JP2018157147A - Solid-state junction photoelectric converter - Google Patents

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

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide solid-state junction photoelectric converter having high photoelectric conversion efficiency, in which photoelectric conversion efficiency is less likely to decrease even after long term voltage application.SOLUTION: In a solid-state junction photoelectric converter 10 provided with a first conductive layer 1, a light absorption layer 7 containing an organic perovskite compound, a P type semiconductor layer 5, and a second conductive layer 6, in this order, at least any one of the first and second conductive layers 1, 6 contains at least one kind selected from a group consisting of compounds containing at least one kind of alloy containing more than one kind of metal of periodic table groups 4-15, and at least one kind of element (α) of periodic table groups 4-15 and at least one kind of element (β) of periodic table groups 13-16 (excluding the element (α) and oxygen).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、固体接合型光電変換素子に関する。   The present invention relates to 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.

本発明者らが検討したところ、非特許文献に記載された光電変換素子は、その使用前の光電変換効率は高いが、長期間電圧を印加して使用すると光電変換効率が低下することを見出した。この原因として、本発明者らは、長期間電圧を印加すると、電極の材料(金属)がペロブスカイト化合物を含む結晶層に移動して拡散することにより、光電変換効率が低下すると考えた。   As a result of studies by the present inventors, the photoelectric conversion element described in the non-patent document has high photoelectric conversion efficiency before use, but it has been found that the photoelectric conversion efficiency decreases when a voltage is applied for a long period of time. It was. As a cause of this, the present inventors considered that when a voltage is applied for a long period of time, the material (metal) of the electrode moves and diffuses into a crystal layer containing a perovskite compound, thereby reducing the photoelectric conversion efficiency.

本発明は、光電変換効率が高く、長期間電圧を印加しても光電変換効率が低下しにくい固体接合型光電変換素子を提供する。   The present invention provides a solid-junction photoelectric conversion element that has high photoelectric conversion efficiency and is less likely to decrease even when a voltage is applied for a long period of time.

[1] 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、前記第一導電層または前記第二導電層の少なくともいずれかが、周期表4族〜15族の金属を2種以上含む合金、及び周期表4族〜15族の元素(α)と周期表13族〜16族の元素(β)(但し、前記元素(α)及び酸素を除く。)をそれぞれ1種以上含む化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする、固体接合型光電変換素子。
[2] 前記第一導電層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含み、且つ前記第一導電層のシート抵抗が10Ω/□以下であるか、或いは、前記第二導電層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含み、且つ前記第二導電層のシート抵抗が10Ω/□以下である、[1]に記載の固体接合型光電変換素子。
[3] 前記第一導電層が前記光吸収層に接する側から低拡散導電層、補助導電層の順で積層された積層構造を有し、且つ前記積層構造のうち少なくとも前記低拡散導電層に前記群から選ばれる少なくとも1種を含むか、或いは、前記第二導電層が前記光吸収層に接する側から低拡散導電層、補助導電層の順で積層された積層構造を有し、且つ前記積層構造のうち少なくとも前記低拡散導電層に前記群から選ばれる少なくとも1種を含む、[1]または[2]に記載の固体接合型光電変換素子。
[4] 前記補助導電層のシート抵抗Rsh1と、前記低拡散導電層のシート抵抗Rsh2とが、Rsh1<Rsh2の関係である、[3]に記載の固体接合型光電変換素子。
[5] 前記第一導電層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含む層のみからなるか、或いは、前記第二導電層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含む層のみからなる、[1]または[2]に記載の固体接合型光電変換素子。
[1] A solid junction photoelectric conversion element in which 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, An alloy in which at least one of the first conductive layer or the second conductive layer includes two or more metals of Group 4 to Group 15 of the periodic table, and Group 4 to Group 15 element (α) and Group 13 of the periodic table A solid junction photoelectric device comprising at least one selected from the group consisting of compounds each containing at least one element of group -16 element (β) (excluding the element (α) and oxygen). Conversion element.
[2] The first conductive layer contains at least one selected from the group, and the sheet resistance of the first conductive layer is 10Ω / □ or less, or the second conductive layer is selected from the group The solid junction photoelectric conversion element according to [1], wherein the second conductive layer has a sheet resistance of 10Ω / □ or less.
[3] The first conductive layer has a stacked structure in which a low diffusion conductive layer and an auxiliary conductive layer are stacked in this order from the side in contact with the light absorption layer, and at least the low diffusion conductive layer of the stacked structure Including at least one selected from the group, or having a laminated structure in which the second conductive layer is laminated in the order of a low diffusion conductive layer and an auxiliary conductive layer from the side in contact with the light absorption layer, and The solid junction photoelectric conversion element according to [1] or [2], wherein at least the low diffusion conductive layer in the multilayer structure includes at least one selected from the group.
[4] The solid junction photoelectric conversion element according to [3], wherein the sheet resistance Rsh1 of the auxiliary conductive layer and the sheet resistance Rsh2 of the low diffusion conductive layer have a relationship of Rsh1 <Rsh2.
[5] The first conductive layer is composed of only a layer containing at least one selected from the group, or the second conductive layer is composed of only a layer containing at least one selected from the group. ] Or the solid junction type photoelectric conversion element according to [2].

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し、長期間電圧を印加しても光電変換効率が低下しにくい。   The solid junction photoelectric conversion element of the present invention exhibits high photoelectric conversion efficiency, and the photoelectric conversion efficiency is not easily lowered even when a voltage is applied for a long period of time.

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. 本発明の第二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 2nd 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.

本明細書における「膜」又は「層」の厚みは、固体接合型光電変換素子の厚み方向の断面について、顕微鏡(例えば電子顕微鏡)を用いて10箇所の厚みを測定し、平均した値である。   The thickness of the “film” or “layer” in the present specification is a value obtained by measuring the thickness of 10 sections using a microscope (for example, an electron microscope) and averaging the cross section in the thickness direction of the solid junction photoelectric conversion element. .

《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、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。
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。
<< Solid-junction photoelectric conversion element >>
The solid junction photoelectric conversion element according to the present invention includes 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 layer. Solid solar cells stacked in this order.
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.

第一導電層及び第二導電層は、それぞれ独立に、同じ材料からなる単一の層であってもよいし、互いに異なる材料若しくは組成からなる積層された複数層であってもよい。この複数層の各々の層はそれぞれ導電性を有する導電層である。ここで、導電性を有するとは、その導電層のシート抵抗が1000Ω/□以下であることを意味する。   The first conductive layer and the second conductive layer may each independently be a single layer made of the same material, or may be a plurality of stacked layers made of different materials or compositions. Each of the plurality of layers is a conductive layer having conductivity. Here, having conductivity means that the sheet resistance of the conductive layer is 1000Ω / □ or less.

本発明にかかる固体接合型光電変換素子において、第一導電層または第二導電層の少なくともいずれかが、周期表4族〜15族の金属を2種以上含む合金、及び周期表4族〜15族の元素(α)と周期表13族〜16族の元素(β)(但し、前記元素(α)及び酸素を除く。)をそれぞれ1種以上含む化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。
第一導電層が複数層である場合、複数層を構成する1つ以上の層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含む。第二導電層が複数層である場合も同様である。
前記元素(α)は金属元素であり、前記化合物は金属化合物であることが好ましい。
前記元素(β)は非金属元素又は半金属元素であることが好ましい。
前記元素(α)及び前記元素(β)はともに非金属元素又は半金属元素であってもよい。
In the solid junction photoelectric conversion device according to the present invention, at least one of the first conductive layer and the second conductive layer includes an alloy containing two or more metals of Group 4 to Group 15 of the Periodic Table, and Groups of Groups 4 to 15 of the Periodic Table. At least one selected from the group consisting of compounds each containing at least one group element (α) and one or more elements of group 13 to group 16 of the periodic table (excluding the element (α) and oxygen). Including.
When the first conductive layer is a plurality of layers, one or more layers constituting the plurality of layers include at least one selected from the above group. The same applies when the second conductive layer has a plurality of layers.
The element (α) is a metal element, and the compound is preferably a metal compound.
The element (β) is preferably a nonmetallic element or a semimetallic element.
Both the element (α) and the element (β) may be non-metallic elements or metalloid elements.

第一導電層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含む場合、その第一導電層のシート抵抗は、10Ω/□以下が好ましく、8Ω/□以下がより好ましく、5Ω/□以下がさらに好ましい。
第二導電層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含む場合、その第二導電層のシート抵抗は、10Ω/□以下が好ましく、8Ω/□以下がより好ましく、5Ω/□以下がさらに好ましい。
第一導電層と第二導電層の各々のシート抵抗の合計は、50Ω/□以下であることが好ましく、48Ω/□以下がより好ましく、45Ω/□以下がさらに好ましい。
上記のように各導電層のシート抵抗が低いと、固体太陽電池10の抵抗を低減し、光電変換効率をより高めることができる。
ここでシート抵抗は、JIS K 7194:1994「導電性プラスチックの4探針法による抵抗率試験方法」に準拠して測定された値である。
When the first conductive layer contains at least one selected from the above group, the sheet resistance of the first conductive layer is preferably 10Ω / □ or less, more preferably 8Ω / □ or less, and further preferably 5Ω / □ or less.
When the second conductive layer contains at least one selected from the above group, the sheet resistance of the second conductive layer is preferably 10Ω / □ or less, more preferably 8Ω / □ or less, and further preferably 5Ω / □ or less.
The total sheet resistance of each of the first conductive layer and the second conductive layer is preferably 50Ω / □ or less, more preferably 48Ω / □ or less, and even more preferably 45Ω / □ or less.
When the sheet resistance of each conductive layer is low as described above, the resistance of the solid solar cell 10 can be reduced and the photoelectric conversion efficiency can be further increased.
Here, the sheet resistance is a value measured in accordance with JIS K 7194: 1994 “Resistivity Test Method for Conductive Plastics Using Four Probe Method”.

第一導電層が複数層である場合、その第一導電層のシート抵抗は、複数層全体での抵抗値となる。例えば二層構造の場合、第一層のシート抵抗をR1、第二層をR2としたとき、二層構造全体の抵抗Rは (R1×R2)/(R1+R2)となる。このため第一導電層が複数層である場合、第一層の抵抗が高くても(例えば1000〜10000Ω/□程度であっても)、第二層の抵抗が低ければ、複数層全体として良好な電極になり得る。第一導電層が複数層である場合、その複数層の全て又は何れか1層以上が、前記合金または前記化合物を含んでいればよく、光吸収層に最も近い層が前記合金または前記化合物を含んでいることが好ましい。第二導電層が複数層である場合も同様である。   When the first conductive layer is a plurality of layers, the sheet resistance of the first conductive layer is the resistance value of the entire plurality of layers. For example, in the case of a two-layer structure, when the sheet resistance of the first layer is R1 and the second layer is R2, the resistance R of the entire two-layer structure is (R1 × R2) / (R1 + R2). For this reason, when the first conductive layer has a plurality of layers, even if the resistance of the first layer is high (for example, about 1000 to 10,000 Ω / □), if the resistance of the second layer is low, the plurality of layers are good as a whole. Can be a simple electrode. When the first conductive layer is a plurality of layers, all or any one or more of the plurality of layers may contain the alloy or the compound, and the layer closest to the light absorption layer contains the alloy or the compound. It is preferable to include. The same applies when the second conductive layer has a plurality of layers.

第一導電層及び第二導電層のうち少なくとも一方が複数層(多層)である構成として、次の構成を例示できる。
すなわち、第一導電層が光吸収層に接する側から低拡散導電層、補助導電層の順で積層された積層構造を有し、且つ前記積層構造のうち少なくとも前記低拡散導電層に前記群から選ばれる少なくとも1種を含む構成;第二導電層が光吸収層に接する側から低拡散導電層、補助導電層の順で積層された積層構造を有し、且つ前記積層構造のうち少なくとも前記低拡散導電層に前記群から選ばれる少なくとも1種を含む構成;等が挙げられる。
As a configuration in which at least one of the first conductive layer and the second conductive layer is a plurality of layers (multilayer), the following configuration can be exemplified.
That is, the first conductive layer has a laminated structure in which a low-diffusion conductive layer and an auxiliary conductive layer are laminated in this order from the side in contact with the light absorption layer, and at least the low-diffusion conductive layer of the laminated structure is separated from the group. A structure including at least one selected from the above; the second conductive layer has a stacked structure in which a low diffusion conductive layer and an auxiliary conductive layer are stacked in this order from the side in contact with the light absorption layer, and at least the low layer of the stacked structure Examples include a configuration in which the diffusion conductive layer includes at least one selected from the above group.

第一導電層及び第二導電層のうち少なくとも一方が単層である構成として、次の構成を例示できる。
すなわち、第一導電層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含む層のみからなる構成;第二導電層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含む層のみからなる構成;等が挙げられる。
As a configuration in which at least one of the first conductive layer and the second conductive layer is a single layer, the following configuration can be exemplified.
That is, the structure which a 1st conductive layer consists only of a layer containing at least 1 sort (s) chosen from the said group; The structure which a 2nd conductive layer consists only of a layer containing at least 1 sort (s) chosen from the said group, etc. are mentioned.

《第一実施形態》
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。
固体太陽電池10は、絶縁性の基材8と、第一導電層1と、ブロック層2と、ペロブスカイト化合物を含む下地層3及びアッパー層4と、P型半導体層5と、第二導電層6を構成する低拡散導電層6B及び補助導電層6A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、第一導電層1を陰極と呼ぶことがあり、下地層3及びアッパー層4を併せて光吸収層7と呼ぶことがあり、第二導電層6を陽極と呼ぶことがある。
以下、各層について順に説明する。
<< first embodiment >>
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.
The solid solar cell 10 includes an insulating base material 8, a first conductive layer 1, a block layer 2, a base layer 3 and an upper layer 4 containing a perovskite compound, a P-type semiconductor layer 5, and a second conductive layer. 6, a low diffusion conductive layer 6 </ b> B and an auxiliary conductive layer 6 </ b> A are sequentially stacked.
In this laminated structure, the first conductive layer 1 may be referred to as a cathode, the base layer 3 and the upper layer 4 may be collectively referred to as a light absorption layer 7, and the second conductive layer 6 may be referred to as an anode. .
Hereinafter, each layer will be described in order.

[基材8]
絶縁性の基材8を構成する材料の種類は特に制限されず、例えば従来の太陽電池に使用される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。
[Base material 8]
The kind in particular of the material which comprises the insulating base material 8 is not restrict | limited, For example, the transparent base material used for 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.

基材8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。   The combination of the thickness and material of the base material 8 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.

[第一導電層1]
第一導電層1としては、例えば、金属酸化物からなる透明導電層が挙げられる。この透明導電層により、基材8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。
[First conductive layer 1]
Examples of the first conductive layer 1 include a transparent conductive layer made of a metal oxide. The transparent conductive layer can impart conductivity to the surface without impairing the transparency of the substrate 8. 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.

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 thickness of the transparent conductive layer is not particularly limited as long as desired conductivity is 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が第一導電層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、第一導電層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 first conductive layer 1 and the light absorption layer 7. When the block layer 2 is disposed, the first conductive layer 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、ブロック層2の表面に積層されている。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。また、下地層3も必須の構成ではなく、ペロブスカイト化合物からなるアッパー層4のみで光吸収層7を形成してもよい。つまり、光吸収層7は、下地層3及びアッパー層4の少なくとも一方によって形成される。
[Light absorption layer 7]
The light absorption layer 7 is laminated on the surface of 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. Further, the underlayer 3 is not an essential component, and the light absorption layer 7 may be formed only by the upper layer 4 made of a perovskite compound. That is, the light absorption layer 7 is formed by at least one of the base layer 3 and the upper layer 4.

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、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第一導電層1の表面に下地層3が積層されてもよい。
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 surface of the block layer 2. In addition, when the block layer 2 is not provided, the base layer 3 may be laminated on the surface of the first conductive layer 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 type of the N-type semiconductor is not particularly limited, and a known N-type semiconductor can be applied, and examples thereof include an oxide semiconductor constituting 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)、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), 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を介してブロック層2及び第一導電層1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 the photoelectrons generated in the light absorption layer 7 reach the block layer 2 and the first conductive layer 1 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で発生した正孔を第二導電層6へ容易に輸送することが可能になる。この結果、光電変換効率及び電圧が高められる。
[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.
When the P-type semiconductor layer 5 having holes (holes) is arranged 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 by light absorption are transferred to the second conductive layer. It can be easily transported to the layer 6. As a result, the photoelectric conversion efficiency and voltage are increased.

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、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.
Of these materials, organic semiconductors are preferable from the viewpoint of further improving power generation performance.

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と第二導電層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 second conductive layer 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.

[第二導電層6]
本実施形態のP型半導体層5の表面に積層された第二導電層6は、周期表4族〜15族の金属を2種以上含む合金、及び周期表4族〜15族の元素(α)と周期表13族〜16族の元素(β)(但し、前記元素(α)及び酸素を除く。)をそれぞれ1種以上含む化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。
[Second conductive layer 6]
The second conductive layer 6 laminated on the surface of the P-type semiconductor layer 5 of the present embodiment includes an alloy containing two or more metals of Group 4 to Group 15 of the periodic table, and elements of Group 4 to Group 15 of the periodic table (α And at least one selected from the group consisting of compounds each containing at least one element of group 13 to group 16 of the periodic table (excluding the element (α) and oxygen).

前記合金としては、例えば、周期表4族〜15族の金属を2種以上含み、その2種以上の金属の合計の含有量が前記合金の総質量に対して、好ましくは50質量%以上、より好ましくは80〜100質量%である合金が挙げられる。具体的には、例えば、ニッケル合金、銅合金、銀合金、金合金、コバルト合金、クロム合金およびタングステン合金等が挙げられる。より具体的には、例えば、ハステロイB、インコネル600等のNi/Mo/Fe合金、Ag/Pd/Cu合金、洋白C7351、洋白C7521等のCu/Ni合金、等が挙げられる。   The alloy includes, for example, two or more metals of Group 4 to 15 of the periodic table, and the total content of the two or more metals is preferably 50% by mass or more based on the total mass of the alloy. More preferably, an alloy of 80 to 100% by mass is used. Specific examples include nickel alloys, copper alloys, silver alloys, gold alloys, cobalt alloys, chromium alloys, and tungsten alloys. More specifically, for example, there are Ni / Mo / Fe alloys such as Hastelloy B and Inconel 600, Ag / Pd / Cu alloys, Cu / Ni alloys such as Western C7351 and Western C7521, and the like.

前記元素(α)は金属元素であり、前記化合物は金属化合物であることが好ましい。
前記金属化合物としては、金属酸化物以外の金属化合物が挙げられ、例えば、金属窒化物、シリサイド、金属炭化物、金属ホウ化物等が挙げられる。具体的には、例えば、TiN、NbN、TaN等の金属窒化物、NiSi、TiSi等のシリサイド、TiC、WC等の金属炭化物、TiB、NiB等の金属ホウ化物、等が挙げられる。
The element (α) is a metal element, and the compound is preferably a metal compound.
Examples of the metal compound include metal compounds other than metal oxides, such as metal nitrides, silicides, metal carbides, and metal borides. Specific examples include metal nitrides such as TiN, NbN, and TaN, silicides such as NiSi and TiSi, metal carbides such as TiC and WC, and metal borides such as TiB 2 and NiB.

前記元素(α)及び前記元素(β)がともに非金属元素又は半金属元素である場合、前記化合物としては、例えば、BC、SiC等の導電性を有する化合物が挙げられる。 When both the element (α) and the element (β) are non-metallic elements or metalloid elements, examples of the compound include conductive compounds such as B 4 C and SiC.

本実施形態における第二導電層6は、互いに異なる材料によって形成された、低拡散導電層6Bと補助導電層6Aがこの順で積層された積層構造をなす。   The second conductive layer 6 in the present embodiment has a stacked structure in which a low diffusion conductive layer 6B and an auxiliary conductive layer 6A are stacked in this order, which are formed of different materials.

前記合金及び前記化合物からなる群から選ばれる1種以上の材料は、低拡散導電層6B及び補助導電層6Aの少なくとも一方に含まれ、低拡散導電層6Bに含まれることが好ましい。
低拡散導電層6Bに前記材料が含まれることにより、補助導電層6Aの材料(成分)が電界や熱によってP型半導体層5へ拡散(マイグレーション)する手前で、低拡散導電層6Bがその拡散を抑制する効果が高まり、固体太陽電池10の長期使用による光電変換効率の低下を抑制することができる。
It is preferable that at least one material selected from the group consisting of the alloy and the compound is included in at least one of the low diffusion conductive layer 6B and the auxiliary conductive layer 6A and included in the low diffusion conductive layer 6B.
By including the material in the low diffusion conductive layer 6B, the material (component) of the auxiliary conductive layer 6A is diffused before the diffusion (migration) to the P-type semiconductor layer 5 by an electric field or heat. As a result, the decrease in photoelectric conversion efficiency due to long-term use of the solid solar cell 10 can be suppressed.

低拡散導電層6Bに前記合金及び前記化合物からなる群から選ばれる1種以上の材料が含まれる場合、補助導電層6Aを構成する導電性材料は特に限定されず、例えば、導電性が高い材料として知られる金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、タングステン、ニッケル及びクロム等の金属から選択される何れか1種以上が適用可能である。
上記の銀等の金属材料はマイグレーションを起こしやすいが、低拡散導電層6Bによってマイグレーションを抑制できるので、補助導電層6Aの材料として好適である。
When the low diffusion conductive layer 6B includes one or more materials selected from the group consisting of the alloy and the compound, the conductive material constituting the auxiliary conductive layer 6A is not particularly limited. For example, a material having high conductivity Any one or more selected from metals such as gold, silver, copper, nickel, aluminum, tungsten, nickel, and chromium, which are known as:
The metal material such as silver is likely to cause migration, but is suitable as a material for the auxiliary conductive layer 6A because the migration can be suppressed by the low diffusion conductive layer 6B.

補助導電層6Aのシート抵抗Rsh1と、低拡散導電層6Bのシート抵抗Rsh2の関係は、Rsh1<Rsh2であることが好ましい。この関係であると、光電変換効率が高まり、補助導電層6Aの材料(成分)が電界や熱によってP型半導体層5へ拡散(マイグレーション)することを抑制する効果が高まる。   The relationship between the sheet resistance Rsh1 of the auxiliary conductive layer 6A and the sheet resistance Rsh2 of the low diffusion conductive layer 6B is preferably Rsh1 <Rsh2. With this relationship, the photoelectric conversion efficiency is increased, and the effect of suppressing the diffusion (migration) of the material (component) of the auxiliary conductive layer 6A to the P-type semiconductor layer 5 by an electric field or heat is enhanced.

補助導電層6Aの厚みは特に限定されず、例えば、10nm〜1000nmが好ましく、50nm〜500nmがより好ましく、100nm〜300nmがさらに好ましい。
上記下限値以上であると、抵抗が減って光電変換効率がより高まり、上記上限値以下であると、材料の無駄が省ける。
The thickness of 6 A of auxiliary conductive layers is not specifically limited, For example, 10 nm-1000 nm are preferable, 50 nm-500 nm are more preferable, 100 nm-300 nm are further more preferable.
When it is at least the above lower limit value, the resistance is reduced and the photoelectric conversion efficiency is further increased, and when it is at most the above upper limit value, waste of materials can be omitted.

低拡散導電層6Bの厚みは特に限定されず、例えば、1nm〜1000nmが好ましく、10nm〜200nmがより好ましく、25nm〜100nmがさらに好ましい。
上記下限値以上であると、上記マイグレーションを抑制する効果がより高まり、上記上限値以下であると、材料の無駄が省ける。
The thickness of the low diffusion conductive layer 6B is not particularly limited, and is preferably 1 nm to 1000 nm, more preferably 10 nm to 200 nm, and still more preferably 25 nm to 100 nm, for example.
When it is at least the lower limit value, the effect of suppressing the migration is further enhanced, and when it is at most the upper limit value, waste of materials can be omitted.

補助導電層6Aの厚みH1と、低拡散導電層6Bの厚みH2の比(H1/H2)は特に限定されず、例えば、1/5〜5/1が好ましく、1/2〜3/1がより好ましく、1/1〜2/1がさらに好ましい。
補助導電層6Aの高い導電性を活かして抵抗を減らし、光電変換効率をより高め、低拡散導電層6Bによって上記マイグレーションを抑制する観点からすると、H1>H2の関係であることが好ましい。
The ratio (H1 / H2) of the thickness H1 of the auxiliary conductive layer 6A and the thickness H2 of the low diffusion conductive layer 6B is not particularly limited, and is preferably 1/5 to 5/1, for example, 1/2 to 3/1. More preferred is 1/1 to 2/1.
From the viewpoint of reducing the resistance by utilizing the high conductivity of the auxiliary conductive layer 6A, increasing the photoelectric conversion efficiency, and suppressing the migration by the low diffusion conductive layer 6B, the relationship of H1> H2 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。基材8及び第一導電層1側から光が入射し、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、第一導電層1(陽極)に移動する。正孔はP型半導体層5を介して第二導電層6(陰極)に移動する。固体太陽電池10によって発電された電流は、陽極及び陰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 light is incident from the substrate 8 and the first conductive layer 1 side and 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 first conductive layer 1 (anode). The holes move to the second conductive layer 6 (cathode) through 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 anode and the cathode.

固体太陽電池10においては、長期間の使用により電界や熱によって第二導電層6の補助導電層6Aの成分が光吸収層7へ拡散(マイグレーション)しようとしても、低拡散導電層6Bによってその拡散が抑制される。この結果、補助導電層6Aの成分が光吸収層7へ流入して光電変換効率が低下することを抑制できるので、耐久性に優れる。一方、低拡散導電層6Bに含まれる前記合金及び前記化合物は、比較的マイグレーションが起き難いので、低拡散導電層6Bの成分がP型半導体層5及び光吸収層7へ流入する恐れは殆ど無い。   In the solid solar cell 10, even if the component of the auxiliary conductive layer 6 </ b> A of the second conductive layer 6 tries to diffuse (migrate) to the light absorption layer 7 due to electric field or heat due to long-term use, the diffusion is caused by the low diffusion conductive layer 6 </ b> B. Is suppressed. As a result, since the component of the auxiliary conductive layer 6A can be prevented from flowing into the light absorption layer 7 and the photoelectric conversion efficiency is lowered, the durability is excellent. On the other hand, since the alloy and the compound contained in the low diffusion conductive layer 6B are relatively difficult to migrate, there is almost no risk that the components of the low diffusion conductive layer 6B will flow into the P-type semiconductor layer 5 and the light absorption layer 7. .

<変形例>
第一実施形態の変形例として、図1に示す固体太陽電池10から補助導電層6Aを除いた固体太陽電池が挙げられる。この構成においては、第二導電層6は単一の低拡散導電層6Bのみからなる。この変形例の固体太陽電池の説明は、補助導電層6Aを除いたこと以外は前述の固体太陽電池10の説明と同じであるので省略する。
上記の変形例において、第二導電層6に含まれる前記合金及び前記化合物は、比較的マイグレーションが起き難いので、第二導電層6の成分がP型半導体層5及び光吸収層7へ流入する恐れは殆ど無い。
<Modification>
As a modification of the first embodiment, a solid solar cell in which the auxiliary conductive layer 6A is removed from the solid solar cell 10 shown in FIG. In this configuration, the second conductive layer 6 comprises only a single low diffusion conductive layer 6B. Since the description of the solid solar cell of this modification is the same as the description of the solid solar cell 10 described above except that the auxiliary conductive layer 6A is omitted, the description thereof is omitted.
In the above modification, since the alloy and the compound contained in the second conductive layer 6 are relatively difficult to migrate, the components of the second conductive layer 6 flow into the P-type semiconductor layer 5 and the light absorption layer 7. There is little fear.

《第二実施形態》
本発明にかかる固体太陽電池の第二実施形態として、例えば、図2に示す積層構造を有する固体太陽電池20が挙げられる。
固体太陽電池20は、絶縁性の第一基材18と、第一導電層11を構成する補助導電層11Aと及び低拡散導電層11Bと、ブロック層12と、ペロブスカイト化合物を含む下地層13及びアッパー層14と、P型半導体層15と、第二導電層16と、絶縁性の第二基材19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、第一導電層11を陰極と呼ぶことがあり、下地層13及びアッパー層14を併せて光吸収層17と呼ぶことがあり、第二導電層16を陽極と呼ぶことがある。以下、各層について順に説明する。
<< Second Embodiment >>
As a 2nd embodiment of the solid solar cell concerning this invention, the solid solar cell 20 which has the laminated structure shown in FIG. 2 is mentioned, for example.
The solid solar cell 20 includes an insulating first base material 18, an auxiliary conductive layer 11A and a low diffusion conductive layer 11B constituting the first conductive layer 11, a block layer 12, a base layer 13 containing a perovskite compound, and The upper layer 14, the P-type semiconductor layer 15, the second conductive layer 16, and the insulating second base material 19 are stacked in this order.
In this laminated structure, the first conductive layer 11 may be referred to as a cathode, the base layer 13 and the upper layer 14 may be collectively referred to as a light absorption layer 17, and the second conductive layer 16 may be referred to as an anode. . Hereinafter, each layer will be described in order.

[第一基材18]
絶縁性の第一基材18を構成する材料の種類は特に制限されず、例えば従来の太陽電池に使用される透明基材が挙げられる。第一基材18は透明である必要は無く、不透明であってもよい。第一基材18の具体的な説明は、第一実施形態の固体太陽電池10の基材8の説明と同様であるので省略する。
[First base material 18]
The kind in particular of the material which comprises the insulating 1st base material 18 is not restrict | limited, For example, the transparent base material used for the conventional solar cell is mentioned. The first substrate 18 need not be transparent and may be opaque. Since the specific description of the first substrate 18 is the same as the description of the substrate 8 of the solid solar cell 10 of the first embodiment, a description thereof will be omitted.

[第一導電層11]
本実施形態の第一導電層11は、周期表4族〜15族の金属を2種以上含む合金、及び周期表4族〜15族の元素(α)と周期表13族〜16族の元素(β)(但し、前記元素(α)及び酸素を除く。)をそれぞれ1種以上含む化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含む。
前記合金及び前記化合物の具体的な説明は、第一実施形態の固体太陽電池10の第二導電層6に含まれる前記合金及び前記化合物の説明と同様であるので省略する。
[First conductive layer 11]
The first conductive layer 11 of the present embodiment includes an alloy containing two or more metals of Group 4 to Group 15 of the periodic table, an element (α) of Groups 4 to 15 of the periodic table, and elements of Groups 13 to 16 of the periodic table It contains at least one selected from the group consisting of compounds each containing (β) (excluding the element (α) and oxygen).
The specific description of the alloy and the compound is the same as the description of the alloy and the compound included in the second conductive layer 6 of the solid solar cell 10 of the first embodiment, and will be omitted.

本実施形態における第一導電層11は、互いに異なる材料によって形成された、補助導電層11Aと低拡散導電層11Bがこの順で積層された積層構造をなす。   The first conductive layer 11 in the present embodiment has a laminated structure in which an auxiliary conductive layer 11A and a low diffusion conductive layer 11B, which are formed of different materials, are laminated in this order.

前記合金及び前記化合物からなる群から選ばれる1種以上の材料は、補助導電層11A及び低拡散導電層11Bの少なくとも一方に含まれ、低拡散導電層11Bに含まれることが好ましい。
低拡散導電層11Bに前記材料が含まれることにより、補助導電層11Aの材料(成分)が電界や熱によってブロック層12へ拡散(マイグレーション)する手前で、低拡散導電層11Bがその拡散を抑制する効果が高まり、固体太陽電池20の長期使用による光電変換効率の低下を抑制することができる。
It is preferable that at least one material selected from the group consisting of the alloy and the compound is included in at least one of the auxiliary conductive layer 11A and the low diffusion conductive layer 11B and included in the low diffusion conductive layer 11B.
By including the material in the low diffusion conductive layer 11B, the low diffusion conductive layer 11B suppresses the diffusion before the material (component) of the auxiliary conductive layer 11A diffuses (migrations) to the block layer 12 due to an electric field or heat. Thus, the decrease in photoelectric conversion efficiency due to long-term use of the solid solar cell 20 can be suppressed.

低拡散導電層11Bに前記合金及び前記化合物からなる群から選ばれる1種以上の材料が含まれる場合、補助導電層11Aを構成する導電性材料は特に限定されず、例えば、導電性が高い材料として知られる金、銀、銅、ニッケル、アルミニウム、タングステン、ニッケル及びクロム等の金属から選択される何れか1種以上が適用可能である。
上記の銀等の金属材料はマイグレーションを起こしやすいが、低拡散導電層11Bによってマイグレーションを抑制できるので、補助導電層11Aの材料として好適である。
When the low diffusion conductive layer 11B includes one or more materials selected from the group consisting of the alloy and the compound, the conductive material constituting the auxiliary conductive layer 11A is not particularly limited. For example, a material having high conductivity Any one or more selected from metals such as gold, silver, copper, nickel, aluminum, tungsten, nickel, and chromium, which are known as:
The metal material such as silver is likely to cause migration, but the migration can be suppressed by the low diffusion conductive layer 11B, and thus is suitable as a material for the auxiliary conductive layer 11A.

補助導電層11Aのシート抵抗Rsh1と、低拡散導電層11Bのシート抵抗Rsh2の関係は、Rsh1<Rsh2であることが好ましい。この関係であると、光電変換効率が高まり、補助導電層11Aの材料(成分)が電界や熱によってブロック層12へ拡散(マイグレーション)することを抑制する効果が高まる。   The relationship between the sheet resistance Rsh1 of the auxiliary conductive layer 11A and the sheet resistance Rsh2 of the low diffusion conductive layer 11B is preferably Rsh1 <Rsh2. With this relationship, the photoelectric conversion efficiency is increased, and the effect of suppressing the diffusion (migration) of the material (component) of the auxiliary conductive layer 11A to the block layer 12 by an electric field or heat is increased.

補助導電層11Aの厚みは特に限定されず、例えば、10nm〜1000nmが好ましく、50nm〜500nmがより好ましく、100nm〜300nmがさらに好ましい。
上記下限値以上であると、抵抗が減って光電変換効率がより高まり、上記上限値以下であると、材料の無駄が省ける。
The thickness of 11 A of auxiliary conductive layers is not specifically limited, For example, 10 nm-1000 nm are preferable, 50 nm-500 nm are more preferable, 100 nm-300 nm are more preferable.
When it is at least the above lower limit value, the resistance is reduced and the photoelectric conversion efficiency is further increased, and when it is at most the above upper limit value, waste of materials can be omitted.

低拡散導電層11Bの厚みは特に限定されず、例えば、1nm〜1000nmが好ましく、10nm〜200nmがより好ましく、25nm〜100nmがさらに好ましい。
上記下限値以上であると、上記マイグレーションを抑制する効果がより高まり、上記上限値以下であると、材料の無駄が省ける。
The thickness of the low diffusion conductive layer 11B is not particularly limited, and is preferably 1 nm to 1000 nm, more preferably 10 nm to 200 nm, and further preferably 25 nm to 100 nm, for example.
When it is at least the lower limit value, the effect of suppressing the migration is further enhanced, and when it is at most the upper limit value, waste of materials can be omitted.

補助導電層11Aの厚みH1’と、低拡散導電層6Bの厚みH2’の比(H1’/H2’)は特に限定されず、例えば、1/5〜5/1が好ましく、1/2〜3/1がより好ましく、1/1〜2/1がさらに好ましい。
補助導電層11Aの高い導電性を活かして抵抗を減らし、光電変換効率をより高め、低拡散導電層11Bによって上記マイグレーションを抑制する観点からすると、H1’>H2’の関係であることが好ましい。
The ratio (H1 ′ / H2 ′) of the thickness H1 ′ of the auxiliary conductive layer 11A and the thickness H2 ′ of the low diffusion conductive layer 6B is not particularly limited, and is preferably 1/5 to 5/1, for example, 1/2 to 3/1 is more preferable, and 1/1 to 2/1 is more preferable.
From the viewpoint of reducing the resistance by utilizing the high conductivity of the auxiliary conductive layer 11A, increasing the photoelectric conversion efficiency, and suppressing the migration by the low diffusion conductive layer 11B, the relationship of H1 ′> H2 ′ is preferable.

[ブロック層12]
ブロック層12は必須の構成ではないが、ブロック層12が第一導電層11と光吸収層17の間に配置されていることが好ましい。ブロック層12の具体的な説明は、第一実施形態の固体太陽電池10のブロック層2の説明と同様であるので省略する。
[Block layer 12]
Although the block layer 12 is not an essential configuration, the block layer 12 is preferably disposed between the first conductive layer 11 and the light absorption layer 17. Since the specific description of the block layer 12 is the same as the description of the block layer 2 of the solid solar cell 10 of the first embodiment, a description thereof will be omitted.

[光吸収層17]
光吸収層17は、ブロック層12の表面に積層されている。光吸収層17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13と、下地層13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14と、が積層された積層構造を有する。
光吸収層17、下地層13及びアッパー層14の具体的な説明は、第一実施形態の固体太陽電池10の光吸収層7、下地層3及びアッパー層4の説明と同様であるので省略する。
[Light Absorbing Layer 17]
The light absorption layer 17 is laminated on the surface of the block layer 12. The light absorption layer 17 has a stacked structure in which an underlayer 13 containing a perovskite compound and an upper layer 14 formed of a perovskite compound are stacked on the surface of the underlayer 13 and formed of an N-type semiconductor or an insulator. Have.
Specific descriptions of the light absorption layer 17, the base layer 13, and the upper layer 14 are the same as the description of the light absorption layer 7, the base layer 3, and the upper layer 4 of the solid solar cell 10 of the first embodiment, and thus are omitted. .

[P型半導体層15]
光吸収層17の表面に形成されたP型半導体層15は、P型半導体によって構成されている。P型半導体層15によって、逆電流の発生が抑制され、光吸収層17で発生した正孔を第二導電層16へ容易に輸送することが可能になる。さらに、第二導電層16から光吸収層17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。P型半導体層15の具体的な説明は、第一実施形態の固体太陽電池10のP型半導体層5の説明と同様であるので省略する。
[P-type semiconductor layer 15]
The P-type semiconductor layer 15 formed on the surface of the light absorption layer 17 is composed of a P-type semiconductor. Generation of reverse current is suppressed by the P-type semiconductor layer 15, and holes generated in the light absorption layer 17 can be easily transported to the second conductive layer 16. Furthermore, the efficiency with which electrons move from the second conductive layer 16 to the light absorption layer 17 is increased. As a result, the photoelectric conversion efficiency and voltage are increased. Since the specific description of the P-type semiconductor layer 15 is the same as the description of the P-type semiconductor layer 5 of the solid solar cell 10 of the first embodiment, a description thereof will be omitted.

[第二導電層16]
第二導電層16としては、例えば、金属酸化物からなる透明導電層が挙げられる。第二導電層16が透明導電層であると、第二導電層16側から光吸収層17へ光を入射させることができる。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。
[Second conductive layer 16]
As the 2nd conductive layer 16, the transparent conductive layer which consists of metal oxides is mentioned, for example. When the second conductive layer 16 is a transparent conductive layer, light can be incident on the light absorption layer 17 from the second conductive layer 16 side. 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.

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 thickness of the transparent conductive layer is not particularly limited as long as desired conductivity is obtained, and examples thereof include about 1 nm to 10 μm.

[第二基材19]
絶縁性の第二基材19を構成する材料は、透明基材であることが好ましい。第二基材19及び第二導電層16が透明であることにより、第二導電層16側から光吸収層17へ光を入射させることができる。前記透明基材としては、例えば従来の太陽電池に使用される透明基材が挙げられ、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。
透明基材の具体的な説明は、第一実施形態の固体太陽電池10の基材8の説明と同様であるので省略する。
[Second base material 19]
The material constituting the insulating second base material 19 is preferably a transparent base material. Since the second base material 19 and the second conductive layer 16 are transparent, light can be incident on the light absorption layer 17 from the second conductive layer 16 side. Examples of the transparent substrate include transparent substrates used in conventional solar cells, and examples include a substrate made of glass or synthetic resin, a flexible film made of synthetic resin, and the like.
Since the specific description of the transparent substrate is the same as the description of the substrate 8 of the solid solar cell 10 of the first embodiment, a description thereof will be omitted.

《固体太陽電池20の発電》
固体太陽電池20において、光吸収層17にペロブスカイト化合物が含まれている。第二基材19及び第二導電層16側から光が入射し、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13又はブロック層12に受容され、第一導電層11(陽極)に移動する。正孔はP型半導体層15を介して第二導電層16(陰極)に移動する。固体太陽電池20によって発電された電流は、陽極及び陰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 20 >>
In the solid solar cell 20, the light absorption layer 17 contains a perovskite compound. When light is incident from the second base material 19 and the second conductive layer 16 side and the crystal of the perovskite compound absorbs light, photoelectrons and holes are generated in the crystal. Photoelectrons are received by the underlayer 13 or the block layer 12 and move to the first conductive layer 11 (anode). The holes move to the second conductive layer 16 (cathode) through the P-type semiconductor layer 15. The electric current generated by the solid solar cell 20 is taken out to an external circuit through an extraction electrode connected to the anode and the cathode.

固体太陽電池20においては、長期間の使用により電界や熱によって第一導電層11の補助導電層11Aの成分が光吸収層17へ拡散(マイグレーション)しようとしても、低拡散導電層11Bによってその拡散が抑制される。この結果、補助導電層11Aの成分が光吸収層17へ流入して光電変換効率が低下することを抑制できるので、耐久性に優れる。一方、低拡散導電層11Bに含まれる前記合金及び前記化合物は、比較的マイグレーションが起き難いので、低拡散導電層11Bの成分がブロック層12及び光吸収層17へ流入する恐れは殆ど無い。   In the solid solar cell 20, even if the component of the auxiliary conductive layer 11 </ b> A of the first conductive layer 11 tries to diffuse (migrate) to the light absorbing layer 17 due to electric field or heat due to long-term use, the diffusion is caused by the low diffusion conductive layer 11 </ b> B. Is suppressed. As a result, it is possible to suppress the component of the auxiliary conductive layer 11A from flowing into the light absorption layer 17 and reducing the photoelectric conversion efficiency, so that the durability is excellent. On the other hand, the alloy and the compound contained in the low diffusion conductive layer 11 </ b> B are relatively unlikely to migrate, so there is almost no risk that the components of the low diffusion conductive layer 11 </ b> B will flow into the block layer 12 and the light absorption layer 17.

<変形例>
第二実施形態の変形例として、図2に示す固体太陽電池20から補助導電層11Aを除いた固体太陽電池が挙げられる。この構成においては、第一導電層11は単一の低拡散導電層11Bのみからなる。この変形例の固体太陽電池の説明は、補助導電層11Aを除いたこと以外は前述の固体太陽電池20の説明と同じであるので省略する。
上記の変形例において、第一導電層11に含まれる前記合金及び前記化合物は、比較的マイグレーションが起き難いので、第一導電層11の成分がブロック層12及び光吸収層17へ流入する恐れは殆ど無い。
<Modification>
As a modification of the second embodiment, there is a solid solar battery obtained by removing the auxiliary conductive layer 11A from the solid solar battery 20 shown in FIG. In this configuration, the first conductive layer 11 includes only a single low diffusion conductive layer 11B. Since the description of the solid solar cell of this modification is the same as the description of the solid solar cell 20 described above except that the auxiliary conductive layer 11A is omitted, the description thereof is omitted.
In the above modification, the alloy and the compound included in the first conductive layer 11 are relatively less likely to migrate, so that the components of the first conductive layer 11 may flow into the block layer 12 and the light absorption layer 17. Almost no.

《固体太陽電池の製造方法》
図1に例示した固体太陽電池10の製造方法の一例を以下に説明する。
<< Method for Manufacturing Solid Solar Cell >>
An example of a method for manufacturing the solid solar cell 10 illustrated in FIG. 1 will be described below.

[第一導電層1及び基材8の準備]
第一導電層1及び基材8を備えた導電性基材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 first conductive layer 1 and substrate 8]
The electroconductive base material provided with the 1st conductive layer 1 and the base material 8 can be produced by a conventional method, and may use a commercial item.

[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、第一導電層1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 particularly limited, and a known method capable of forming a dense layer made of an N-type semiconductor with a desired thickness on the surface of the first conductive layer 1 can be applied. 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ブロック層2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、微粒子をブロック層2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 paste containing fine particles made of an N-type semiconductor or an insulator and a binder is applied to the surface of the block layer 2 by a doctor blade method, dried, and fired, whereby a porous underlayer made of fine particles 3 can be formed. In addition, by spraying fine particles onto the block layer 2, 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。   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.

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 underlying layer 3 and the P-type semiconductor layer 5 come into contact with each other to thereby lose the electromotive force. 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.

[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 Light Absorbing 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 is dissolved or dispersed in a solvent in which the perovskite compound constituting the light absorption layer 7 is difficult to dissolve is prepared. The method of obtaining the P-type semiconductor layer 5 by apply | coating to the surface of the layer 7 and drying is mentioned.

前記溶液中のP型半導体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型半導体の含有量などに応じて適宜調整すればよい。
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 in the solution is not particularly limited, and may be appropriately adjusted according to the content of the P-type semiconductor in the P-type semiconductor layer 5 to be 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.

[第二導電層6の形成]
第二導電層6を構成する低拡散導電層6B及び補助導電層6Aの形成方法は特に限定されず、例えば、目的の導電層の組成と同じ又は近い組成のターゲットを使用したスパッタ法、蒸着法等の公知の製膜方法が適用できる。
[Formation of Second Conductive Layer 6]
The formation method of the low diffusion conductive layer 6B and the auxiliary conductive layer 6A constituting the second conductive layer 6 is not particularly limited. For example, a sputtering method or a vapor deposition method using a target having the same composition as or close to the composition of the target conductive layer. A known film forming method such as the above can be applied.

以上では第一実施形態の固体太陽電池10を製造する方法を説明したが、第二実施形態の固体太陽電池20も同様に公知の製膜方法を適用し、各層を順次積層することにより製造することができる。   Although the method for manufacturing the solid solar cell 10 of the first embodiment has been described above, the solid solar cell 20 of the second embodiment is similarly manufactured by applying a known film forming method and sequentially laminating each layer. be able to.

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]
ITOからなる透明導電層が表面に形成された透明樹脂基板(PEN基板)を準備した。このITO層の不要な部分を塩酸によってエッチングした。このエッチングの目的は、後工程において、ITO層からなる第一導電層(陰極)と第二導電層(陽極)を有する導電材とを対向させて配置し、さらに端子等を接続した際に、第一導電層と第二導電層が意図せずに短絡(リーク)することを防ぐためである。
次に、第一導電層(ITO層)の表面にバフを擦り付けることで、その表面を疎化した。
続いて、エタノール中に酸化チタン粒子(平均粒子径10nmと30nmとの混合物)を分散させたスラリーを第一導電層の上にスピンコート法により塗布した後、100℃で5分間乾燥させ、厚み200nmの多孔質状のブロック層を形成した。その後、1MのCHNHIとPbIが溶解したDMF溶液をブロック層の上にスピンコートし、100℃で60分加熱乾燥させることで、ペロブスカイト結晶を含む厚み400nmの光吸収層を形成した。さらに、光吸収層の上に、Spiro−OMETAD(メルク社製)の9wt%クロロベンゼン溶液をスピンコートすることにより、厚み200nmのP型半導体層を形成した。
最後に、P型半導体層の上に、Ni/Mo/Fe合金(ハステロイB)からなる厚み200nmの単層の第二導電層(低拡散導電層)をDCスパッタ法によって形成した。
上記の方法により、図1に示した固体太陽電池10から補助導電層6Aを除いた構成の固体太陽電池を得た。
[Example 1]
A transparent resin substrate (PEN substrate) having a transparent conductive layer made of ITO formed on the surface thereof was prepared. Unnecessary portions of the ITO layer were etched with hydrochloric acid. The purpose of this etching is to arrange a conductive material having a first conductive layer (cathode) made of an ITO layer and a second conductive layer (anode) facing each other in a later step, and further connecting terminals and the like. This is to prevent the first conductive layer and the second conductive layer from being unintentionally short-circuited (leaked).
Next, the surface of the first conductive layer (ITO layer) was rubbed by rubbing against the surface.
Subsequently, a slurry in which titanium oxide particles (a mixture of an average particle size of 10 nm and 30 nm) are dispersed in ethanol is applied onto the first conductive layer by spin coating, and then dried at 100 ° C. for 5 minutes to obtain a thickness. A 200 nm porous block layer was formed. Thereafter, a DMF solution in which 1M CH 3 NH 3 I and PbI 2 are dissolved is spin-coated on the block layer, and is heated and dried at 100 ° C. for 60 minutes to form a 400 nm-thick light absorption layer containing perovskite crystals. did. Furthermore, a 200 nm-thick P-type semiconductor layer was formed by spin-coating a 9 wt% chlorobenzene solution of Spiro-OMETAD (Merck) on the light absorption layer.
Finally, a single-layer second conductive layer (low diffusion conductive layer) made of Ni / Mo / Fe alloy (Hastelloy B) and having a thickness of 200 nm was formed on the P-type semiconductor layer by DC sputtering.
By the above method, a solid solar cell having a configuration in which the auxiliary conductive layer 6A was removed from the solid solar cell 10 shown in FIG. 1 was obtained.

[実施例2〜9]
ハステロイBに代えて、表1に記載の合金又は化合物からなる厚み200nmの単層の第二導電層(低拡散導電層)をDCスパッタ法によって形成した以外は、実施例1と同様に固体太陽電池を製造した。
[Examples 2 to 9]
Instead of Hastelloy B, a solid solar cell was formed in the same manner as in Example 1 except that a single-layer second conductive layer (low diffusion conductive layer) having a thickness of 200 nm made of the alloy or compound shown in Table 1 was formed by DC sputtering. A battery was manufactured.

[実施例10〜15]
ハステロイBに代えて、表1に記載の合金又は化合物からなる厚み50nmの低拡散導電層をDCスパッタ法によって形成し、さらに低拡散導電層の上に厚み50nmの補助導電層をDCスパッタ法によって形成し、低拡散導電層及び補助導電層からなる第二導電層を形成した以外は、実施例1と同様に固体太陽電池を製造した。
[Examples 10 to 15]
Instead of Hastelloy B, a low diffusion conductive layer having a thickness of 50 nm made of the alloy or compound shown in Table 1 is formed by DC sputtering, and an auxiliary conductive layer having a thickness of 50 nm is further formed on the low diffusion conductive layer by DC sputtering. A solid solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the second conductive layer was formed and formed of a low diffusion conductive layer and an auxiliary conductive layer.

[比較例1〜4]
ハステロイBに代えて、表1に記載の材料からなる厚み50nm〜200nmの第二導電層を形成した以外は、実施例1と同様に固体太陽電池を製造した。
[Comparative Examples 1-4]
A solid solar cell was manufactured in the same manner as in Example 1 except that a second conductive layer having a thickness of 50 nm to 200 nm made of the material shown in Table 1 was formed instead of Hastelloy B.

<評価>
実施例及び比較例で得た太陽電池について、以下の評価を行った。結果を表1に示した。
(1)シート抵抗(Ω/□)の測定
固体太陽電池の第二導電層のシート抵抗を4探針法の抵抗率計(三菱化学アナリック社製、MCP−T610)を用いて測定した。
(2)光電変換効率の測定
固体太陽電池の製造直後、使用前の太陽電池の電極間に電源(KEITHLEY社製、236モデル)を接続し、強度100mW/cmのソーラーシミュレーションシミュレーター(山下電装社製)を用いて光電変換効率を測定し、得られた光電変換効率を初期変換効率とした。
測定値が10%以上である場合を「○」、10%未満である場合を「×」として評価した。
(3)長期間電圧を印加したときの耐久性評価
固体太陽電池の電極間に電源(KEITHLEY社製、236モデル)を接続し、強度100mW/cmのソーラーシミュレーションシミュレーター(山下電装社製)を用いて照射しながら25℃で0.7Vの電圧を印加し、24時間経過後の光電変換効率を測定し、得られた光電変換効率を光照射後の変換効率とした。
維持率を(光照射後の変換効率)/(初期変換効率)として求めた。維持率が90%以上である場合を「○」、90%未満である場合を「×」として評価した。
<Evaluation>
The following evaluation was performed about the solar cell obtained by the Example and the comparative example. The results are shown in Table 1.
(1) Measurement of sheet resistance (Ω / □) The sheet resistance of the second conductive layer of the solid solar cell was measured using a 4-probe resistivity meter (MCP-T610, manufactured by Mitsubishi Chemical Analytical Co.).
(2) Measurement of photoelectric conversion efficiency Immediately after manufacturing a solid solar cell, a power source (made by KEITHLEY, 236 model) is connected between the electrodes of the solar cell before use, and a solar simulation simulator (Yamashita Denso Co., Ltd.) with an intensity of 100 mW / cm 2 The photoelectric conversion efficiency was measured using the product, and the obtained photoelectric conversion efficiency was defined as the initial conversion efficiency.
The case where the measured value was 10% or more was evaluated as “◯”, and the case where it was less than 10% was evaluated as “×”.
(3) Durability evaluation when a voltage is applied for a long period of time Connect a power supply (made by KEITHLEY, 236 model) between the electrodes of the solid solar cell, and install a solar simulation simulator (made by Yamashita Denso Co., Ltd.) with an intensity of 100 mW / cm 2. A voltage of 0.7 V was applied at 25 ° C. while irradiating, and the photoelectric conversion efficiency after 24 hours was measured. The obtained photoelectric conversion efficiency was defined as the conversion efficiency after light irradiation.
The maintenance rate was determined as (conversion efficiency after light irradiation) / (initial conversion efficiency). The case where the maintenance ratio was 90% or more was evaluated as “◯”, and the case where it was less than 90% was evaluated as “×”.

Figure 2018157147
Figure 2018157147

以上の結果から、特定の合金又は化合物を含む第二導電層を備えた実施例の固体太陽電池は、初期変換効率と使用後変換効率の両方が高く、長期間電圧を印加しても光電変換効率が低下しにくく、耐久性に優れることが明らかである。
一方、比較例の固体太陽電池は、使用後光電変換効率が実施例に比べて顕著に低下していた。
From the above results, the solid solar cell of the example provided with the second conductive layer containing a specific alloy or compound has both high initial conversion efficiency and post-use conversion efficiency, and photoelectric conversion even when a long-term voltage is applied. It is clear that the efficiency is hardly lowered and the durability is excellent.
On the other hand, the post-use photoelectric conversion efficiency of the solid solar cell of the comparative example was significantly lower than that of the example.

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。   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.

1…第一導電層、2…ブロック層、3…下地層、4…アッパー層、5…P型半導体層、6…第二導電層、6A…補助導電層、6B…低拡散導電層、7…光吸収層、8…基材、10…固体接合型光電変換素子(固体太陽電池);
11…第一導電層、11A…補助導電層、11B…低拡散導電層、12…ブロック層、13…下地層、14…アッパー層、15…P型半導体層、16…第二導電層、17…光吸収層、18…第一基材、19…第二基材、20…固体接合型光電変換素子(固体太陽電池)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... First conductive layer, 2 ... Block layer, 3 ... Underlayer, 4 ... Upper layer, 5 ... P-type semiconductor layer, 6 ... Second conductive layer, 6A ... Auxiliary conductive layer, 6B ... Low diffusion conductive layer, 7 ... light absorption layer, 8 ... base material, 10 ... solid junction photoelectric conversion element (solid solar cell);
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... First conductive layer, 11A ... Auxiliary conductive layer, 11B ... Low diffusion conductive layer, 12 ... Block layer, 13 ... Underlayer, 14 ... Upper layer, 15 ... P-type semiconductor layer, 16 ... Second conductive layer, 17 ... light absorption layer, 18 ... first substrate, 19 ... second substrate, 20 ... solid junction photoelectric conversion element (solid solar cell)

Claims (5)

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、
前記第一導電層または前記第二導電層の少なくともいずれかが、周期表4族〜15族の金属を2種以上含む合金、及び周期表4族〜15族の元素(α)と周期表13族〜16族の元素(β)(但し、前記元素(α)及び酸素を除く。)をそれぞれ1種以上含む化合物からなる群から選ばれる少なくとも1種を含むことを特徴とする、固体接合型光電変換素子。
A solid junction photoelectric conversion element in which 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,
An alloy in which at least one of the first conductive layer or the second conductive layer includes two or more metals of Group 4 to Group 15 of the periodic table, and Group 4 to Group 15 element (α) and Periodic Table 13 A solid junction type comprising at least one selected from the group consisting of compounds each containing one or more elements of group 16 to group 16 (excluding the element (α) and oxygen) Photoelectric conversion element.
前記第一導電層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含み、且つ前記第一導電層のシート抵抗が10Ω/□以下であるか、或いは、
前記第二導電層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含み、且つ前記第二導電層のシート抵抗が10Ω/□以下である、
請求項1に記載の固体接合型光電変換素子。
The first conductive layer contains at least one selected from the group, and the sheet resistance of the first conductive layer is 10Ω / □ or less, or
The second conductive layer contains at least one selected from the group, and the sheet resistance of the second conductive layer is 10Ω / □ or less,
The solid junction photoelectric conversion element according to claim 1.
前記第一導電層が前記光吸収層に接する側から低拡散導電層、補助導電層の順で積層された積層構造を有し、且つ前記積層構造のうち少なくとも前記低拡散導電層に前記群から選ばれる少なくとも1種を含むか、或いは、
前記第二導電層が前記光吸収層に接する側から低拡散導電層、補助導電層の順で積層された積層構造を有し、且つ前記積層構造のうち少なくとも前記低拡散導電層に前記群から選ばれる少なくとも1種を含む、
請求項1または2に記載の固体接合型光電変換素子。
The first conductive layer has a laminated structure in which a low-diffusion conductive layer and an auxiliary conductive layer are laminated in this order from the side in contact with the light absorption layer, and at least the low-diffusion conductive layer of the laminated structure is separated from the group. Contains at least one selected, or
The second conductive layer has a laminated structure in which a low-diffusion conductive layer and an auxiliary conductive layer are laminated in this order from the side in contact with the light absorption layer, and at least the low-diffusion conductive layer of the laminated structure is separated from the group. Including at least one selected,
The solid junction photoelectric conversion element according to claim 1 or 2.
前記補助導電層のシート抵抗Rsh1と、前記低拡散導電層のシート抵抗Rsh2とが、Rsh1<Rsh2の関係である、請求項3に記載の固体接合型光電変換素子。   The solid junction photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the sheet resistance Rsh1 of the auxiliary conductive layer and the sheet resistance Rsh2 of the low diffusion conductive layer have a relationship of Rsh1 <Rsh2. 前記第一導電層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含む層のみからなるか、或いは、
前記第二導電層が前記群から選ばれる少なくとも1種を含む層のみからなる、
請求項1または2に記載の固体接合型光電変換素子。
The first conductive layer consists only of a layer containing at least one selected from the group, or
The second conductive layer consists only of a layer containing at least one selected from the group,
The solid junction photoelectric conversion element according to claim 1 or 2.
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