled and the surface flatness is improved.

ALD法は、チェンバ内に、形成しようとする薄膜を構成する元素を主成分とする2種の原料ガス(前駆体ガス)を交互に導入して原料ガスを基板表面に吸着させ、不要なガスをNで除去した後に、吸着単分子に水等の他の原料ガスを導入し熱反応させる、あるいは、活性な酸素プラズマまたはオゾンガスを導入し反応させて1原子層ずつ反応生成物膜を形成し、これを繰り返して、所望の膜厚(例えば、数十nm)の薄膜を形成する方法である。この方法で形成されたALD薄膜は、緻密であり、さらにはその高い被覆性のため基板の割れや形状に追従して形成されるので、安定して高いバリア性を有するバリアフィルムを得るのに適している。 In the ALD method, two kinds of source gases (precursor gases) mainly composed of elements constituting the thin film to be formed are alternately introduced into the chamber, and the source gases are adsorbed on the substrate surface. After removing N 2 with N 2 , another raw material gas such as water is introduced into the adsorbed monomolecule to cause a thermal reaction, or active oxygen plasma or ozone gas is introduced to react to form a reaction product film one atomic layer at a time. Then, this is repeated to form a thin film having a desired film thickness (for example, several tens of nm). The ALD thin film formed by this method is dense and is formed following the crack and shape of the substrate because of its high coverage, so that a barrier film having high barrier properties can be obtained stably. Is suitable.

ALD法は、反応の活性化手段や用いる酸化剤の違いによって分類することができ、熱ALD法、オゾンALD法、プラズマALD法(PEALD:Plasma Enhanced ALD)等が知られている。熱ALD法は、加熱により反応ガスの反応を促進する方法であり、本明細書では、特に言及しない限り、水を酸化剤として用いるALD法を指すものとする。オゾンALD法は、オゾンを酸化剤として用いて加熱により反応ガスの反応を促進する方法である。また、プラズマALD法は、酸素プラズマ(プラズマ化した酸素)により反応ガスの反応を促進する方法である。   The ALD method can be classified according to the reaction activation means and the oxidant used, and a thermal ALD method, an ozone ALD method, a plasma ALD method (PEALD: Plasma Enhanced ALD) and the like are known. The thermal ALD method is a method of accelerating the reaction of the reaction gas by heating. In this specification, unless otherwise specified, the ALD method refers to an ALD method using water as an oxidizing agent. The ozone ALD method is a method of promoting reaction of a reaction gas by heating using ozone as an oxidizing agent. The plasma ALD method is a method of promoting reaction of a reaction gas by oxygen plasma (plasmaized oxygen).

熱ALD法では、1秒間未満という短時間に1原子層を成膜する工程を終了する必要があるため、基板に対して大きな吸着力を有する水の原料ガスへの吸着、および不要なガスの完全除去が困難になる場合がある。一方、オゾンALD法やプラズマALD法では、水を使用しないため、上記のような課題がなく生産性の観点で優れている。また、水を使用しないALD法では、基板に吸着された水を除去する必要がなく、例えば50〜130℃、好ましくは70〜100℃、さらに好ましくは70〜90℃の低温条件で成膜することができ、PETなど軟化温度が低いフレキシブルな基板に対しても成膜が可能になり好ましい。特に、反応活性の高い酸素プラズマを用いるプラズマALD法は、高速成膜が可能になり好ましい。また、オゾンALD法では、オゾン酸化によってTiO等の電子輸送材料表面に付着したオレフィンなどの有機高分子が分解(クラッキング)され、より低分子で親水性のカルボニルなどへ変化して除去(洗浄)されるため、電子輸送層における電子輸送材料の塗膜の欠陥の発生を抑制する効果があり、欠陥によるリークが低減されるため、光電変換素子の変換効率が向上し、素子の高寿命化が可能になり好ましい。 In the thermal ALD method, it is necessary to complete the process of forming a single atomic layer in a short time of less than 1 second. Therefore, adsorption of water having a large adsorbing power to a source gas and unnecessary gas Complete removal may be difficult. On the other hand, the ozone ALD method and the plasma ALD method do not use water, and thus are free from the above-described problems and are excellent in terms of productivity. In the ALD method that does not use water, it is not necessary to remove the water adsorbed on the substrate, and the film is formed under a low temperature condition of, for example, 50 to 130 ° C., preferably 70 to 100 ° C., more preferably 70 to 90 ° C. It is possible to form a film on a flexible substrate having a low softening temperature such as PET, which is preferable. In particular, the plasma ALD method using oxygen plasma with high reaction activity is preferable because high-speed film formation is possible. In the ozone ALD method, the organic polymer such as olefin attached to the surface of the electron transport material such as TiO 2 is decomposed (cracked) by ozone oxidation, and converted into a lower molecular weight hydrophilic carbonyl or the like for removal (cleaning). Therefore, it has the effect of suppressing the occurrence of defects in the coating film of the electron transport material in the electron transport layer, and the leakage due to the defects is reduced, thereby improving the conversion efficiency of the photoelectric conversion element and extending the life of the element. Is possible and preferable.

ALD法による成膜反応のサイクル数は、電子輸送層として用いる電子輸送材料の種類、電子輸送層の所望の膜厚等に応じて、適宜調整することができる。例えば、アモルファスのTiOからなる電子輸送層を成膜する場合には、50〜2000サイクル繰り返すことが好ましく、100〜1500サイクル繰り返すことがより好ましく、150〜1000サイクル繰り返すことがさらにより好ましい。これにより、電子輸送層の緻密性が制御され、表面平坦性が向上する。 The number of cycles of the film formation reaction by the ALD method can be appropriately adjusted according to the type of the electron transport material used as the electron transport layer, the desired film thickness of the electron transport layer, and the like. For example, when forming an electron transport layer made of amorphous TiO 2, it is preferable to repeat 50 to 2000 cycles, more preferably 100 to 1500 cycles, and even more preferably 150 to 1000 cycles. Thereby, the density of the electron transport layer is controlled and the surface flatness is improved.

電子輸送層における電子輸送材料の積層数および膜厚は、例えば、ALD法により成膜した電子輸送層の断面を電子顕微鏡(TEM、FESEM等)により観察して測定することができる。また、電子輸送層の膜厚は、触診段差計、光干渉膜厚計、分光エリプソメーター等を用いて測定することもできる。本発明では、ALD法を適用して成膜することができる条件下においては、ALD法による成膜反応のサイクル数と電子輸送材料の積層数とが、直線性を示す相関関係を有していることが確認されている。   The number and thickness of the electron transport materials in the electron transport layer can be measured, for example, by observing a cross section of the electron transport layer formed by the ALD method with an electron microscope (TEM, FESEM, etc.). The film thickness of the electron transport layer can also be measured using a palpation step meter, a light interference film thickness meter, a spectroscopic ellipsometer, or the like. In the present invention, under the condition that a film can be formed by applying the ALD method, the number of cycles of the film formation reaction by the ALD method and the number of stacked electron transport materials have a correlation indicating linearity. It has been confirmed that

<多孔質電子輸送層>
本発明の光電変換素子では、光吸収層と上記電子輸送層との間に、多孔質構造を有する多孔質電子輸送層を形成してもよい。なお、本明細書において、単に「電子輸送層」という場合には、「多孔質電子輸送層」を含まないことを意味するものとする。
<Porous electron transport layer>
In the photoelectric conversion element of the present invention, a porous electron transport layer having a porous structure may be formed between the light absorption layer and the electron transport layer. In the present specification, the term “electron transport layer” simply means that the “porous electron transport layer” is not included.

多孔質電子輸送層に関して、多孔質構造とは、特に制限されるわけではないが、粒状体、線状体(線状体:針状、チューブ状、柱状等)等が集合して、全体として多孔質な性質を有していることが好ましい。また、細孔サイズはナノスケールであることが好ましい。多孔質構造を有することにより、ナノスケールであるため、光吸収層の活性表面積を著しく増加させ、光電変換効率を向上させるとともに、電子収集に優れる多孔質電子輸送層とすることができる。   With respect to the porous electron transport layer, the porous structure is not particularly limited, but a granular body, a linear body (a linear body: a needle shape, a tube shape, a column shape, etc.), etc. are aggregated to form a whole. It preferably has a porous property. The pore size is preferably nanoscale. By having a porous structure, since it is nanoscale, the active surface area of the light absorption layer can be remarkably increased, the photoelectric conversion efficiency can be improved, and a porous electron transport layer excellent in electron collection can be obtained.

多孔質電子輸送層は、透光性の多孔質電子輸送材料を含む層(透光性の多孔質電子輸送材料からなる層)とすることが好ましい。透光性の多孔質電子輸送材料としては、特に制限されないが、具体的には、酸化チタン(TiO等)、酸化タングステン(WO、WO、W等)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ニオブ(Nb等)、酸化タンタル(Ta等)、酸化イットリウム(Y等)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO等)等のうちの1種または2種以上を用いることができる。なお、半導体を使用する場合には、ドナーがドープされていてもよい。これにより、多孔質電子輸送層が、光吸収層に導入するための窓層となり、かつ、光吸収層から得られた電力をより効率よく取り出すことができる。透光性の多孔質電子輸送材料として酸化チタン(TiO等)を採用する場合には、結晶形態はアナターゼ型が好ましい。 The porous electron transport layer is preferably a layer containing a light transmissive porous electron transport material (a layer made of a light transmissive porous electron transport material). The porous electron-transporting material of the translucent, is not particularly limited, specifically, titanium oxide (TiO 2, etc.), tungsten oxide (WO 2, WO 3, W 2 O 3 , etc.), zinc oxide (ZnO ), Niobium oxide (Nb 2 O 5 etc.), tantalum oxide (Ta 2 O 5 etc.), yttrium oxide (Y 2 O 3 etc.), strontium titanate (SrTiO 3 etc.), etc. Can be used. In addition, when using a semiconductor, the donor may be doped. Thereby, the porous electron transport layer becomes a window layer for introduction into the light absorption layer, and the electric power obtained from the light absorption layer can be taken out more efficiently. When adopting titanium oxide (TiO 2 or the like) as the light-transmitting porous electron transport material, the crystal form is preferably anatase type.

多孔質電子輸送層の膜厚は、10〜2000nm程度が好ましく、20〜1500nm程度がより好ましい。多孔質電子輸送層の膜厚を上記範囲内とすることにより、より確実にかつ、光吸収層からの電子を収集することができる。   The thickness of the porous electron transport layer is preferably about 10 to 2000 nm, and more preferably about 20 to 1500 nm. By setting the film thickness of the porous electron transport layer within the above range, electrons from the light absorption layer can be collected more reliably.

上記の多孔質電子輸送層を、例えばスクリーン印刷法等の非真空プロセスにより形成すれば、より簡便に本発明の光電変換素子を製造することが可能である。また、大面積化が容易で品質が安定するという利点も有する。   If the porous electron transport layer is formed by a non-vacuum process such as a screen printing method, for example, the photoelectric conversion element of the present invention can be more easily produced. In addition, there is an advantage that the area can be easily increased and the quality is stabilized.

<第一電極層:透光性導電層>
本発明の光電変換素子では、透光性導電層は、電子輸送層の下に形成されることが好ましい。
<First electrode layer: translucent conductive layer>
In the photoelectric conversion element of this invention, it is preferable that a translucent conductive layer is formed under an electron carrying layer.

透光性導電層は、例えば、透明導電性酸化物を含む層(特に透明導電性酸化物からなる層)とすることが好ましい。透明導電性酸化物としては、例えば、フッ素ドープスズ酸化物(FTO)、インジウムスズ酸化物(ITO)、ガリウムドープ亜鉛酸化物(GZO)、アルミドープ亜鉛酸化物(AZO)、ニオブドープチタン酸化物(TNO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)等のうちの1種または2種以上を用いることができる。また、アルミドープ亜鉛酸化物(AZO)とAgとを交互に積層したもの(AZO/Ag/AZO)を用いてもよい。これにより、透光性導電層が、光吸収層に導入するための窓層となり、かつ、光吸収層から得られた電力を効率よく取り出すことができる。   The translucent conductive layer is preferably, for example, a layer containing a transparent conductive oxide (particularly a layer made of a transparent conductive oxide). Examples of the transparent conductive oxide include fluorine-doped tin oxide (FTO), indium tin oxide (ITO), gallium-doped zinc oxide (GZO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), and niobium-doped titanium oxide ( One or more of TNO), indium zinc oxide (IZO), and the like can be used. Moreover, you may use what laminated | stacked aluminum dope zinc oxide (AZO) and Ag alternately (AZO / Ag / AZO). Thereby, a translucent conductive layer becomes a window layer for introducing into a light absorption layer, and the electric power obtained from the light absorption layer can be taken out efficiently.

透光性導電層の膜厚は、0.01〜10.0μm程度が好ましく、0.05〜1.0μm程度がより好ましい。透光性導電層の膜厚を上記範囲内とすることにより、シート抵抗を低減し、結果として光電変換素子のシリーズ抵抗を低減できるため、フィルファクター特性を維持できる。   The thickness of the translucent conductive layer is preferably about 0.01 to 10.0 μm, and more preferably about 0.05 to 1.0 μm. By setting the film thickness of the translucent conductive layer within the above range, the sheet resistance can be reduced, and as a result, the series resistance of the photoelectric conversion element can be reduced, so that the fill factor characteristic can be maintained.

<透光性基板>
本発明の光電変換素子では、透光性基板は、透光性導電層の下に形成されることが好ましい。
<Translucent substrate>
In the photoelectric conversion element of the present invention, the translucent substrate is preferably formed under the translucent conductive layer.

透光性基板としては、特に制限されないが、例えば、ガラス、プラスチック等から構成することが好ましい。これにより、光を光吸収層に導入するための窓層になり得る。   Although it does not restrict | limit especially as a translucent board | substrate, For example, it is preferable to comprise from glass, plastics, etc. Thereby, it can become a window layer for introducing light into the light absorption layer.

また、本発明の光電変換素子では、透光性基板は、フレキシブルな透光性樹脂基板であることがより好ましい。これにより、ロールtoロール方式による素子製造を実現することができる。   In the photoelectric conversion element of the present invention, the translucent substrate is more preferably a flexible translucent resin substrate. Thereby, the element manufacture by a roll to roll system is realizable.

フレキシブルな透光性樹脂基板を形成する有機材料としては、例えばアクリル酸エステル、メタクリル酸エステル、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリカーボネート(PC)、ポリアリレート、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリスチレン(PS)、ナイロン(Ny)、芳香族ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド等を挙げることができる。透光性樹脂基板は、これらの有機材料で形成される基板を単層で、あるいは2層以上積層して用いることができる。また、透光性樹脂基板は、一般に公知の方法により製造することが可能であり、未延伸フィルムでもよく、延伸フィルムでもよい。   Examples of organic materials for forming a flexible translucent resin substrate include acrylic acid ester, methacrylic acid ester, polyethylene terephthalate (PET), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthalate (PEN), polycarbonate (PC), polyarylate, poly List vinyl chloride (PVC), polyethylene (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS), nylon (Ny), aromatic polyamide, polyetheretherketone, polysulfone, polyethersulfone, polyimide, polyetherimide, etc. Can do. As the light-transmitting resin substrate, a substrate formed of these organic materials can be used as a single layer or by stacking two or more layers. The translucent resin substrate can be generally produced by a known method, and may be an unstretched film or a stretched film.

透光性基板の厚みは、特に限定されないが、0.1〜5.0mm程度とすることが好ましい。   Although the thickness of a translucent board | substrate is not specifically limited, It is preferable to set it as about 0.1-5.0 mm.

例えば、インジウムスズ酸化物(ITO)膜付きガラス、フッ素ドープスズ酸化物(FTO)膜付きガラス等の透明導電膜付き基板を、透光性基板および透光性導電層とすることも可能である。   For example, a substrate with a transparent conductive film such as a glass with an indium tin oxide (ITO) film or a glass with a fluorine-doped tin oxide (FTO) film can be used as the light-transmitting substrate and the light-transmitting conductive layer.

<正孔輸送層>
本発明の光電変換素子では、光吸収層の上に、さらに正孔輸送層を備えていてもよい。
<Hole transport layer>
In the photoelectric conversion element of this invention, the positive hole transport layer may be further provided on the light absorption layer.

正孔輸送層に使用される材料としては、例えば、セレン、ヨウ化銅(CuI)等のヨウ化物、層状コバルト酸化物等のコバルト錯体、CuSCN、酸化モリブデン(MoO等)、酸化ニッケル(NiO等)、4CuBr・3S(C)、有機ホール輸送材等が挙げられる。 Examples of the material used for the hole transport layer include selenium, iodide such as copper iodide (CuI), cobalt complex such as layered cobalt oxide, CuSCN, molybdenum oxide (MoO 3 etc.), nickel oxide (NiO). Etc.), 4CuBr · 3S (C 4 H 9 ), organic hole transport material, and the like.

有機ホール輸送材としては、例えば、ポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)等のポリチオフェン誘導体、2,2’,7,7’−テトラキス−(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)−9,9’−スピロビフルオレン(spiro-MeO-TAD)等のフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール等のカルバゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ジフェニルアミン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアニリン誘導体等が挙げられる。   Examples of the organic hole transport material include polythiophene derivatives such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) and polyethylenedioxythiophene (PEDOT), 2,2 ′, 7,7′-tetrakis- (N, N-di-), and the like. Fluorene derivatives such as p-methoxyphenylamine) -9,9′-spirobifluorene (spiro-MeO-TAD), carbazole derivatives such as polyvinylcarbazole, triphenylamine derivatives, diphenylamine derivatives, polysilane derivatives, polyaniline derivatives, and the like. It is done.

正孔輸送層の膜厚は、特に制限されないが、0.01〜10μm程度が好ましい。   The thickness of the hole transport layer is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 10 μm.

正孔輸送層は、蒸着法、スプレー法、ディップ法等の非真空プロセスにより形成することが好ましい。   The hole transport layer is preferably formed by a non-vacuum process such as a vapor deposition method, a spray method, or a dip method.

<第二電極層>
本発明の光電変換素子では、正孔輸送層の上に、第二電極層を備えることが好ましい。
<Second electrode layer>
In the photoelectric conversion element of this invention, it is preferable to provide a 2nd electrode layer on a positive hole transport layer.

第二電極層を構成する材料としては、特に制限されないが、例えば、カーボン、金、白金、パラジウム、ロジウム、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、ニオビウム、インジウムスズ酸化物、フッ素ドープスズ酸化物、アルミドープ亜鉛酸化物、およびガリウムドープ亜鉛酸化物等が好ましい。また、金、白金、パラジウム、ロジウム、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、ニオビウム等の金属の合金等も好ましく用いられる。   The material constituting the second electrode layer is not particularly limited, but for example, carbon, gold, platinum, palladium, rhodium, tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, niobium, indium tin oxide, fluorine-doped tin oxide, aluminum-doped Zinc oxide, gallium-doped zinc oxide, and the like are preferable. In addition, alloys of metals such as gold, platinum, palladium, rhodium, tungsten, molybdenum, tantalum, titanium, and niobium are also preferably used.

第二電極層の膜厚は、特に制限されないが、0.01〜2.0μm程度とすることが好ましい。   The thickness of the second electrode layer is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 2.0 μm.

なお、本発明では、第一電極層および電子輸送層の表面が、UVオゾン処理または酸素プラズマ処理されてなることが好ましい。これにより、表面から有機物が除去され、また、表面が活性化され、その上に形成される薄膜の成膜精度が向上する。   In the present invention, the surfaces of the first electrode layer and the electron transport layer are preferably subjected to UV ozone treatment or oxygen plasma treatment. Thereby, organic substances are removed from the surface, the surface is activated, and the film forming accuracy of the thin film formed thereon is improved.

また、本発明の光電変換素子は、透光性基板の成膜(蒸着)を行った領域を封止材で密封するように封止されてなることが好ましい。これにより、光電変換素子の耐久性の向上や高寿命化等が可能となる。封止材としては、ガラス製、樹脂製等、一般に公知の各種の材料を使用することができる。   Moreover, it is preferable that the photoelectric conversion element of this invention is sealed so that the area | region which performed film-forming (vapor deposition) of the translucent board | substrate may be sealed with a sealing material. As a result, it is possible to improve the durability of the photoelectric conversion element and to increase the lifetime. As the sealing material, various generally known materials such as glass and resin can be used.

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in more detail, this invention is not limited to these Examples.

<実施例1>
(光電変換素子の作製)
以下のようにして、セル構造として、< glass / ITO / TiO2 / (CH3NH3)PbI3 / Spiro-OMeTAD / Au >構造の太陽電池素子を作製した。なお、スラッシュ(/)で区切られた構造は、その順に有することを意味し、本実施例では、glass、ITO、TiO2、(CH3NH3)PbI3、Spiro-OMeTAD、Auが、下から順に層形成されていることを意味する。
<Example 1>
(Preparation of photoelectric conversion element)
As follows, as the cell structure, to produce a solar cell element of <glass / ITO / TiO 2 / (CH 3 NH 3) PbI 3 / Spiro-OMeTAD / Au> structure. Note that structures separated by slashes (/) mean that they are in that order. In this example, glass, ITO, TiO 2 , (CH 3 NH 3 ) PbI 3 , Spiro-OMeTAD, and Au are It means that the layers are formed in order.

まず、インジウムスズ酸化物(ITO)膜付きガラス基板(0.7mm glass / 150nm ITO)(ジオマテック社製)の表面を、10分間UVオゾン処理した。   First, the surface of a glass substrate with an indium tin oxide (ITO) film (0.7 mm glass / 150 nm ITO) (manufactured by Geomatech) was subjected to UV ozone treatment for 10 minutes.

次いで、原料としてチタニウムテトライソプロポキシド(TTIP)(ジャパン・アドバンスト・ケミカルズ社製)を用いて、プラズマALD法(For all社製 Model OZONE、プラズマ発生装置の出力80W)により、成膜反応を120℃で330サイクル繰り返してTiOからなる電子輸送層(膜厚20nm)を成膜し、この表面を酸素プラズマ処理した。なお、後述するように、TiOの結晶状態はアモルファスであった。また、本実施例において、成膜した薄膜層の膜厚は触診段差計により測定した。 Next, using titanium tetraisopropoxide (TTIP) (manufactured by Japan Advanced Chemicals) as a raw material, a film formation reaction is performed by a plasma ALD method (Model OZONE manufactured by Forall, output 80 W of plasma generator). An electron transport layer (thickness 20 nm) made of TiO 2 was formed by repeating 330 cycles at 0 ° C., and this surface was subjected to oxygen plasma treatment. As will be described later, the crystalline state of TiO 2 was amorphous. In this example, the film thickness of the formed thin film layer was measured by a palpation step meter.

次いで、文献(Y. Yang et al., "Moisture assisted perovskite film growth for high performance solar cell", Applied Physics Letters 105, 183902 (2014))に記載の方法と同様にして、電子輸送層の上に、CHNHPbIペロブスカイト化合物からなる光吸収層(膜厚300nm)を成膜した。 Next, in the same manner as described in the literature (Y. Yang et al., “Moisture assisted perovskite film growth for high performance solar cell”, Applied Physics Letters 105, 183902 (2014)), on the electron transport layer, A light absorption layer (thickness 300 nm) made of a CH 3 NH 3 PbI 3 perovskite compound was formed.

次いで、正孔輸送材料としてのSpiro−OMeTAD(72.3mg、0.059mmol)と、リチウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(LiTFSI、9.1mg、0.0317mmol)と、[トリス(2-(1H-ピラゾール-1-イル)-4-tert-ブチルピリジン)コバルト(III) トリス(ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド)]([Tris(2-(1H-pyrazol-1-yl)-4-tert-butylpyridine)cobalt(III) Tris(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide)]、8.7mg、0.0058mmol)とをクロロベンゼン(1mL)に溶解し、t−ブチルピリジン(TBP、28.8μL、0.195mmol)を加えて10分間撹拌し、正孔輸送層用溶液を調製した。この正孔輸送層用溶液90μLを、光吸収層の上に載せ、20秒間静置した後、スピンコート法(スロープ5sec、500rpm5sec、スロープ5sec、4000rpm30sec、スロープ5sec)により塗布し、70℃に加熱したホットプレート上で30分間乾燥して、正孔輸送層(膜厚400nm)を成膜した。   Next, Spiro-OMeTAD (72.3 mg, 0.059 mmol) as a hole transport material, lithium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI, 9.1 mg, 0.0317 mmol), [Tris (2- ( 1H-pyrazol-1-yl) -4-tert-butylpyridine) cobalt (III) tris (bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)] ([Tris (2- (1H-pyrazol-1-yl) -4- tert-butylpyridine) cobalt (III) Tris (bis (trifluoromethylsulfonyl) imide)], 8.7 mg, 0.0058 mmol) was dissolved in chlorobenzene (1 mL), and t-butylpyridine (TBP, 28.8 μL, 0.195 mmol). ) And stirred for 10 minutes to prepare a hole transport layer solution. 90 μL of this hole transport layer solution was placed on the light absorption layer, allowed to stand for 20 seconds, and then applied by spin coating (slope 5 sec, 500 rpm 5 sec, slope 5 sec, 4000 rpm 30 sec, slope 5 sec) and heated to 70 ° C. The hole transport layer (film thickness 400 nm) was formed into a film by drying on the hot plate for 30 minutes.

次いで、正孔輸送層の上に、Auを蒸着法により蒸着して、第二電極層(膜厚100nm)を作製した。   Next, Au was vapor-deposited on the hole transport layer by a vapor deposition method to produce a second electrode layer (film thickness 100 nm).

次いで、窒素置換したグローブボックス内において、キャップガラスの凹部に吸湿剤シートを貼り付け、キャップガラスの凹部の周囲にUV硬化樹脂をディスペンサーにて塗布し、基板の成膜(蒸着)を行った領域をキャップガラスで密封するように密着させ、UVランプにてUV光を照射してUV硬化樹脂を硬化させて、封止した。
このようにして、光電変換素子(太陽電池素子)を得た。
Next, in the glove box substituted with nitrogen, a hygroscopic sheet was attached to the concave portion of the cap glass, a UV curable resin was applied around the concave portion of the cap glass with a dispenser, and a substrate was formed (evaporated) Was sealed so as to be sealed with a cap glass, and UV light was irradiated with a UV lamp to cure the UV curable resin, followed by sealing.
In this way, a photoelectric conversion element (solar cell element) was obtained.

図1は、本実施例の作製条件で得られたTiO薄膜(電子輸送層)を、X線回折装置(リガク社製、XtaLAB mini)を用いて分析した結果を示すX線回折チャートである。なお、測定用サンプルは、スライドガラス(松浪硝子工業株式会社製 型番S011110、サイズ76mm×26mm 厚さ1mm)上に、上記と同様の方法により、TiO層を成膜して作製した。一般に知られているように、アナターゼ型結晶のTiOでは、2θ=20〜30°に特徴的な回折ピークが見られるが、図1に示すXRDチャートでは、2θ=20〜30°付近に見られる回折パターンは強度が低く、ブロードになっていることがわかる。これより、本実施例では、電子輸送層がアモルファスのTiOから構成されていることが確認された。なお、予備実験として、上記の測定用サンプルをさらに90℃で30分間加熱した後にX線回折分析を行ったところ、図1と同様のXRDチャートが得られ、TiO薄膜の結晶状態がアモルファスのまま維持されていることが確認された。 FIG. 1 is an X-ray diffraction chart showing the results of analyzing a TiO 2 thin film (electron transport layer) obtained under the production conditions of this example using an X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation, XtaLAB mini). . A sample for measurement was prepared by forming a TiO 2 layer on a slide glass (manufactured by Matsunami Glass Industry Co., Ltd., model number S011110, size 76 mm × 26 mm, thickness 1 mm) by the same method as described above. As is generally known, a diffraction peak characteristic at 2θ = 20 to 30 ° is seen in TiO 2 of anatase type crystal, but in the XRD chart shown in FIG. 1, it is seen around 2θ = 20 to 30 °. It can be seen that the diffraction pattern obtained is low in intensity and broad. This, in this embodiment, it was confirmed that the electron-transporting layer is composed of TiO 2 amorphous. As a preliminary experiment, when the above measurement sample was further heated at 90 ° C. for 30 minutes and then X-ray diffraction analysis was performed, an XRD chart similar to FIG. 1 was obtained, and the TiO 2 thin film had an amorphous crystalline state. It was confirmed that it was maintained.

また、分光エリプソメーター(J.A.Woollam社製 M−2000)を用いて、電子輸送層の589nmでの屈折率を測定した。なお、測定用サンプルは上記のX線回折分析と同様にして作製し、測定条件は以下のとおりとした。光学定数の計算においては、例えば、測定された位相差Δと振幅反射率ψのスペクトルを、計算モデル(本実施例ではTiO/ガラス基板の光学モデル)から算出された(Δ、ψ)と比較し、測定値(Δ、ψ)に近づくように最小2乗法等を用いてフィッティングする。
(測定条件)
入射角:50、60、70度
測定波長範囲:195nm〜1680nm
解析ソフト:WVASE32
ビーム径:2mm×8mm程度。
Moreover, the refractive index in 589 nm of the electron carrying layer was measured using the spectroscopic ellipsometer (M-2000 by JA Woollam). The measurement sample was prepared in the same manner as the above X-ray diffraction analysis, and the measurement conditions were as follows. In the calculation of the optical constant, for example, the measured spectrum of the phase difference Δ and the amplitude reflectance ψ is calculated from a calculation model (in this example, an optical model of TiO 2 / glass substrate) (Δ, ψ) and Comparison is made and fitting is performed using a least square method or the like so as to approach the measured values (Δ, ψ).
(Measurement condition)
Incident angle: 50, 60, 70 degrees Measurement wavelength range: 195 nm to 1680 nm
Analysis software: WVASE32
Beam diameter: about 2 mm × 8 mm.

<実施例2>
インジウムスズ酸化物(ITO)膜付きガラス基板(0.7mm glass / 150nm ITO)(ジオマテック社製)の表面を、10分間UVオゾン処理した。
<Example 2>
The surface of a glass substrate with indium tin oxide (ITO) film (0.7 mm glass / 150 nm ITO) (manufactured by Geomatech) was subjected to UV ozone treatment for 10 minutes.

次いで、原料としてテトラキスジメチルアミノチタン(TDMAT)(ジャパン・アドバンスト・ケミカルズ社製)を用いて、オゾンALD法(Ensure Nanotech社製 LabNanoTM 9100)により、成膜反応を120℃で330サイクル繰り返してTiOからなる電子輸送層(膜厚20nm)を成膜し、この表面をUVオゾン処理した。 Then, using tetrakisdimethylaminotitanium (TDMAT) (manufactured by Japan Advanced Chemicals) as a raw material, the film formation reaction was repeated 330 cycles at 120 ° C. by TiO2 by the ozone ALD method (Lab Nano 9100 manufactured by Ensure Nanotech). An electron transport layer (film thickness 20 nm) consisting of 2 was formed, and this surface was treated with UV ozone.

次いで、電子輸送層の上に、実施例1と同様にして、光吸収層、正孔輸送層および第二電極層を成膜し、キャップガラスで封止して、光電変換素子(太陽電池素子)を得た。   Next, on the electron transport layer, a light absorption layer, a hole transport layer, and a second electrode layer were formed in the same manner as in Example 1, sealed with cap glass, and a photoelectric conversion element (solar cell element) )

<実施例3>
電子輸送層を成膜する際に、原子層堆積法として熱ALD法(Ensure Nanotech社製 LabNanoTM 9100)を用いたこと以外は実施例2と同様にして、光電変換素子(太陽電池素子)を得た。
<Example 3>
When forming the electron transport layer, a photoelectric conversion element (solar cell element) was obtained in the same manner as in Example 2 except that the thermal ALD method (LabNano 9100 manufactured by Ensure Nanotech) was used as the atomic layer deposition method. Obtained.

<比較例1>
ホットプレート上に耐熱ガラスを置き、その上にインジウムスズ酸化物(ITO)膜付きガラス基板(0.7mm glass / 150nm ITO)(ジオマテック社製)を置き、ITOとコンタクトをとる部分(ITOをエッチングした辺の逆側)の上にアルミ板を置いてマスクし、基板を450℃に加熱した。
<Comparative Example 1>
Place heat-resistant glass on the hot plate, place a glass substrate with indium tin oxide (ITO) film (0.7mm glass / 150nm ITO) (manufactured by Geomatech), and make contact with ITO (etched ITO) An aluminum plate was placed on the opposite side) and masked, and the substrate was heated to 450 ° C.

次いで、以下の条件で、スプレー法により、TiOからなる電子輸送層(膜厚20nm)を成膜した。
(スプレー塗布成膜条件)
グローボックス内で、スタラーチップを入れ乾燥させた青(茶色)サンプル瓶に、チタニウムテトライソプロポキシド(Ti(OCH(CH)28.4mLを素早く入れ、次いで攪拌状態で1mLずつアセチルアセトン19.5〜20mLを加え、スプレー液を調液した。
120℃に加温したホットプレート上に基板を置き、基板とスプレーの吹き出し口との距離を約30cmに保ちながら、スプレー液を2回吹き付け、基板を約30°回し、20秒静置した。この作業をスプレー液がなくなるまで続け、その後室温まで冷却した。
Next, an electron transport layer (thickness 20 nm) made of TiO 2 was formed by spraying under the following conditions.
(Spray coating film formation conditions)
In a glow box, 28.4 mL of titanium tetraisopropoxide (Ti (OCH (CH 3 ) 2 ) 4 ) is quickly put into a blue (brown) sample bottle with a stirrer chip and dried, and then 1 mL with stirring. 19.5-20 mL of acetylacetone was added at a time to prepare a spray solution.
The substrate was placed on a hot plate heated to 120 ° C., the spray liquid was sprayed twice while maintaining the distance between the substrate and the spray outlet to about 30 cm, and the substrate was rotated about 30 ° and allowed to stand for 20 seconds. This operation was continued until the spray liquid disappeared, and then cooled to room temperature.

次いで、電子輸送層の上に、実施例1と同様にして、光吸収層、正孔輸送層および第二電極層を成膜し、キャップガラスで封止して、光電変換素子(太陽電池素子)を得た。   Next, on the electron transport layer, a light absorption layer, a hole transport layer, and a second electrode layer were formed in the same manner as in Example 1, sealed with cap glass, and a photoelectric conversion element (solar cell element) )

<比較例2>
電子輸送層を成膜する際に、プラズマALD法(For all社製 Model OZONE、プラズマ発生装置の出力60W)により、成膜反応を45℃で165サイクル繰り返したこと以外は実施例1と同様にして、光電変換素子(太陽電池素子)を得た。なお、電子輸送層の膜厚は20nmであった。
<Comparative example 2>
When the electron transport layer was formed, the same procedure as in Example 1 was repeated except that the film formation reaction was repeated 165 cycles at 45 ° C. by the plasma ALD method (Model OZONE, manufactured by For all, 60 W output of the plasma generator). Thus, a photoelectric conversion element (solar cell element) was obtained. The film thickness of the electron transport layer was 20 nm.

以下の表1に、実施例1〜3および比較例1〜2の太陽電池素子における電子輸送層の成膜条件および589nmでの屈折率をまとめて示す。なお、電子輸送層の成膜条件は、使用するALD装置の構成、仕様等に応じて適宜調整される点に留意されたい。例えば、プラズマALD法により成膜する場合において、プラズマ発生装置の出力値(W)は、使用するALD装置に応じて適宜調整することができる。   Table 1 below collectively shows the film formation conditions of the electron transport layer and the refractive index at 589 nm in the solar cell elements of Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2. It should be noted that the film formation conditions for the electron transport layer are appropriately adjusted according to the configuration, specifications, etc. of the ALD apparatus used. For example, when the film is formed by the plasma ALD method, the output value (W) of the plasma generator can be appropriately adjusted according to the ALD apparatus to be used.

Figure 2017054912
Figure 2017054912

このようにして作製した太陽電池素子の光電変換効率(PCE)は、実施例1および実施例2ではいずれも12%であり、実施例3では6%であった。一方、比較例1の太陽電池素子のPCEは1%未満であった。なお、実施例1〜3の作製条件と同様にして、透光性基板としてフレキシブルな透光性樹脂基板を用いて作製した太陽電池素子においても、比較例を有意に上回るPCEでの発電が可能であることも確認されている。   The photoelectric conversion efficiency (PCE) of the thus produced solar cell element was 12% in Example 1 and Example 2, and 6% in Example 3. On the other hand, the PCE of the solar cell element of Comparative Example 1 was less than 1%. In addition, in the solar cell element produced using the flexible translucent resin substrate as the translucent substrate in the same manner as the production conditions of Examples 1 to 3, it is possible to generate electricity with a PCE that significantly exceeds the comparative example. It has also been confirmed that.

これらの結果から、アモルファスのTiOからなる電子輸送層において、589nmでの屈折率が1.80以上であると、高い光電変換効率を有する太陽電池素子が得られることが確認された。すなわち、本発明の光電変換素子は、電子輸送層の緻密性が制御され、表面平坦性が優れていることによって、リークの発生が抑制され、長期安定性を有し、かつ高い光電変換効率を有する素子であると考えられる。このように、電子輸送層における特定の波長での屈折率と光電変換素子の性能との相関関係は、本発明者等によって見出された新規な知見であり、ペロブスカイト系太陽電池の性能向上に向けた新たなアプローチを提起するものである。また、本発明の光電変換素子はその全ての製造工程において、温度条件を130℃以下とすることができる。従って、ロールtoロール方式によるペロブスカイト系太陽電池の薄型化、軽量化、フレキシブル化が可能となり、また、製造技術面においても低コスト化、高生産性を実現可能とすることが期待される。
From these results, it was confirmed that a solar cell element having high photoelectric conversion efficiency can be obtained when the refractive index at 589 nm is 1.80 or more in the electron transport layer made of amorphous TiO 2 . That is, in the photoelectric conversion element of the present invention, the density of the electron transport layer is controlled and the surface flatness is excellent, so that the occurrence of leakage is suppressed, long-term stability is achieved, and high photoelectric conversion efficiency is achieved. It is considered that the element has. Thus, the correlation between the refractive index at a specific wavelength in the electron transport layer and the performance of the photoelectric conversion element is a novel finding found by the present inventors, and improves the performance of perovskite solar cells. Presents a new approach. Moreover, the photoelectric conversion element of this invention can make temperature conditions into 130 degrees C or less in all the manufacturing processes. Accordingly, it is expected that the perovskite solar cell using the roll-to-roll method can be made thinner, lighter and more flexible, and that it is possible to realize low cost and high productivity in terms of manufacturing technology.

Claims (5)

有機アンモニウム金属ハロゲン化物またはCs金属ハロゲン化物を含む光吸収層を備える光電変換素子であって、前記光吸収層の下に位置する電子輸送層がアモルファスのTiOからなり、前記電子輸送層の589nmでの屈折率が1.80以上であることを特徴とする光電変換素子。 A photoelectric conversion device comprising a light-absorbing layer containing an organic ammonium metal halide or Cs metal halide, an electron transporting layer located beneath the light-absorbing layer comprises TiO 2 amorphous, 589 nm of the electron transport layer A photoelectric conversion element having a refractive index of 1.80 or more. 前記電子輸送層の膜厚が5〜100nmであることを特徴とする請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electron transport layer has a thickness of 5 to 100 nm. 前記電子輸送層が、原子層堆積法で積層してなる電子輸送層であることを特徴とする請求項1または2に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electron transport layer is an electron transport layer formed by laminating by an atomic layer deposition method. 前記原子層堆積法が、プラズマALD法、オゾンALD法または熱ALD法であることを特徴とする請求項3に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the atomic layer deposition method is a plasma ALD method, an ozone ALD method, or a thermal ALD method. 前記電子輸送層が、積層数が50〜2000のアモルファスTiO層からなる積層構造を有することを特徴とする請求項1〜4のうちのいずれか一項に記載の光電変換素子。
5. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the electron transport layer has a stacked structure including an amorphous TiO 2 layer having a stack number of 50 to 2000. 6.
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