JP2018163959A - Solar cell module and method for manufacturing photoelectric conversion element - Google Patents

Solar cell module and method for manufacturing photoelectric conversion element Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that when light absorption layers of a plurality of solar cells are continuously formed in an inert atmosphere, conversion efficiency in the solar cells is deteriorated in accordance with an increase in the number of continuously formed batches.SOLUTION: A solar cell module comprises: a light absorption layer containing a perovskite compound; an electronic transport layer arranged on one side of the light absorption layer; a hole transport layer arranged on the other side of the light absorption layer; and a transparent electrode layer. The perovskite compound has a (002) diffraction peak which appears in the vicinity of 2θ=13.9° and a (110) diffraction peak which appears in the vicinity of 2θ=14° in X ray diffraction measurement by a θ-2θ method, and a peak intensity ratio I(110)/I(002) of an intensity I(002) of a peak of a (002) surface and an intensity I(110) of a peak of a (110) surface is 1.35 to 3.00, and the electronic transport layer or the hole transport layer are formed by combining a plurality of photoelectric conversion elements arranged on the transparent electrode layer.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、太陽電池モジュールおよび光電変換素子の製造方法に関する。   The present invention relates to a solar cell module and a method for manufacturing a photoelectric conversion element.

有機金属のペロブスカイト型結晶を光吸収層として利用した太陽電池(ペロブスカイト型太陽電池)は、高変換効率を実現可能であり、近年、多数の報告がなされている(例えば、特許文献1および非特許文献1)。有機金属としては、例えば、一般式ABX3(式中、Aは1価のカチオンであり、Bは2価の金属イオンであり、Xはハロゲンである)で表される化合物が用いられている。中でも、CH3NH3PbX3(X:ハロゲン)等のペロブスカイト型結晶は、例えば、スピンコート法等の溶液塗布により低コストで形成され得る。よって、このようなペロブスカイト型結晶を用いたペロブスカイト型太陽電池は、低コストかつ高効率の次世代太陽電池として注目されている。 Solar cells (perovskite solar cells) using organometallic perovskite crystals as a light absorbing layer can achieve high conversion efficiency, and many reports have been made in recent years (for example, Patent Document 1 and Non-Patent Documents). Reference 1). As the organic metal, for example, a compound represented by the general formula ABX 3 (wherein A is a monovalent cation, B is a divalent metal ion, and X is a halogen) is used. . Among these, perovskite crystals such as CH 3 NH 3 PbX 3 (X: halogen) can be formed at low cost by solution coating such as spin coating. Therefore, perovskite solar cells using such a perovskite crystal are attracting attention as low-cost and high-efficiency next-generation solar cells.

特開2014‐72327号公報JP 2014-72327 A

G. Hodes, Science, 342, 317-318 (2013)G. Hodes, Science, 342, 317-318 (2013)

ペロブスカイト型太陽電池は、不活性雰囲気中にて光吸収層の形成が行われるのが一般的である。しかしながら、不活性雰囲気中において、複数の太陽電池の光吸収層を連続して形成した場合、連続形成バッチ数の増加に伴って、太陽電池の変換効率が低下することが判明した。工業的に太陽電池の作製は、連続して実施されるところ、これら変換効率にばらつきがある太陽電池を直列接続してモジュール化する場合、最も小さい電流値を示す太陽電池の電流により太陽電池モジュールの電流が定まり、太陽電池モジュールのモジュール効率が低下する。また、複数の太陽電池を並列接続してモジュール化する場合は、最も小さい電圧値を示す太陽電池の電圧により、太陽電池モジュールの電圧が定まる。すなわち、複数の太陽電池を直列及び/または並列に接続した太陽電池モジュールでは、最も特性の低い太陽電池にモジュール効率が左右され、モジュール効率が大幅に低下する。   In a perovskite solar cell, a light absorption layer is generally formed in an inert atmosphere. However, it has been found that when the light absorption layers of a plurality of solar cells are continuously formed in an inert atmosphere, the conversion efficiency of the solar cells decreases as the number of continuously formed batches increases. Industrial production of solar cells is carried out continuously. When these solar cells having variations in conversion efficiency are connected in series to form a module, the solar cell module has the smallest current value. Current is determined, and the module efficiency of the solar cell module is reduced. When a plurality of solar cells are connected in parallel to form a module, the voltage of the solar cell module is determined by the voltage of the solar cell that exhibits the smallest voltage value. That is, in a solar cell module in which a plurality of solar cells are connected in series and / or in parallel, the module efficiency is affected by the solar cell having the lowest characteristics, and the module efficiency is greatly reduced.

上記に鑑み、本発明は、上記の問題点を解決し、高い変換効率を有するぺロブスカイト型太陽電池モジュールを提供することを目的とする。   In view of the above, an object of the present invention is to solve the above problems and provide a perovskite solar cell module having high conversion efficiency.

本発明の太陽電池モジュールは、ペロブスカイト化合物を含む光吸収層と、該光吸収層の片側に配置される電子輸送層と、該光吸収層のもう片側に配置される正孔輸送層と、透明電極層を有し、
上記ペロブスカイト化合物が、
一般式:
ABX3
(一般式中、Aは1価のカチオン、Bは2価の金属イオンであり、Xはそれぞれ独立してF、Cl、BrまたはIである。)
で表され、
上記ペロブスカイト化合物は、θ−2θ法によるX線回折測定において、2θ=13.9°付近に現れる(002)回折ピークと2θ=14°付近に現れる(110)回折ピークを有し、(002)面のピークの強度I(002)と(110)面のピークの強度I(110)のピーク強度比I(110)/I(002)が、1.35から3.00であり、
上記電子輸送層または上記正孔輸送層は、上記透明電極層上に配置された光電変換素子を複数組み合わせてなる。
The solar cell module of the present invention includes a light absorption layer containing a perovskite compound, an electron transport layer disposed on one side of the light absorption layer, a hole transport layer disposed on the other side of the light absorption layer, and a transparent Having an electrode layer,
The perovskite compound is
General formula:
ABX 3
(In the general formula, A is a monovalent cation, B is a divalent metal ion, and X is independently F, Cl, Br, or I.)
Represented by
The perovskite compound has a (002) diffraction peak appearing in the vicinity of 2θ = 13.9 ° and a (110) diffraction peak appearing in the vicinity of 2θ = 14 ° in the X-ray diffraction measurement by the θ-2θ method. (002) The peak intensity ratio I (110) / I (002) between the peak intensity I (002) of the plane and the peak intensity I (110) of the (110) plane is 1.35 to 3.00,
The electron transport layer or the hole transport layer is formed by combining a plurality of photoelectric conversion elements arranged on the transparent electrode layer.

1つの実施形態においては、上記ピーク強度比が1.50から2.00である。   In one embodiment, the peak intensity ratio is 1.50 to 2.00.

1つの実施形態においては、上記電子輸送層または上記正孔輸送層が、ヘイズ率5%から20%である透明電極層上に作製される。   In one embodiment, the electron transport layer or the hole transport layer is formed on a transparent electrode layer having a haze ratio of 5% to 20%.

1つの実施形態においては、上記ヘイズ率が10%から15%である。   In one embodiment, the haze ratio is 10% to 15%.

1つの実施形態においては、光電変換する別の光電変換ユニットをさらに有する。   In one embodiment, it has another photoelectric conversion unit which performs photoelectric conversion.

1つの実施形態においては、上記別の光電変換ユニットが結晶シリコン基板を含む。   In one embodiment, the another photoelectric conversion unit includes a crystalline silicon substrate.

上記光電変換素子は、以下の製造方法により作製される。基板上にぺロブスカイト化合物を含む光吸収層と、上記光吸収層の片側に配置される電子輸送層と、上記光吸収層のもう片側に配置される正孔輸送層とを有する複数の光電変換素子の製造方法であって、
複数の上記基板上にペロブスカイト化合物を含む光吸収層を形成する工程において、
不活性ガス雰囲気中で、第一の上記基板上に上記光吸収層を形成する工程と、
上記不活性ガスを新たな不活性ガスに置換する工程と、
上記新たな不活性ガス雰囲気中で、第二の上記基板上に上記光吸収層を形成する工程と、
がこの順に行われることを含む。
The said photoelectric conversion element is produced with the following manufacturing methods. A plurality of photoelectric conversions having a light absorption layer containing a perovskite compound on a substrate, an electron transport layer disposed on one side of the light absorption layer, and a hole transport layer disposed on the other side of the light absorption layer A method for manufacturing an element, comprising:
In the step of forming a light absorption layer containing a perovskite compound on the plurality of substrates,
Forming the light absorption layer on the first substrate in an inert gas atmosphere;
Replacing the inert gas with a new inert gas;
Forming the light absorption layer on the second substrate in the new inert gas atmosphere;
Are performed in this order.

所定のXRDピークを有する光吸収層を含むペロブスカイト型光電変換素子を、連続作製することができる。また、本発明によれば、高効率なペロブスカイト型太陽電池モジュールを提供することができる。   A perovskite photoelectric conversion element including a light absorption layer having a predetermined XRD peak can be continuously produced. Moreover, according to the present invention, a highly efficient perovskite solar cell module can be provided.

本発明の一実施形態における光電変換素子の断面を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the cross section of the photoelectric conversion element in one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態における積層型の光電変換素子の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the lamination type photoelectric conversion element in one Embodiment of this invention. XRD測定結果を擬ヴォイト関数によって、最小二乗法にてフィッティングした例を示す図である。It is a figure which shows the example which fitted the XRD measurement result by the least squares method by the pseudo Voith function.

以下に、本発明の好ましい実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明においては、以下の実施形態に限定されない。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to the following embodiments.

図1に模式的に示すように、本発明の一実施形態における光電変換素子(代表的には、太陽電池)10は、透明基板1、透明電極層2、電子輸送層3、ペロブスカイト化合物を含む光吸収層4、正孔輸送層5および金属電極層6をこの順に有する。なお、電子輸送層3と正孔輸送層5が入れ替わってもよい。   As schematically shown in FIG. 1, a photoelectric conversion element (typically a solar cell) 10 according to an embodiment of the present invention includes a transparent substrate 1, a transparent electrode layer 2, an electron transport layer 3, and a perovskite compound. It has the light absorption layer 4, the hole transport layer 5, and the metal electrode layer 6 in this order. The electron transport layer 3 and the hole transport layer 5 may be interchanged.

透明基板1としては、代表的には、ガラスやフィルムといった光を透過可能な透光性を有する、透明な基板が用いられる。ガラスとしては、例えば、無アルカリガラスを用いることができる。フィルムとしては、例えば、PETやアラミドフィルム、ポリイミドフィルムなどを用いることができる。   As the transparent substrate 1, typically, a transparent substrate having a light-transmitting property such as glass or a film is used. As the glass, for example, alkali-free glass can be used. As the film, for example, PET, aramid film, polyimide film or the like can be used.

透明電極層2としては、例えば、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛(ZnO)等の単層膜、あるいはこれらを積層してなる積層膜が挙げられる。耐湿性の点から、FTOを用いることが好ましい。透明電極層の膜厚は、例えば、抵抗率の点から、500nm〜1000nmが好ましく、650nm〜1000nmがより好ましい。また、透明電極層のヘイズ率は、例えば、光学的な観点から、5%〜20%が好ましく、10%〜15%がより好ましい。ヘイズ率の測定は、JIS K7136に準拠して測定することが可能である。透明電極層は、その形成材料に応じて、任意の適切な製膜方法にて作製すればよい。例えば、スプレー熱分解などが好ましい。   Examples of the transparent electrode layer 2 include a single layer film such as fluorine-doped tin oxide (FTO), indium tin oxide (ITO), and zinc oxide (ZnO), or a stacked film formed by stacking these layers. From the viewpoint of moisture resistance, it is preferable to use FTO. The film thickness of the transparent electrode layer is preferably 500 nm to 1000 nm, and more preferably 650 nm to 1000 nm, for example, from the viewpoint of resistivity. The haze ratio of the transparent electrode layer is, for example, preferably 5% to 20% and more preferably 10% to 15% from the optical viewpoint. The haze ratio can be measured according to JIS K7136. The transparent electrode layer may be produced by any appropriate film forming method depending on the forming material. For example, spray pyrolysis is preferable.

電子輸送層3は、任意の適切な材料で形成され得る。電子輸送層の形成材料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム等の金属酸化物に代表される無機材料、フェニルC61酪酸メチルエステルをはじめとするフラーレン系材料や、ペリレン系材料等の有機材料が挙げられる。これらの中でも、無機材料が好ましく用いられる。電子輸送層には、ドナーが添加されていてもよい。具体例としては、電子輸送層の形成材料として酸化チタンを採用する場合、ドナーとして、イットリウム、ユウロピウム、テルビウム等が用いられる。 The electron transport layer 3 can be formed of any appropriate material. Examples of the material for forming the electron transport layer include inorganic materials typified by metal oxides such as titanium oxide, zinc oxide, niobium oxide, zirconium oxide and aluminum oxide, and fullerene materials such as phenyl C61 butyric acid methyl ester. And organic materials such as perylene-based materials. Among these, inorganic materials are preferably used. A donor may be added to the electron transport layer. As a specific example, when titanium oxide is used as the material for forming the electron transport layer, yttrium, europium, terbium, or the like is used as a donor.

電子輸送層3は、ブロッキング層3aを含む。ブロッキング層3aは、電子輸送と逆電子移動を抑制し得る層である。ブロッキング層は、TiO2やZnOなどの金属酸化物からなる層であることが好ましく、中でも、コンパクトTiO2等が好ましい。このような材料を用いることで、例えば、図1に示すように、透明電極層2表面を緻密に覆うことができる。ブロッキング層の膜厚は、例えば、光学的および電子注入の観点から、5nm〜100nmが好ましく、10nm〜50nmがより好ましい。 The electron transport layer 3 includes a blocking layer 3a. The blocking layer 3a is a layer that can suppress electron transport and reverse electron transfer. The blocking layer is preferably a layer made of a metal oxide such as TiO 2 or ZnO, among which compact TiO 2 is preferable. By using such a material, for example, as shown in FIG. 1, the surface of the transparent electrode layer 2 can be densely covered. The film thickness of the blocking layer is preferably 5 nm to 100 nm, and more preferably 10 nm to 50 nm, for example, from the viewpoint of optical and electron injection.

1つの実施形態においては、図1に示すとおり、電子輸送層3は、ブロッキング層3aに加えて、さらに多孔質担体層3bを含むのが好ましい。多孔質担体層3bは、ブロッキング層3a上の光吸収層4が配置される側に形成される。多孔質担体層を設けることで、光吸収層の塗布性が向上する。   In one embodiment, as shown in FIG. 1, the electron transport layer 3 preferably further includes a porous carrier layer 3b in addition to the blocking layer 3a. The porous carrier layer 3b is formed on the side where the light absorption layer 4 on the blocking layer 3a is disposed. By providing the porous carrier layer, the coating property of the light absorption layer is improved.

光電変換素子は、代表的には、基板に、各層を順次積層することにより作製される。この場合、図1に示すように、光吸収層4よりも電子輸送層3が透明基板1側に配置される形態では、電子輸送層3を形成してから光吸収層4が形成される。   The photoelectric conversion element is typically manufactured by sequentially laminating each layer on a substrate. In this case, as shown in FIG. 1, in the form in which the electron transport layer 3 is arranged closer to the transparent substrate 1 than the light absorption layer 4, the light absorption layer 4 is formed after the electron transport layer 3 is formed.

多孔質担体層の形成材料としては、上記ブロッキング層の形成材料に含まれる成分を含むことが好ましい。ブロッキング層との密着性が向上し得るからである。その結果、電子輸送層と光吸収層との密着性の向上にも寄与し得る。例えば、多孔質担体層の形成材料としては、金属酸化物を用いることができ、そのうち多孔質TiO2やAl22を用いることが好ましい。多孔質担体層の膜厚は、50nm〜300nmが好ましく、100nm〜200nmがより好ましい。このような範囲とすることで、例えば、光学的な吸収ロスを低減しつつ、後述するペロブスカイト型結晶構造の光吸収層を良好に形成することが期待できる。 As a material for forming the porous carrier layer, it is preferable to include a component included in the material for forming the blocking layer. This is because the adhesion with the blocking layer can be improved. As a result, the adhesion between the electron transport layer and the light absorption layer can be improved. For example, as a material for forming the porous carrier layer, a metal oxide can be used, and among them, porous TiO 2 or Al 2 O 2 is preferably used. The film thickness of the porous carrier layer is preferably 50 nm to 300 nm, more preferably 100 nm to 200 nm. By setting it as such a range, it can be expected that, for example, a light absorption layer having a perovskite crystal structure, which will be described later, is favorably formed while reducing optical absorption loss.

電子輸送層3は、その形成材料に応じて、任意の適切な方法により形成され得る。形成方法としては、例えば、真空蒸着法、CVD法、スパッタ法等のドライプロセスや、スピンコート法、スプレー法、バーコート法等のウェットプロセスが挙げられる。   The electron transport layer 3 can be formed by any appropriate method depending on the forming material. Examples of the forming method include dry processes such as vacuum deposition, CVD, and sputtering, and wet processes such as spin coating, spraying, and bar coating.

光吸収層4は、ペロブスカイト型結晶構造の感光性材料(ペロブスカイト化合物)を含む。ペロブスカイト化合物は、一般式ABX3で表される。式中、Aは1価のカチオンである。1価のカチオンとしては、例えば、アルカリ金属カチオンや有機カチオンのような1価のカチオンが挙げられる。さらに具体的には、メチルアンモニウムカチオン(CH3NH3 +)、ホルムアミジニウムカチオン(NH2CHNH2 +)、セシウムカチオン(Cs+)が挙げられ、単一でもよいし、複数種のカチオンを混合させてもよい。Bは2価の金属イオンであり、PbやSnが好ましい。Xはハロゲンであり、F,Cl,Br,Iが挙げられる。3個のXは、全て同一のハロゲン元素であってもよく、複数のハロゲン元素が混在していてもよい。例えば、ハロゲンの種類や比率を変更することにより、分光感度特性を変化させることができる。光吸収層4はCuKα線を用いたθ−2θ法によるX線回折測定において、2θ=13.9°付近に現れる(002)回折ピークと2θ=14°付近に現れる(110)回折ピークを有し、(002)面のピークの強度I(002)と(110)面のピークの強度I(110)のピーク強度比I(110)/I(002)が、1.50から3.00とすることで、高効率なペロブスカイト型光電変換素子が形成される。また、ピーク強度比I(110)/I(002)が、1.50から2.00がより好ましい。光吸収層4の膜厚は50nm〜700nmが好ましく、例えば、光の吸収効率と励起子拡散長の観点から200nm〜500nmがより好ましい。 The light absorption layer 4 includes a photosensitive material (perovskite compound) having a perovskite crystal structure. The perovskite compound is represented by the general formula ABX 3 . In the formula, A is a monovalent cation. Examples of monovalent cations include monovalent cations such as alkali metal cations and organic cations. More specifically, examples include methylammonium cation (CH 3 NH 3 + ), formamidinium cation (NH 2 CHNH 2 + ), and cesium cation (Cs + ). You may mix. B is a divalent metal ion, preferably Pb or Sn. X is a halogen, and examples thereof include F, Cl, Br, and I. All three Xs may be the same halogen element, or a plurality of halogen elements may be mixed. For example, the spectral sensitivity characteristics can be changed by changing the type and ratio of halogen. The light absorption layer 4 has a (002) diffraction peak appearing in the vicinity of 2θ = 13.9 ° and a (110) diffraction peak appearing in the vicinity of 2θ = 14 ° in X-ray diffraction measurement by the θ-2θ method using CuKα rays. The peak intensity ratio I (110) / I (002) of the peak intensity I (002) on the (002) plane and the peak intensity I (110) on the (110) plane is 1.50 to 3.00. As a result, a highly efficient perovskite photoelectric conversion element is formed. Further, the peak intensity ratio I (110) / I (002) is more preferably 1.50 to 2.00. The film thickness of the light absorption layer 4 is preferably 50 nm to 700 nm. For example, 200 nm to 500 nm is more preferable from the viewpoint of light absorption efficiency and exciton diffusion length.

ペロブスカイト化合物を含む光吸収層は、上記電子輸送層と同様、ドライプロセスやウェットプロセスにより基板上に形成され得る。これらのプロセスは、グローブボックスなどの密閉下でアルゴンや窒素等の不活性ガス雰囲気中にて実施される。ペロブスカイト化合物を含む光吸収層は、例えば、ペロブスカイト化合物を構成する材料を含有する塗布液(例えば、溶液)を、スピンコート法等により塗布することにより形成される。具体的には、ペロブスカイト化合物としてCH3NH3PbI3を採用する場合、ジメチルスルホキシドやN,N−ジメチルホルムアミド等の溶媒に、ヨウ化鉛とヨウ化メチルアンモニウムを混合して得られる溶液をスピンコート法にて塗布し、塗膜を加熱することにより、CH3NH3PbI3結晶を成長させることができる。塗膜の表面に貧溶媒を接触させることにより、結晶性を向上させることもできる。連続して複数枚の光吸収層を形成する場合、ジメチルスルホキシドやN,N−ジメチルホルムアミド等の溶媒が、光吸収層の形成雰囲気中に余剰に存在すると、ペロブスカイト化合物の形成を阻害するため、各光電変換素子の光吸収層を形成する前に、新たなアルゴンや窒素等の不活性ガスにより、光吸収層の形成雰囲気の置換作業が行われる。なお、新たな不活性ガスによる置換作業は、光吸収層の形成前に毎回、実施される必要はなく、不活性ガスの置換作業を行わないで複数の光吸収層を形成した後に、新たな不活性ガスによる置換作業が行われ、続いて複数の光吸収層を形成してもよい。また、ロールトゥロールなど大面積の光吸収層を一度に形成する場合においては、適宜、光吸収層の形成雰囲気を、新たな不活性ガスに置換する作業が行われる。 The light absorption layer containing the perovskite compound can be formed on the substrate by a dry process or a wet process, like the electron transport layer. These processes are carried out in an inert gas atmosphere such as argon or nitrogen under a hermetic seal such as a glove box. The light absorption layer containing a perovskite compound is formed, for example, by applying a coating liquid (for example, a solution) containing a material constituting the perovskite compound by a spin coating method or the like. Specifically, when CH 3 NH 3 PbI 3 is used as the perovskite compound, a solution obtained by mixing lead iodide and methylammonium iodide in a solvent such as dimethyl sulfoxide or N, N-dimethylformamide is spin-coated. The CH 3 NH 3 PbI 3 crystal can be grown by applying the coating method and heating the coating film. Crystallinity can also be improved by bringing a poor solvent into contact with the surface of the coating film. In the case where a plurality of light absorption layers are continuously formed, if a solvent such as dimethyl sulfoxide or N, N-dimethylformamide is excessively present in the formation atmosphere of the light absorption layer, the formation of the perovskite compound is inhibited. Before forming the light absorption layer of each photoelectric conversion element, the replacement work of the atmosphere in which the light absorption layer is formed is performed with a new inert gas such as argon or nitrogen. The replacement work with a new inert gas does not need to be performed every time before the formation of the light absorption layer. After the formation of a plurality of light absorption layers without performing the replacement work of the inert gas, a new work is performed. A replacement operation with an inert gas may be performed, and then a plurality of light absorption layers may be formed. In the case where a light absorption layer having a large area such as roll-to-roll is formed at a time, an operation for replacing the atmosphere in which the light absorption layer is formed with a new inert gas is performed as appropriate.

ドライプロセスとウェットプロセスとの組み合わせにより、ペロブスカイト化合物を含む光吸収層を形成することもできる。例えば、真空蒸着法によりヨウ化鉛の薄膜を形成し、その表面にヨウ化メチルアンモニウムのイソプロピルアルコール溶液を接触させることにより、CH3NH3PbI3の結晶が得られる。蒸着膜の表面に溶液を接触させる方法としては、例えば、スピンコート等により溶液を塗布する方法や、溶液中に蒸着膜を浸漬する方法が挙げられる。例えば、後述するシリコン基板の光入射側にテクスチャ構造が形成されている場合等、均一に溶液に接触させる観点から、浸漬法が好ましく用いられる。 A light absorption layer containing a perovskite compound can also be formed by a combination of a dry process and a wet process. For example, a lead iodide thin film is formed by a vacuum evaporation method, and a crystal of CH 3 NH 3 PbI 3 is obtained by bringing a isopropyl alcohol solution of methylammonium iodide into contact with the surface. Examples of the method of bringing the solution into contact with the surface of the deposited film include a method of applying the solution by spin coating or the like, and a method of immersing the deposited film in the solution. For example, when a texture structure is formed on the light incident side of a silicon substrate, which will be described later, the dipping method is preferably used from the viewpoint of uniformly contacting the solution.

正孔輸送層5は、従来公知の材料を適宜選択すればよく、例えば、ポリ−3−ヘキシルチオフェン(P3HT)、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)等のポリチオフェン誘導体、2,2’,7,7’−テトラキス−(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)−9,9’−スピロビフルオレン(Spiro−OMeTAD)等のフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール等のカルバゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ジフェニルアミン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアニリン誘導体等が挙げられる。また、正孔輸送層の材料としては、MoO3、WO3、NiO等の金属酸化物等も挙げられる。 The hole transport layer 5 may be appropriately selected from conventionally known materials, for example, polythiophene derivatives such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) and poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT), 2 , 2 ′, 7,7′-tetrakis- (N, N-di-p-methoxyphenylamine) -9,9′-spirobifluorene (Spiro-OMeTAD), carbazole derivatives such as polyvinylcarbazole, Examples include triphenylamine derivatives, diphenylamine derivatives, polysilane derivatives, polyaniline derivatives, and the like. The material of the hole transport layer, also include MoO 3, WO 3, NiO metal oxides such like.

正孔輸送層は、単層でもよく、複数の層からなる積層構造でもよい。正孔輸送層の膜厚は、1nm〜200nmであることが好ましい。   The hole transport layer may be a single layer or a laminated structure composed of a plurality of layers. The thickness of the hole transport layer is preferably 1 nm to 200 nm.

正孔輸送層は、例えば、上述したSpiro−OMeTAD等の正孔輸送材料を含有する溶液を用いて、スプレー法等により光吸収層4上に製膜される。   The hole transport layer is formed on the light absorption layer 4 by a spray method or the like using a solution containing a hole transport material such as Spiro-OMeTAD described above.

金属電極層6の形成材料としては、例えば、金、銀等の金属が用いられる。金属電極の製膜には、スパッタ法やイオンプレーティング法等のPVD法や抵抗加熱などといった公知の技術を用いればよく、生産性の観点からはスパッタ法が好ましい。スパッタ製膜は、代表的には、製膜室(チャンバー)内に、アルゴンや窒素等の不活性ガスを導入しながら行われる。   As a material for forming the metal electrode layer 6, for example, a metal such as gold or silver is used. A known technique such as a PVD method such as a sputtering method or an ion plating method or resistance heating may be used for forming the metal electrode, and the sputtering method is preferable from the viewpoint of productivity. Sputter deposition is typically performed while introducing an inert gas such as argon or nitrogen into a deposition chamber (chamber).

図示しないが、例えば、キャリア注入特性を改善するために、正孔輸送層5と金属電極層6との間に、酸化モリブデンなどのホール注入層を形成してもよい。   Although not shown, for example, a hole injection layer such as molybdenum oxide may be formed between the hole transport layer 5 and the metal electrode layer 6 in order to improve carrier injection characteristics.

図2は、本発明の一実施形態における積層型の光電変換素子の概略断面図である。光電変換素子100は、光入射側(図の上側)から、第一の光電変換ユニット(トップセル)20および第二の光電変換ユニット(ボトムセル)30をこの順に有する。   FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a stacked photoelectric conversion element according to an embodiment of the present invention. The photoelectric conversion element 100 includes a first photoelectric conversion unit (top cell) 20 and a second photoelectric conversion unit (bottom cell) 30 in this order from the light incident side (upper side in the drawing).

積層型の光電変換素子を構成する光電変換ユニットの1つとして、上記ペロブスカイト化合物を含む光吸収層を有するペロブスカイト型光電変換ユニットが採用される。図2では、第一の光電変換ユニット20に、ペロブスカイト型光電変換ユニットが採用されている。第一の光電変換ユニット20は、ペロブスカイト化合物を含む光吸収層4と光吸収層4の片側に配置された電子輸送層3と光吸収層4のもう片側に配置された正孔輸送層5とを有する。図2では、光吸収層4の光入射側に正孔輸送層5が配置されている。電子輸送層3は、ブロッキング層3aと多孔質担体層3bとを含む。なお、各層の詳細については、上述のとおりである。   As one of the photoelectric conversion units constituting the stacked photoelectric conversion element, a perovskite photoelectric conversion unit having a light absorption layer containing the perovskite compound is employed. In FIG. 2, a perovskite photoelectric conversion unit is employed as the first photoelectric conversion unit 20. The first photoelectric conversion unit 20 includes a light absorption layer 4 containing a perovskite compound, an electron transport layer 3 disposed on one side of the light absorption layer 4, and a hole transport layer 5 disposed on the other side of the light absorption layer 4. Have In FIG. 2, the hole transport layer 5 is disposed on the light incident side of the light absorption layer 4. The electron transport layer 3 includes a blocking layer 3a and a porous carrier layer 3b. The details of each layer are as described above.

上記ペロブスカイト型光電変換ユニットと組み合わせる光電変換ユニット(図2では、第二の光電変換ユニット30)には、任意の適切な光電変換ユニットが採用され得る。1つの実施形態においては、高効率化が期待されるため、ペロブスカイト型光電変換ユニットよりもバンドギャップが狭い光電変換ユニットが好ましく用いられる。ペロブスカイト型光電変換ユニットよりもバンドギャップが狭い光電変換ユニットとしては、例えば、シリコン系光電変換ユニット(代表的には、結晶シリコン系光電変換ユニット)が挙げられる。結晶シリコン系光電変換ユニットは、代表的には、結晶シリコン基板と、結晶シリコン基板の片側に配置される第一導電層と、結晶シリコン基板のもう片側に配置される第二導電層とを有する。結晶シリコン基板の導電型は、n型であってもp型であってもよい。第一導電層の導電型と第二導電層の導電型とは異なる。具体的には、一方がp型であり、他方がn型である。   Any appropriate photoelectric conversion unit can be adopted as the photoelectric conversion unit (second photoelectric conversion unit 30 in FIG. 2) combined with the perovskite photoelectric conversion unit. In one embodiment, since high efficiency is expected, a photoelectric conversion unit having a narrower band gap than the perovskite photoelectric conversion unit is preferably used. Examples of the photoelectric conversion unit having a narrower band gap than the perovskite photoelectric conversion unit include a silicon-based photoelectric conversion unit (typically, a crystalline silicon-based photoelectric conversion unit). A crystalline silicon-based photoelectric conversion unit typically includes a crystalline silicon substrate, a first conductive layer disposed on one side of the crystalline silicon substrate, and a second conductive layer disposed on the other side of the crystalline silicon substrate. . The conductivity type of the crystalline silicon substrate may be n-type or p-type. The conductivity type of the first conductive layer is different from the conductivity type of the second conductive layer. Specifically, one is p-type and the other is n-type.

第二の光電変換ユニット30の基板31(結晶シリコン基板)の光入射側に配置されている第一導電層32は、第一の光電変換ユニット20の光入射側に配置される導電層(正孔輸送層5)と同一の導電型を有し、第二の光電変換ユニット30の基板31の裏側に配置されている第二導電層33は、第一の光電変換ユニット20の裏側に配置される導電層(電子輸送層3)と同一の導電型を有する。図2では、第一導電層32はp型であり、第二導電層33はn型である。したがって、第一の光電変換ユニット20と第二の光電変換ユニット30とは直列接続されており、両者は同一方向の整流性を有する。   The first conductive layer 32 arranged on the light incident side of the substrate 31 (crystalline silicon substrate) of the second photoelectric conversion unit 30 is a conductive layer (positive electrode) arranged on the light incident side of the first photoelectric conversion unit 20. The second conductive layer 33 having the same conductivity type as the hole transport layer 5) and disposed on the back side of the substrate 31 of the second photoelectric conversion unit 30 is disposed on the back side of the first photoelectric conversion unit 20. And the same conductivity type as the conductive layer (electron transport layer 3). In FIG. 2, the first conductive layer 32 is p-type, and the second conductive layer 33 is n-type. Therefore, the 1st photoelectric conversion unit 20 and the 2nd photoelectric conversion unit 30 are connected in series, and both have the rectification | straightening property of the same direction.

上記結晶シリコン系光電変換ユニットの具体例として、拡散型シリコン光電変換ユニット、ヘテロ接合シリコン光電変換ユニットが挙げられる。拡散型シリコン光電変換ユニットは、例えば、結晶シリコン基板の表面にホウ素やリン等のドープ不純物を拡散させて導電層(導電型シリコン系半導体層)を形成することにより得られる。ヘテロ接合シリコン光電変換ユニットは、例えば、単結晶シリコン基板に、非晶質シリコンや微結晶シリコン等の非単結晶シリコン系薄膜を製膜して導電層を形成することにより得られる。ここで、単結晶シリコン基板と非単結晶シリコン系薄膜との間で、ヘテロ接合が形成されている。ヘテロ接合シリコン光電変換ユニットは、単結晶シリコン基板と導電型シリコン系薄膜との間に、真性シリコン系薄膜を有することが好ましい。真性シリコン系薄膜を有することにより、単結晶シリコン基板への不純物の拡散を抑えつつ、表面パッシベーションを有効に行うことができる。   Specific examples of the crystalline silicon photoelectric conversion unit include a diffusion type silicon photoelectric conversion unit and a heterojunction silicon photoelectric conversion unit. The diffusion type silicon photoelectric conversion unit is obtained, for example, by diffusing doped impurities such as boron and phosphorus on the surface of a crystalline silicon substrate to form a conductive layer (conductive type silicon based semiconductor layer). The heterojunction silicon photoelectric conversion unit can be obtained, for example, by forming a conductive layer by forming a non-single crystal silicon thin film such as amorphous silicon or microcrystalline silicon on a single crystal silicon substrate. Here, a heterojunction is formed between the single crystal silicon substrate and the non-single crystal silicon thin film. The heterojunction silicon photoelectric conversion unit preferably has an intrinsic silicon thin film between the single crystal silicon substrate and the conductive silicon thin film. By having an intrinsic silicon-based thin film, surface passivation can be effectively performed while suppressing diffusion of impurities into the single crystal silicon substrate.

1つの実施形態においては、第二の光電変換ユニット30(結晶シリコン系光電変換ユニット)に、上記ヘテロ接合シリコン光電変換ユニットが採用される。本実施形態では、基板31として、例えば、n型の単結晶シリコン基板が用いられる。図示しないが、基板31は、光閉じ込め等の観点から、その表面にテクスチャ構造(凹凸構造)が形成されていてもよい。   In one embodiment, the said heterojunction silicon photoelectric conversion unit is employ | adopted for the 2nd photoelectric conversion unit 30 (crystalline silicon type photoelectric conversion unit). In the present embodiment, for example, an n-type single crystal silicon substrate is used as the substrate 31. Although not shown, the substrate 31 may have a texture structure (uneven structure) formed on the surface thereof from the viewpoint of light confinement.

n型の単結晶シリコン基板31の光入射側には、真性シリコン系薄膜(図示せず)を介して、p型シリコン系薄膜(第一導電層32)が形成され、n型の単結晶シリコン基板31の裏側には、真性シリコン系薄膜(図示せず)を介して、n型シリコン系薄膜(第二導電層33)が形成される。ここで、真性シリコン系薄膜は、上述の表面パッシベーションをより有効に行う等の観点から、基板31の表面に、任意の適切な方法により、真性非晶質シリコン薄膜を製膜することで形成されることが好ましい。真性シリコン系薄膜の膜厚は、2nm〜15nm程度が好ましい。   A p-type silicon-based thin film (first conductive layer 32) is formed on the light incident side of the n-type single-crystal silicon substrate 31 via an intrinsic silicon-based thin film (not shown). On the back side of the substrate 31, an n-type silicon-based thin film (second conductive layer 33) is formed via an intrinsic silicon-based thin film (not shown). Here, the intrinsic silicon thin film is formed by forming an intrinsic amorphous silicon thin film on the surface of the substrate 31 by any appropriate method from the viewpoint of more effectively performing the above-described surface passivation. It is preferable. The thickness of the intrinsic silicon-based thin film is preferably about 2 nm to 15 nm.

上記導電型シリコン系薄膜(導電層32,33)の形成材料としては、例えば、非晶質シリコン、微結晶シリコン(非晶質シリコンと結晶質シリコンを含む材料)や、非晶質シリコン合金、微結晶シリコン合金等が用いられる。シリコン合金としては、例えば、シリコンオキサイド、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド、シリコンゲルマニウム等が挙げられる。これらの中でも、導電型シリコン系薄膜は、非晶質シリコン薄膜であることが好ましい。導電型シリコン系薄膜(導電層32,33)の膜厚は、3nm〜30nm程度が好ましい。   Examples of the material for forming the conductive silicon thin film (conductive layers 32 and 33) include amorphous silicon, microcrystalline silicon (a material containing amorphous silicon and crystalline silicon), an amorphous silicon alloy, A microcrystalline silicon alloy or the like is used. Examples of the silicon alloy include silicon oxide, silicon carbide, silicon nitride, and silicon germanium. Among these, the conductive silicon thin film is preferably an amorphous silicon thin film. The film thickness of the conductive silicon thin film (conductive layers 32 and 33) is preferably about 3 nm to 30 nm.

光電変換素子100は、例えば、予め、第二の光電変換ユニット30を作製し、第二の光電変換ユニット30上に、第一の光電変換ユニット20を構成する各層を順次形成することにより作製される。1つの実施形態においては、第一の光電変換ユニット20(トップセル)と第二の光電変換ユニット30(ボトムセル)との間には、両ユニットの電気的な接続や、電流マッチングのための入射光量の調整等を目的として、中間層(図示せず)を設けてもよい。別の実施形態においては、トップセルの最下層(図2では、電子輸送層3)および/またはボトムセルの最上層(図2では、第一導電層32)に、中間層の機能の一部または全部を持たせてもよい。   The photoelectric conversion element 100 is manufactured by, for example, preparing the second photoelectric conversion unit 30 in advance and sequentially forming each layer constituting the first photoelectric conversion unit 20 on the second photoelectric conversion unit 30. The In one embodiment, between the first photoelectric conversion unit 20 (top cell) and the second photoelectric conversion unit 30 (bottom cell), there is an electrical connection between the two units and incidence for current matching. An intermediate layer (not shown) may be provided for the purpose of adjusting the amount of light. In another embodiment, the bottom layer of the top cell (the electron transport layer 3 in FIG. 2) and / or the top layer of the bottom cell (the first conductive layer 32 in FIG. 2) may have some of the functions of the intermediate layer or You may have everything.

図示しないが、光入射側(図の上側)に配置される第一の光電変換ユニット20の光入射面には透明電極層が形成される。この透明電極層の表面には、キャリアの取出し効率を向上させる観点から、例えば、パターン状の金属電極が設けられていてもよい。第二の光電変換ユニット30の光入射側と反対側(裏側)には、裏面電極が設けられる。例えば、第二の光電変換ユニット30の裏面には、透明電極層が形成され、この透明電極層上には、裏面金属電極が設けられる。   Although not shown, a transparent electrode layer is formed on the light incident surface of the first photoelectric conversion unit 20 disposed on the light incident side (upper side in the drawing). From the viewpoint of improving the carrier extraction efficiency, for example, a patterned metal electrode may be provided on the surface of the transparent electrode layer. A back electrode is provided on the side opposite to the light incident side (back side) of the second photoelectric conversion unit 30. For example, a transparent electrode layer is formed on the back surface of the second photoelectric conversion unit 30, and a back metal electrode is provided on the transparent electrode layer.

上記透明電極層の形成材料としては、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO2)、酸化インジウム(In23)等の酸化物や、酸化インジウム錫(ITO)等の複合酸化物等が好ましく用いられる。また、In23やSnO2にWやTi等をドープした材料を用いてもよい。このような透明導電性酸化物は、透明性を有しかつ低抵抗であるため、光励起キャリアを効率よく収集できる。透明電極層の製膜方法は、スパッタ法やMOCVD法等が好ましい。透明導電性酸化物以外に、Agナノワイヤ等の金属細線や、PEDOT−PSS等の有機材料も用いられる。 Examples of the material for forming the transparent electrode layer include oxides such as zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), and indium oxide (In 2 O 3 ), and composite oxides such as indium tin oxide (ITO). Preferably used. Further, a material obtained by doping W 2 or Ti into In 2 O 3 or SnO 2 may be used. Since such a transparent conductive oxide has transparency and low resistance, photoexcited carriers can be collected efficiently. As a method for forming the transparent electrode layer, a sputtering method, an MOCVD method, or the like is preferable. In addition to the transparent conductive oxide, fine metal wires such as Ag nanowires and organic materials such as PEDOT-PSS are also used.

光入射側の透明電極層としてITO等の金属酸化物が用いられる場合、光電変換素子は、その最表面には反射防止膜(例えば、MgF等の低屈折率材料から構成される)を有することが好ましい。反射防止膜を最表面に有することにより、空気界面での屈折率差を小さくして反射光を低減し、光電変換素子に取り込まれる光量を増大できる。   When a metal oxide such as ITO is used as the transparent electrode layer on the light incident side, the photoelectric conversion element has an antireflection film (for example, composed of a low refractive index material such as MgF) on its outermost surface. Is preferred. By having the antireflection film on the outermost surface, the difference in refractive index at the air interface can be reduced, the reflected light can be reduced, and the amount of light taken into the photoelectric conversion element can be increased.

上記裏面金属電極は、パターン状であってもよく、面状であってもよい。裏面電極には、長波長光の反射率が高く、かつ導電性や化学的安定性が高い材料を用いることが望ましい。このような特性を満たす材料としては、例えば、銀、銅、アルミニウム等が挙げられる。裏面電極は、例えば、印刷法、各種物理気相蒸着法、めっき法等により形成される。   The back metal electrode may be patterned or planar. For the back electrode, it is desirable to use a material having high reflectivity of long wavelength light and high conductivity and chemical stability. Examples of the material satisfying such characteristics include silver, copper, and aluminum. The back electrode is formed by, for example, a printing method, various physical vapor deposition methods, a plating method, or the like.

また、光電変換素子100における第一の光電変換ユニット20において、光吸収層4の光入射側とは反対側に正孔輸送層5が配置されてもよい。その場合には、第二の光電変換ユニット30の第一導電層32はn型であり、第二導電層33はp型である。   In the first photoelectric conversion unit 20 in the photoelectric conversion element 100, the hole transport layer 5 may be disposed on the opposite side of the light absorption layer 4 from the light incident side. In that case, the first conductive layer 32 of the second photoelectric conversion unit 30 is n-type, and the second conductive layer 33 is p-type.

上記光電変換素子は、例えば、基板とバックシートとの間に、封止材を介して光電変換素子を封止することで、モジュール化される。その場合には、インターコネクトを介して複数の光電変換素子を直列または並列に接続した後に封止してもよく、上記ペロブスカイト型光電変換ユニットのみの場合は、従来の薄膜太陽電池と同様にスクライブによる集積化を行うことで、光電変換素子を直列または並列に接続した後に封止してもよい。上記光電変換素子は、光吸収層が連続して形成されているにも関わらず、各光電変換素子は、高い変換効率を有しているため、上記光電変換素子を、直列または並列に接続してモジュール化した場合であっても、小さい変換効率を示す光電変換素子による、太陽電池モジュールの効率低下を抑制することができ、高いモジュール効率を実現することができる。   The said photoelectric conversion element is modularized by sealing a photoelectric conversion element through a sealing material between a board | substrate and a back sheet, for example. In that case, it may be sealed after connecting a plurality of photoelectric conversion elements in series or in parallel via an interconnect. In the case of only the perovskite type photoelectric conversion unit, by scribe as in the conventional thin film solar cell. By performing integration, the photoelectric conversion elements may be sealed after being connected in series or in parallel. Although each photoelectric conversion element has a high conversion efficiency even though the light absorption layer is continuously formed, the photoelectric conversion elements are connected in series or in parallel. Even in the case of modularization, it is possible to suppress a decrease in the efficiency of the solar cell module due to the photoelectric conversion element exhibiting a small conversion efficiency, and to realize a high module efficiency.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。なお、本実施例における各層の膜厚は、断りがない限り、走査型電子顕微鏡(日立ハイテクノロジーズ製、S−4800)にて断面観察により算出した値である。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited by these Examples. In addition, unless otherwise indicated, the film thickness of each layer in a present Example is the value computed by cross-sectional observation with the scanning electron microscope (Hitachi High-Technologies make, S-4800).

(実施例1〜実施例5)
[FTO基板処理工程]
ガラス基板1および透明導電膜2として、基板サイズ3cm×3cm、ヘイズ率13.6%のFTO基板(旭硝子製)を5枚用いた。これらのFTO基板を、超純水、エタノール、アセトンにてそれぞれ10分間超音波洗浄した後に乾燥した。その後、FTO基板に、UVオゾンにて30分間表面処理を施した。
(Example 1 to Example 5)
[FTO substrate processing process]
As the glass substrate 1 and the transparent conductive film 2, five FTO substrates (made by Asahi Glass) having a substrate size of 3 cm × 3 cm and a haze ratio of 13.6% were used. These FTO substrates were ultrasonically washed with ultrapure water, ethanol, and acetone for 10 minutes, respectively, and then dried. Thereafter, the FTO substrate was subjected to surface treatment with UV ozone for 30 minutes.

[電子輸送層形成工程]
UVオゾン処理後の各FTO基板上に、電子輸送層3(ブロッキング層3a)として、コンパクトTiO2を31nmの膜厚で形成した。具体的には、500℃に加熱した基板表面に、0.3mlのチタンジイソプロポキシドビス(アセチルアセトナート)と4.0mlのエタノール溶液の混合溶液をスプレーパイロリシス法にて噴霧することで形成した。
[Electron transport layer formation process]
On each FTO substrate after UV ozone treatment, compact TiO 2 was formed to a thickness of 31 nm as the electron transport layer 3 (blocking layer 3a). Specifically, by spraying a mixed solution of 0.3 ml of titanium diisopropoxide bis (acetylacetonate) and 4.0 ml of ethanol solution on the substrate surface heated to 500 ° C. by the spray pyrolysis method. Formed.

続いて、各基板のコンパクトTiO2膜を形成した側に、金属酸化物の多孔質担体層3bとして、メソポーラスTiO2膜を200nmの膜厚で形成した。具体的には、重量比2:7にてチタニアペースト(商品名:18NR−T、Transparent Titania Paste Dyesol社製)とエタノールとを混合し、これに超音波処理を施して得られた分散液を、基板上にマイクロピペットを用いて0.25ml滴下し、スピンコートを5000rpmの速度にて30秒実施した後、基板を500℃の電気炉にて30分間焼成することで、電子輸送層を形成したFTO基板を5枚準備した。 Subsequently, a mesoporous TiO 2 film having a thickness of 200 nm was formed as a metal oxide porous carrier layer 3b on the side of each substrate on which the compact TiO 2 film was formed. Specifically, titania paste (trade name: 18NR-T, manufactured by Transient Titania Paste Diesol) and ethanol were mixed at a weight ratio of 2: 7, and a dispersion obtained by subjecting this to ultrasonic treatment was mixed. Then, 0.25 ml was dropped on the substrate using a micropipette, spin coating was performed at a speed of 5000 rpm for 30 seconds, and then the substrate was baked in an electric furnace at 500 ° C. for 30 minutes to form an electron transport layer. Five prepared FTO substrates were prepared.

[光吸収層形成工程]
続いて、1枚目のFTO基板のコンパクトTiO2膜を形成した側に、光吸収層4として、FA0.83MA0.17Pb(I0.83Br0.17)3を、窒素雰囲気中において480nmの膜厚に形成した。具体的には、PbI2、FAI、MABr、PbBr2各試薬をモル比0.83:0.83:0.17:0.17にて調合し、これを体積比4:1にて混合したDMF、DMSO混合溶液に1.25mol/Lとなるよう調整し、得られた混合溶液0.36mlを基板上にマイクロピペットにて滴下し、スピンコートを1000rpmの速度にて10秒実施した後、6000rpmの速度にて20秒回転させている最中に、さらにクロロベンゼンを0.27mlマイクロピペットにて滴下した後、基板を基板温度100℃として60分間焼成することで、黒色の光吸収層4が形成された。
[Light absorption layer forming process]
Subsequently, FA 0.83 MA 0.17 Pb (I 0.83 Br 0.17 ) 3 is formed as a light absorption layer 4 on the side of the first FTO substrate on which the compact TiO 2 film is formed to a thickness of 480 nm in a nitrogen atmosphere. did. Specifically, each reagent of PbI 2 , FAI, MABr, PbBr 2 was prepared at a molar ratio of 0.83: 0.83: 0.17: 0.17 and mixed at a volume ratio of 4: 1. After adjusting the DMF and DMSO mixed solution to 1.25 mol / L, 0.36 ml of the obtained mixed solution was dropped on the substrate with a micropipette, and spin coating was performed at a speed of 1000 rpm for 10 seconds. While rotating for 20 seconds at a speed of 6000 rpm, chlorobenzene was further dropped with a 0.27 ml micropipette, and then the substrate was baked for 60 minutes at a substrate temperature of 100 ° C., so that the black light absorbing layer 4 was formed. Been formed.

1枚目の電子輸送層を形成したFTO基板に対し光吸収層4を形成した後に、光吸収層の形成雰囲気を新たな窒素に置換した。続いて、電子輸送層が形成された2枚目のFTO基板に対しても上述した方法で光吸収層を形成した。他の3枚のFTO基板に対しても、各基板に光吸収層を形成させる前に、光吸収層の形成雰囲気を新たな窒素に置換した後に、上述した方法で光吸収層4を形成した。   After the light absorption layer 4 was formed on the FTO substrate on which the first electron transport layer was formed, the atmosphere in which the light absorption layer was formed was replaced with new nitrogen. Then, the light absorption layer was formed with the method mentioned above also with respect to the 2nd FTO board | substrate with which the electron carrying layer was formed. Also for the other three FTO substrates, the light absorption layer 4 was formed by the above-described method after the atmosphere for forming the light absorption layer was replaced with new nitrogen before forming the light absorption layer on each substrate. .

[正孔輸送層形成工程]
続いて、各基板のFA0.83MA0.17Pb(I0.83Br0.17)3を形成した側に、正孔輸送層5として、Spiro−OMeTADを200nmの膜厚で形成した。具体的には、Spiro−OMeTAD、LiTFSi(リチウムビス(フルオロスルホニル)イミド)、tBP(tert−ブチルピリジン)、Co錯体(FK209:dyesol社製)をそれぞれ70mmol/L、35mmol/L、200mmol/L、2mmol/Lの濃度で含むクロロベンゼン溶液0.18mlを基板上にマイクロピペットにて滴下し、スピンコートを3000rpmの速度にて30秒実施した後、基板を基板温度70℃として30分間焼成することで正孔輸送層5を形成した。
[Hole transport layer formation process]
Subsequently, Spiro-OMeTAD having a thickness of 200 nm was formed as the hole transport layer 5 on the side of each substrate on which FA 0.83 MA 0.17 Pb (I 0.83 Br 0.17 ) 3 was formed. Specifically, Spiro-OMeTAD, LiTFSi (lithium bis (fluorosulfonyl) imide), tBP (tert-butylpyridine), and Co complex (FK209: manufactured by Diesol) were respectively 70 mmol / L, 35 mmol / L, and 200 mmol / L. Drop 0.18 ml of a chlorobenzene solution containing 2 mmol / L with a micropipette on the substrate, spin coat at a speed of 3000 rpm for 30 seconds, and then fire the substrate at a substrate temperature of 70 ° C. for 30 minutes. Then, the hole transport layer 5 was formed.

[金属電極層形成工程]
その後、各基板の正孔輸送層を形成した側に、金属電極層6として、Auを200nmの膜厚で抵抗加熱蒸着により形成した。こうして、ペロブスカイト型光電変換素子を5枚作製した。
[Metal electrode layer forming process]
Thereafter, Au was formed as a metal electrode layer 6 by resistance heating vapor deposition on the side where the hole transport layer was formed on each substrate. In this manner, five perovskite photoelectric conversion elements were produced.

(比較例1〜比較例5)
下記の表1に示すように、光吸収層形成工程において、光吸収層の形成後に新たな窒素への置換作業を行わずに、5枚連続して光吸収層の形成を行った点を除いては実施例1〜実施例5と同様にして、ペロブスカイト型光電変換素子を作製した。
(Comparative Examples 1 to 5)
As shown in Table 1 below, in the light absorption layer formation step, after the light absorption layer is formed, the replacement work with new nitrogen is not performed, and the five light absorption layers are continuously formed. In the same manner as in Examples 1 to 5, perovskite photoelectric conversion elements were produced.

[評価方法]
ソーラーシミュレータを用いて100mW/cm2の照度の光を、各実施例および各比較例で得られた光電変換素子に照射し、各光電変換素子の電流−電圧特性を測定して変換効率(Eff)を測定した。また、各実施例および各比較例で得られた光電変換素子においてCuKα線を用いたθ−2θ法によるX線回折測定を行い、2θ=14°近傍にて観測できる光吸収層4に含まれるペロブスカイトに由来した(002)面、(110)面のピークについて図3に示すように、擬ヴォイト関数によって、最小二乗法にてフィッティングを行い、ピーク分離を実施した。ピーク分離に用いる関数およびフィッティング手法は、一般的なものを用いることができ特に限定されない。関数としては、例えば、ガウス関数、ローレンツ関数、および、擬ヴォイト関数、並びに、これらの関数や他の関数の複数を組み合わせた関数などを用いることができる。分離したピークに関して(002)面のピークの強度I(002)と(110)面のピークの強度I(110)のピーク強度比I(110)/I(002)を算出した。評価結果を表1に示す。
[Evaluation method]
Conversion efficiency (Eff) is measured by irradiating the photoelectric conversion element obtained in each example and each comparative example with light having an illuminance of 100 mW / cm 2 using a solar simulator, and measuring the current-voltage characteristics of each photoelectric conversion element. Was measured. In addition, the photoelectric conversion elements obtained in the respective examples and comparative examples are included in the light absorption layer 4 that can be observed in the vicinity of 2θ = 14 ° by performing X-ray diffraction measurement by the θ-2θ method using CuKα rays. As shown in FIG. 3, the peaks on the (002) plane and the (110) plane derived from perovskite were fitted by the least square method using a pseudo-voit function, and peak separation was performed. The functions and fitting methods used for peak separation can be general ones and are not particularly limited. As the function, for example, a Gaussian function, a Lorentz function, a pseudo-Voit function, and a function obtained by combining a plurality of these functions or other functions can be used. The peak intensity ratio I (110) / I (002) between the peak intensity I (002) on the (002) plane and the peak intensity I (110) on the (110) plane was calculated for the separated peaks. The evaluation results are shown in Table 1.

実施例1〜実施例5、及び比較例1から比較例5から、光吸収層の形成前に、光吸収層の形成雰囲気を窒素に置換することにより、複数の基板に対し、光吸収層を連続して形成させた場合であっても、高い変換効率が維持されている光電変換素子が作製されていることが分かる。   From Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 5, before forming the light absorbing layer, the light absorbing layer is formed on a plurality of substrates by replacing the formation atmosphere of the light absorbing layer with nitrogen. It can be seen that even when formed continuously, a photoelectric conversion element maintaining high conversion efficiency is manufactured.

1.透明基板
2.透明電極層
3.電子輸送層
3a.ブロッキング層
3b.多孔質担体層
4.光吸収層
5.正孔輸送層
6.金属電極層
10.光電変換素子
20.第一の光電変換ユニット
30.第二の光電変換ユニット
31.基板
32.第一導電層
33.第二導電層
100.光電変換素子
1. Transparent substrate 2. Transparent electrode layer Electron transport layer 3a. Blocking layer 3b. 3. Porous carrier layer 4. Light absorption layer Hole transport layer 6. Metal electrode layer 10. Photoelectric conversion element 20. First photoelectric conversion unit 30. Second photoelectric conversion unit 31. Substrate 32. First conductive layer 33. Second conductive layer 100. Photoelectric conversion element

Claims (7)

ペロブスカイト化合物を含む光吸収層と、該光吸収層の片側に配置される電子輸送層と、該光吸収層のもう片側に配置される正孔輸送層と、透明電極層を有し、
前記ペロブスカイト化合物が、
一般式:
ABX3
(一般式中、Aは1価のカチオン、Bは2価の金属イオンであり、Xはそれぞれ独立してF、Cl、BrまたはIである。)
で表され、
前記ペロブスカイト化合物は、θ−2θ法によるX線回折測定において、2θ=13.9°付近に現れる(002)回折ピークと2θ=14°付近に現れる(110)回折ピークを有し、(002)面のピークの強度I(002)と(110)面のピークの強度I(110)のピーク強度比I(110)/I(002)が、1.35から3.00であり、
前記電子輸送層または前記正孔輸送層は、前記透明電極層上に配置された光電変換素子を複数組み合わせてなる太陽電池モジュール。
A light absorption layer containing a perovskite compound, an electron transport layer disposed on one side of the light absorption layer, a hole transport layer disposed on the other side of the light absorption layer, and a transparent electrode layer,
The perovskite compound is
General formula:
ABX 3
(In the general formula, A is a monovalent cation, B is a divalent metal ion, and X is independently F, Cl, Br, or I.)
Represented by
The perovskite compound has a (002) diffraction peak appearing in the vicinity of 2θ = 13.9 ° and a (110) diffraction peak appearing in the vicinity of 2θ = 14 ° in the X-ray diffraction measurement by the θ-2θ method. (002) The peak intensity ratio I (110) / I (002) between the peak intensity I (002) of the plane and the peak intensity I (110) of the (110) plane is 1.35 to 3.00,
The electron transport layer or the hole transport layer is a solar cell module formed by combining a plurality of photoelectric conversion elements arranged on the transparent electrode layer.
前記ピーク強度比が1.50から2.00である、請求項1に記載の太陽電池モジュール。   The solar cell module according to claim 1, wherein the peak intensity ratio is 1.50 to 2.00. 前記透明電極層のヘイズ率が5%から20%である、請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。   The solar cell module according to claim 1 or 2, wherein the transparent electrode layer has a haze ratio of 5% to 20%. 前記ヘイズ率が10%から15%である、請求項3に記載の太陽電池モジュール。   The solar cell module according to claim 3, wherein the haze ratio is 10% to 15%. 光電変換する別の光電変換ユニットをさらに有する、請求項1から4のいずれかに記載の太陽電池モジュール。   The solar cell module according to claim 1, further comprising another photoelectric conversion unit that performs photoelectric conversion. 前記別の光電変換ユニットが結晶シリコン基板を含む、請求項5に記載の太陽電池モジュール。   The solar cell module according to claim 5, wherein the another photoelectric conversion unit includes a crystalline silicon substrate. 基板上にぺロブスカイト化合物を含む光吸収層と、該光吸収層の片側に配置される電子輸送層と、該光吸収層のもう片側に配置される正孔輸送層とを有する複数の光電変換素子の製造方法であって、
複数の前記基板上にペロブスカイト化合物を含む光吸収層を形成する工程において、
不活性ガス雰囲気中で、第一の前記基板上に前記光吸収層を形成する工程と、
前記不活性ガスを新たな不活性ガスに置換する工程と、
前記新たな不活性ガス雰囲気中で、第二の前記基板上に前記光吸収層を形成する工程と、
がこの順に行われることを含む、複数の光電変換素子の製造方法。
A plurality of photoelectric conversions having a light absorption layer containing a perovskite compound on a substrate, an electron transport layer disposed on one side of the light absorption layer, and a hole transport layer disposed on the other side of the light absorption layer A method for manufacturing an element, comprising:
In the step of forming a light absorption layer containing a perovskite compound on a plurality of the substrates,
Forming the light absorption layer on the first substrate in an inert gas atmosphere;
Replacing the inert gas with a new inert gas;
Forming the light absorption layer on the second substrate in the new inert gas atmosphere;
Are performed in this order. The manufacturing method of several photoelectric conversion elements.
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