JP2018117008A - Solid junction type photoelectric conversion element and solid junction type photoelectric conversion element P type semiconductor layer - Google Patents

Solid junction type photoelectric conversion element and solid junction type photoelectric conversion element P type semiconductor layer Download PDF

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尚洋 藤沼
Naohiro Fujinuma
尚洋 藤沼
雄一郎 福本
Yuichiro Fukumoto
雄一郎 福本
純一郎 安西
Junichiro Anzai
純一郎 安西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solid junction type photoelectric conversion element with improved power generation performance and a solid junction type photoelectric conversion element P type semiconductor.SOLUTION: [1] In a solid junction type photoelectric conversion element 10 in which a substrate 1, a first conductive layer, a light absorption layer 7 containing an organic/inorganic perovskite compound, a P-type semiconductor layer 5, and a second conductive layer 6 are provided in this order, the P-type semiconductor layer 5 contains a specific cyclic compound. [2] A solid junction type photoelectric conversion element contains a specific nitrogen-containing compound.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、固体接合型光電変換素子および固体接合型光電変換素子用のP型半導体層に関する。   The present invention relates to a solid junction photoelectric conversion element and a P-type semiconductor layer for a solid junction photoelectric conversion element.

有機無機ハイブリッドのペロブスカイト化合物は、色素増感太陽電池の色素に替わる増感剤として注目を集めている。このペロブスカイト化合物からなる結晶層(ペロブスカイト化合物層)の表面にビフルオレン型低分子spiro-OMeTADのP型半導体層が製膜された、電解液を有しない固体太陽電池が10.9%の光電変換効率を示したことが報告されている(非特許文献1参照)。この報告を皮切りに、更なる光電変換効率の向上が相次いで報告され(非特許文献2参照)、実用化に向けた開発が盛んである。   Organic-inorganic hybrid perovskite compounds have attracted attention as sensitizers that can replace the dyes of dye-sensitized solar cells. A photoelectric conversion efficiency of 10.9% for a solid solar cell having no electrolyte solution, in which a P-type semiconductor layer of bifluorene type low molecular weight spiro-OMeTAD is formed on the surface of a crystal layer (perovskite compound layer) made of this perovskite compound Has been reported (see Non-Patent Document 1). Starting with this report, further improvements in photoelectric conversion efficiency have been reported one after another (see Non-Patent Document 2), and development for practical application is thriving.

“Efficient Hybrid Solar Cells Based on Meso-Superstructured Organometal Halide Perovskites” Science, 2012, 338, p643-647.“Efficient Hybrid Solar Cells Based on Meso-Superstructured Organometal Halide Perovskites” Science, 2012, 338, p643-647. “Solvent engineering for high-performance inorganic-organic hybrid perovskite solar cells” Nature Materials 2014, 13, p897-903.“Solvent engineering for high-performance inorganic-organic hybrid perovskite solar cells” Nature Materials 2014, 13, p897-903.

実用化に向けて、非特許文献1,2に記載された固体接合型光電変換素子の発電性能を更に向上させることが求められている。
本発明は、発電性能が向上した固体接合型光電変換素子、及び固体接合型光電変換素子用のP型半導体層を提供する。
For practical application, it is required to further improve the power generation performance of the solid junction photoelectric conversion elements described in Non-Patent Documents 1 and 2.
The present invention provides a solid junction photoelectric conversion element with improved power generation performance and a P-type semiconductor layer for the solid junction photoelectric conversion element.

[1] 基材と、第一導電層と、有機無機ペロブスカイト化合物を含む光吸収層と、P型半導体層と、第二導電層とが、この順で設けられた固体接合型光電変換素子であって、前記P型半導体層に、下記一般式(1)で表される化合物、下記一般式(2)で表される化合物及び下記一般式(3)で表される化合物からなる群から選ばれる1つ以上の環式化合物を含む、固体接合型光電変換素子。 [1] A solid junction photoelectric conversion element in which a substrate, a first conductive layer, a light absorption layer containing an organic / inorganic perovskite compound, a P-type semiconductor layer, and a second conductive layer are provided in this order. The P-type semiconductor layer is selected from the group consisting of a compound represented by the following general formula (1), a compound represented by the following general formula (2), and a compound represented by the following general formula (3). A solid junction photoelectric conversion device comprising one or more cyclic compounds.

Figure 2018117008
Figure 2018117008

[式(1)中、X11〜X15は、それぞれ独立して窒素原子又は「C−R1」で表される基(ここで、R1はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。
ただし、X11〜X15が前記「C−R1」で表される基であり、X11、X12、X13及びX14のR1が水素原子であり、且つX15のR1が直鎖状のアルキル基である場合、前記直鎖状のアルキル基の炭素数は6〜10であり;X11〜X15が前記「C−R1」で表される基であり、X11、X12、X14及びX15のR1が水素原子であり、且つX13のR1が分岐鎖状のアルキル基である場合、前記分岐鎖状のアルキル基の炭素数は5〜10である。]
[In the formula (1), X 11 to X 15 are each independently a nitrogen atom or a group represented by “C—R 1 ” (where R 1 is independently a hydrogen atom, halogen, carbon number 1 to 10 linear, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group, or aryl group having 12 or less carbon atoms, wherein one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group are substituted with halogen One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other.
However, a group X 11 to X 15 is represented by "C-R 1" is X 11, X 12, R 1 is a hydrogen atom X 13 and X 14, and the R 1 of X 15 If a linear alkyl group, the carbon number of the linear alkyl group is an 6-10; a group X 11 to X 15 is represented by "C-R 1 ', X 11 , R 1 is hydrogen atom X 12, X 14 and X 15, and when R 1 of X 13 is a branched chain alkyl group, the carbon number of the branched alkyl groups are 5-10 is there. ]

Figure 2018117008
Figure 2018117008

[式(2)中、Y1は水素原子又は炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基を表し、前記アルキル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよく;X21〜X24はそれぞれ独立して窒素原子又は「C−R2」で表される基(ここで、R2はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。] [In Formula (2), Y 1 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group are substituted with halogen. One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with an oxygen atom unless oxygen atoms are adjacent to each other; X 21 to X 24 are each independently nitrogen. An atom or a group represented by “C—R 2 ” (wherein R 2 is independently a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms, or Represents an aryl group having 12 or less carbon atoms, one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group may be substituted with halogen, and one or more methylene groups constituting the alkyl group are oxygen When atoms are adjacent to each other Except for a may be replaced by an oxygen atom.). ]

Figure 2018117008
Figure 2018117008

[式(3)中、X31〜X35はそれぞれ独立して窒素原子又は「C−R3」で表される基(ここで、R3はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
[2] 前記環式化合物は、下記式(1−1)で表される環式化合物を含む、[1]に記載の固体接合型光電変換素子。
[In the formula (3), X 31 to X 35 are each independently a nitrogen atom or a group represented by “C—R 3 ” (wherein R 3 is each independently a hydrogen atom, halogen, carbon number 1 Represents a linear, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group of 10 to 10 or an aryl group having 12 or less carbon atoms, and one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group are substituted with halogen. And one or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ]
[2] The solid junction photoelectric conversion element according to [1], wherein the cyclic compound includes a cyclic compound represented by the following formula (1-1).

Figure 2018117008
Figure 2018117008

[式(1−1)中、R11は炭素数1〜10の直鎖状のアルキル基、炭素数5〜10の分岐鎖状のアルキル基、又は炭素数2〜10アルケニル基を表し、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
[3] 前記環式化合物は、下記式(1−2)で表される環式化合物を含む、[1]に記載の固体接合型光電変換素子。
[In the formula (1-1), R 11 represents a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a branched alkyl group having 5 to 10 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ). ]
[3] The solid junction photoelectric conversion element according to [1], wherein the cyclic compound includes a cyclic compound represented by the following formula (1-2).

Figure 2018117008
Figure 2018117008

[式(1−2)中、R12及びR13はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又はアルケニル基を表し、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
[4] 前記環式化合物は、下記式(2−1)で表される環式化合物を含む、[1]に記載の固体接合型光電変換素子。
[In Formula (1-2), R 12 and R 13 each independently represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkenyl group, and constitutes the alkyl group. One or more methylene groups may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ). ]
[4] The solid junction photoelectric conversion element according to [1], wherein the cyclic compound includes a cyclic compound represented by the following formula (2-1).

Figure 2018117008
Figure 2018117008

[式(2−1)中、X22及びX24はそれぞれ独立して窒素原子又はC−H基であり、Y1、R21及びR22はそれぞれ独立に、水素原子或いは炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又はアルケニル基を表し、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
[5] 前記環式化合物は、下記式(3−1)で表される環式化合物を含む、[1]に記載の固体接合型光電変換素子。
[In Formula (2-1), X 22 and X 24 are each independently a nitrogen atom or a C—H group, and Y 1 , R 21 and R 22 are each independently a hydrogen atom or a carbon number of 1 to 10 A linear or branched alkyl group or an alkenyl group, wherein one or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms, except when oxygen atoms are adjacent to each other. Good. ). ]
[5] The solid junction photoelectric conversion element according to [1], wherein the cyclic compound includes a cyclic compound represented by the following formula (3-1).

Figure 2018117008
Figure 2018117008

[式(3−1)中、R31及びR32はそれぞれ独立に、水素原子或いは炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又はアルケニル基を表し、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
[6] 前記P型半導体層が有機半導体によって形成されている、[1]〜[5]の何れか一項に記載の固体接合型光電変換素子。
[7] 下記一般式(1)で表される化合物、下記一般式(2)で表される化合物及び下記一般式(3)で表される化合物からなる群から選ばれる1つ以上の環式化合物を含む、固体接合型光電変換素子用のP型半導体層。
[In Formula (3-1), R 31 and R 32 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group or alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms, and constitute the alkyl group. One or more methylene groups may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ). ]
[6] The solid junction photoelectric conversion element according to any one of [1] to [5], wherein the P-type semiconductor layer is formed of an organic semiconductor.
[7] One or more cyclic groups selected from the group consisting of a compound represented by the following general formula (1), a compound represented by the following general formula (2), and a compound represented by the following general formula (3) A P-type semiconductor layer for a solid junction photoelectric conversion element, comprising a compound.

Figure 2018117008
Figure 2018117008

[式(1)中、X11〜X15は、それぞれ独立して窒素原子又は「C−R1」で表される基(ここで、R1はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。
ただし、X11〜X15が前記「C−R1」で表される基であり、X11、X12、X13及びX14のR1が水素原子であり、且つX15のR1が直鎖状のアルキル基である場合、前記直鎖状のアルキル基の炭素数は6〜10であり;X11〜X15が前記「C−R1」で表される基であり、X11、X12、X14及びX15のR1が水素原子であり、且つX13のR1が分岐鎖状のアルキル基である場合、前記分岐鎖状のアルキル基の炭素数は5〜10である。]
[In the formula (1), X 11 to X 15 are each independently a nitrogen atom or a group represented by “C—R 1 ” (where R 1 is independently a hydrogen atom, halogen, carbon number 1 to 10 linear, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group, or aryl group having 12 or less carbon atoms, wherein one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group are substituted with halogen One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other.
However, a group X 11 to X 15 is represented by "C-R 1" is X 11, X 12, R 1 is a hydrogen atom X 13 and X 14, and the R 1 of X 15 If a linear alkyl group, the carbon number of the linear alkyl group is an 6-10; a group X 11 to X 15 is represented by "C-R 1 ', X 11 , R 1 is hydrogen atom X 12, X 14 and X 15, and when R 1 of X 13 is a branched chain alkyl group, the carbon number of the branched alkyl groups are 5-10 is there. ]

Figure 2018117008
Figure 2018117008

[式(2)中、Y1は水素原子又は炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基を表し、前記アルキル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよく;X21〜X24はそれぞれ独立して窒素原子又は「C−R2」で表される基(ここで、R2はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。] [In Formula (2), Y 1 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group are substituted with halogen. One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with an oxygen atom unless oxygen atoms are adjacent to each other; X 21 to X 24 are each independently nitrogen. An atom or a group represented by “C—R 2 ” (wherein R 2 is independently a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms, or Represents an aryl group having 12 or less carbon atoms, one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group may be substituted with halogen, and one or more methylene groups constituting the alkyl group are oxygen When atoms are adjacent to each other Except for a may be replaced by an oxygen atom.). ]

Figure 2018117008
Figure 2018117008

[式(3)中、X31〜X35はそれぞれ独立して窒素原子又は「C−R3」で表される基(ここで、R3はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。] [In the formula (3), X 31 to X 35 are each independently a nitrogen atom or a group represented by “C—R 3 ” (wherein R 3 is each independently a hydrogen atom, halogen, carbon number 1 Represents a linear, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group of 10 to 10 or an aryl group having 12 or less carbon atoms, and one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group are substituted with halogen. And one or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ]

本発明の固体接合型光電変換素子は、高い光電変換効率を示す。
本発明の固体接合型光電変換素子用のP型半導体層は、固体接合型光電変換素子の発電性能の向上に寄与する。
The solid junction photoelectric conversion element of the present invention exhibits high photoelectric conversion efficiency.
The P-type semiconductor layer for a solid junction photoelectric conversion element of the present invention contributes to an improvement in power generation performance of the solid junction photoelectric conversion element.

本発明の第一実施形態の固体接合型光電変換素子の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the solid junction type photoelectric conversion element of 1st embodiment of this invention.

以下、好適な実施の形態に基づき、図面を参照して本発明を説明するが、本発明はかかる実施形態に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on preferred embodiments, but the present invention is not limited to such embodiments.

本明細書において、「膜」と「層」は特に明記しない限り区別しない。また、固体接合型光電変換素子を「固体太陽電池」といい、有機無機ペロブスカイト化合物を単に「ペロブスカイト化合物」ということがある。さらに、特に明記しない限り、ペロブスカイト化合物の集合(バルク)は、結晶性化合物である。   In the present specification, “membrane” and “layer” are not distinguished unless otherwise specified. The solid junction photoelectric conversion element is sometimes referred to as a “solid solar cell”, and the organic / inorganic perovskite compound is simply referred to as a “perovskite compound”. Further, unless otherwise specified, the aggregate (bulk) of perovskite compounds is a crystalline compound.

《固体接合型光電変換素子》
本発明にかかる固体接合型光電変換素子は、基材と、第一導電層と、任意で設けられるブロック層と、有機無機ペロブスカイト化合物を含む光吸収層と、P型半導体層と、第二導電層とが、この順で積層された固体太陽電池である。
<< Solid-junction photoelectric conversion element >>
A solid junction photoelectric conversion element according to the present invention includes a base material, a first conductive layer, an optional block layer, a light absorption layer containing an organic / inorganic perovskite compound, a P-type semiconductor layer, and a second conductive material. The layers are solid solar cells stacked in this order.

上記の各層の相対的な順序が維持される限り、本発明の趣旨を損なわない範囲で、何れかの層間に他の層が挿入されても構わない。例えば、光吸収層とP型半導体層の間に、任意の導電性層を挿入しても構わない。また、P型半導体層と第二導電層の間に、任意の導電性層を挿入しても構わない。固体太陽電池の内部抵抗を減らし、光電変換効率を高める観点から、光吸収層の表面にP型半導体層が形成され、P型半導体層の表面に第二導電層が形成されていることが好ましい。   As long as the relative order of the above layers is maintained, other layers may be inserted between any of the layers as long as the gist of the present invention is not impaired. For example, an arbitrary conductive layer may be inserted between the light absorption layer and the P-type semiconductor layer. Further, an arbitrary conductive layer may be inserted between the P-type semiconductor layer and the second conductive layer. From the viewpoint of reducing the internal resistance of the solid solar cell and increasing the photoelectric conversion efficiency, it is preferable that a P-type semiconductor layer is formed on the surface of the light absorption layer and a second conductive layer is formed on the surface of the P-type semiconductor layer. .

本発明にかかる固体太陽電池の第一実施形態として、例えば、図1に示す積層構造を有する固体太陽電池10が挙げられる。   As 1st embodiment of the solid solar cell concerning this invention, the solid solar cell 10 which has the laminated structure shown in FIG. 1 is mentioned, for example.

固体太陽電池10は、基材の表面に第一導電層が形成されてなる導電性基材1と、第一導電層の表面に積層されたブロック層2と、ブロック層2の表面に積層され、ペロブスカイト化合物を含む下地層3と、アッパー層4と、P型半導体層5と、第二導電層からなる対向電極6と、が順に積層された積層構造を有する。この積層構造において、下地層3及びアッパー層4を併せて光吸収層7と呼び、導電性基材1及びブロック層2を併せて基体8と呼び、光吸収層7及び基体8を併せて光電極9と呼ぶ。
以下、各層について順に説明する。
The solid solar cell 10 is laminated on the surface of the conductive layer 1 having the first conductive layer formed on the surface of the substrate, the block layer 2 laminated on the surface of the first conductive layer, and the surface of the block layer 2. The underlayer 3 containing the perovskite compound, the upper layer 4, the P-type semiconductor layer 5, and the counter electrode 6 made of the second conductive layer are sequentially laminated. In this laminated structure, the base layer 3 and the upper layer 4 are collectively referred to as a light absorption layer 7, the conductive substrate 1 and the block layer 2 are collectively referred to as a base 8, and the light absorption layer 7 and the base 8 are collectively referred to as a light. This is called electrode 9.
Hereinafter, each layer will be described in order.

<導電性基材1>
基体8を構成する導電性基材1の種類は特に制限されず、例えば従来の太陽電池の光電極に使用される導電性の透明基材が挙げられる。前記透明基材としては、例えばガラス又は合成樹脂からなる基板、合成樹脂製の可撓性を有するフィルム等が挙げられる。
<Conductive substrate 1>
The kind in particular of the electroconductive base material 1 which comprises the base | substrate 8 is not restrict | limited, For example, the electroconductive transparent base material used for the photoelectrode of the conventional solar cell is mentioned. Examples of the transparent substrate include a substrate made of glass or synthetic resin, a flexible film made of synthetic resin, and the like.

前記透明基材の材料が合成樹脂である場合、その合成樹脂としては、例えば、ポリアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリアミド樹脂等が挙げられる。これらの中でも、ポリエステル樹脂、特にポリエチレンナフタレート(PEN)やポリエチレンテレフタレート(PET)が、薄く、軽く、かつフレキシブルな太陽電池を製造する観点から好ましい。   When the material of the transparent substrate is a synthetic resin, examples of the synthetic resin include polyacrylic resin, polycarbonate resin, polyester resin, polyimide resin, polystyrene resin, polyvinyl chloride resin, and polyamide resin. Among these, polyester resins, particularly polyethylene naphthalate (PEN) and polyethylene terephthalate (PET) are preferable from the viewpoint of manufacturing a thin, light and flexible solar cell.

前記透明基材の表面には透明導電層を構成する金属酸化物がコーティングされていることが好ましい。このコーティングにより、前記透明基材の透明性を損なうことなく、その表面に導電性を付与することができる。金属酸化物としては、公知の太陽電池の透明導電層に使用される化合物が適用可能であり、例えば、スズドープ酸化インジウム(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、酸化亜鉛、酸化スズ、アンチモンドープ酸化スズ(ATO)、酸化インジウム/酸化亜鉛(IZO)、酸化ガリウム/酸化亜鉛(GZO)等が挙げられる。前記金属酸化物からなる透明導電層の層数は、1でもよく、2以上でもよい。   The surface of the transparent substrate is preferably coated with a metal oxide that constitutes the transparent conductive layer. By this coating, conductivity can be imparted to the surface without impairing the transparency of the transparent substrate. As the metal oxide, a compound used for a transparent conductive layer of a known solar cell can be applied. For example, tin-doped indium oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), zinc oxide, tin oxide, antimony dope Examples thereof include tin oxide (ATO), indium oxide / zinc oxide (IZO), and gallium oxide / zinc oxide (GZO). The number of transparent conductive layers made of the metal oxide may be 1 or 2 or more.

導電性基材1の厚みと材料の組み合わせは特に限定されず、例えば1mm〜10mm厚のガラス基板、0.01mm〜3mm厚の樹脂フィルム等が挙げられる。
導電性基材1の表面に設けられる透明導電層の厚みは、所望の導電性が得られる厚みであれば特に限定されず、例えば1nm〜10μm程度が挙げられる。
The combination of the thickness and material of the conductive substrate 1 is not particularly limited, and examples thereof include a glass substrate having a thickness of 1 mm to 10 mm and a resin film having a thickness of 0.01 mm to 3 mm.
The thickness of the transparent conductive layer provided on the surface of the conductive substrate 1 is not particularly limited as long as desired conductivity can be obtained, and examples thereof include about 1 nm to 10 μm.

<ブロック層2>
ブロック層2は必須の構成ではないが、ブロック層2が導電性基材1と光吸収層7の間に配置されていることが好ましい。ブロック層2が配置されていると、導電性基材1と光吸収層7のペロブスカイト化合物とが直接に接触することが防止される。これにより、起電力の損失が防止され、光電変換効率が向上する。
ブロック層2は、上記接触を確実に防ぐために、非多孔性の緻密層であることが好ましく、N型半導体によって形成された緻密層であることがより好ましい。
<Block layer 2>
Although the block layer 2 is not an essential configuration, the block layer 2 is preferably disposed between the conductive substrate 1 and the light absorption layer 7. When the block layer 2 is disposed, the conductive substrate 1 and the perovskite compound of the light absorption layer 7 are prevented from coming into direct contact. Thereby, the loss of electromotive force is prevented and the photoelectric conversion efficiency is improved.
The block layer 2 is preferably a non-porous dense layer, and more preferably a dense layer formed of an N-type semiconductor, in order to reliably prevent the contact.

ブロック層2を構成するN型半導体は、特に限定されず、例えば、ZnO、TiO、SnO、IGZO、SrTiO等の電子伝導性に優れた酸化物半導体が挙げられる。これらの中でも特にTiOが電子伝導性に優れるので好ましい。
ブロック層2を構成するN型半導体の種類は、1種類でもよく、2種類以上でもよい。
The N-type semiconductor constituting the block layer 2 is not particularly limited, and examples thereof include oxide semiconductors excellent in electron conductivity such as ZnO, TiO 2 , SnO, IGZO, SrTiO 3 and the like. Among these, TiO 2 is particularly preferable because of its excellent electron conductivity.
There may be one kind of N-type semiconductor constituting the block layer 2 or two or more kinds.

ブロック層2の層数は、1層であってもよく、2層以上であってもよい。
ブロック層2の合計の厚みは特に限定されないが、例えば1nm〜1μm程度が挙げられる。1nm以上であると上記損失を防止する効果が充分に得られ、1μm以下であると内部抵抗を低く抑えることができる。
The number of block layers 2 may be one, or two or more.
Although the total thickness of the block layer 2 is not specifically limited, For example, about 1 nm-1 micrometer are mentioned. When the thickness is 1 nm or more, the effect of preventing the loss is sufficiently obtained, and when the thickness is 1 μm or less, the internal resistance can be kept low.

<光吸収層7>
光吸収層7は、導電性基材1とブロック層2からなる基体8の上に積層されている。光吸収層7は、N型半導体又は絶縁体によって形成された、ペロブスカイト化合物を含む下地層3と、下地層3の表面にペロブスカイト化合物によって形成されたアッパー層4と、が積層された積層構造を有する。ここで、アッパー層4は必須の構成ではなく、ペロブスカイト化合物を含む下地層3が単独で光吸収層7を形成していてもよい。
<Light absorption layer 7>
The light absorption layer 7 is laminated on a base 8 composed of the conductive substrate 1 and the block layer 2. The light absorption layer 7 has a laminated structure in which an underlayer 3 containing a perovskite compound and an upper layer 4 made of a perovskite compound are formed on the surface of the underlayer 3 and formed of an N-type semiconductor or an insulator. Have. Here, the upper layer 4 is not an essential component, and the base layer 3 containing a perovskite compound may form the light absorption layer 7 alone.

光吸収層7に含まれるペロブスカイト化合物は、特に限定されず、公知の太陽電池に使用されるペロブスカイト化合物が適用可能であり、結晶構造を有し、典型的な化合物半導体と同様にバンドギャップ励起による光吸収を示すものが好ましい。例えば、公知のペロブスカイト化合物であるCH3NH3PbI3は、色素増感太陽電池の増感色素と比べて、単位厚さ当たりの吸光係数(cm-1)が1桁高いことが知られている。 The perovskite compound contained in the light absorption layer 7 is not particularly limited, and a perovskite compound used in a known solar cell is applicable, has a crystal structure, and is obtained by band gap excitation as in a typical compound semiconductor. Those showing light absorption are preferred. For example, CH 3 NH 3 PbI 3 , which is a known perovskite compound, is known to have an extinction coefficient (cm −1 ) per unit thickness that is an order of magnitude higher than that of a sensitizing dye of a dye-sensitized solar cell. Yes.

<下地層3>
下地層3は、基体8の上に、すなわちブロック層2の表面に積層されている。なお、ブロック層2が設けられていない場合には導電性基材1の導電面に下地層3が積層される。
下地層3の内部及び表面の少なくとも一方に、ペロブスカイト化合物が担持(支持)されている。
<Underlayer 3>
The underlayer 3 is laminated on the substrate 8, that is, on the surface of the block layer 2. When the block layer 2 is not provided, the base layer 3 is laminated on the conductive surface of the conductive substrate 1.
A perovskite compound is supported (supported) on at least one of the inside and the surface of the underlayer 3.

下地層3の材料は、N型半導体及び/又は絶縁体であることが好ましい。
下地層3は、多孔質膜であってもよく、非多孔質の緻密膜であってもよく、多孔質膜であることが好ましい。下地層3の多孔質構造によって、ペロブスカイト化合物が担持されていることが好ましい。下地層3が緻密膜である場合にも、当該緻密膜にペロブスカイト化合物が含まれることが好ましい。緻密膜は、N型半導体によって形成されていることが好ましい。
The material of the underlayer 3 is preferably an N-type semiconductor and / or an insulator.
The underlayer 3 may be a porous film or a non-porous dense film, and is preferably a porous film. The perovskite compound is preferably supported by the porous structure of the underlayer 3. Even when the underlayer 3 is a dense film, the dense film preferably contains a perovskite compound. The dense film is preferably formed of an N-type semiconductor.

前記N型半導体の種類は特に限定されず、公知のN型半導体が適用可能であり、例えば、従来の色素増感太陽電池の光電極を構成する酸化物半導体が挙げられる。具体的には、酸化チタン(TiO2)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO, SnO2)、IGZO、チタン酸ストロンチウム(SrTiO3)等の電子伝導性に優れた酸化物半導体が例示できる。また、5価の元素がドープされたSi、Cd、ZnSなどの化合物半導体も適用できる場合がある。これらのうち、特に酸化チタンが電子伝導性に優れるので好ましい。
下地層3を形成するN型半導体は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
The kind of the N-type semiconductor is not particularly limited, and a known N-type semiconductor can be applied. Examples thereof include an oxide semiconductor that constitutes a photoelectrode of a conventional dye-sensitized solar cell. Specific examples include oxide semiconductors excellent in electronic conductivity such as titanium oxide (TiO 2 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO, SnO 2 ), IGZO, strontium titanate (SrTiO 3 ), and the like. . In some cases, a compound semiconductor such as Si, Cd, or ZnS doped with a pentavalent element may be used. Of these, titanium oxide is particularly preferable because of its excellent electron conductivity.
The N-type semiconductor forming the underlayer 3 may be one type or two or more types.

前記絶縁体の種類は特に制限されず、公知の絶縁体が適用可能であり、例えば、従来の半導体デバイスの絶縁層を構成する酸化物が挙げられる。具体的には、二酸化ジルコニウム、二酸化珪素、酸化アルミニウム(AlO, Al2O3)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化ニッケル(NiO)等が例示できる。これらのうち、特に酸化アルミニウム(III)(Al2O3)が好ましい。
下地層3を形成する絶縁体は、1種であってもよく、2種以上であってもよい。
The type of the insulator is not particularly limited, and a known insulator can be used. For example, an oxide constituting an insulating layer of a conventional semiconductor device can be used. Specific examples include zirconium dioxide, silicon dioxide, aluminum oxide (AlO, Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), nickel oxide (NiO), and the like. Of these, aluminum (III) oxide (Al 2 O 3 ) is particularly preferable.
The insulator forming the underlayer 3 may be one type or two or more types.

下地層3に含まれるペロブスカイト化合物の量は特に限定されず、光電変換に必要な量の光を吸収できるように適宜設定される。通常、ペロブスカイト化合物の含有量が増える程、吸収可能な光の量が増加する。   The amount of the perovskite compound contained in the underlayer 3 is not particularly limited, and is appropriately set so as to absorb an amount of light necessary for photoelectric conversion. Usually, the amount of light that can be absorbed increases as the content of the perovskite compound increases.

下地層3の膜構造は、より多くのペロブスカイト化合物を担持することが容易な多孔質膜であることが好ましい。下地層3に含まれるペロブスカイト化合物の量が多い程、光吸収効率が高まり、光電変換効率をより向上させることができる。   The film structure of the underlayer 3 is preferably a porous film that can easily carry more perovskite compounds. As the amount of the perovskite compound contained in the underlayer 3 increases, the light absorption efficiency increases and the photoelectric conversion efficiency can be further improved.

下地層3を構成する多孔質膜の平均細孔径は、1nm〜100nm以上が好ましく、5nm〜80nmがより好ましく、10nm〜50nmがさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、細孔内にペロブスカイト化合物が充分に担持される。
上記範囲の上限値以下であると多孔質膜の強度がより高められる。
平均細孔径は、公知のガス吸着試験又は水銀圧入試験によって測定することができる。
The average pore diameter of the porous film constituting the underlayer 3 is preferably 1 nm to 100 nm or more, more preferably 5 nm to 80 nm, and still more preferably 10 nm to 50 nm.
When it is at least the lower limit of the above range, the perovskite compound is sufficiently supported in the pores.
The intensity | strength of a porous membrane is raised more as it is below the upper limit of the said range.
The average pore diameter can be measured by a known gas adsorption test or mercury intrusion test.

下地層3の厚さは特に限定されず、例えば、10nm〜10μmが好ましく、30nm〜1μmがより好ましく、50nm〜0.5μmがさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、アッパー層4を構成するペロブスカイト化合物の結晶化に適した足場になる。さらに、下地層3における光の吸収効率が高まり、より優れた光電変換効率が得られる。
上記範囲の上限値以下であると、光吸収層7で発生した光電子が下地層3を介して基体8に到達する効率が高まり、より優れた光電変換効率が得られる。
The thickness of the underlayer 3 is not particularly limited, and is preferably 10 nm to 10 μm, more preferably 30 nm to 1 μm, and further preferably 50 nm to 0.5 μm, for example.
When it is at least the lower limit of the above range, a scaffold suitable for crystallization of the perovskite compound constituting the upper layer 4 is obtained. Furthermore, the light absorption efficiency in the underlayer 3 is increased, and more excellent photoelectric conversion efficiency is obtained.
If it is not more than the upper limit of the above range, the efficiency with which photoelectrons generated in the light absorption layer 7 reach the substrate 8 through the underlayer 3 is increased, and a more excellent photoelectric conversion efficiency is obtained.

<アッパー層4>
下地層3の表面に積層されたアッパー層4は、ペロブスカイト化合物によって形成されている。下地層3の内部にペロブスカイト化合物が担持されている場合には、アッパー層4は必須の構成ではない。アッパー層4が積層されていると、光吸収層7に含まれるペロブスカイト化合物の総量が増加し、光電変換効率がより高められる。
<Upper layer 4>
The upper layer 4 laminated on the surface of the underlayer 3 is formed of a perovskite compound. When the perovskite compound is supported inside the underlayer 3, the upper layer 4 is not an essential component. When the upper layer 4 is laminated, the total amount of the perovskite compound contained in the light absorption layer 7 is increased, and the photoelectric conversion efficiency is further increased.

アッパー層4の厚みは特に限定されず、例えば、1nm〜1μmが好ましく、1nm〜500nmがより好ましく、10nm〜500nmがさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、光電変換効率をより高めることができる。
上記範囲の上限値以下であると、アッパー層4が下地層3及びP型半導体層5に対して充分に密着し、剥離することが防止される。
The thickness of the upper layer 4 is not specifically limited, For example, 1 nm-1 micrometer are preferable, 1 nm-500 nm are more preferable, 10 nm-500 nm are more preferable.
A photoelectric conversion efficiency can be improved more as it is more than the lower limit of the said range.
When the upper limit value is not more than the upper limit of the above range, the upper layer 4 is sufficiently adhered to the base layer 3 and the P-type semiconductor layer 5 and is prevented from peeling off.

<P型半導体層5>
光吸収層7の表面に形成されたP型半導体層5は、P型半導体によって構成されており、後述する一般式(1)〜(3)で表される環式化合物(A)が添加剤として含有されている。
ホール(正孔)を有するP型半導体層5が光吸収層7の表面に配置されていると、逆電流の発生を抑制し、光吸収によって光吸収層7で発生した正孔を対向電極6へ容易に輸送することが可能になる。さらに、対向電極6から光吸収層7へ電子が移動する効率が高められる。この結果、光電変換効率及び電圧が高められる。さらに、環式化合物(A)がP型半導体層5に含有されていることにより、光電変換効率がより一層向上する。
<P-type semiconductor layer 5>
The P-type semiconductor layer 5 formed on the surface of the light absorption layer 7 is composed of a P-type semiconductor, and the cyclic compound (A) represented by the general formulas (1) to (3) described later is an additive. It is contained as.
When the P-type semiconductor layer 5 having holes (holes) is disposed on the surface of the light absorption layer 7, the generation of reverse current is suppressed, and the holes generated in the light absorption layer 7 due to light absorption are detected by the counter electrode 6. Can be easily transported to. Furthermore, the efficiency with which electrons move from the counter electrode 6 to the light absorption layer 7 is increased. As a result, the photoelectric conversion efficiency and voltage are increased. Furthermore, the photoelectric conversion efficiency is further improved by containing the cyclic compound (A) in the P-type semiconductor layer 5.

前記P型半導体の種類は特に限定されず、有機材料であってもよく、無機材料であってもよく、例えば、公知の太陽電池の正孔輸送層のP型半導体が適用できる。前記有機材料として、例えば、2,2',7,7'-tetrakis(N,N-di-p-methoxyphenilamine)-9,9'-spirobifluorene(略称:spiro-OMeTAD)、Poly(3-hexylthiophene)(略称:P3HT)、polytriarylamine(略称:PTAA) などが挙げられる。
前記無機材料としては、例えば、CuI、CuSCN、CuO、CuO等の銅化合物やNiOなどのニッケル化合物などが挙げられる。
これらの材料のうち、発電性能をより向上させる観点から、環式化合物(A)との親和性が高い、有機半導体が好ましい。
The kind of the P-type semiconductor is not particularly limited, and may be an organic material or an inorganic material. For example, a P-type semiconductor for a hole transport layer of a known solar cell can be applied. Examples of the organic material include 2,2 ′, 7,7′-tetrakis (N, N-di-p-methoxyphenilamine) -9,9′-spirobifluorene (abbreviation: spiro-OMeTAD), Poly (3-hexylthiophene) (Abbreviation: P3HT), polytriarylamine (abbreviation: PTAA), and the like.
Examples of the inorganic material include copper compounds such as CuI, CuSCN, CuO, and Cu 2 O, and nickel compounds such as NiO.
Among these materials, from the viewpoint of further improving the power generation performance, an organic semiconductor having high affinity with the cyclic compound (A) is preferable.

P型半導体層5の厚みは特に限定されず、例えば、1nm〜1000nmが好ましく、5nm〜500nmがより好ましく、30nm〜500nmがさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、光吸収層7と対向電極6の接触を確実に防止してリーク電流の発生を防ぐことができる。
上記範囲の上限値以下であると、内部抵抗をより低減することができる。
The thickness of the P-type semiconductor layer 5 is not specifically limited, For example, 1 nm-1000 nm are preferable, 5 nm-500 nm are more preferable, 30 nm-500 nm are more preferable.
When it is at least the lower limit of the above range, the contact between the light absorption layer 7 and the counter electrode 6 can be reliably prevented and the occurrence of leakage current can be prevented.
If it is not more than the upper limit of the above range, the internal resistance can be further reduced.

[環式化合物(A)]
固体太陽電池10において、P型半導体層5の内部に下記一般式(1)〜(3)で表される化合物群から選ばれる1つ以上の環式化合物(A)が含まれることにより、固体太陽電池10の発電性能が向上する。
上記効果が奏される詳細なメカニズムは未解明であるが、環式化合物(A)は全て窒素原子を有し、その塩基部分がP型半導体層における原子又は分子配列を秩序立てて、P型半導体層におけるホール輸送を促進すると考えられる。また、P型半導体層5と光電極層7の界面において環式化合物(A)が整流作用を発揮すると考えられる。この結果、固体太陽電池の内部抵抗を低減し、光電変換効率が高まる、というメカニズムが推測される。
[Cyclic compound (A)]
In the solid solar cell 10, the P-type semiconductor layer 5 contains one or more cyclic compounds (A) selected from the group of compounds represented by the following general formulas (1) to (3), so that a solid The power generation performance of the solar cell 10 is improved.
Although the detailed mechanism by which the above effect is exerted is not yet elucidated, the cyclic compound (A) has all nitrogen atoms, and its base part orders the atomic or molecular arrangement in the P-type semiconductor layer, and P-type. It is thought to promote hole transport in the semiconductor layer. Further, it is considered that the cyclic compound (A) exhibits a rectifying action at the interface between the P-type semiconductor layer 5 and the photoelectrode layer 7. As a result, it is assumed that the internal resistance of the solid solar cell is reduced and the photoelectric conversion efficiency is increased.

以下、一般式(1)で表される環式化合物(A)を化合物(1)と記し、一般式(2)で表される環式化合物(A)を化合物(2)と記し、一般式(3)で表される環式化合物(A)を化合物(3)と記すことがある。
以下に化合物(1)〜(3)の具体例を説明する。
<化合物(1)>
Hereinafter, the cyclic compound (A) represented by the general formula (1) is referred to as a compound (1), the cyclic compound (A) represented by the general formula (2) is referred to as a compound (2), and the general formula The cyclic compound (A) represented by (3) may be referred to as compound (3).
Specific examples of the compounds (1) to (3) will be described below.
<Compound (1)>

Figure 2018117008
[式(1)中、X11〜X15は、それぞれ独立して窒素原子又は「C−R1」で表される基(ここで、R1はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。
ただし、X11〜X15が前記「C−R1」で表される基であり、X11、X12、X13及びX14のR1が水素原子であり、且つX15のR1が直鎖状のアルキル基である場合、前記直鎖状のアルキル基の炭素数は6〜10であり;X11〜X15が前記「C−R1」で表される基であり、X11、X12、X14及びX15のR1が水素原子であり、且つX13のR1が分岐鎖状のアルキル基である場合、前記分岐鎖状のアルキル基の炭素数は5〜10である。]
Figure 2018117008
[In the formula (1), X 11 to X 15 are each independently a nitrogen atom or a group represented by “C—R 1 ” (where R 1 is independently a hydrogen atom, halogen, carbon number 1 to 10 linear, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group, or aryl group having 12 or less carbon atoms, wherein one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group are substituted with halogen One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other.
However, a group X 11 to X 15 is represented by "C-R 1" is X 11, X 12, R 1 is a hydrogen atom X 13 and X 14, and the R 1 of X 15 If a linear alkyl group, the carbon number of the linear alkyl group is an 6-10; a group X 11 to X 15 is represented by "C-R 1 ', X 11 , R 1 is hydrogen atom X 12, X 14 and X 15, and when R 1 of X 13 is a branched chain alkyl group, the carbon number of the branched alkyl groups are 5-10 is there. ]

式(1)中、X11〜X15が前記「C−R1」で表される基である場合、下記式(1−1)で表される化合物(1−1)が好ましい。 In the formula (1), when X 11 to X 15 is a group represented by "C-R 1", a compound represented by the following formula (1-1) (1-1) is preferred.

Figure 2018117008
[式(1−1)中、R11は炭素数1〜10の直鎖状のアルキル基、炭素数5〜10の分岐鎖状のアルキル基、又は炭素数2〜10アルケニル基を表し、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
Figure 2018117008
[In the formula (1-1), R 11 represents a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a branched alkyl group having 5 to 10 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ). ]

式(1−1)中、R11が直鎖状のアルキル基である場合、そのアルキル基の炭素数は3〜9が好ましく、4〜8がより好ましく、5〜7がさらに好ましい。
式(1−1)中、R11が分岐鎖状のアルキル基である場合、そのアルキル基の炭素数は5〜9が好ましく、5〜8がより好ましく、5〜7がさらに好ましい。
化合物(1−1)の好適な具体例として、下記式で表される化合物(1−1a)〜(1−1d)が挙げられる。
In Formula (1-1), when R 11 is a linear alkyl group, the alkyl group preferably has 3 to 9 carbon atoms, more preferably 4 to 8 carbon atoms, and still more preferably 5 to 7 carbon atoms.
In Formula (1-1), when R 11 is a branched alkyl group, the alkyl group preferably has 5 to 9 carbon atoms, more preferably 5 to 8 carbon atoms, and still more preferably 5 to 7 carbon atoms.
Preferable specific examples of compound (1-1) include compounds (1-1a) to (1-1d) represented by the following formulas.

Figure 2018117008
Figure 2018117008

式(1)中、X11〜X15の何れかが窒素原子である場合、X13が窒素原子であることが好ましい。X13が窒素原子である場合、下記式で表される化合物(1−2)が好ましい。 In Formula (1), when any of X 11 to X 15 is a nitrogen atom, X 13 is preferably a nitrogen atom. When X 13 is a nitrogen atom, a compound (1-2) represented by the following formula is preferred.

Figure 2018117008
[式(1−2)中、R12及びR13はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又はアルケニル基を表し、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
Figure 2018117008
[In Formula (1-2), R 12 and R 13 each independently represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkenyl group, and constitutes the alkyl group. One or more methylene groups may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ). ]

式(1−2)中、R12及びR13は、それぞれ独立に、炭素数1〜10の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であることが好ましく、炭素数1〜6の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であることがより好ましく、炭素数1〜4の直鎖状又は分岐鎖状のアルキル基であることがさらに好ましい。R12及びR13のうち少なくとも一方はメチル基であることが好ましく、R12及びR13の合計の炭素数が2〜6であることがより好ましい。
化合物(1−2)の好適な具体例として、下記式で表される化合物(1−2a)〜(1−2c)が挙げられる。
In Formula (1-2), R 12 and R 13 are each independently preferably a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and a linear chain having 1 to 6 carbon atoms. Or it is more preferable that it is a branched alkyl group, and it is further more preferable that it is a C1-C4 linear or branched alkyl group. Preferably, at least one of R 12 and R 13 are methyl groups, and more preferable number of carbon atoms of the total of R 12 and R 13 is 2-6.
Preferable specific examples of compound (1-2) include compounds (1-2a) to (1-2c) represented by the following formulas.

Figure 2018117008
Figure 2018117008

<化合物(2)> <Compound (2)>

Figure 2018117008
[式(2)中、Y1は水素原子又は炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基を表し、前記アルキル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよく;X21〜X24はそれぞれ独立して窒素原子又は「C−R2」で表される基(ここで、R2はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
化合物(2)は、下記式(2−1)で表される化合物(2−1)であることが好ましい。
Figure 2018117008
[In Formula (2), Y 1 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group are substituted with halogen. One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with an oxygen atom unless oxygen atoms are adjacent to each other; X 21 to X 24 are each independently nitrogen. An atom or a group represented by “C—R 2 ” (wherein R 2 is independently a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms, or Represents an aryl group having 12 or less carbon atoms, one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group may be substituted with halogen, and one or more methylene groups constituting the alkyl group are oxygen When atoms are adjacent to each other Except for a may be replaced by an oxygen atom.). ]
The compound (2) is preferably a compound (2-1) represented by the following formula (2-1).

Figure 2018117008
[式(2−1)中、X22及びX24はそれぞれ独立して窒素原子又はC−H基であり、Y1、R21及びR22はそれぞれ独立に、水素原子或いは炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又はアルケニル基を表し、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
Figure 2018117008
[In Formula (2-1), X 22 and X 24 are each independently a nitrogen atom or a C—H group, and Y 1 , R 21 and R 22 are each independently a hydrogen atom or a carbon number of 1 to 10 A linear or branched alkyl group or an alkenyl group, wherein one or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms, except when oxygen atoms are adjacent to each other. Good. ). ]

式(2−1)中、Y1は、水素原子又は炭素数1〜6の直鎖状アルキル基であることが好ましく、水素原子又は炭素数1〜3の直鎖状アルキル基であることがより好ましい。 In Formula (2-1), Y 1 is preferably a hydrogen atom or a linear alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, and preferably a hydrogen atom or a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. More preferred.

式(2−1)中、X22及びX24がC−H基である場合、R21は、水素原子又は炭素数1〜3の直鎖状アルキル基であることが好ましく、水素原子であることがより好ましい。X22及びX24がC−H基である場合、R22は、水素原子又は炭素数3〜10の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であることが好ましく、炭素数4〜8の直鎖状アルキル基であることがより好ましい。 In Formula (2-1), when X 22 and X 24 are C—H groups, R 21 is preferably a hydrogen atom or a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and is a hydrogen atom. It is more preferable. When X 22 and X 24 are C—H groups, R 22 is preferably a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 3 to 10 carbon atoms, and a linear chain having 4 to 8 carbon atoms. It is more preferable that it is an alkyl group.

式(2−1)中、X22及びX24のうち何れか一方のみが窒素原子である場合、R21は、水素原子又は炭素数1〜3の直鎖状アルキル基であることが好ましい。X22及びX24のうち何れか一方のみが窒素原子である場合、R22は、水素原子又は炭素数1〜3の直鎖状アルキル基であることが好ましく、メチル基又はエチル基であることがより好ましい。 In Formula (2-1), when only one of X 22 and X 24 is a nitrogen atom, R 21 is preferably a hydrogen atom or a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. When only one of X 22 and X 24 is a nitrogen atom, R 22 is preferably a hydrogen atom or a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and is a methyl group or an ethyl group. Is more preferable.

式(2−1)中、X22及びX24の両方が窒素原子である場合、R21及びR22は、それぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜3の直鎖状アルキル基であることが好ましく、水素原子又はメチル基であることがより好ましい。
化合物(2−1)の好適な具体例として、下記式で表される化合物(2−1a)〜(2−1e)が挙げられる。
In Formula (2-1), when both X 22 and X 24 are nitrogen atoms, R 21 and R 22 are each independently a hydrogen atom or a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. Preferably, it is a hydrogen atom or a methyl group.
Preferable specific examples of compound (2-1) include compounds (2-1a) to (2-1e) represented by the following formulas.

Figure 2018117008
Figure 2018117008

<化合物(3)> <Compound (3)>

Figure 2018117008
[式(3)中、X31〜X35はそれぞれ独立して窒素原子又は「C−R3」で表される基(ここで、R3はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
Figure 2018117008
[In the formula (3), X 31 to X 35 are each independently a nitrogen atom or a group represented by “C—R 3 ” (wherein R 3 is each independently a hydrogen atom, halogen, carbon number 1 Represents a linear, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group of 10 to 10 or an aryl group having 12 or less carbon atoms, and one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group are substituted with halogen. And one or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ]

式(3)中、X31〜X35は「C−R3」で表される基であることが好ましい。X31、X34及びX35が「C−R3」で表される基である場合、各R3はそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1〜3の直鎖状アルキル基であることが好ましく、水素原子であることがより好ましい。化合物(3)は、下記式で表される化合物(3−1)であることが好ましい。 In formula (3), X 31 to X 35 are preferably groups represented by “C—R 3 ”. When X 31 , X 34 and X 35 are groups represented by “C—R 3 ”, each R 3 is preferably independently a hydrogen atom or a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms. And more preferably a hydrogen atom. The compound (3) is preferably a compound (3-1) represented by the following formula.

Figure 2018117008
[式(3−1)中、R31及びR32はそれぞれ独立に、水素原子或いは炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又はアルケニル基を表し、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
Figure 2018117008
[In Formula (3-1), R 31 and R 32 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group or alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms, and constitute the alkyl group. One or more methylene groups may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ). ]

式(3−1)中、R31及びR32はそれぞれ独立に、水素原子又は炭素数1〜10の直鎖状又は分岐鎖状アルキル基であることが好ましく、水素原子又は炭素数1〜6の直鎖状アルキル基であることがより好ましく、水素原子又は炭素数1〜3の直鎖状アルキル基であることがさらに好ましい。
式(3−1)中、R31及びR32のうち少なくとも一方が前記アルキル基であることが好ましい。
化合物(3−1)の好適な具体例として、下記式で表される化合物(3−1a)〜(3−1c)が挙げられる。
In formula (3-1), R 31 and R 32 are each independently preferably a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and preferably a hydrogen atom or 1 to 6 carbon atoms. Is more preferably a hydrogen atom or a linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
In formula (3-1), it is preferable that at least one of R 31 and R 32 is the alkyl group.
Preferable specific examples of compound (3-1) include compounds (3-1a) to (3-1c) represented by the following formulas.

Figure 2018117008
Figure 2018117008

P型半導体層5の総質量に対する環式化合物(A)の合計の含有量は、例えば、0.1〜50質量%が好ましく、1〜30質量%がより好ましく、5〜20質量%がさらに好ましい。0.1質量%以上であると発電性能の向上がより発揮され易く、50質量%以下であるとP型半導体によるP型半導体層5の機能の低下を抑制できる。   The total content of the cyclic compound (A) with respect to the total mass of the P-type semiconductor layer 5 is, for example, preferably 0.1 to 50% by mass, more preferably 1 to 30% by mass, and further 5 to 20% by mass. preferable. When the content is 0.1% by mass or more, the power generation performance is more easily improved, and when the content is 50% by mass or less, a decrease in the function of the P-type semiconductor layer 5 due to the P-type semiconductor can be suppressed.

P型半導体層5の総質量に対する環式化合物(A)の合計の含有量は、P型半導体100質量部に対して、1〜100質量部が好ましく、3〜50質量部がより好ましく、8〜30質量部がさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、ホール輸送を促進し、発電性能をより向上させることができる。
上記範囲の上限値以下であると、ホールの密度(キャリア密度)の低下を防止し、発電性能をより向上させることができる。
The total content of the cyclic compound (A) with respect to the total mass of the P-type semiconductor layer 5 is preferably 1 to 100 parts by mass, more preferably 3 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the P-type semiconductor. -30 mass parts is more preferable.
When it is at least the lower limit of the above range, hole transportation can be promoted and the power generation performance can be further improved.
If it is not more than the upper limit of the above range, the hole density (carrier density) can be prevented from decreasing, and the power generation performance can be further improved.

P型半導体層がモル数で規定できる有機半導体(有機化合物からなる半導体)によって形成されている場合、有機半導体/環式化合物(A)で表されるモル比は、1/10〜10/1が好ましく、1/5〜10/1がより好ましく、1/5〜10/3がさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上であると、ホール輸送を促進し、発電性能をより向上させることができる。
上記範囲の上限値以下であると、ホールの密度(キャリア密度)の低下を防止し、発電性能をより向上させることができる。
When the P-type semiconductor layer is formed of an organic semiconductor (semiconductor made of an organic compound) that can be defined by the number of moles, the molar ratio represented by the organic semiconductor / cyclic compound (A) is 1/10 to 10/1. Is preferable, 1/5 to 10/1 is more preferable, and 1/5 to 10/3 is more preferable.
When it is at least the lower limit of the above range, hole transportation can be promoted and the power generation performance can be further improved.
If it is not more than the upper limit of the above range, the hole density (carrier density) can be prevented from decreasing, and the power generation performance can be further improved.

<対向電極6>
P型半導体層5の表面に積層された第二導電層は、対向電極6を構成する。
第二導電層の材料は特に限定されず、例えば、金、銀、銅、アルミニウム、タングステン、ニッケル及びクロムからなる群から選択される何れか1種以上の金属が好適である。
第二導電層からなる対向電極6の厚みは特に限定されず、例えば、10nm〜100nmが好ましい。
<Counter electrode 6>
The second conductive layer laminated on the surface of the P-type semiconductor layer 5 constitutes the counter electrode 6.
The material of the second conductive layer is not particularly limited, and for example, any one or more metals selected from the group consisting of gold, silver, copper, aluminum, tungsten, nickel, and chromium are suitable.
The thickness of the counter electrode 6 which consists of a 2nd conductive layer is not specifically limited, For example, 10-100 nm is preferable.

《固体太陽電池10の発電》
固体太陽電池10において、光吸収層7にペロブスカイト化合物が含まれている。ペロブスカイト化合物の結晶が光を吸収すると、結晶内で光電子及び正孔が発生する。光電子は下地層3又はブロック層2に受容され、導電性基材1が構成する作用極(正極)に移動する。正孔はP型半導体層5を介して第二導電層が構成する対極(負極)に移動する。
固体太陽電池10によって発電された電流は、正極及び負極に接続された引出電極を介して外部回路へ取り出される。
<< Power generation of solid solar cell 10 >>
In the solid solar cell 10, the light absorption layer 7 contains a perovskite compound. When the crystal of the perovskite compound absorbs light, photoelectrons and holes are generated in the crystal. Photoelectrons are received by the underlayer 3 or the block layer 2 and move to the working electrode (positive electrode) formed by the conductive substrate 1. Holes move to the counter electrode (negative electrode) formed by the second conductive layer via the P-type semiconductor layer 5.
The current generated by the solid solar cell 10 is taken out to an external circuit through an extraction electrode connected to the positive electrode and the negative electrode.

《固体太陽電池の製造方法》
本発明にかかる固体太陽電池の製造方法の第一実施形態は、ペロブスカイト化合物を含む光吸収層7の上に、P型半導体と、一般式(1)〜(3)で表される環式化合物(A)とを含む溶液を塗布し、乾燥することにより、P型半導体及び環式化合物(A)を含むP型半導体層5を形成する工程を有する、図1に例示した固体太陽電池10の製造方法である。
以下、各層の形成方法を順に説明する。
<< Method for Manufacturing Solid Solar Cell >>
1st embodiment of the manufacturing method of the solid solar cell concerning this invention is a cyclic compound represented by P-type semiconductor and General formula (1)-(3) on the light absorption layer 7 containing a perovskite compound. The solid solar cell 10 illustrated in FIG. 1 has a step of forming a P-type semiconductor layer 5 containing a P-type semiconductor and a cyclic compound (A) by applying and drying a solution containing (A). It is a manufacturing method.
Hereinafter, the formation method of each layer is demonstrated in order.

<導電性基材1の準備>
導電性基材1は常法により作製可能であり、市販品を使用してもよい。
<Preparation of conductive substrate 1>
The conductive substrate 1 can be produced by a conventional method, and a commercially available product may be used.

<ブロック層2の形成>
ブロック層2の形成方法は特に限定されず、導電性基材1の透明導電層の表面に所望の厚みでN型半導体からなる緻密層を形成可能な公知方法が適用できる。例えば、スパッタ法、蒸着法、N型半導体の前駆体を含む分散液を塗布するゾルゲル法等が挙げられる。
<Formation of block layer 2>
The formation method of the block layer 2 is not specifically limited, The well-known method which can form the dense layer which consists of N type semiconductor by desired thickness on the surface of the transparent conductive layer of the electroconductive base material 1 is applicable. Examples thereof include a sputtering method, a vapor deposition method, and a sol-gel method in which a dispersion liquid containing an N-type semiconductor precursor is applied.

N型半導体の前駆体としては、例えば、四塩化チタン(TiCl)、ペルオキソチタン酸(PTA)や、チタンエトキシド、チタンイソプロポキシド(TTIP)等のチタンアルコキシド、亜鉛アルコキシド、アルコキシシラン、ジルコニウムアルコキシド等の金属アルコキシドが挙げられる。 Examples of N-type semiconductor precursors include titanium tetrachloride (TiCl 4 ), peroxotitanic acid (PTA), titanium alkoxide such as titanium ethoxide and titanium isopropoxide (TTIP), zinc alkoxide, alkoxysilane, and zirconium. Examples thereof include metal alkoxides such as alkoxides.

<下地層3の形成>
下地層3を形成する方法は、特に限定されず、例えば、従来の色素増感太陽電池の増感色素を担持する半導体層の形成方法が適用できる。
<Formation of underlayer 3>
The method for forming the underlayer 3 is not particularly limited, and for example, a method for forming a semiconductor layer carrying a sensitizing dye of a conventional dye-sensitized solar cell can be applied.

具体例として、例えば、N型半導体又は絶縁体からなる微粒子及びバインダーを含むペーストをドクターブレード法で基体8の表面に塗布し、乾燥し、焼成することによって、微粒子からなる多孔質の下地層3を形成できる。また、微粒子を基体8に吹き付けることによって、当該微粒子からなる多孔質又は非多孔質の下地層3を製膜することができる。   As a specific example, for example, a porous base layer 3 made of fine particles is prepared by applying a paste containing fine particles made of an N-type semiconductor or insulator and a binder to the surface of the substrate 8 by a doctor blade method, drying, and firing. Can be formed. Further, by spraying fine particles onto the substrate 8, a porous or non-porous underlayer 3 made of the fine particles can be formed.

前記微粒子の吹き付け方法は、特に限定されず、公知方法が適用可能であり、例えば、エアロゾルデポジション法(AD法)、静電力により微粒子を加速する静電微粒子コーティング法(静電スプレー法)、コールドスプレー法等が挙げられる。これらの方法のうち、吹き付ける微粒子の速度の調整が容易であり、形成する下地層3の膜質や厚さの調整が容易であることから、AD法が好ましい。   The method for spraying the fine particles is not particularly limited, and a known method can be applied, for example, an aerosol deposition method (AD method), an electrostatic fine particle coating method (electrostatic spray method) in which fine particles are accelerated by electrostatic force, The cold spray method etc. are mentioned. Among these methods, the AD method is preferable because the speed of the fine particles to be sprayed can be easily adjusted and the film quality and thickness of the underlying layer 3 to be formed can be easily adjusted.

AD法は、窒素等の搬送ガスによって微粒子を亜音速〜超音速程度まで加速して基材に吹き付け、基材表面に微粒子からなる膜を製膜する方法である。基材表面に接合した微粒子に対して、続けて吹き付けられた微粒子が衝突することによって、微粒子同士が接合した膜が形成される。微粒子同士の衝突においては、微粒子が溶融するような温度上昇は発生し難い。また、形成された多孔質膜は、太陽電池の電極として充分な強度及び電子伝導性を有するので、成膜後の焼成工程を必須としない。ただし、必要に応じて焼成(焼結)を行ってもよい。   The AD method is a method in which fine particles are accelerated to a subsonic to supersonic speed by a carrier gas such as nitrogen and sprayed onto a substrate to form a film made of fine particles on the substrate surface. The fine particles that have been sprayed collide with the fine particles that have been bonded to the surface of the substrate, thereby forming a film in which the fine particles are bonded. In the collision between the fine particles, a temperature rise that causes the fine particles to melt hardly occurs. Moreover, since the formed porous film has sufficient strength and electronic conductivity as an electrode of a solar cell, a baking step after film formation is not essential. However, you may perform baking (sintering) as needed.

AD法は常温で下地層3を形成できるので、200℃未満のガラス転移温度を有する合成樹脂製のフィルム等を基材として適用できる。したがって、高温の焼成プロセスを要する方法に比べて多種類の基材を使用できるので、広範な目的及び用途に応じた、種々の形態の固体太陽電池を製造することが可能である。   Since the AD method can form the underlayer 3 at room temperature, a synthetic resin film or the like having a glass transition temperature of less than 200 ° C. can be applied as a substrate. Therefore, since various types of base materials can be used as compared with a method requiring a high-temperature firing process, it is possible to manufacture various types of solid solar cells according to a wide range of purposes and applications.

吹き付ける微粒子の速度を適宜調整することによって、製膜レートと膜の多孔度を調整することができる。通常、高速で吹き付けるほど、製膜レートは増加し、膜の多孔度が低下する傾向にある。従って、下地層3を形成する際に、微粒子の吹き付け速度を調整することにより、多孔質膜又は緻密膜の何れかの膜構造を任意に選択して、下地層3を形成することができる。   By appropriately adjusting the speed of the fine particles to be sprayed, the film forming rate and the porosity of the film can be adjusted. Usually, the higher the spray rate, the higher the film-forming rate and the lower the membrane porosity. Accordingly, when the underlayer 3 is formed, the underlayer 3 can be formed by arbitrarily selecting the film structure of the porous film or the dense film by adjusting the spraying speed of the fine particles.

下地層3の形成材料として、1種以上のN型半導体微粒子と、1種以上の絶縁体微粒子とを併用してもよい。   As a material for forming the underlayer 3, one or more types of N-type semiconductor fine particles and one or more types of insulating fine particles may be used in combination.

前記微粒子の平均粒径rは、1nm≦r<200nmが好ましく、10nm≦r≦70nmがより好ましく、10nm≦r≦30nmがさらに好ましい。
上記範囲の下限値以上において大きい程、ペロブスカイト化合物を下地層3の多孔質構造を構成する細孔内に充分に挿入することが容易である。上記範囲の上限値以下において小さい程、ペロブスカイト化合物とN型半導体微粒子との界面が増加し、光電子の取り出しが容易になるとともに、下地層3とP型半導体層5が接触して起電力の損失を防止できる。
The average particle diameter r of the fine particles is preferably 1 nm ≦ r <200 nm, more preferably 10 nm ≦ r ≦ 70 nm, and further preferably 10 nm ≦ r ≦ 30 nm.
The larger the value is above the lower limit of the above range, the easier it is to insert the perovskite compound sufficiently into the pores constituting the porous structure of the underlayer 3. The smaller the value is below the upper limit of the above range, the more the interface between the perovskite compound and the N-type semiconductor fine particles increases, the photoelectrons can be easily taken out, and the base layer 3 and the P-type semiconductor layer 5 come into contact with each other to Can be prevented.

前記微粒子の平均粒径rは、複数の微粒子を電子顕微鏡で観察して測定した粒子径の平均値として求めることができる。この場合、測定する微粒子の個数は多いほど好ましく、例えば10〜50個を測定して、その算術平均を求めればよい。或いは、レーザー回折式粒度分布測定装置の測定により得られた粒子径(体積平均径)分布のピーク値として決定することもできる。同じ微粒子の測定試料を上記2種類の方法によって測定し、その測定値が互いに異なった場合、電子顕微鏡で観察して得られた値に基づいて上記平均粒径の範囲に含まれるか否かを判定する。   The average particle diameter r of the fine particles can be obtained as an average value of particle diameters measured by observing a plurality of fine particles with an electron microscope. In this case, the larger the number of fine particles to be measured, the better. For example, 10 to 50 particles may be measured and the arithmetic average thereof may be obtained. Or it can also determine as a peak value of the particle diameter (volume average diameter) distribution obtained by the measurement of the laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus. If the measurement sample of the same fine particles is measured by the above two methods and the measured values are different from each other, whether or not they are included in the above average particle diameter range based on the values obtained by observation with an electron microscope. judge.

下地層3の内部にペロブスカイト化合物を含有させる方法は、特に限定されず、例えば、形成した下地層3にペロブスカイト化合物又はその前駆体を含む溶液を含浸させる方法、予めペロブスカイト化合物が付着した材料を使用して下地層3を形成する方法、等が挙げられる。上記2つの方法を併用してもよい。   The method for incorporating the perovskite compound in the underlayer 3 is not particularly limited. For example, a method in which the formed underlayer 3 is impregnated with a solution containing the perovskite compound or a precursor thereof, or a material to which the perovskite compound is previously attached is used. And a method of forming the base layer 3. The above two methods may be used in combination.

AD法等の吹き付け法で下地層3を形成する場合、ペロブスカイト化合物が付着した、N型半導体又は絶縁体の微粒子を基体8の表面に吹き付けることにより、ペロブスカイト化合物を内部に含んだ下地層3を形成することができる。   When the underlayer 3 is formed by a spraying method such as the AD method, the underlayer 3 containing the perovskite compound inside is formed by spraying fine particles of an N-type semiconductor or insulator, to which the perovskite compound is adhered, onto the surface of the substrate 8. Can be formed.

前記微粒子にペロブスカイト化合物を付着させる方法としては、ペロブスカイト化合物又はペロブスカイト化合物の前駆体を溶解した原料溶液に、前記微粒子を浸漬し、さらに溶媒を乾燥することによって、結晶化したペロブスカイト化合物が付着した原料粒子を得る方法が挙げられる。   As a method for attaching a perovskite compound to the fine particles, a raw material to which a crystallized perovskite compound is adhered by immersing the fine particles in a raw material solution in which a perovskite compound or a perovskite compound precursor is dissolved and further drying the solvent is used. The method of obtaining particle | grains is mentioned.

<光吸収層7の形成>
下地層3を形成する際に、予めペロブスカイト化合物が付着した材料を使用すると、ペロブスカイト化合物が含まれた下地層3からなる光吸収層7が得られる。この下地層3の内部又は表面に、ペロブスカイト化合物をさらに挿入又は積層することにより、より多くのペロブスカイト化合物が含まれた光吸収層7が得られる。
一方、ペロブスカイト化合物を含まない下地層3を形成した場合、この下地層3の内部及び表面にペロブスカイト化合物を挿入又は積層することにより、充分な量のペロブスカイト化合物が含まれた光吸収層7が得られる。
<Formation of the light absorption layer 7>
When the base layer 3 is formed, if a material to which a perovskite compound is previously attached is used, the light absorption layer 7 composed of the base layer 3 containing the perovskite compound is obtained. By further inserting or laminating a perovskite compound inside or on the surface of the underlayer 3, a light absorbing layer 7 containing a larger amount of perovskite compound is obtained.
On the other hand, when the underlayer 3 not containing the perovskite compound is formed, a light absorbing layer 7 containing a sufficient amount of the perovskite compound is obtained by inserting or laminating the perovskite compound inside and on the surface of the underlayer 3. It is done.

下地層3の内部にペロブスカイト化合物を挿入するとともに、下地層3の表面にペロブスカイト化合物からなるアッパー層4を形成する方法は、特に限定されず、例えば、次の方法が挙げられる。すなわち、ペロブスカイト化合物又はペロブスカイト化合物の前駆体を溶解した原料溶液を下地層3の表面に塗布し、内部に含浸させるとともに、表面に所望の厚みの溶液からなる溶液層がある状態で、溶媒を乾燥する方法である。   The method of inserting the perovskite compound into the underlayer 3 and forming the upper layer 4 made of the perovskite compound on the surface of the underlayer 3 is not particularly limited, and examples thereof include the following methods. That is, a raw material solution in which a perovskite compound or a perovskite compound precursor is dissolved is applied to the surface of the underlayer 3 and impregnated inside, and the solvent is dried in a state where a solution layer made of a solution having a desired thickness is present on the surface It is a method to do.

下地層3に塗布した前記原料溶液の少なくとも一部は下地層3の多孔質膜内に浸透し、溶媒の乾燥とともに結晶化が進行し、多孔質膜内にペロブスカイト化合物が付着及び堆積する。また、充分量の前記原料溶液を塗布することにより、多孔質膜内に浸透しなかった前記原料溶液は、溶媒の乾燥とともに下地層3の表面にペロブスカイト化合物からなるアッパー層4を形成する。アッパー層4を構成するペロブスカイト化合物と下地層3内部のペロブスカイト化合物は、一体的に形成されており、光吸収層7を一体的に構成する。   At least a part of the raw material solution applied to the underlayer 3 penetrates into the porous film of the underlayer 3, and crystallization proceeds with the drying of the solvent, and the perovskite compound adheres and deposits in the porous film. Further, by applying a sufficient amount of the raw material solution, the raw material solution that has not penetrated into the porous film forms an upper layer 4 made of a perovskite compound on the surface of the underlayer 3 together with the drying of the solvent. The perovskite compound constituting the upper layer 4 and the perovskite compound in the underlayer 3 are integrally formed, and the light absorption layer 7 is integrally formed.

前記前駆体からペロブスカイト化合物を生成する反応は、常温で起き得るが、この反応を促進するために加熱してもよい。また、光電変換効率を高める観点から、ペロブスカイト化合物を40〜150℃程度でアニーリングしてもよい。さらに、必要に応じて150℃を超える温度で加熱又は焼結しても構わない。   The reaction for generating the perovskite compound from the precursor can take place at room temperature, but may be heated to promote this reaction. Moreover, you may anneal a perovskite compound at about 40-150 degreeC from a viewpoint of improving photoelectric conversion efficiency. Furthermore, you may heat or sinter at the temperature exceeding 150 degreeC as needed.

本実施形態で使用するペロブスカイト化合物は、光吸収により起電力を発生させ得るものであれば特に限定されず、公知のペロブスカイト化合物が適用可能である。なかでも、ペロブスカイト型の結晶を形成可能であり、単一の化合物内に有機成分及び無機成分を有する下記組成式(1):
ABX ・・・(1)
で表されるペロブスカイト化合物が好ましい。
The perovskite compound used in the present embodiment is not particularly limited as long as it can generate an electromotive force by light absorption, and a known perovskite compound is applicable. Among these, perovskite-type crystals can be formed, and the following composition formula (1) having an organic component and an inorganic component in a single compound:
ABX 3 (1)
The perovskite compound represented by these is preferable.

組成式(1)において、Aは有機カチオンを表し、Bは金属カチオンを表し、Xはハロゲンイオンを表す。ペロブスカイト結晶構造において、Bサイトは、Xサイトに対して八面体配位をとり得る。Bサイトの金属カチオンと、Xサイトのハロゲンイオンの原子軌道とが混成し、光電変換に関わる価電子帯と伝導帯が形成される、と考えられる。   In the composition formula (1), A represents an organic cation, B represents a metal cation, and X represents a halogen ion. In the perovskite crystal structure, the B site can take octahedral coordination with the X site. It is considered that the metal cation at the B site and the atomic orbital of the halogen ion at the X site are mixed to form a valence band and a conduction band related to photoelectric conversion.

組成式(1)のBで表される金属カチオンを構成する金属は特に限定されず、例えばCu、Ni、Mn、Fe、Co、Pd、Ge、Sn、Pb、Euが挙げられる。なかでも、Xサイトのハロゲンイオンの原子軌道との混成により伝導性の高いバンドを容易に形成することが可能な、Pb及びSnが好ましい。
Bサイトを構成する金属カチオンは1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
The metal constituting the metal cation represented by B in the composition formula (1) is not particularly limited, and examples thereof include Cu, Ni, Mn, Fe, Co, Pd, Ge, Sn, Pb, and Eu. Among these, Pb and Sn are preferable because they can easily form a highly conductive band by hybridization with the atomic orbitals of halogen ions at the X site.
The metal cation constituting the B site may be one type or two or more types.

組成式(1)のXで表されるハロゲンイオンを構成するハロゲンは特に限定されず、例えばF、Cl、Br、Iが挙げられる。なかでも、Bサイトの金属カチオンとの混成軌道により伝導性の高いバンドを容易に形成することが可能な、Cl、Br及びIが好ましい。
Xサイトを構成するハロゲンイオンは1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
The halogen constituting the halogen ion represented by X in the composition formula (1) is not particularly limited, and examples thereof include F, Cl, Br, and I. Among these, Cl, Br, and I are preferable because they can easily form a highly conductive band by a hybrid orbital with a metal cation at the B site.
There may be one kind of halogen ion constituting the X site, or two or more kinds.

組成式(1)のAで表される有機カチオンを構成する有機基は特に限定されず、例えばアルキルアンモニウム誘導体、ホルムアミジニウム誘導体が挙げられる。
Aサイトを構成する有機カチオンは1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
The organic group constituting the organic cation represented by A in the composition formula (1) is not particularly limited, and examples thereof include alkylammonium derivatives and formamidinium derivatives.
The organic cation constituting the A site may be one type or two or more types.

前記アルキルアンモニウム誘導体がなす有機カチオンとして、例えば、メチルアンモニウム、ジメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、エチルアンモニウム、プロピルアンモニウム、イソプロピルアンモニウム、tert-ブチルアンモニウム、ペンチルアンモニウム、ヘキシルアンモニウム、オクチルアンモニウム、フェニルアンモニウム等の、炭素数1〜6のアルキル基を有する1級又は2級のアンモニウムが挙げられる。なかでも、ペロブスカイト結晶が容易に得られる、メチルアンモニウムが好ましい。   Examples of the organic cation formed by the alkyl ammonium derivative include carbon such as methyl ammonium, dimethyl ammonium, trimethyl ammonium, ethyl ammonium, propyl ammonium, isopropyl ammonium, tert-butyl ammonium, pentyl ammonium, hexyl ammonium, octyl ammonium, and phenyl ammonium. Examples include primary or secondary ammonium having an alkyl group of 1 to 6. Of these, methylammonium, which can easily obtain perovskite crystals, is preferred.

前記ホルムアミジニウム誘導体がなす有機カチオンとして、例えば、ホルムアミジニウム、メチルホルムアミジニウム、ジメチルホルムアミジニウム、トリメチルホルムアミジニウム、テトラメチルホルムアミジニウムが挙げられる。なかでも、ペロブスカイト結晶が容易に得られる、ホルムアミジニウムが好ましい。   Examples of the organic cation formed by the formamidinium derivative include formamidinium, methylformamidinium, dimethylformamidinium, trimethylformamidinium, and tetramethylformamidinium. Of these, formamidinium is preferred because it can easily obtain a perovskite crystal.

組成式(1)で表される好適なペロブスカイト化合物として、例えば、CH3NH3PbI3、CH3NH3PbI3-hClh(hは0〜3を表す。)、CH3NH3PbI3-jBrj(jは0〜3を表す。)等の下記組成式(2):
RNH3PbX3 ・・・(2)
で表されるアルキルアミノ鉛ハロゲン化物が挙げられる。組成式(2)において、Rはアルキル基を表し、Xはハロゲンイオンを表す。この組成式を有するペロブスカイト化合物は、その吸収波長域が広く、太陽光の広い波長範囲を吸収できるので、優れた光電変換効率が得られる。
As a suitable perovskite compound represented by the composition formula (1), for example, CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbI 3-h Cl h (h represents 0 to 3 ), CH 3 NH 3 PbI The following composition formula (2) such as 3-j Br j (j represents 0 to 3):
RNH 3 PbX 3 (2)
The alkylamino lead halide represented by these is mentioned. In the composition formula (2), R represents an alkyl group, and X represents a halogen ion. Since the perovskite compound having this composition formula has a wide absorption wavelength range and can absorb a wide wavelength range of sunlight, excellent photoelectric conversion efficiency can be obtained.

組成式(2)のRで表されるアルキル基は、炭素数1〜6の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状の飽和又は不飽和アルキル基であることが好ましく、炭素数1〜6の直鎖状飽和アルキル基であることがより好ましく、メチル基、エチル基又はn−プロピル基であることがさらに好ましい。これらの好適なアルキル基であると、ペロブスカイト結晶が容易に得られる。   The alkyl group represented by R in the composition formula (2) is preferably a linear, branched or cyclic saturated or unsaturated alkyl group having 1 to 6 carbon atoms. It is more preferably a chain saturated alkyl group, and further preferably a methyl group, an ethyl group, or an n-propyl group. With these preferable alkyl groups, perovskite crystals can be easily obtained.

光吸収層7の形成において、前記原料溶液に含まれる前記前駆体としては、例えば、前述したBサイトの金属イオン及びXサイトのハロゲンイオンが含有されたハロゲン化物(BX)、前述したAサイトの有機カチオン及びXサイトのハロゲンイオンが含有されたハロゲン化物(AX)、が挙げられる。
ハロゲン化物(AX)及びハロゲン化物(BX)が含まれた単一の原料溶液を下地層3に塗布してもよいし、各ハロゲン化物が個別に含まれた2つの原料溶液を順に下地層3に塗布してもよい。
In the formation of the light absorption layer 7, examples of the precursor contained in the raw material solution include a halide (BX) containing the metal ions at the B site and the halogen ions at the X site, and the A site described above. A halide (AX) containing an organic cation and a halogen ion at the X site.
A single raw material solution containing halide (AX) and halide (BX) may be applied to the underlayer 3, or two raw material solutions each containing halide individually may be applied in turn to the underlayer 3. You may apply to.

前記原料溶液の溶媒は、原料を溶解し、下地層3を損なわない溶媒であれば特に限定されず、例えば、エステル、ケトン、エーテル、アルコール、グリコールエーテル、アミド、ニトリル、カーボネート、ハロゲン化炭化水素、炭化水素、スルホン、スルホキシド、ホルムアミド等の化合物が挙げられる。   The solvent of the raw material solution is not particularly limited as long as it dissolves the raw material and does not impair the underlayer 3. For example, ester, ketone, ether, alcohol, glycol ether, amide, nitrile, carbonate, halogenated hydrocarbon , Hydrocarbons, sulfones, sulfoxides, formamides and the like.

一例として、ハロゲン化アルキルアミンとハロゲン化鉛を、γ-ブチロラクトン(GBL)及びジメチルスルホキシド(DMSO)の混合溶媒に溶かし、その溶液を下地層3に塗布して乾かすことによって、前記組成式(2)で表されるペロブスカイト化合物からなるペロブスカイト結晶が得られる。さらに、非特許文献2に記載されているように、ペロブスカイト結晶の上に、当該結晶を溶解せず、GBLやDMSOと混和する溶媒、例えばトルエン、クロロホルムなどを塗布した後、100℃程度でアニーリングする処理を加えてもよい。この追加処理によって、結晶の安定性が向上し、光電変換効率が高まる場合がある。   As an example, a halogenated alkylamine and a lead halide are dissolved in a mixed solvent of γ-butyrolactone (GBL) and dimethyl sulfoxide (DMSO), and the solution is applied to the underlayer 3 and dried, whereby the composition formula (2 A perovskite crystal composed of a perovskite compound represented by Furthermore, as described in Non-Patent Document 2, after applying a solvent miscible with GBL or DMSO, such as toluene or chloroform, on the perovskite crystal, annealing is performed at about 100 ° C. You may add the process to do. This additional treatment may improve crystal stability and increase photoelectric conversion efficiency.

前記原料溶液中の原料の濃度は特に限定されず、充分に溶解され、多孔質膜内に当該原料溶液が浸透可能な程度の粘度を呈する濃度であることが好ましい。   The concentration of the raw material in the raw material solution is not particularly limited, and is preferably a concentration that is sufficiently dissolved and exhibits a viscosity that allows the raw material solution to penetrate into the porous membrane.

下地層3に塗布する前記原料溶液の塗布量は特に限定されず、例えば、多孔質膜内の全体又は少なくとも一部に浸透するとともに、多孔質膜の表面に厚さ1nm〜1μm程度のアッパー層4が形成される程度の塗布量が好ましい。   The amount of the raw material solution applied to the underlayer 3 is not particularly limited. For example, the raw material solution penetrates all or at least a part of the porous film and has an upper layer having a thickness of about 1 nm to 1 μm on the surface of the porous film. A coating amount such that 4 is formed is preferable.

下地層3に対する前記原料溶液の塗布方法は特に限定されず、グラビア塗布法、バー塗布法、印刷法、スプレー法、スピンコーティング法、ディップ法、ダイコート法等の公知方法を適用できる。
下地層3に対する前記原料溶液の塗布は、1回で終えてもよいし、乾燥後に2回目以降の塗布を繰り返してもよい。2回目以降の塗布量は、1回目の塗布量と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
The method for applying the raw material solution to the underlayer 3 is not particularly limited, and known methods such as a gravure coating method, a bar coating method, a printing method, a spray method, a spin coating method, a dip method, and a die coating method can be applied.
Application | coating of the said raw material solution with respect to the base layer 3 may be completed by 1 time, and you may repeat application | coating after the 2nd time after drying. The application amount after the second time may be the same as or different from the first application amount.

下地層3に塗布した前記原料溶液を乾燥する方法は特に限定されず、自然乾燥、減圧乾燥、温風乾燥等の公知方法を適用できる。
下地層3に塗布した前記原料溶液の乾燥温度は、ペロブスカイト化合物の結晶化が充分に進行する温度であればよく、例えば40〜150℃の範囲が挙げられる。
The method for drying the raw material solution applied to the underlayer 3 is not particularly limited, and known methods such as natural drying, reduced pressure drying, and hot air drying can be applied.
The drying temperature of the raw material solution applied to the underlayer 3 may be a temperature at which the crystallization of the perovskite compound proceeds sufficiently, and examples include a range of 40 to 150 ° C.

<P型半導体層5の形成>
P型半導体層5の形成方法は特に限定されず、例えば、光吸収層7を構成するペロブスカイト化合物を溶解しにくい溶媒に、P型半導体及び環式化合物(A)を溶解又は分散した溶液を調製し、この溶液を光吸収層7の表面に塗布し、乾かすことにより、P型半導体層5を得る方法が挙げられる。
<Formation of P-type semiconductor layer 5>
The method for forming the P-type semiconductor layer 5 is not particularly limited. For example, a solution in which the P-type semiconductor and the cyclic compound (A) are dissolved or dispersed in a solvent that hardly dissolves the perovskite compound constituting the light absorption layer 7 is prepared. And the method of obtaining the P-type semiconductor layer 5 by apply | coating this solution to the surface of the light absorption layer 7, and making it dry is mentioned.

前記溶液中のP型半導体及び環式化合物(A)の濃度は特に限定されず、形成するP型半導体層5におけるP型半導体と環式化合物(A)の含有比などに応じて適宜調整すればよい。具体的には、例えば、前記溶液の総質量に対する環式化合物(A)の合計の含有量は、0.1〜30質量%が好ましく、5〜20質量%がより好ましい。この好適な範囲であると、所望の厚みのP型半導体層5を容易に形成することができる。
前記溶液を光吸収層7に塗布する量は特に限定されず、形成するP型半導体層5の厚みに応じて、塗布量を適宜調整すればよい。
前記溶液を光吸収層7に塗布する方法、及び乾燥する方法は特に限定されず、例えば、下地層3にペロブスカイト化合物の原料溶液を塗布して乾燥する方法と同様の方法が挙げられる。
The concentration of the P-type semiconductor and the cyclic compound (A) in the solution is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the content ratio of the P-type semiconductor and the cyclic compound (A) in the P-type semiconductor layer 5 to be formed. That's fine. Specifically, for example, the total content of the cyclic compound (A) with respect to the total mass of the solution is preferably 0.1 to 30% by mass, and more preferably 5 to 20% by mass. Within this preferred range, the P-type semiconductor layer 5 having a desired thickness can be easily formed.
The amount of the solution applied to the light absorption layer 7 is not particularly limited, and the amount of application may be adjusted as appropriate according to the thickness of the P-type semiconductor layer 5 to be formed.
The method of applying the solution to the light absorbing layer 7 and the method of drying are not particularly limited, and examples thereof include the same method as the method of applying the perovskite compound raw material solution to the underlayer 3 and drying.

<対向電極6の形成>
P型半導体層5の表面に、第二導電層からなる対向電極6を形成する方法は特に限定されず、例えば、従来の太陽電池の対向電極を形成する、スパッタ法、蒸着法等の公知の製膜方法が適用できる。
<Formation of counter electrode 6>
The method for forming the counter electrode 6 made of the second conductive layer on the surface of the P-type semiconductor layer 5 is not particularly limited. For example, a known method such as sputtering or vapor deposition for forming a counter electrode of a conventional solar cell is used. A film forming method can be applied.

次に、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited by these examples.

[実施例1]
ガラス基板の表面にFTO膜が成膜された導電性ガラス基板を使用した。チタンジイソプロポキシドビス(アセチルアセトナート)をイソプロパノールに溶解した溶液(シグマ-アルドリッチ社製)を公知の噴霧熱分解法によりFTO膜の表面に吹き付けて、チタニアからなる厚さ30nmのブロック層を形成した。
[Example 1]
A conductive glass substrate having an FTO film formed on the surface of the glass substrate was used. A solution of titanium diisopropoxide bis (acetylacetonate) dissolved in isopropanol (manufactured by Sigma-Aldrich) was sprayed on the surface of the FTO film by a known spray pyrolysis method to form a block layer made of titania having a thickness of 30 nm. Formed.

平均粒径が約15nmのアナターゼ型TiOナノ粒子を3wt%含むエタノール分散液を調液した。この溶液をスピンコート法により上記ブロック層の表面に塗布し、厚さ100nmのTiO多孔層からなる下地層を形成した。 An ethanol dispersion liquid containing 3 wt% of anatase TiO 2 nanoparticles having an average particle diameter of about 15 nm was prepared. This solution was applied to the surface of the block layer by a spin coating method to form an underlayer composed of a TiO 2 porous layer having a thickness of 100 nm.

1.0M濃度のPbI及び1.0M濃度のヨウ化メチルアンモニウム(CHNHI)を含むN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)の原料溶液を調製した。この溶液をスピンコート法により上記TiO多孔層の表面に塗布し、100℃で10分アニーリングすることで、上記下地層を含有する厚さ300nmの光吸収層を形成した。 A raw material solution of N, N-dimethylformamide (DMF) containing 1.0 M concentration of PbI 2 and 1.0 M concentration of methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I) was prepared. This solution was applied to the surface of the TiO 2 porous layer by a spin coating method and annealed at 100 ° C. for 10 minutes to form a light absorption layer having a thickness of 300 nm containing the underlayer.

有機半導体としての6.9wt%(100質量部)のspiro-OMeTAD及び環式化合物(A)である0.71wt%(10.2質量部)の4−アミルピリジン (4-Amylpyridine)が含まれた、クロロベンゼン溶液をスピンコート法により、上記の光吸収層の表面に塗布し、spiro-OMeTAD及び4−アミルピリジンからなる厚さ200nmのP型半導体層を形成した。   6.9 wt% (100 parts by mass) of spiro-OMeTAD as an organic semiconductor and 0.71 wt% (10.2 parts by mass) of 4-amylpyridine (4-Amylpyridine) as a cyclic compound (A) are included. Further, a chlorobenzene solution was applied to the surface of the light absorption layer by a spin coating method to form a P-type semiconductor layer having a thickness of 200 nm composed of spiro-OMeTAD and 4-amylpyridine.

公知の蒸着法により、P型半導体層の表面に金(Au)からなる厚さ50nmの対向電極を成膜した。   A counter electrode having a thickness of 50 nm made of gold (Au) was formed on the surface of the P-type semiconductor layer by a known vapor deposition method.

上記方法によって、導電性基板1/ブロック層2/下地層3からなる光吸収層7/P型半導体層5/対向電極6、が順に積層した図1に示す構造(ただしアッパー層4を除く。)を備えた、固体太陽電池10を得た。   The structure shown in FIG. 1 in which the conductive substrate 1 / blocking layer 2 / light-absorbing layer 7 / P-type semiconductor layer 5 / counter electrode 6 comprising the conductive substrate 1 / block layer 2 / underlayer 3 are laminated in this order (except the upper layer 4). ) Was obtained.

[実施例1〜15、比較例1〜3]
環式化合物(A)の種類を表1に記載の通りに変更した以外は、実施例1と同様に固体太陽電池を製造した。
[Examples 1-15, Comparative Examples 1-3]
A solid solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that the type of the cyclic compound (A) was changed as shown in Table 1.

各例で作製した固体太陽電池の発電性能を評価するために、ソーラーシュミレーター(AM1.5)を使用して、光電変換効率を測定した。その結果を表1に併記する。   In order to evaluate the power generation performance of the solid solar cell produced in each example, the photoelectric conversion efficiency was measured using a solar simulator (AM1.5). The results are also shown in Table 1.

Figure 2018117008
Figure 2018117008

Figure 2018117008
Figure 2018117008

表1に示した各光電変換効率を比較すると、比較例1の光電変換効率が12.0%であるのに対して、実施例13の光電変換効率は12.2%であり、その差は0.2%である。この差は、一見すると小さいようであるが、実は大きな差である。固体太陽電池に先行して開発が進められてきた結晶性シリコン太陽電池の分野においては、光電変換効率12.5%から15.0%までの2.5%向上させるために約13年の歳月を要したことが知られている(下記参考文献1のFigure3等参照)。この技術革新の歴史を振り返れば、光電変換効率を0.2%向上させるためには1年以上の研究を要するともいえ、0.2%の差は技術的に意義のある差と言える。
<参考文献1>
"The Path to 25% Silicon Solar Cell Efficiency: History of Silicon Cell Evolution"
Prog. Photovolt: Res. Appl. 2009; 17: 183-189, Martin A. Green.
When comparing the photoelectric conversion efficiencies shown in Table 1, the photoelectric conversion efficiency of Comparative Example 1 is 12.0%, whereas the photoelectric conversion efficiency of Example 13 is 12.2%. 0.2%. Although this difference seems to be small at first glance, it is actually a large difference. In the field of crystalline silicon solar cells, which have been developed prior to solid-state solar cells, the age of about 13 years is required to improve the photoelectric conversion efficiency by 2.5% from 12.5% to 15.0%. It is known that it took the moon (see Figure 3 in Reference 1 below). Looking back on the history of this technological innovation, it can be said that more than one year of research is required to improve the photoelectric conversion efficiency by 0.2%, but the difference of 0.2% is a technically significant difference.
<Reference 1>
"The Path to 25% Silicon Solar Cell Efficiency: History of Silicon Cell Evolution"
Prog. Photovolt: Res. Appl. 2009; 17: 183-189, Martin A. Green.

以上の結果から、環式化合物(A)を含むP型半導体層を備えた実施例の固体太陽電池は、環式化合物(A)とは異なる添加剤を含む比較例1,2と比べて、いずれも光電変換効率が向上していた。したがって、環式化合物(A)をP型半導体層に添加することによって、固体太陽電池の光電変換効率を向上できることが明らかである。   From the above results, the solid solar cell of the example provided with the P-type semiconductor layer containing the cyclic compound (A) was compared with Comparative Examples 1 and 2 containing an additive different from the cyclic compound (A). In both cases, the photoelectric conversion efficiency was improved. Therefore, it is clear that the photoelectric conversion efficiency of the solid solar cell can be improved by adding the cyclic compound (A) to the P-type semiconductor layer.

以上で説明した各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は各実施形態によって限定されることはなく、請求項(クレーム)の範囲によってのみ限定される。   The configurations and combinations thereof in the embodiments described above are examples, and the addition, omission, replacement, and other modifications of the configurations can be made without departing from the spirit of the present invention. Further, the present invention is not limited by each embodiment, and is limited only by the scope of the claims.

1…導電性基材、2…ブロック層、3…下地層、4…アッパー層、5…P型半導体層、6…対向電極(第二導電層)、7…光吸収層、8…基体、9…光電極、10…固体接合型光電変換素子(固体太陽電池) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Conductive base material, 2 ... Block layer, 3 ... Underlayer, 4 ... Upper layer, 5 ... P-type semiconductor layer, 6 ... Counter electrode (2nd conductive layer), 7 ... Light absorption layer, 8 ... Base | substrate, 9 ... Photoelectrode, 10 ... Solid junction photoelectric conversion element (solid solar cell)

Claims (7)

基材と、第一導電層と、有機無機ペロブスカイト化合物を含む光吸収層と、P型半導体層と、第二導電層とが、この順で設けられた固体接合型光電変換素子であって、
前記P型半導体層に、下記一般式(1)で表される化合物、下記一般式(2)で表される化合物及び下記一般式(3)で表される化合物からなる群から選ばれる1つ以上の環式化合物を含む、固体接合型光電変換素子。
Figure 2018117008
[式(1)中、X11〜X15は、それぞれ独立して窒素原子又は「C−R1」で表される基(ここで、R1はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。
ただし、X11〜X15が前記「C−R1」で表される基であり、X11、X12、X13及びX14のR1が水素原子であり、且つX15のR1が直鎖状のアルキル基である場合、前記直鎖状のアルキル基の炭素数は6〜10であり;X11〜X15が前記「C−R1」で表される基であり、X11、X12、X14及びX15のR1が水素原子であり、且つX13のR1が分岐鎖状のアルキル基である場合、前記分岐鎖状のアルキル基の炭素数は5〜10である。]
Figure 2018117008
[式(2)中、Y1は水素原子又は炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基を表し、前記アルキル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよく;X21〜X24はそれぞれ独立して窒素原子又は「C−R2」で表される基(ここで、R2はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
Figure 2018117008
[式(3)中、X31〜X35はそれぞれ独立して窒素原子又は「C−R3」で表される基(ここで、R3はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
A substrate, a first conductive layer, a light absorption layer containing an organic / inorganic perovskite compound, a P-type semiconductor layer, and a second conductive layer are solid junction photoelectric conversion elements provided in this order,
One selected from the group consisting of a compound represented by the following general formula (1), a compound represented by the following general formula (2) and a compound represented by the following general formula (3) in the P-type semiconductor layer A solid junction photoelectric conversion element comprising the above cyclic compound.
Figure 2018117008
[In the formula (1), X 11 to X 15 are each independently a nitrogen atom or a group represented by “C—R 1 ” (where R 1 is independently a hydrogen atom, halogen, carbon number 1 to 10 linear, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group, or aryl group having 12 or less carbon atoms, wherein one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group are substituted with halogen One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other.
However, a group X 11 to X 15 is represented by "C-R 1" is X 11, X 12, R 1 is a hydrogen atom X 13 and X 14, and the R 1 of X 15 If a linear alkyl group, the carbon number of the linear alkyl group is an 6-10; a group X 11 to X 15 is represented by "C-R 1 ', X 11 , R 1 is hydrogen atom X 12, X 14 and X 15, and when R 1 of X 13 is a branched chain alkyl group, the carbon number of the branched alkyl groups are 5-10 is there. ]
Figure 2018117008
[In Formula (2), Y 1 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group are substituted with halogen. One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with an oxygen atom unless oxygen atoms are adjacent to each other; X 21 to X 24 are each independently nitrogen. An atom or a group represented by “C—R 2 ” (wherein R 2 is independently a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms, or Represents an aryl group having 12 or less carbon atoms, one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group may be substituted with halogen, and one or more methylene groups constituting the alkyl group are oxygen When atoms are adjacent to each other Except for a may be replaced by an oxygen atom.). ]
Figure 2018117008
[In the formula (3), X 31 to X 35 are each independently a nitrogen atom or a group represented by “C—R 3 ” (wherein R 3 is each independently a hydrogen atom, halogen, carbon number 1 Represents a linear, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group of 10 to 10 or an aryl group having 12 or less carbon atoms, and one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group are substituted with halogen. And one or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ]
前記環式化合物は、下記式(1−1)で表される環式化合物を含む、請求項1に記載の固体接合型光電変換素子。
Figure 2018117008
[式(1−1)中、R11は炭素数1〜10の直鎖状のアルキル基、炭素数5〜10の分岐鎖状のアルキル基、又は炭素数2〜10アルケニル基を表し、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
The said cyclic compound is a solid junction photoelectric conversion element of Claim 1 containing the cyclic compound represented by following formula (1-1).
Figure 2018117008
[In the formula (1-1), R 11 represents a linear alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a branched alkyl group having 5 to 10 carbon atoms, or an alkenyl group having 2 to 10 carbon atoms, One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ). ]
前記環式化合物は、下記式(1−2)で表される環式化合物を含む、請求項1に記載の固体接合型光電変換素子。
Figure 2018117008
[式(1−2)中、R12及びR13はそれぞれ独立に、水素原子、炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又はアルケニル基を表し、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
The said cyclic compound is a solid junction type photoelectric conversion element of Claim 1 containing the cyclic compound represented by following formula (1-2).
Figure 2018117008
[In Formula (1-2), R 12 and R 13 each independently represents a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms or an alkenyl group, and constitutes the alkyl group. One or more methylene groups may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ). ]
前記環式化合物は、下記式(2−1)で表される環式化合物を含む、請求項1に記載の固体接合型光電変換素子。
Figure 2018117008
[式(2−1)中、X22及びX24はそれぞれ独立して窒素原子又はC−H基であり、Y1、R21及びR22はそれぞれ独立に、水素原子或いは炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又はアルケニル基を表し、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
The said cyclic compound is a solid junction type photoelectric conversion element of Claim 1 containing the cyclic compound represented by following formula (2-1).
Figure 2018117008
[In Formula (2-1), X 22 and X 24 are each independently a nitrogen atom or a C—H group, and Y 1 , R 21 and R 22 are each independently a hydrogen atom or a carbon number of 1 to 10 A linear or branched alkyl group or an alkenyl group, wherein one or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms, except when oxygen atoms are adjacent to each other. Good. ). ]
前記環式化合物は、下記式(3−1)で表される環式化合物を含む、請求項1に記載の固体接合型光電変換素子。
Figure 2018117008
[式(3−1)中、R31及びR32はそれぞれ独立に、水素原子或いは炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基又はアルケニル基を表し、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
The said cyclic compound is a solid junction type photoelectric conversion element of Claim 1 containing the cyclic compound represented by following formula (3-1).
Figure 2018117008
[In Formula (3-1), R 31 and R 32 each independently represent a hydrogen atom, a linear or branched alkyl group or alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms, and constitute the alkyl group. One or more methylene groups may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ). ]
前記P型半導体層が有機半導体によって形成されている、請求項1〜5の何れか一項に記載の固体接合型光電変換素子。   The solid junction photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the P-type semiconductor layer is formed of an organic semiconductor. 下記一般式(1)で表される化合物、下記一般式(2)で表される化合物及び下記一般式(3)で表される化合物からなる群から選ばれる1つ以上の環式化合物を含む、固体接合型光電変換素子用のP型半導体層。
Figure 2018117008
[式(1)中、X11〜X15は、それぞれ独立して窒素原子又は「C−R1」で表される基(ここで、R1はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。
ただし、X11〜X15が前記「C−R1」で表される基であり、X11、X12、X13及びX14のR1が水素原子であり、且つX15のR1が直鎖状のアルキル基である場合、前記直鎖状のアルキル基の炭素数は6〜10であり;X11〜X15が前記「C−R1」で表される基であり、X11、X12、X14及びX15のR1が水素原子であり、且つX13のR1が分岐鎖状のアルキル基である場合、前記分岐鎖状のアルキル基の炭素数は5〜10である。]
Figure 2018117008
[式(2)中、Y1は水素原子又は炭素数1〜10の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基を表し、前記アルキル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよく;X21〜X24はそれぞれ独立して窒素原子又は「C−R2」で表される基(ここで、R2はそれぞれ独立して水素原子、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
Figure 2018117008
[式(3)中、X31〜X35はそれぞれ独立して窒素原子又は「C−R3」で表される基(ここで、R3はそれぞれ独立して水素原子、ハロゲン、炭素数1〜10の直鎖状、分岐鎖状若しくは環状のアルキル基又はアルケニル基、或いは炭素数12以下のアリール基を表し、前記アルキル基及びアルケニル基に結合する1つ以上の水素原子はハロゲンで置換されていてもよく、前記アルキル基を構成する1つ以上のメチレン基は、酸素原子同士が隣接する場合を除いて、酸素原子に置換されていてもよい。)である。]
Including one or more cyclic compounds selected from the group consisting of a compound represented by the following general formula (1), a compound represented by the following general formula (2), and a compound represented by the following general formula (3) A P-type semiconductor layer for a solid junction photoelectric conversion element.
Figure 2018117008
[In the formula (1), X 11 to X 15 are each independently a nitrogen atom or a group represented by “C—R 1 ” (where R 1 is independently a hydrogen atom, halogen, carbon number 1 to 10 linear, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group, or aryl group having 12 or less carbon atoms, wherein one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group are substituted with halogen One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other.
However, a group X 11 to X 15 is represented by "C-R 1" is X 11, X 12, R 1 is a hydrogen atom X 13 and X 14, and the R 1 of X 15 If a linear alkyl group, the carbon number of the linear alkyl group is an 6-10; a group X 11 to X 15 is represented by "C-R 1 ', X 11 , R 1 is hydrogen atom X 12, X 14 and X 15, and when R 1 of X 13 is a branched chain alkyl group, the carbon number of the branched alkyl groups are 5-10 is there. ]
Figure 2018117008
[In Formula (2), Y 1 represents a hydrogen atom or a linear or branched alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, and one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group are substituted with halogen. One or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with an oxygen atom unless oxygen atoms are adjacent to each other; X 21 to X 24 are each independently nitrogen. An atom or a group represented by “C—R 2 ” (wherein R 2 is independently a hydrogen atom, a linear, branched or cyclic alkyl group or alkenyl group having 1 to 10 carbon atoms, or Represents an aryl group having 12 or less carbon atoms, one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group may be substituted with halogen, and one or more methylene groups constituting the alkyl group are oxygen When atoms are adjacent to each other Except for a may be replaced by an oxygen atom.). ]
Figure 2018117008
[In the formula (3), X 31 to X 35 are each independently a nitrogen atom or a group represented by “C—R 3 ” (wherein R 3 is each independently a hydrogen atom, halogen, carbon number 1 Represents a linear, branched, or cyclic alkyl group or alkenyl group of 10 to 10 or an aryl group having 12 or less carbon atoms, and one or more hydrogen atoms bonded to the alkyl group and alkenyl group are substituted with halogen. And one or more methylene groups constituting the alkyl group may be substituted with oxygen atoms except when oxygen atoms are adjacent to each other. ]
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