JP2020137161A - Photoelectric conversion device - Google Patents

Photoelectric conversion device Download PDF

Info

Publication number
JP2020137161A
JP2020137161A JP2019023523A JP2019023523A JP2020137161A JP 2020137161 A JP2020137161 A JP 2020137161A JP 2019023523 A JP2019023523 A JP 2019023523A JP 2019023523 A JP2019023523 A JP 2019023523A JP 2020137161 A JP2020137161 A JP 2020137161A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solar cell
photoelectric conversion
bias voltage
conversion device
perovskite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019023523A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7225881B2 (en
Inventor
直哉 二宮
Naoya Ninomiya
直哉 二宮
龍一 芳山
Ryuichi Yoshiyama
龍一 芳山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Chemical Group Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Mitsubishi Chemical Holdings Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp, Mitsubishi Chemical Holdings Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2019023523A priority Critical patent/JP7225881B2/en
Publication of JP2020137161A publication Critical patent/JP2020137161A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7225881B2 publication Critical patent/JP7225881B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

To provide a photoelectric conversion device using a perovskite solar cell capable of suppressing a decrease in power generation performance when shifting from a dark environment to a light intensity that can generate electricity.SOLUTION: The photoelectric conversion device includes: a perovskite solar cell 24; and a bias voltage applying mechanism 20, electrically connected to the solar cell, capable of applying a bias voltage to the solar cell. The bias voltage applying mechanism includes: voltage output means 21 for applying a voltage to a solar battery cell; and control means 22 for controlling to apply a bias voltage Vb to the solar cell after the solar cell is exposed to a condition of illuminance of 10 Lx or less and before the solar cell is again exposed to a situation where the illuminance exceeds 10 Lx.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、ペロブスカイト型太陽電池セルを有する光電変換装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device having a perovskite type solar cell.

ペロブスカイト型太陽電池は、近年その光電変換効率の高さ及び製造の容易さから、シリコンを用いた光電池にとって代わる可能性を秘めた材料として注目を集めている。さらに、低照度下においても優れた発電効率を示す特長を有することから、特に小さい面積で動作するセンサやIoT機器のセンサデータの発信源として使うことなども有効な用途として考えられている。 In recent years, perovskite-type solar cells have been attracting attention as materials that have the potential to replace silicon-based photovoltaic cells due to their high photoelectric conversion efficiency and ease of manufacture. Further, since it has a feature of showing excellent power generation efficiency even under low illuminance, it is considered to be an effective application such as being used as a source of sensor data of a sensor operating in a particularly small area or an IoT device.

例えば特許文献1では、電子機器にペロブスカイト型太陽電池を組み込むことで、装飾自由度の高いデバイスを提供できるとされている。
また、特許文献2には、ペロブスカイト太陽電池も太陽光を照射し続けると時間と共に変換効率が低下するため、非発電時に光吸収層に電流を流す技術が開示されている。
For example, Patent Document 1 states that by incorporating a perovskite-type solar cell into an electronic device, a device having a high degree of freedom in decoration can be provided.
Further, Patent Document 2 discloses a technique of passing a current through a light absorption layer during non-power generation because the conversion efficiency of a perovskite solar cell also decreases with time if it is continuously irradiated with sunlight.

特開2018−125359号公報JP-A-2018-125359 国際公開特許2017−221535号公報International Publication Patent No. 2017-221535

本発明者らは、ペロブスカイト型太陽電池の応用について検討したところ、ペロブスカイト型太陽電池は、発電できない暗環境下に置かれた後、発電可能な光強度の下に置かれても、すぐにはその発電能力が発現しないことが解った。本発明者らの検討では、ペロブスカイト型太陽電池は、発電できない暗環境下に置かれた後、発電可能な光強度の下に置かれた場合、発電電圧が低い状態をしばらくの間保持するため、本来の発電能力を発揮するまでに10分程度の時間を要することを見出した。
本発明の課題は、暗環境下から発電可能な光強度の下に移行した際に、発電電圧の低下を抑制できる、ペロブスカイト型太陽電池を用いた光電変換装置を提供することにある。
When the present inventors examined the application of a perovskite-type solar cell, the perovskite-type solar cell was placed in a dark environment where it could not generate electricity, and then immediately after being placed under a light intensity capable of generating electricity. It turned out that the power generation capacity did not appear. According to the study by the present inventors, the perovskite type solar cell maintains a low power generation voltage for a while when it is placed under a light intensity capable of generating power after being placed in a dark environment where it cannot generate power. , It was found that it takes about 10 minutes to demonstrate the original power generation capacity.
An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device using a perovskite type solar cell, which can suppress a decrease in power generation voltage when shifting from a dark environment to a light intensity capable of generating power.

本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を進め、ペロブスカイト型太陽電池が置かれる環境が一定照度以下となった後に、当該ペロブスカイト型太陽電池に発電時と同じ極性の適度なバイアス電圧を印加することにより、かかる問題が発生せず、迅速に所望の発電能力を発現できることを見出し、本発明に到達した。本発明は、以下のものを含む。 The present inventors have proceeded with research to solve the above problems, and after the environment in which the perovskite-type solar cell is placed becomes below a certain illuminance, the perovskite-type solar cell is subjected to an appropriate bias voltage having the same polarity as during power generation. We have found that by applying the power, the desired power generation capacity can be quickly developed without causing such a problem, and the present invention has been reached. The present invention includes the following.

(1)ペロブスカイト型太陽電池セル、及び
前記太陽電池セルに電気的に接続され、且つ前記太陽電池セルにバイアス電圧を印加し得る、バイアス電圧印加機構、を有し、
前記バイアス電圧印加機構は、前記太陽電池セルに電圧を印加する電圧出力手段と、前記太陽電池セルが照度10Lx以下の状態に曝された後、前記太陽電池セルが再度照度10Lxを超える状況に曝される前に、前記太陽電池セルにバイアス電圧Vbを印加するよう制御し得る制御手段と、を有する光電変換装置。
(2)前記バイアス電圧印加機構は、照度10Lx以下であることを検知する検知手段を有する(1)に記載の光電変換装置。
(3)前記印加バイアス電圧Vbが、Vb/Voc=0.05〜1.2である(1)又は
(2)に記載の光電変換装置(ただしVocはLED光源200Lx条件下のペロブスカイト型太陽電池セルの開放電圧である)。
(4)前記印加バイアス電圧Vbが、Vb/Voc=0.1〜1.0である(3)に記載の光電変換装置。
(5)前記ペロブスカイト型太陽電池セルが、順型ペロブスカイト型太陽電池セルである(1)乃至(4)のいずれかに記載の光電変換装置。
(6)前記ペロブスカイト型太陽電池セルを直列化したペロブスカイト型太陽電池モジュールを有する(1)乃至(5)のいずれかに記載の光電変換装置。
(7)ペロブスカイト型太陽電池セル、及び
前記太陽電池セルに電気的に接続され、且つ前記太陽電池セルにバイアス電圧を印加し得る、バイアス電圧印加機構、を有する光電変換装置の運転方法であって、
前記太陽電池セルが照度10Lx以下の状態において、前記太陽電池セルにバイアス電圧Vbを印加する印加ステップ、を含む光電変換装置の運転方法。
(1) It has a perovskite type solar cell and a bias voltage applying mechanism that is electrically connected to the solar cell and can apply a bias voltage to the solar cell.
The bias voltage applying mechanism includes a voltage output means for applying a voltage to the solar cell and a situation in which the solar cell is exposed to a state where the illuminance exceeds 10 Lx again after the solar cell is exposed to a state where the illuminance is 10 Lx or less. A photoelectric conversion device having a control means capable of controlling the application of a bias voltage Vb to the solar cell before being performed.
(2) The photoelectric conversion device according to (1), wherein the bias voltage applying mechanism has a detecting means for detecting that the illuminance is 10 Lx or less.
(3) The photoelectric conversion device according to (1) or (2), wherein the applied bias voltage Vb is Vb / Voc = 0.05 to 1.2 (however, Voc is a perovskite type solar cell under the condition of LED light source 200Lx. The open circuit voltage of the cell).
(4) The photoelectric conversion device according to (3), wherein the applied bias voltage Vb is Vb / Voc = 0.1 to 1.0.
(5) The photoelectric conversion device according to any one of (1) to (4), wherein the perovskite type solar cell is a normal type perovskite type solar cell.
(6) The photoelectric conversion device according to any one of (1) to (5), which has a perovskite type solar cell module in which the perovskite type solar cell is serialized.
(7) A method of operating a perovskite-type solar cell and a photoelectric conversion device having a bias voltage applying mechanism that is electrically connected to the solar cell and can apply a bias voltage to the solar cell. ,
A method of operating a photoelectric conversion device including an application step of applying a bias voltage Vb to the solar cell in a state where the solar cell has an illuminance of 10 Lx or less.

一実施形態としての光電変換素子を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the photoelectric conversion element as one Embodiment. 一実施形態としての太陽電池を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the solar cell as one Embodiment. 一実施形態としての太陽電池モジュールを模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the solar cell module as one Embodiment. 一実施形態としての光電変換装置を模式的に表すブロック図である。It is a block diagram which shows typically the photoelectric conversion apparatus as one Embodiment.

以下、本発明について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はこれらの内容に限定されるものではなく、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents. It can be implemented with various modifications within the scope of the abstract.

本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、ペロブスカイト型太陽電池セル、及び該太陽電池セルにバイアス電圧を印加し得るバイアス電圧印加機構を有する。ペロブスカイト型太陽電池は、通常、一対の電極と、その間に位置するハライド系有機無機ペロブスカイト半導体化合物を含む活性層と、を有する。詳細は後述する。 The photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention includes a perovskite type solar cell and a bias voltage applying mechanism capable of applying a bias voltage to the solar cell. A perovskite-type solar cell usually has a pair of electrodes and an active layer containing a halide-based organic-inorganic perovskite semiconductor compound located between them. Details will be described later.

本実施形態に係る光電変換装置はバイアス電圧印加機構を有し、バイアス電圧印加機構は、前記太陽電池セルに電圧を印加する電圧出力手段と、前記太陽電池セルが照度10Lx以下の状態に曝された後、前記太陽電池セルが再度照度10Lxを超える状況に晒される前に、前記太陽電池セルにバイアス電圧Vbを印加するよう制御し得る制御手段と、を有する。また、太陽電池セルの環境が、照度10Lx以下であることを検知する検知手段を有してもよい。 The photoelectric conversion device according to the present embodiment has a bias voltage applying mechanism, and the bias voltage applying mechanism is exposed to a voltage output means for applying a voltage to the solar cell and a state in which the solar cell has an illuminance of 10 Lx or less. After that, the solar cell is provided with a control means that can control the application of the bias voltage Vb to the solar cell before it is exposed to the situation where the illuminance exceeds 10 Lx again. Further, it may have a detecting means for detecting that the environment of the solar cell has an illuminance of 10 Lx or less.

本実施形態のペロブスカイト型太陽電池は、照度10Lx以下の暗環境下に置かれた場合、上部電極および下部電極の両極に存在していたメチルアンモニウムイオン、および、ヨウ素イオンが活性層内に拡散する。その後、発電可能な光強度の下に置かれても、上部電極および下部電極の両極へイオンが移動するまでは発電能力が不十分となり、発電電圧が低い状態をしばらくの間保持するため、本来の発電能力を発揮するまでに10分程度の時間を要するとの知見に基づくものである。本実施形態の光電変換装置はバイアス電圧印加機構を有し、該バイアス電圧印加機構は、ペロブスカイト型太陽電池セルに対し、照度10Lx以下の状態に曝された後、前記太陽電池セルが再度照度10Lxを超える状況に晒される前に、前記太陽電池セルにバイアス電圧Vbを印加するよう制御することで、本来の発電能力を早急に発現させようというものである。以下、図4に基づき説明する。 In the perovskite type solar cell of the present embodiment, when placed in a dark environment with an illuminance of 10 Lx or less, methylammonium ions and iodine ions existing at both electrodes of the upper electrode and the lower electrode diffuse into the active layer. .. After that, even if it is placed under the light intensity that can generate power, the power generation capacity becomes insufficient until the ions move to both electrodes of the upper electrode and the lower electrode, and the power generation voltage remains low for a while. It is based on the finding that it takes about 10 minutes to demonstrate the power generation capacity of. The photoelectric conversion device of the present embodiment has a bias voltage application mechanism, and the bias voltage application mechanism exposes the perovskite type solar cell to a state of illuminance of 10 Lx or less, and then the solar cell again has an illuminance of 10 Lx. By controlling the application of the bias voltage Vb to the solar cell before being exposed to the situation exceeding the above, the original power generation capacity is promptly developed. Hereinafter, description will be made based on FIG.

図4は、本実施形態の光電変換装置200の模式図を示す。
ペロブスカイト型太陽電池セル24は、バイアス電圧印加機構20中の電圧出力手段2
1と電気的に接続される。
電圧出力手段21は、バイアス電圧をペロブスカイト型太陽電池セル24に印加できれば特段限定されず、外部電源であってもよいが、通常太陽電池セルを設置する環境下において、外部電源のアウトレットが無い場合もあるため、電池、キャパシタ等を電圧出力手段として使用してもよい。
FIG. 4 shows a schematic view of the photoelectric conversion device 200 of the present embodiment.
The perovskite type solar cell 24 is a voltage output means 2 in the bias voltage application mechanism 20.
It is electrically connected to 1.
The voltage output means 21 is not particularly limited as long as a bias voltage can be applied to the perovskite type solar cell 24, and may be an external power source. However, in an environment where a solar cell is usually installed, there is no outlet for an external power source. Therefore, a battery, a capacitor, or the like may be used as the voltage output means.

電圧出力手段21は、制御手段22により、電圧の出力を制御される。制御手段22の制御は、一例としては、照度センサなどの照度検知手段23が検知した照度の数値を得て、当該照度が10Lx以下であった場合には、電圧出力手段21により、ペロブスカイト型太陽電池セル24にバイアス電圧を印加するように制御することが挙げられる。 The voltage output means 21 is controlled by the control means 22 to output a voltage. As an example, the control of the control means 22 is performed by obtaining a numerical value of the illuminance detected by the illuminance detection means 23 such as an illuminance sensor, and when the illuminance is 10 Lx or less, the voltage output means 21 is used to control the perovskite type sun. Controlled so as to apply a bias voltage to the battery cell 24 can be mentioned.

本実施形態の光電変換装置は、照度検知手段23を有しない形態もあり得る。例えば、工場や家庭などで、消灯した場合の照度が10Lx以下となる場合であって、次に照明を点灯する時間があらかじめ決まっているときには、制御手段22にタイマーを組み込むことで、照明が点灯する一定時間前にペロブスカイト型太陽電池セル24にバイアス電圧を印加するように制御することができる。 The photoelectric conversion device of the present embodiment may not have the illuminance detecting means 23. For example, in a factory or home, when the illuminance when the light is turned off is 10 Lx or less and the time for turning on the light is predetermined, the light is turned on by incorporating a timer in the control means 22. The bias voltage can be controlled to be applied to the perovskite type solar cell 24 before a certain period of time.

電圧出力手段21により、ペロブスカイト型太陽電池セル24にバイアス電圧を印加するタイミングは特段限定されないが、上記述べたように、一度暗環境に曝されたペロブスカイト型太陽電池24は、本来の発電能力を発揮するまでに10分程度の時間を要するため、再度10Lxを上回る照度となる5分前にバイアス電圧を印加してよく、7分前にバイアス電圧を印加してよく、10分前にバイアス電圧を印加してもよい。一方で、再度10Lxを上回る照度となる時点よりも相当前にバイアス電圧を印加すると、エネルギーを無駄にしてしまうことから、30分前以内に電圧を印加してよく、20分前以内に電圧を印加してよく、15分前以内に電圧を印加してもよい。
一方で、どのタイミングで再度10Lxを上回る照度となるか不明である場合には、照度が10Lx以下となった時点で電圧を印加するような制御をしてもよい。
The timing at which the bias voltage is applied to the perovskite type solar cell 24 by the voltage output means 21 is not particularly limited, but as described above, the perobskite type solar cell 24 once exposed to the dark environment has the original power generation capacity. Since it takes about 10 minutes to exert the effect, the bias voltage may be applied 5 minutes before the illuminance exceeds 10 Lx again, the bias voltage may be applied 7 minutes before, and the bias voltage may be applied 10 minutes before. May be applied. On the other hand, if the bias voltage is applied well before the time when the illuminance exceeds 10 Lx again, energy is wasted. Therefore, the voltage may be applied within 30 minutes, and the voltage may be applied within 20 minutes. It may be applied, and the voltage may be applied within 15 minutes before.
On the other hand, when it is unclear at what timing the illuminance exceeds 10 Lx again, control may be performed so that the voltage is applied when the illuminance becomes 10 Lx or less.

電圧出力手段21によりペロブスカイト型太陽電池セル24に印加するバイアス電圧(Vb)は特段限定されないが、LED光源200Lx下のペロブスカイト型太陽電池セルの開放電圧(Voc)に対する値として、即ちVb/Vocが通常0.05以上であり、好ましくは0.1以上であり、より好ましくは0.2以上であり、また通常1.2以下であり、好ましくは1.0以下であり、より好ましくは0.8以下である。上記の下限範囲とすることで、ペロブスカイト型太陽電池セル内の活性層内のイオン拡散を十分に促すことで本来の発電特性に戻すことができ、一方、上記の上限範囲とすることでペロブスカイト型太陽電池セルの発電特性の劣化を抑制することができる。 The bias voltage (Vb) applied to the perovskite type solar cell 24 by the voltage output means 21 is not particularly limited, but as a value with respect to the open circuit voltage (Voc) of the perovskite type solar cell under the LED light source 200Lx, that is, Vb / Voc. It is usually 0.05 or more, preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, and usually 1.2 or less, preferably 1.0 or less, more preferably 0. It is 8 or less. By setting the above lower limit range, it is possible to return to the original power generation characteristics by sufficiently promoting the ion diffusion in the active layer in the perovskite type solar cell, while by setting the above upper limit range, the perovskite type It is possible to suppress deterioration of the power generation characteristics of the solar cell.

ペロブスカイト型太陽電池セル24は、順型のペロブスカイト型太陽電池セルであっても逆型のペロブスカイト型太陽電池セルであってよいが、逆型のペロブスカイト型太陽電池セルに対して順型のペロブスカイト型太陽電池セルでは、照度10Lx以下のような暗所環境下では正孔輸送層のドーパントが不安定となるため、発電特性の低下がより顕著に表れる特徴を有する。 The perovskite type solar cell 24 may be a normal type perovskite type solar cell or an inverted type perovskite type solar cell, but is a normal type perovskite type with respect to the reverse type perovskite type solar cell. The solar cell has a feature that the dopant of the hole transport layer becomes unstable in a dark environment such as an illuminance of 10 Lx or less, so that the power generation characteristics are more significantly deteriorated.

次に、ペロブスカイト型太陽電池セル(以下、光電変換素子とも称する)を、図面を用いて説明する。
[1.一実施形態に係る光電変換素子]
図1は、光電変換素子の一実施形態を模式的に表す断面図である。図1に示される光電変換素子は、一般的な薄膜太陽電池に用いられる光電変換素子の構造であるが、本実施形態に係る光電変換素子が図1に示される構造のものに限られるわけではない。図1に示す光電変換素子100においては、下部電極101、及び上部電極105で構成される一対
の電極の間に、活性層103が位置している。また、光電変換素子100において、下部電極101と活性層103との間に、電子輸送層102が配置されてもよく、また、上部電極105と活性層103との間に、正孔輸送層104が配置されてもよい。さらに、図1に示すように、光電変換素子100が、基材106、絶縁体層、及び仕事関数チューニング層のようなその他の層を有していてもよい。
Next, a perovskite type solar cell (hereinafter, also referred to as a photoelectric conversion element) will be described with reference to the drawings.
[1. Photoelectric conversion element according to one embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a photoelectric conversion element. The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 has a structure of a photoelectric conversion element used in a general thin-film solar cell, but the photoelectric conversion element according to the present embodiment is not limited to the structure shown in FIG. Absent. In the photoelectric conversion element 100 shown in FIG. 1, the active layer 103 is located between the pair of electrodes composed of the lower electrode 101 and the upper electrode 105. Further, in the photoelectric conversion element 100, the electron transport layer 102 may be arranged between the lower electrode 101 and the active layer 103, and the hole transport layer 104 may be arranged between the upper electrode 105 and the active layer 103. May be placed. Further, as shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 100 may have other layers such as a base material 106, an insulator layer, and a work function tuning layer.

[1.1 活性層]
活性層103は光電変換が行われる層である。光電変換素子100が光を受けると、光が活性層103に吸収されてキャリアが発生し、発生したキャリアは下部電極101及び上部電極105から取り出される。
[1.1 Active layer]
The active layer 103 is a layer on which photoelectric conversion is performed. When the photoelectric conversion element 100 receives light, the light is absorbed by the active layer 103 to generate carriers, and the generated carriers are taken out from the lower electrode 101 and the upper electrode 105.

本実施形態において、活性層103は有機無機ハイブリッド型半導体材料を含有する。有機無機ハイブリッド型半導体材料とは、有機成分と無機成分とが分子レベル又はナノレベルで組み合わせられた材料であって、半導体特性を示す材料のことを指す。 In the present embodiment, the active layer 103 contains an organic-inorganic hybrid semiconductor material. The organic-inorganic hybrid semiconductor material refers to a material in which an organic component and an inorganic component are combined at the molecular level or the nano level, and exhibits semiconductor characteristics.

本実施形態において、有機無機ハイブリッド型半導体材料は、ペロブスカイト構造を有する化合物(以下、ペロブスカイト半導体化合物と呼ぶことがある)である。ペロブスカイト半導体化合物とは、ペロブスカイト構造を有する半導体化合物のことを指す。ペロブスカイト半導体化合物としては、特段の制限はないが、例えば、Galasso et al. Structure and Properties of Inorganic Solids, Chapter 7 - Perovskite type and related structuresで挙げられているものから選ぶことができる。例えば、ペロブスカイト半導体
化合物としては、一般式AMXで表されるAMX型のもの又は一般式AMXで表されるAMX型のものが挙げられる。ここで、Mは2価のカチオンを、Aは1価のカチオンを、Xは1価のアニオンを指す。
In the present embodiment, the organic-inorganic hybrid semiconductor material is a compound having a perovskite structure (hereinafter, may be referred to as a perovskite semiconductor compound). The perovskite semiconductor compound refers to a semiconductor compound having a perovskite structure. The perovskite semiconductor compound is not particularly limited, but can be selected from, for example, those listed in Galasso et al. Structure and Properties of Inorganic Solids, Chapter 7 --Perovskite type and related structures. For example, the perovskite semiconductor compounds, of the general formula A 2 MX 4 type represented by those or the general formula A 2 MX 4 of AMX 3 type represented by AMX 3 and the like. Here, M refers to a divalent cation, A refers to a monovalent cation, and X refers to a monovalent anion.

1価のカチオンAに特段の制限はないが、上記Galassoの著書に記載されているものを用いることができる。より具体的な例としては、周期表第1族及び第13族乃至第16族元素を含むカチオンが挙げられる。これらの中でも、セシウムイオン、ルビジウムイオン、置換基を有していてもよいアンモニウムイオン又は置換基を有していてもよいホスホニウムイオンが好ましい。置換基を有していてもよいアンモニウムイオンの例としては、1級アンモニウムイオン又は2級アンモニウムイオンが挙げられる。置換基にも特段の制限はない。置換基を有していてもよいアンモニウムイオンの具体例としては、アルキルアンモニウムイオン又はアリールアンモニウムイオンが挙げられる。特に、立体障害を避けるために、3次元の結晶構造となるモノアルキルアンモニウムイオンが好ましく、安定性向上の観点からは、一つ以上のフッ素基を置換したアルキルアンモニウムイオンを用いることが好ましい。また、カチオンAとして2種類以上のカチオンの組み合わせを用いることもできる。 The monovalent cation A is not particularly limited, but the one described in the above-mentioned Galasso's book can be used. More specific examples include cations containing Group 1 and Group 13 to Group 16 elements of the periodic table. Among these, cesium ion, rubidium ion, ammonium ion which may have a substituent or phosphonium ion which may have a substituent are preferable. Examples of ammonium ions that may have a substituent include primary ammonium ions or secondary ammonium ions. There are no particular restrictions on the substituents. Specific examples of ammonium ions that may have a substituent include alkylammonium ions or arylammonium ions. In particular, monoalkylammonium ions having a three-dimensional crystal structure are preferable in order to avoid steric hindrance, and from the viewpoint of improving stability, alkylammonium ions substituted with one or more fluorine groups are preferably used. Further, a combination of two or more kinds of cations can be used as the cation A.

1価のカチオンAの具体例としては、メチルアンモニウムイオン、モノフッ化メチルアンモニウムイオン、ジフッ化メチルアンモニウムイオン、トリフッ化メチルアンモニウムイオン、エチルアンモニウムイオン、イソプロピルアンモニウムイオン、n−プロピルアンモニウムイオン、イソブチルアンモニウムイオン、n−ブチルアンモニウムイオン、t−ブチルアンモニウムイオン、ジメチルアンモニウムイオン、ジエチルアンモニウムイオン、フェニルアンモニウムイオン、ベンジルアンモニウムイオン、フェネチルアンモニウムイオン、グアニジウムイオン、ホルムアミジニウムイオン、アセトアミジニウムイオン又はイミダゾリウムイオン等が挙げられる。 Specific examples of the monovalent cation A include methylammonium ion, monofluoromethylammonium ion, difluoride methylammonium ion, trifluoride methylammonium ion, ethylammonium ion, isopropylammonium ion, n-propylammonium ion, and isobutylammonium ion. , N-butylammonium ion, t-butylammonium ion, dimethylammonium ion, diethylammonium ion, phenylammonium ion, benzylammonium ion, phenethylammonium ion, guanidium ion, formamidinium ion, acetoamidinium ion or imidazolium Ions and the like can be mentioned.

2価のカチオンMにも特段の制限はないが、2価の金属カチオン又は半金属カチオンであることが好ましい。具体的な例としては周期表第14族元素のカチオンが挙げられ、より具体的な例としては、鉛カチオン(Pb2+)、スズカチオン(Sn2+)、ゲルマニ
ウムカチオン(Ge2+)が挙げられる。また、カチオンMとして2種類以上のカチオンの組み合わせを用いることもできる。なお、安定な光電変換素子を得る観点からは、鉛カチオン又は鉛カチオンを含む2種以上のカチオンを用いることが特に好ましい。
The divalent cation M is also not particularly limited, but is preferably a divalent metal cation or a metalloid cation. Specific examples include cations of Group 14 elements of the periodic table, and more specific examples include lead cations (Pb 2+ ), tin cations (Sn 2+ ), and germanium cations (Ge 2+ ). Further, a combination of two or more kinds of cations can be used as the cation M. From the viewpoint of obtaining a stable photoelectric conversion element, it is particularly preferable to use a lead cation or two or more kinds of cations containing a lead cation.

1価のアニオンXの例としては、ハロゲン化物イオン、酢酸イオン、硝酸イオン、硫酸イオン、ホウ酸イオン、アセチルアセトナートイオン、炭酸イオン、クエン酸イオン、硫黄イオン、テルルイオン、チオシアン酸イオン、チタン酸イオン、ジルコン酸イオン、2,4−ペンタンジオナトイオン又はケイフッ素イオン等が挙げられる。バンドギャップを調整するためには、Xは1種類のアニオンであってもよいし、2種類以上のアニオンの組み合わせであってもよい。一実施形態において、Xとしてはハロゲン化物イオン、又はハロゲン化物イオンとその他のアニオンとの組み合わせが挙げられる。ハロゲン化物イオンXの例としては、塩化物イオン、臭化物イオン又はヨウ化物イオン等が挙げられる。半導体のバンドギャップを広げすぎない観点から、ヨウ化物イオンを用いることが好ましい。 Examples of monovalent anion X include halide ion, acetate ion, nitrate ion, sulfate ion, borate ion, acetylacetonate ion, carbonate ion, citrate ion, sulfur ion, tellurium ion, thiocyanate ion, and titanoic acid. Examples thereof include an ion, a zirconate ion, a 2,4-pentandionato ion, a siliceous fluorine ion and the like. In order to adjust the bandgap, X may be one kind of anion or a combination of two or more kinds of anions. In one embodiment, X includes a halide ion or a combination of a halide ion and another anion. Examples of the halide ion X include chloride ion, bromide ion, iodide ion and the like. It is preferable to use iodide ions from the viewpoint of not widening the band gap of the semiconductor too much.

活性層103は、Xがハロゲン化物イオン、又はハロゲン化物イオンとその他のアニオンとの組み合わせである、ハライド系有機無機ペロブスカイト半導体化合物を少なくとも含み、他のペロブスカイト半導体化合物を含有していてもよい。例えば、A、B及びXのうちの少なくとも1つが異なるペロブスカイト半導体化合物が活性層103に含まれていてもよい。また活性層103は、異なる材料を含み又は異なる成分を有する複数の層で形成される積層構造を有していてもよい。 The active layer 103 contains at least a halide-based organic-inorganic perovskite semiconductor compound in which X is a halide ion or a combination of a halide ion and another anion, and may contain another perovskite semiconductor compound. For example, a perovskite semiconductor compound in which at least one of A, B, and X is different may be contained in the active layer 103. Further, the active layer 103 may have a laminated structure formed of a plurality of layers containing different materials or having different components.

ハライド系有機無機ペロブスカイト半導体化合物の具体例としては、CHNHPbI、CHNHPbBr、CHNHPbCl、CHNHSnI、CHNHSnBr、CHNHSnCl、CHNHPbI(3−x)Cl、CHNHPbI(3−x)Br、CHNHPbBr(3−x)Cl、CHNHPb(1−y)Sn、CHNHPb(1−y)SnBr、CHNHPb(1−y)SnCl、CHNHPb(1−y)Sn(3−x)Cl、CHNHPb(1−y)Sn(3−x)Br、及びCHNHPb(1−y)SnBr(3−x)Cl、並びに、上記の化合物においてCHNHの代わりにCFHNH、CFHNH、又はCFNHを用いたもの、等が挙げられる。なお、xは0以上3以下、yは0以上1以下の任意の値を示す。 Examples of halide organic-inorganic perovskite semiconductor compound, CH 3 NH 3 PbI 3, CH 3 NH 3 PbBr 3, CH 3 NH 3 PbCl 3, CH 3 NH 3 SnI 3, CH 3 NH 3 SnBr 3, CH 3 NH 3 SnCl 3 , CH 3 NH 3 PbI (3-x) Cl x , CH 3 NH 3 PbI (3-x) Br x , CH 3 NH 3 PbBr (3-x) Cl x , CH 3 NH 3 Pb ( 1-y) Sn y I 3 , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y Br 3 , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y Cl 3 , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y I (3-x) Cl x , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y I (3-x) Br x , and CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y Br (3-x) Cl x , and those in which CFH 2 NH 3 , CF 2 HNH 3 , or CF 3 NH 3 is used instead of CH 3 NH 3 in the above compounds, and the like can be mentioned. Note that x indicates an arbitrary value of 0 or more and 3 or less, and y indicates an arbitrary value of 0 or more and 1 or less.

活性層103に含まれるペロブスカイト半導体化合物の量は、良好な半導体特性が得られるように、好ましくは50質量%以上であり、さらに好ましくは70質量%以上であり、より好ましくは80質量%以上である。上限に特に制限はない。また、活性層103には、ペロブスカイト半導体化合物に加えて添加剤が含まれていてもよい。添加剤の例としては、ハロゲン化物、酸化物、又は硫化物、硫酸塩、硝酸塩若しくはアンモニウム塩等の無機塩のような、無機化合物、又は有機化合物が挙げられる。 The amount of the perovskite semiconductor compound contained in the active layer 103 is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more so that good semiconductor properties can be obtained. is there. There is no particular upper limit. Further, the active layer 103 may contain an additive in addition to the perovskite semiconductor compound. Examples of additives include inorganic or organic compounds such as halides, oxides, or inorganic salts such as sulfides, sulfates, nitrates or ammonium salts.

活性層103の厚さに特段の制限はない。より多くの光を吸収できる点で、活性層103の厚さは、一実施形態において10nm以上、別の実施形態において50nm以上、さらに別の実施形態において100nm以上、さらに別の実施形態において120nm以上である。一方で、直列抵抗が下がる点、又は電荷の取出し効率を高める点で、活性層103の厚さは、一実施形態において1500nm以下、別の実施形態において1000nm以下、さらに別の実施形態において600nm以下である。 There is no particular limitation on the thickness of the active layer 103. The thickness of the active layer 103 is 10 nm or more in one embodiment, 50 nm or more in another embodiment, 100 nm or more in yet another embodiment, and 120 nm or more in yet another embodiment in that more light can be absorbed. Is. On the other hand, the thickness of the active layer 103 is 1500 nm or less in one embodiment, 1000 nm or less in another embodiment, and 600 nm or less in another embodiment in terms of lowering the series resistance or increasing the charge extraction efficiency. Is.

活性層103の形成方法は特に限定されず、任意の方法を用いることができる。具体例としては、塗布法及び蒸着法(又は共蒸着法)が挙げられる。簡易に活性層103を形成できる点で、塗布法を用いることができる。例えば、ペロブスカイト半導体化合物又はその前駆体を含有する塗布液を塗布し、必要に応じて加熱乾燥することにより活性層103
を形成する方法が挙げられる。また、このような塗布液を塗布した後で、ペロブスカイト半導体化合物の溶解性が低い溶媒をさらに塗布することにより、ペロブスカイト半導体化合物を析出させることもできる。
The method for forming the active layer 103 is not particularly limited, and any method can be used. Specific examples include a coating method and a vapor deposition method (or a co-evaporation method). The coating method can be used in that the active layer 103 can be easily formed. For example, the active layer 103 is coated with a coating liquid containing a perovskite semiconductor compound or a precursor thereof, and if necessary, heat-dried.
There is a method of forming. Further, after applying such a coating solution, the perovskite semiconductor compound can be precipitated by further applying a solvent having low solubility of the perovskite semiconductor compound.

ペロブスカイト半導体化合物の前駆体とは、塗布液を塗布した後にペロブスカイト半導体化合物へと変換可能な材料のことを指す。具体的な例として、加熱することによりペロブスカイト半導体化合物へと変換可能なペロブスカイト半導体化合物前駆体を用いることができる。例えば、一般式AXで表される化合物と、一般式MXで表される化合物と、溶媒と、を混合して加熱攪拌することにより、塗布液を作製することができる。この塗布液を塗布して加熱乾燥を行うことにより、一般式AMXで表されるペロブスカイト半導体化合物を含有する活性層103を作製することができる。溶媒としては、ペロブスカイト半導体化合物及び添加剤が溶解するのであれば特に限定されず、例えばN,N−ジメチルホルムアミドのような有機溶媒が挙げられる。 The precursor of a perovskite semiconductor compound refers to a material that can be converted into a perovskite semiconductor compound after the coating liquid is applied. As a specific example, a perovskite semiconductor compound precursor that can be converted into a perovskite semiconductor compound by heating can be used. For example, a coating liquid can be prepared by mixing a compound represented by the general formula AX, a compound represented by the general formula MX 2 , and a solvent, and heating and stirring the mixture. By applying this coating liquid and performing heat drying, the active layer 103 containing the perovskite semiconductor compound represented by the general formula AMX 3 can be produced. The solvent is not particularly limited as long as the perovskite semiconductor compound and the additive are dissolved, and examples thereof include organic solvents such as N, N-dimethylformamide.

塗布液の塗布方法としては任意の方法を用いることができるが、例えば、スピンコート法、インクジェット法、ドクターブレード法、ドロップキャスティング法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。 Any method can be used as the coating method, and for example, a spin coating method, an inkjet method, a doctor blade method, a drop casting method, a reverse roll coating method, a gravure coating method, a kiss coating method, a roll brushing method, etc. Examples thereof include a spray coating method, an air knife coating method, a wire barber coating method, a pipe doctor method, an impregnation / coating method, and a curtain coating method.

[1.2 電極]
電極は、活性層103における光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有する。一実施形態に係る光電変換素子100は一対の電極を有し、一対の電極のうち一方を上部電極と呼び、他方を下部電極と呼ぶ。光電変換素子100が基材を有するか又は基材上に設けられている場合、基材により近い電極を下部電極と、基材からより遠い電極を上部電極と、それぞれ呼ぶことができる。また、透明電極を下部電極と、下部電極よりも透明性が低い電極を上部電極と、それぞれ呼ぶこともできる。図1に示す光電変換素子100は、下部電極101及び上部電極105を有している。
[1.2 Electrode]
The electrode has a function of collecting holes and electrons generated by light absorption in the active layer 103. The photoelectric conversion element 100 according to one embodiment has a pair of electrodes, one of the pair of electrodes is referred to as an upper electrode, and the other is referred to as a lower electrode. When the photoelectric conversion element 100 has a base material or is provided on the base material, an electrode closer to the base material can be called a lower electrode, and an electrode farther from the base material can be called an upper electrode. Further, the transparent electrode may be referred to as a lower electrode, and the electrode having lower transparency than the lower electrode may be referred to as an upper electrode. The photoelectric conversion element 100 shown in FIG. 1 has a lower electrode 101 and an upper electrode 105.

一対の電極としては、正孔の捕集に適したアノードと、電子の捕集に適したカソードとを用いることができる。この場合、光電変換素子100は、下部電極101がアノードであり上部電極105がカソードである順型構成を有していてもよいし、下部電極101がカソードであり上部電極105がアノードである逆型構成を有していてもよい。 As the pair of electrodes, an anode suitable for collecting holes and a cathode suitable for collecting electrons can be used. In this case, the photoelectric conversion element 100 may have a forward configuration in which the lower electrode 101 is the anode and the upper electrode 105 is the cathode, or the lower electrode 101 is the cathode and the upper electrode 105 is the anode. It may have a mold configuration.

一対の電極は、いずれか一方が透光性であればよく、両方が透光性であっても構わない。透光性があるとは、太陽光が40%以上透過することを指す。また、透明電極の太陽光線透過率は70%以上であることが、より多くの光が透明電極を透過して活性層103に到達するために好ましい。光の透過率は、分光光度計(例えば、日立ハイテク社製U−4100)で測定できる。 One of the pair of electrodes may be translucent, and both may be translucent. Translucent means that sunlight is transmitted by 40% or more. Further, the solar light transmittance of the transparent electrode is preferably 70% or more because more light passes through the transparent electrode and reaches the active layer 103. The light transmittance can be measured with a spectrophotometer (for example, U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech).

下部電極及び/又は上部電極を透明電極とする場合、下部電極及び/又は上部電極は、上述の可視光線透過率を有してさえいれば、透明導電層又は金属層による単層で形成されていてもよいし、透明導電層及び金属層との積層により形成されていてもよい。しかしながら、透明電極を透明導電層のみで形成すると、抵抗が高く、良好な導電性を示さない傾向があるために変換効率が低下する場合がある。また、透明電極を薄い金属層のみにより形成する場合、金属層は腐食しやすく、経時的に光電変換素子が劣化する傾向があるために、透明電極とする電極は、透明導電層と金属層の積層により形成することが好ましい。 When the lower electrode and / or the upper electrode is a transparent electrode, the lower electrode and / or the upper electrode is formed of a single layer of a transparent conductive layer or a metal layer as long as it has the above-mentioned visible light transmittance. It may be formed by laminating a transparent conductive layer and a metal layer. However, when the transparent electrode is formed only by the transparent conductive layer, the resistance is high and the conversion efficiency may decrease because it tends not to exhibit good conductivity. Further, when the transparent electrode is formed only by a thin metal layer, the metal layer is easily corroded and the photoelectric conversion element tends to deteriorate over time. Therefore, the electrode to be the transparent electrode is made of a transparent conductive layer and a metal layer. It is preferably formed by laminating.

透明導電層に用いられる材料としては、特段の制限はないが、スズをドープしたインジウム酸化物(ITO)、亜鉛をドープしたインジウム酸化物(IZO)、タングステンを
ドープしたインジウム酸化物(IWO)、亜鉛とアルミニウムとの酸化物(AZO)、酸化インジウム(In)等である。これらの中でも、スズをドープしたインジウム酸化物(ITO)、亜鉛をドープしたインジウム酸化物(IZO)、タングステンをドープしたインジウム酸化物(IWO)、亜鉛とスズの複合酸化物(ZTO)等の非晶質性酸化物を用いることが好ましい。
The material used for the transparent conductive layer is not particularly limited, but tin-doped indium oxide (ITO), zinc-doped indium oxide (IZO), tungsten-doped indium oxide (IWO), and the like. Oxides of zinc and aluminum (AZO), indium oxide (In 2 O 3 ), and the like. Among these, non-tin-doped indium oxide (ITO), zinc-doped indium oxide (IZO), tungsten-doped indium oxide (IWO), zinc-tin composite oxide (ZTO), etc. It is preferable to use crystalline oxide.

また、透明導電層は、シート抵抗が100Ω/□以下であることが好ましく、50Ω/□以下であることがさらに好ましく、一方、0.1Ω/□以上であることが好ましい。 Further, the transparent conductive layer preferably has a sheet resistance of 100 Ω / □ or less, more preferably 50 Ω / □ or less, and more preferably 0.1 Ω / □ or more.

金属層の材料は、特段の制限はなく、例えば、金、白金、銀、アルミニウム、ニッケル、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム、クロム、銅、コバルトの等の金属又はその合金が挙げられる。これらのなかでも、金属層を形成する材料は、高い電気伝導性を示すとともに、薄膜における可視光線透過率の高い銀又は銀の合金であることが好ましい。なお、銀の合金としては、硫化又は塩素化の影響を受けにくく薄膜としての安定性を向上させるために、銀と金の合金、銀と銅の合金、銀とパラジウムの合金、銀と銅とパラジウムの合金、銀と白金の合金等が挙げられる。 The material of the metal layer is not particularly limited, and examples thereof include metals such as gold, platinum, silver, aluminum, nickel, titanium, magnesium, calcium, barium, sodium, chromium, copper, and cobalt, or alloys thereof. Among these, the material forming the metal layer is preferably silver or an alloy of silver which exhibits high electrical conductivity and high visible light transmittance in the thin film. As silver alloys, in order to be less susceptible to sulfide or chlorination and to improve stability as a thin film, silver-gold alloys, silver-copper alloys, silver-palladium alloys, silver-copper alloys, etc. Examples include alloys of palladium and alloys of silver and platinum.

金属層の膜厚は、透明電極として70%以上の可視光線透過率を維持できる限りにおいて、特段の制限はないが、良好な導電性を得るために1nm以上であることが好ましく、5nm以上であることがより好ましく、一方、光透過率が低下して活性層に入射する光量が低下するのを防ぐために、15nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましい。 The thickness of the metal layer is not particularly limited as long as it can maintain a visible light transmittance of 70% or more as a transparent electrode, but is preferably 1 nm or more in order to obtain good conductivity, and is preferably 5 nm or more. On the other hand, in order to prevent the light transmittance from decreasing and the amount of light incident on the active layer from decreasing, it is preferably 15 nm or less, and more preferably 10 nm or less.

上述の通り、一対の電極は、一方の電極が透明電極であれば、他方の電極は必ずしも透明電極でなくてもよく、非透明電極であってもよい。非透明電極を用いる場合、特段の制限はないが、例えば、上述したような金属層を厚膜化して形成することにより、非透明電極を形成することができる。なお、下部電極及び上部電極を共に透明電極とする場合、下部電極及び上部電極はともに、金属層と透明導電層の積層構造であることが好ましい。 As described above, as long as one electrode is a transparent electrode, the other electrode does not necessarily have to be a transparent electrode, and may be a non-transparent electrode. When a non-transparent electrode is used, there is no particular limitation, but for example, the non-transparent electrode can be formed by forming a thick metal layer as described above. When both the lower electrode and the upper electrode are transparent electrodes, it is preferable that both the lower electrode and the upper electrode have a laminated structure of a metal layer and a transparent conductive layer.

下部電極及び上部電極の全体の厚さは、特段の制限はなく、光学特性及び電気特性を考慮して任意で選択すればよい。なかでも、シート抵抗を抑えるために、下部電極及び上部電極のそれぞれの膜厚は、10nm以上であることが好ましく、20nm以上であることがより好ましく、50nm以上であることがさらに好ましく、一方、高い透過率を維持するために、10μm以下であることが好ましく、1μm以下であることがより好ましく、500nm以下であることがさらに好ましい。 The total thickness of the lower electrode and the upper electrode is not particularly limited and may be arbitrarily selected in consideration of optical characteristics and electrical characteristics. Among them, in order to suppress the sheet resistance, the film thickness of each of the lower electrode and the upper electrode is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, further preferably 50 nm or more, while it is more preferable. In order to maintain a high transmittance, it is preferably 10 μm or less, more preferably 1 μm or less, and further preferably 500 nm or less.

下部電極及び上部電極の形成方法は、特段の制限はなく、使用する材料に合わせて公知の方法により形成することができる。コーティングにおける膜形成ステップとしては、例えば、蒸着法、スパッタ法等の真空法、又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布する湿式法が挙げられる。なお、下部電極及び上部電極に対して表面処理を行うことにより、電気特性や濡れ特性等を改良してもよい。 The method for forming the lower electrode and the upper electrode is not particularly limited, and the lower electrode and the upper electrode can be formed by a known method according to the material to be used. Examples of the film forming step in coating include a vacuum method such as a vapor deposition method and a sputtering method, or a wet method in which an ink containing nanoparticles or a precursor is applied. The electrical characteristics, wettability, and the like may be improved by surface-treating the lower electrode and the upper electrode.

[1.3 電子又は正孔輸送層]
電子輸送層102及び正孔輸送層104は、活性層103と一対の電極101,105の少なくとも一方との間に位置する層である。電子輸送層102及び正孔輸送層104は、例えば、活性層103から下部電極101又は上部電極105へのキャリア移動効率を向上させるために用いることができる。
[1.3 Electron or hole transport layer]
The electron transport layer 102 and the hole transport layer 104 are layers located between the active layer 103 and at least one of the pair of electrodes 101 and 105. The electron transport layer 102 and the hole transport layer 104 can be used, for example, to improve the carrier transfer efficiency from the active layer 103 to the lower electrode 101 or the upper electrode 105.

電子輸送層102及び正孔輸送層104の構成部材及びその製造方法について特段の制限はなく、周知技術を用いることができる。例えば、国際公開第2013/171517
号、国際公開第2013/180230号又は特開2012−191194号公報等の公知文献に記載の部材及びその製造方法を使用することができる。
There are no particular restrictions on the constituent members of the electron transport layer 102 and the hole transport layer 104 and the manufacturing method thereof, and well-known techniques can be used. For example, International Publication No. 2013/171517
No., International Publication No. 2013/180230 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194, and other known documents can be used.

[1.4 基材]
光電変換素子100は、通常は支持体となる基材106を有する。基材106の材料は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に限定されず、例えば、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012−191194号公報等の公知文献に記載の材料を使用することができる。
[1.4 Base material]
The photoelectric conversion element 100 usually has a base material 106 as a support. The material of the base material 106 is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not significantly impaired, and for example, known documents such as International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230 or JP2012-191194A. The materials described in 1 can be used.

[1.5 その他の層]
光電変換素子100は、その他の層を有していてもよい。例えば、光電変換素子100は、電極の仕事関数を調整する仕事関数チューニング層を、下部電極101と電子輸送層102との間、又は上部電極105と正孔輸送層104との間に有していてもよい。また、光電変換素子100は、下部電極101と活性層103との間、又は上部電極105と活性層103との間に、水分等が活性層103に到達することを抑制する薄い絶縁体層を有していてもよい。また、耐久性を向上させるため、光電変換素子100をさらに封止してもよい。例えば、上部電極105にさらに封止板を積層し、基材106と封止板とを接着剤で固定することにより、光電変換素子100を封止することができる。
[1.5 Other layers]
The photoelectric conversion element 100 may have other layers. For example, the photoelectric conversion element 100 has a work function tuning layer that adjusts the work function of the electrode between the lower electrode 101 and the electron transport layer 102, or between the upper electrode 105 and the hole transport layer 104. You may. Further, the photoelectric conversion element 100 has a thin insulator layer between the lower electrode 101 and the active layer 103, or between the upper electrode 105 and the active layer 103, which prevents moisture or the like from reaching the active layer 103. You may have. Further, in order to improve durability, the photoelectric conversion element 100 may be further sealed. For example, the photoelectric conversion element 100 can be sealed by further laminating a sealing plate on the upper electrode 105 and fixing the base material 106 and the sealing plate with an adhesive.

[2.光電変換素子の作製方法]
上述の方法に従って、光電変換素子100を構成する各層を形成することにより、光電変換素子100を作製することができる。光電変換素子100を構成する各層の形成方法に特段の制限はなく、シートツゥーシート(枚葉)方式、又はロールツゥーロール方式で形成することができる。
[2. Manufacturing method of photoelectric conversion element]
The photoelectric conversion element 100 can be manufactured by forming each layer constituting the photoelectric conversion element 100 according to the above method. There are no particular restrictions on the method of forming each layer constituting the photoelectric conversion element 100, and the layers can be formed by a sheet-to-sheet (single-leaf) method or a roll-to-roll method.

なお、ロールツゥーロール方式とは、ロール状に巻かれたフレキシブルな基材を繰り出して、間欠的、或いは連続的に搬送しながら、巻き取りロールにより巻き取られるまでの間に加工を行う方式である。ロールツゥーロール方式によれば、kmオーダの長尺基板を一括処理することが可能であるため、ロールツゥーロール方式はシートツゥーシート方式に比べて量産化に適している。一方、ロールツゥーロール方式で各層を成膜しようとすると、その構造上、成膜面とロールとが接触することにより膜に傷がついたり、部分的に剥がれてしまったりする場合がある。 The roll-to-roll method is a method in which a flexible base material wound in a roll shape is unwound and processed intermittently or continuously while being wound by a winding roll. is there. According to the roll-to-roll method, it is possible to collectively process long substrates on the order of km, so that the roll-to-roll method is more suitable for mass production than the sheet-to-sheet method. On the other hand, when each layer is to be formed by the roll-to-roll method, the film may be damaged or partially peeled off due to the contact between the film-forming surface and the roll due to its structure.

ロールツゥーロール方式に用いることのできるロールの大きさは、ロールツゥーロール方式の製造装置で扱える限り特に限定されないが、外径の上限は、好ましくは5m以下、さらに好ましくは3m以下、より好ましくは1m以下である。一方、下限は好ましくは10cm以上、さらに好ましくは20cm以上、より好ましくは30cm以上である。ロール芯の外径の上限は、好ましくは4m以下、さらに好ましくは3m以下、より好ましくは0.5m以下である。一方、下限は好ましくは1cm以上、さらに好ましくは3cm以上、より好ましくは5cm以上、さらに好ましくは10cm以上、特に好ましくは20cm以上である。これらの径が上記上限以下であることはロールの取り扱い性が高い点で好ましく、下限以上であることは各工程で成膜される層が曲げ応力により破壊される可能性が低くなる点で好ましい。ロールの幅の下限は、好ましくは5cm以上、さらに好ましくは10cm以上、より好ましくは20cm以上である。一方、上限は、好ましくは5m以下、さらに好ましくは3m以下、より好ましくは2m以下である。幅が上限以下であることはロールの取り扱い性が高い点で好ましく、下限以上であることは光電変換素子100の大きさの自由度が高くなるため好ましい。 The size of the roll that can be used in the roll-to-roll method is not particularly limited as long as it can be handled by the roll-to-roll method manufacturing apparatus, but the upper limit of the outer diameter is preferably 5 m or less, more preferably 3 m or less, and more preferably. It is 1 m or less. On the other hand, the lower limit is preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more, and more preferably 30 cm or more. The upper limit of the outer diameter of the roll core is preferably 4 m or less, more preferably 3 m or less, and more preferably 0.5 m or less. On the other hand, the lower limit is preferably 1 cm or more, more preferably 3 cm or more, more preferably 5 cm or more, still more preferably 10 cm or more, and particularly preferably 20 cm or more. It is preferable that these diameters are not more than the above upper limit because the roll is easy to handle, and more than the lower limit is preferable because the layer formed in each step is less likely to be broken by bending stress. .. The lower limit of the width of the roll is preferably 5 cm or more, more preferably 10 cm or more, and more preferably 20 cm or more. On the other hand, the upper limit is preferably 5 m or less, more preferably 3 m or less, and more preferably 2 m or less. It is preferable that the width is not more than the upper limit from the viewpoint of high roll handleability, and it is preferable that the width is not more than the lower limit because the degree of freedom in the size of the photoelectric conversion element 100 increases.

また、上部電極105を積層した後に、光電変換素子100を一実施形態において50℃以上、別の実施形態において80℃以上、一方、一実施形態において300℃以下、別
の実施形態において280℃以下、さらに別の実施形態において250℃以下の温度範囲において、加熱することができる(この工程をアニーリング処理工程と称する場合がある)。アニーリング処理工程を50℃以上の温度で行うことは、光電変換素子100の各層間の密着性、例えば電子輸送層102と下部電極101、電子輸送層102と活性層103等の層間の密着性が向上する効果が得られる。各層間の密着性が向上することにより、光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上しうる。アニーリング処理工程の温度を300℃以下にすることは、光電変換素子100に含まれる有機化合物が熱分解する可能性が低くなる。アニーリング処理工程においては、上記の温度範囲内において異なる温度を用いた段階的な加熱を行ってもよい。
Further, after stacking the upper electrodes 105, the photoelectric conversion element 100 is heated to 50 ° C. or higher in one embodiment and 80 ° C. or higher in another embodiment, while 300 ° C. or lower in one embodiment and 280 ° C. or lower in another embodiment. In yet another embodiment, heating can be performed in a temperature range of 250 ° C. or lower (this step may be referred to as an annealing process). When the annealing treatment step is performed at a temperature of 50 ° C. or higher, the adhesion between the layers of the photoelectric conversion element 100, for example, the adhesion between the electron transport layer 102 and the lower electrode 101, the electron transport layer 102 and the active layer 103, etc. The effect of improvement can be obtained. By improving the adhesion between the layers, the thermal stability and durability of the photoelectric conversion element can be improved. When the temperature of the annealing treatment step is set to 300 ° C. or lower, the possibility that the organic compound contained in the photoelectric conversion element 100 is thermally decomposed is reduced. In the annealing treatment step, stepwise heating using different temperatures within the above temperature range may be performed.

加熱時間としては、熱分解を抑えながら密着性を向上させるために、一実施形態において1分以上、別の実施形態において3分以上、一方、一実施形態において180分以下、別の実施形態において60分以下である。アニーリング処理工程は、太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることができる。また、アニーリング処理工程は、構成材料の熱酸化を防ぐ上でも、常圧下、かつ不活性ガス雰囲気中で実施することができる。加熱方法としては、ホットプレート等の熱源に光電変換素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に光電変換素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよい。 The heating time is 1 minute or more in one embodiment and 3 minutes or more in another embodiment, while 180 minutes or less in one embodiment, in order to improve adhesion while suppressing thermal decomposition, in another embodiment. It is less than 60 minutes. The annealing process can be completed when the open circuit voltage, short circuit current and fill factor, which are the parameters of the solar cell performance, reach constant values. Further, the annealing treatment step can be carried out under normal pressure and in an inert gas atmosphere in order to prevent thermal oxidation of the constituent materials. As a heating method, the photoelectric conversion element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the photoelectric conversion element may be placed in a heating atmosphere such as an oven. Further, the heating may be performed by a batch method or a continuous method.

[3.光電変換特性]
光電変換素子100の光電変換特性は使用する光源毎に対して次のようにして求めることができる。光電変換素子100に光を照射して、電流−電圧特性を測定する。得られた電流−電圧曲線から、光電変換効率(PCE)、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)、直列抵抗、シャント抵抗といった光電変換特性を求めることができる。
[3. Photoelectric conversion characteristics]
The photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion element 100 can be obtained for each light source used as follows. The photoelectric conversion element 100 is irradiated with light, and the current-voltage characteristics are measured. From the obtained current-voltage curve, photoelectric conversion characteristics such as photoelectric conversion efficiency (PCE), short-circuit current density (Jsc), open circuit voltage (Voc), fill factor (FF), series resistance, and shunt resistance can be obtained.

光電変換特性を求める際に使用する光源は太陽光、および、人工的な光源を用いることができる。人工的な光源は、ハロゲンランプ、キセノンランプ、メタルハライドランプ、蛍光ランプ、白色LEDランプ、電球色LEDランプ、水銀ランプ、ナトリウムランプ、および、これらのランプを組合せたものが挙げられる。 As the light source used for obtaining the photoelectric conversion characteristics, sunlight and an artificial light source can be used. Examples of the artificial light source include halogen lamps, xenon lamps, metal halide lamps, fluorescent lamps, white LED lamps, bulb-colored LED lamps, mercury lamps, sodium lamps, and combinations of these lamps.

一般的に、擬似太陽光としては光源としてキセノンランプやメタルハライドランプが用いられ、AM1.5Gのスペクトルに近似した条件の光を照射強度100mW/cmで光電変換特性を得るための測定光源として使用する。また、低照度光源としては特段の制限はないが、白色LEDランプが用いられ、1〜5000Lxの照度での光電変換特性を得るための測定光源として使用する。 Generally, a xenon lamp or a metal halide lamp is used as a light source for pseudo-sunlight, and light under conditions similar to the spectrum of AM1.5G is used as a measurement light source for obtaining photoelectric conversion characteristics at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2. To do. The low illuminance light source is not particularly limited, but a white LED lamp is used and is used as a measurement light source for obtaining photoelectric conversion characteristics at an illuminance of 1 to 5000 Lx.

光電変換素子100の光電変換効率は、特段の制限はないが、一実施形態において3%以上、別の実施形態において5%以上、さらに別の実施形態において8%以上である。一方、上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。また、光電変換素子100のフィルファクターは、特段の制限はないが、一実施形態において0.6以上、別の実施形態において0.7以上、さらに別の実施形態において0.8以上である。一方、上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。 The photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element 100 is not particularly limited, but is 3% or more in one embodiment, 5% or more in another embodiment, and 8% or more in another embodiment. On the other hand, there is no particular upper limit, and the higher the limit, the better. The fill factor of the photoelectric conversion element 100 is not particularly limited, but is 0.6 or more in one embodiment, 0.7 or more in another embodiment, and 0.8 or more in another embodiment. On the other hand, there is no particular upper limit, and the higher the limit, the better.

本実施形態に係る光電変換素子は、温度85℃の試験環境に1日間おいた後の、最大出力(Pmax)の維持率は、60%以上であり、一実施形態において80%以上であり、別の実施形態において90%以上であり、さらに別の実施形態において95%以上である。例えば、光電変換素子を作製した直後の初期Pmaxと、この光電変換素子を試験環境においた後のPmaxとに基づいて、Pmax維持率を求めることができる。また、Pmax維持率は、上記のように光電変換素子を封止した後で測定することができる。ここで
、Pmax維持率とは、試験環境におく前後でのPmaxに基づいて、以下のように算出することができる。
Pmax維持率(%)=((試験環境においた後のPmax)/(試験環境におく前のPmax))×100
The photoelectric conversion element according to the present embodiment has a maximum output (Pmax) maintenance rate of 60% or more and 80% or more in one embodiment after being left in a test environment at a temperature of 85 ° C. for one day. 90% or more in another embodiment and 95% or more in yet another embodiment. For example, the Pmax maintenance rate can be obtained based on the initial Pmax immediately after the photoelectric conversion element is manufactured and the Pmax after the photoelectric conversion element is placed in the test environment. Further, the Pmax retention rate can be measured after sealing the photoelectric conversion element as described above. Here, the Pmax maintenance rate can be calculated as follows based on Pmax before and after being placed in the test environment.
Pmax maintenance rate (%) = ((Pmax after being placed in the test environment) / (Pmax before being placed in the test environment)) × 100

また、温度85℃の試験環境に長時間(例えば、60時間以上)おいた後の、Pmax維持率は、40%以上であり、一実施形態において60%以上であり、別の実施形態において80%以上であり、さらに別の実施形態において90%以上であり、さらに別の実施形態において95%以上である。 Further, the Pmax maintenance rate after being left in the test environment at a temperature of 85 ° C. for a long time (for example, 60 hours or more) is 40% or more, 60% or more in one embodiment, and 80 in another embodiment. % Or more, 90% or more in yet another embodiment, and 95% or more in yet another embodiment.

[4.太陽電池]
一実施形態において、光電変換素子100は、太陽電池、なかでも薄膜太陽電池の太陽電池素子として使用される。図2は一実施形態に係る太陽電池の構成を模式的に表す断面図であり、図2には一実施形態に係る太陽電池である薄膜太陽電池が示されている。図2に表すように、薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、太陽電池素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10と、をこの順に備える。本実施形態に係る薄膜太陽電池14は、太陽電池素子6として、上記説明した光電変換素子を有している。そして、耐候性保護フィルム1が形成された側(図2中下方)から光が照射されて、太陽電池素子6が発電するようになっている。なお、薄膜太陽電池14は、これらの構成部材を全て有する必要はなく、必要な構成部材を任意に選択することができる。
[4. Solar cell]
In one embodiment, the photoelectric conversion element 100 is used as a solar cell element of a solar cell, particularly a thin film solar cell. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the solar cell according to the embodiment, and FIG. 2 shows the thin film solar cell which is the solar cell according to the embodiment. As shown in FIG. 2, the thin-film solar cell 14 includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter film 4, a sealing material 5, a solar cell element 6, and a seal. A stop material 7, a getter film 8, a gas barrier film 9, and a back sheet 10 are provided in this order. The thin-film solar cell 14 according to the present embodiment has the photoelectric conversion element described above as the solar cell element 6. Then, light is irradiated from the side where the weather resistant protective film 1 is formed (lower part in FIG. 2), and the solar cell element 6 generates electricity. The thin-film solar cell 14 does not have to have all of these constituent members, and the necessary constituent members can be arbitrarily selected.

薄膜太陽電池を構成するこれらの構成部材及びその製造方法について特段の制限はなく、周知技術を用いることができる。例えば、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012−191194号公報等の公知文献に記載の技術を使用することができる。 There are no particular restrictions on these constituent members constituting the thin-film solar cell and the manufacturing method thereof, and well-known techniques can be used. For example, the techniques described in known documents such as International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, and JP2012-191194A can be used.

本実施形態に係る太陽電池、特には上述した薄膜太陽電池14の用途に制限はなく、任意の用途に用いることができる。例えば、一実施形態に係る太陽電池は、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、インテリア用太陽電池、鉄道用太陽電池、船舶用太陽電池、飛行機用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池として用いることができる。 The use of the solar cell according to the present embodiment, particularly the thin-film solar cell 14 described above, is not limited, and can be used for any purpose. For example, the solar cells according to the embodiment include solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for interiors, solar cells for railways, solar cells for ships, solar cells for airplanes, solar cells for spacecraft, and solar cells for home appliances. It can be used as a battery, a solar cell for a mobile phone, or a solar cell for a toy.

本実施形態に係る太陽電池、特には上述した薄膜太陽電池14はそのまま用いてもよいし、太陽電池モジュールの構成要素として用いられてもよい。例えば、図3に示すように、本実施形態に係る太陽電池、特には上述した薄膜太陽電池14を基材12上に備える太陽電池モジュール13を作製し、この太陽電池モジュール13を使用場所に設置して用いることができる。基材12としては周知技術を用いることができ、例えば、基材12の材料としては国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012−191194号公報等に記載の材料を用いることができる。例えば、基材12として建材用板材を使用する場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を設けることにより、太陽電池モジュール13として、建物の外壁用太陽電池パネルを作製することができる。 The solar cell according to the present embodiment, particularly the thin-film solar cell 14 described above, may be used as it is, or may be used as a component of the solar cell module. For example, as shown in FIG. 3, a solar cell module 13 having the solar cell according to the present embodiment, particularly the above-mentioned thin-film solar cell 14 on the base material 12, is manufactured, and the solar cell module 13 is installed at a place of use. Can be used. A well-known technique can be used as the base material 12, and for example, as the material of the base material 12, the materials described in International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, JP-A-2012-191194, etc. Can be used. For example, when a plate material for building materials is used as the base material 12, by providing the thin film solar cell 14 on the surface of the plate material, the solar cell panel for the outer wall of the building can be manufactured as the solar cell module 13.

以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、以下の実施例の具体例に限定されないことは、言うまでもない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to the specific examples of the following Examples.

[塗布液の調製]
(電子輸送層用塗布液の調製)
酸化スズ(IV)15%水分散液(Alfa Aesar社製)に超純水を加えることにより、7.5%の酸化スズ水分散液を作製した。
[Preparation of coating liquid]
(Preparation of coating liquid for electron transport layer)
A 7.5% tin oxide aqueous dispersion was prepared by adding ultrapure water to a tin (IV) oxide 15% aqueous dispersion (manufactured by Alfa Aesar).

(活性層用塗布液の調製)
ヨウ化鉛(II)をバイアル瓶に量りとりグローブボックスに導入した。ヨウ化鉛(II)の濃度が1.3mol/Lとなるように溶媒としてN,N−ジメチルホルムアミドを加え、その後、100℃で1時間加熱撹拌することで活性層用塗布液1を作製した。
(Preparation of coating liquid for active layer)
Lead (II) iodide was weighed into a vial and introduced into the glove box. N, N-dimethylformamide was added as a solvent so that the concentration of lead (II) iodide was 1.3 mol / L, and then the coating liquid 1 for the active layer was prepared by heating and stirring at 100 ° C. for 1 hour. ..

次に、別のバイアル瓶にホルムアミジンヨウ化水素酸塩(FAI)、メチルアミン臭化水素酸塩(MABr)、及びメチルアミン塩化水素酸塩(MACl)を10:1:1の質量比となるよう量りとり、グローブボックスに導入した。そこへ溶媒としてイソプロピルアルコールを加えることにより、FAI、MAbr、及びMAClの合計濃度が0.49mol/Lである活性層用塗布液2を調製した。 Next, in another vial, formamidine hydroiodide (FAI), methylamine hydrobromide (MABr), and methylamine hydrochloride (MACl) in a mass ratio of 10: 1: 1. Weighed so that it became, and introduced it into the glove box. By adding isopropyl alcohol as a solvent there, a coating liquid 2 for an active layer having a total concentration of FAI, MAbr, and MACl of 0.49 mol / L was prepared.

(正孔輸送層用塗布液の調製)
64mgのポリ[ビス(4−フェニル)(2,4,6−トリメチルフェニル)アミン](PTAA,シグマアルドリッチ社製)と、7.2mgの4−イソプロピル−4’−メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボラート(TPFB,TCI社製)とをバイアル瓶に量りとり、グローブボックスに導入した。そこへ溶媒として1.6mLのオルトジクロロベンゼンを加えた。次に、得られた混合液を150℃で1時間加熱撹拌することにより、正孔輸送層用塗布液を調製した。
(Preparation of coating liquid for hole transport layer)
64 mg of poly [bis (4-phenyl) (2,4,6-trimethylphenyl) amine] (PTAA, manufactured by Sigma Aldrich) and 7.2 mg of 4-isopropyl-4'-methyldiphenyliodonium tetrakis (pentafluoro). Phenyl) borate (TPFB, manufactured by TCI) was weighed into a vial and introduced into a glove box. 1.6 mL of ortodichlorobenzene was added thereto as a solvent. Next, the obtained mixed solution was heated and stirred at 150 ° C. for 1 hour to prepare a coating solution for a hole transport layer.

パターニングされた酸化インジウムスズ(ITO)透明導電膜を備えるガラス基板(ジオマテック社製)に対して、超純水を用いた超音波洗浄、窒素ブローによる乾燥、及びUV−オゾン処理を行った。 A glass substrate (manufactured by Geomatec) provided with a patterned indium tin oxide (ITO) transparent conductive film was subjected to ultrasonic cleaning using ultrapure water, drying by nitrogen blowing, and UV-ozone treatment.

次に、上記のように調製した電子輸送層用塗布液を、室温で、上記の基板上に2000rpmの速度でスピンコートすることにより、厚さ約35nmの電子輸送層を形成した。その後、基板をホットプレート上150℃で10分間加熱した。 Next, the coating liquid for the electron transporting layer prepared as described above was spin-coated on the above-mentioned substrate at room temperature at a speed of 2000 rpm to form an electron transporting layer having a thickness of about 35 nm. Then, the substrate was heated on a hot plate at 150 ° C. for 10 minutes.

次に、基板をグローブボックスに導入し、100℃に加熱した活性層用塗布液1を電子輸送層上に150μL滴下し、2000rpmの速度でスピンコートした。次に、基板をホットプレート上100℃で10分間加熱アニールすることにより、ヨウ化鉛層を形成した。次に、基板が室温に戻った後、ヨウ化鉛層上に活性層塗布液2(120μL)を2000rpmの速度でスピンコートし、150℃で20分間加熱することにより、有機無機ペロブスカイトの活性層(厚さ650nm)を形成した。 Next, the substrate was introduced into the glove box, 150 μL of the coating liquid 1 for the active layer heated to 100 ° C. was dropped onto the electron transport layer, and spin coating was performed at a speed of 2000 rpm. Next, the lead iodide layer was formed by heating and annealing the substrate on a hot plate at 100 ° C. for 10 minutes. Next, after the substrate has returned to room temperature, the active layer coating solution 2 (120 μL) is spin-coated on the lead iodide layer at a speed of 2000 rpm and heated at 150 ° C. for 20 minutes to obtain an active layer of organic-inorganic perovskite. (Thickness 650 nm) was formed.

次に、基板を室温に戻した後、活性層上に、正孔輸送層塗布液(200μL)を1500rpmの速度でスピンコートし、さらにホットプレート上90℃で5分間加熱することで、正孔輸送層(170nm)を形成した。 Next, after returning the substrate to room temperature, the hole transport layer coating solution (200 μL) was spin-coated on the active layer at a speed of 1500 rpm, and further heated on a hot plate at 90 ° C. for 5 minutes to obtain holes. A transport layer (170 nm) was formed.

次に、正孔輸送層上に、抵抗加熱型真空蒸着法により厚さ約100nmの銀を蒸着させ、金属層を形成し、上部電極とした。以上のようにして、光電変換素子を作製した。 Next, silver having a thickness of about 100 nm was vapor-deposited on the hole transport layer by a resistance heating type vacuum vapor deposition method to form a metal layer, which was used as an upper electrode. As described above, the photoelectric conversion element was manufactured.

次に、封止樹脂としてスリーボンド社製紫外線硬化性エポキシ樹脂(TB3124)を準備した。グローブボックス内の紫外線がカットされた光源下において、上記封止樹脂を下部基板の4辺の周縁部、具体的には基板端部から約3mmの間に塗布し、封止ガラス(テクノプリント社製、厚さ0.7mm、40mm角)を重ね合せた。続いて、活性層部をマスクし、スポット光源(浜松ホトニクス社製LIGHTNINGCURE LC8)を用いてキセノン光を上記基板全面に約2分間照射した。その後、十分に光硬化した厚さ5
μmの封止層、および、ペロブスカイト型太陽電池セルを得た。
Next, an ultraviolet curable epoxy resin (TB3124) manufactured by ThreeBond Co., Ltd. was prepared as a sealing resin. Under a light source in which ultraviolet rays are cut in the glove box, the above-mentioned sealing resin is applied to the peripheral edges of the four sides of the lower substrate, specifically, about 3 mm from the edge of the substrate, and the sealing glass (Technoprint Co., Ltd.) (Made, thickness 0.7 mm, 40 mm square) were overlapped. Subsequently, the active layer portion was masked, and the entire surface of the substrate was irradiated with xenon light for about 2 minutes using a spot light source (LIGHTNINGCURE LC8 manufactured by Hamamatsu Photonics Co., Ltd.). After that, the thickness 5 was sufficiently photo-cured.
A μm sealing layer and a perovskite-type solar cell were obtained.

<ペロブスカイト型太陽電池セルの発電特性の測定方法>
上述した印加バイアス負荷を与えた後にペロブスカイト型太陽電池セルの下部基板側から低照度測定装置(分光計器社製BLD−100)を用い、得られた電流−電圧曲線を測定した。測定には温度23℃の下、ソースメーター(ケースレー社製、2400)を用い、測定結果から、最大出力電圧(Pmax)を算出した。
<Measurement method of power generation characteristics of perovskite type solar cell>
After applying the above-mentioned applied bias load, the obtained current-voltage curve was measured from the lower substrate side of the perovskite type solar cell using a low illuminance measuring device (BLD-100 manufactured by Spectrometer Co., Ltd.). For the measurement, a source meter (2400 manufactured by Keithley) was used at a temperature of 23 ° C., and the maximum output voltage (Pmax) was calculated from the measurement results.

<実施例1>
上記のようにして作製されたペロブスカイト型太陽電池セルを、温度23℃の下、照度200Lxの照射下で15分静置した後に、照度200LxのLED光源を用いてIV測定を行い、Pmaxを得た(Pmax0)。その後、実質的に照度0Lxとなる暗環境下で発電時の太陽電池と同じ極性のバイアス電圧0.2Vを15分印加した後に、照度200LxのLED光源を用いてIV測定を行い、Pmaxを得た(Pmax1)。Pmax維持率は以下の式により求めた。得られた結果を表1に示す。
Pmax維持率=Pmax1/Pmax0×100
<Example 1>
The perovskite type solar cell produced as described above is allowed to stand for 15 minutes under irradiation at a temperature of 23 ° C. and an illuminance of 200 Lx, and then IV measurement is performed using an LED light source having an illuminance of 200 Lx to obtain Pmax. (Pmax0). Then, after applying a bias voltage of 0.2 V having the same polarity as that of the solar cell at the time of power generation for 15 minutes in a dark environment where the illuminance is substantially 0 Lx, IV measurement is performed using an LED light source having an illuminance of 200 Lx to obtain Pmax. (Pmax1). The Pmax maintenance rate was calculated by the following formula. The results obtained are shown in Table 1.
Pmax maintenance rate = Pmax1 / Pmax0 × 100

<実施例2>
バイアス電圧を0.5Vとした以外は実施例1と同じ方法により、Pmax維持率を求めた。得られた結果を表1に示す。
<Example 2>
The Pmax maintenance rate was determined by the same method as in Example 1 except that the bias voltage was 0.5 V. The results obtained are shown in Table 1.

<実施例3>
バイアス電圧を0.8Vとした以外は実施例1と同じ方法により、Pmax維持率を求めた。得られた結果を表1に示す。
<Example 3>
The Pmax maintenance rate was determined by the same method as in Example 1 except that the bias voltage was set to 0.8 V. The results obtained are shown in Table 1.

<実施例4>
照度200Lxの照射下で15分静置した直後に、10Lx以下の環境で30分静置する工程を追加した以外は実施例1と同じ方法により、Pmax維持率を求めた。得られた結果を表1に示す。
<Example 4>
Immediately after standing for 15 minutes under irradiation with an illuminance of 200 Lx, the Pmax maintenance rate was determined by the same method as in Example 1 except that a step of standing for 30 minutes in an environment of 10 Lx or less was added. The results obtained are shown in Table 1.

<実施例5>
バイアス電圧を0.05Vとした以外は実施例1と同じ方法により、Pmax維持率を求めた。得られた結果を表1に示す。
<Example 5>
The Pmax maintenance rate was determined by the same method as in Example 1 except that the bias voltage was set to 0.05 V. The results obtained are shown in Table 1.

<実施例6>
バイアス電圧を印加する時間を3分とした以外は実施例4と同じ方法により、Pmax維持率を求めた。得られた結果を表1に示す。
<Example 6>
The Pmax maintenance rate was determined by the same method as in Example 4 except that the time for applying the bias voltage was set to 3 minutes. The results obtained are shown in Table 1.

<比較例1>
実質的に照度0Lxとなる暗環境下でバイアス電圧を印加しないこと以外は実施例1と同じ方法により、Pmax維持率を求めた。得られた結果を表1に示す。
<Comparative example 1>
The Pmax maintenance rate was determined by the same method as in Example 1 except that the bias voltage was not applied in a dark environment where the illuminance was substantially 0 Lx. The results obtained are shown in Table 1.

<比較例2>
照度3Lxの環境下でバイアス電圧を印加しないこと以外は実施例1と同じ方法によりPmax維持率を求めた。得られた結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
The Pmax maintenance rate was determined by the same method as in Example 1 except that the bias voltage was not applied in an environment with an illuminance of 3 Lx. The results obtained are shown in Table 1.

Figure 2020137161
Figure 2020137161

実施例1、2、3のペロブスカイト型太陽電池セルは、Pmax維持率が高かったのに対し、比較例1、2では低かった。暗所下におかれたペロブスカイト太陽電池がバイアス電圧の印加により特性が劣化していないことは、暗所下において活性層に存在していたイオンが両電極へ移動したためと考えられる。したがって、実施例1、2のように、光照射がなくても、外部電源から発電と同じ極性の電圧を印加することにより、即時に本来の発電性能を得ることができたと思われる。加えて、実施例5のペロブスカイト型太陽電池セルは、バイアス電圧を印加しなかった比較例1よりもPmax維持率が高かった。さらに、バイアス電圧の印加による効果は実施例4、6のように、暗所下に静置する工程が含まれていても発現されることが分かった。これは、長時間暗所下で保管したペロブスカイト型太陽電池セルにも適用することが可能であることを示唆している。 The perovskite-type solar cells of Examples 1, 2 and 3 had a high Pmax retention rate, whereas those of Comparative Examples 1 and 2 had a low Pmax retention rate. It is probable that the characteristics of the perovskite solar cell placed in the dark place did not deteriorate due to the application of the bias voltage because the ions existing in the active layer in the dark place moved to both electrodes. Therefore, as in Examples 1 and 2, it is considered that the original power generation performance could be obtained immediately by applying a voltage having the same polarity as the power generation from the external power source even without light irradiation. In addition, the perovskite-type solar cell of Example 5 had a higher Pmax retention rate than Comparative Example 1 in which no bias voltage was applied. Furthermore, it was found that the effect of applying the bias voltage is exhibited even if the step of standing in a dark place is included as in Examples 4 and 6. This suggests that it can also be applied to perovskite-type solar cells stored in the dark for a long time.

1 耐候性保護フィルム
2 紫外線カットフィルム
3、9 ガスバリアフィルム
4、8 ゲッター材フィルム
5、7 封止材
6 太陽電池素子
10 バックシート
12 基材
13 太陽電池モジュール
14 薄膜太陽電池
100 光電変換素子
101 下部電極
102 電子輸送層
103 活性層
104 正孔輸送層
105 上部電極
106 基材
200 光電変換装置
20 バイアス電圧印加機構
21 電圧印加手段
22 制御手段
23 照度検知手段
24 ペロブスカイト型太陽電池セル
1 Weather-resistant protective film 2 Ultraviolet cut film 3, 9 Gas barrier film 4, 8 Getter film 5, 7 Encapsulant 6 Solar cell element 10 Back sheet 12 Base material 13 Solar cell module 14 Thin-film solar cell 100 Photoelectric conversion element 101 Lower part Electrode 102 Electrode transport layer 103 Active layer 104 Hole transport layer 105 Upper electrode 106 Base material 200 Photoelectric conversion device 20 Bias voltage application mechanism 21 Voltage application means 22 Control means 23 Illumination detection means 24 Perobskite type solar cell

Claims (7)

ペロブスカイト型太陽電池セル、及び
前記太陽電池セルに電気的に接続され、且つ前記太陽電池セルにバイアス電圧を印加し得る、バイアス電圧印加機構、を有し、
前記バイアス電圧印加機構は、前記太陽電池セルに電圧を印加する電圧出力手段と、前記太陽電池セルが照度10Lx以下の状態に曝された後、前記太陽電池セルが再度照度10Lxを超える状況に曝される前に、前記太陽電池セルにバイアス電圧Vbを印加するよう制御し得る制御手段と、を有する光電変換装置。
It has a perovskite type solar cell and a bias voltage applying mechanism that is electrically connected to the solar cell and can apply a bias voltage to the solar cell.
The bias voltage applying mechanism includes a voltage output means for applying a voltage to the solar cell and a situation in which the solar cell is exposed to a state where the illuminance exceeds 10 Lx again after the solar cell is exposed to a state where the illuminance is 10 Lx or less. A photoelectric conversion device having a control means capable of controlling the application of a bias voltage Vb to the solar cell before being performed.
前記バイアス電圧印加機構は、照度10Lx以下であることを検知する検知手段を有する、請求項1に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the bias voltage applying mechanism has a detecting means for detecting that the illuminance is 10 Lx or less. 前記印加バイアス電圧Vbが、Vb/Voc=0.05〜1.2である、請求項1又は2に記載の光電変換装置(ただしVocはLED光源200Lx条件下のペロブスカイト型太陽電池セルの開放電圧である)。 The photoelectric conversion device according to claim 1 or 2, wherein the applied bias voltage Vb is Vb / Voc = 0.05 to 1.2 (however, Voc is the open circuit voltage of a perovskite type solar cell under the condition of LED light source 200Lx. Is). 前記印加バイアス電圧Vbが、Vb/Voc=0.1〜1.0である、請求項3に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 3, wherein the applied bias voltage Vb is Vb / Voc = 0.1 to 1.0. 前記ペロブスカイト型太陽電池セルが、順型ペロブスカイト型太陽電池セルである、請求項1乃至4のいずれかに記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 4, wherein the perovskite type solar cell is a normal type perovskite type solar cell. 前記ペロブスカイト型太陽電池セルを直列化したペロブスカイト型太陽電池モジュールを有する、請求項1乃至5のいずれかに記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 5, further comprising a perovskite type solar cell module in which the perovskite type solar cell is serialized. ペロブスカイト型太陽電池セル、及び
前記太陽電池セルに電気的に接続され、且つ前記太陽電池セルにバイアス電圧を印加し得る、バイアス電圧印加機構、を有する光電変換装置の運転方法であって、
前記太陽電池セルが照度10Lx以下の状態において、前記太陽電池セルにバイアス電圧Vbを印加する印加ステップ、を含む光電変換装置の運転方法。
A method of operating a photoelectric conversion device having a perovskite type solar cell and a bias voltage applying mechanism that is electrically connected to the solar cell and can apply a bias voltage to the solar cell.
A method of operating a photoelectric conversion device including an application step of applying a bias voltage Vb to the solar cell in a state where the solar cell has an illuminance of 10 Lx or less.
JP2019023523A 2019-02-13 2019-02-13 Photoelectric conversion device Active JP7225881B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019023523A JP7225881B2 (en) 2019-02-13 2019-02-13 Photoelectric conversion device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019023523A JP7225881B2 (en) 2019-02-13 2019-02-13 Photoelectric conversion device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020137161A true JP2020137161A (en) 2020-08-31
JP7225881B2 JP7225881B2 (en) 2023-02-21

Family

ID=72279333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019023523A Active JP7225881B2 (en) 2019-02-13 2019-02-13 Photoelectric conversion device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7225881B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022085206A (en) * 2020-11-27 2022-06-08 株式会社リコー Photoelectric conversion module, electronic equipment, and power supply module
JP2022085070A (en) * 2020-11-27 2022-06-08 株式会社リコー Photoelectric conversion module, electronic equipment, and power supply module
WO2023021648A1 (en) * 2021-08-19 2023-02-23 株式会社 東芝 Electroconductive member, electronic device, and method for manufacturing electroconductive member

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005203398A (en) * 2004-01-13 2005-07-28 Canon Inc Photovoltaic power generation system, and short-circuiting failure suppression method thereof
WO2017221535A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solar cell system and method for operating solar cell system
US20180174762A1 (en) * 2016-12-16 2018-06-21 Uchicago Argonne, Llc Hybrid organic-inorganic electron selective overlayers for halide perovoskites
WO2018162496A1 (en) * 2017-03-08 2018-09-13 Siemens Aktiengesellschaft Photovoltaic device
JP2018147964A (en) * 2017-03-02 2018-09-20 国立大学法人 東京大学 Heating method of composite, heating apparatus of composite and photoelectric converter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005203398A (en) * 2004-01-13 2005-07-28 Canon Inc Photovoltaic power generation system, and short-circuiting failure suppression method thereof
WO2017221535A1 (en) * 2016-06-21 2017-12-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solar cell system and method for operating solar cell system
US20180174762A1 (en) * 2016-12-16 2018-06-21 Uchicago Argonne, Llc Hybrid organic-inorganic electron selective overlayers for halide perovoskites
JP2018147964A (en) * 2017-03-02 2018-09-20 国立大学法人 東京大学 Heating method of composite, heating apparatus of composite and photoelectric converter
WO2018162496A1 (en) * 2017-03-08 2018-09-13 Siemens Aktiengesellschaft Photovoltaic device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
韓 礼元: "特集:ペロブスカイト型太陽電池の最前線 4.ペロブスカイト太陽電池の高効率化技術", ELECTROCHEMISTRY, vol. 84巻6号, JPN6022024768, 2016, pages 454 - 459, ISSN: 0004803408 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022085206A (en) * 2020-11-27 2022-06-08 株式会社リコー Photoelectric conversion module, electronic equipment, and power supply module
JP2022085070A (en) * 2020-11-27 2022-06-08 株式会社リコー Photoelectric conversion module, electronic equipment, and power supply module
WO2023021648A1 (en) * 2021-08-19 2023-02-23 株式会社 東芝 Electroconductive member, electronic device, and method for manufacturing electroconductive member

Also Published As

Publication number Publication date
JP7225881B2 (en) 2023-02-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210159426A1 (en) Perovskite compositions comprising mixed solvent systems
JP6913310B2 (en) Semiconductor devices, solar cells, and solar cell modules
JP7225881B2 (en) Photoelectric conversion device
JP2016539175A (en) Amorphous materials and their use
JP7232032B2 (en) solar cell
Teixeira et al. Selection of the ultimate perovskite solar cell materials and fabrication processes towards its industrialization: A review
Santos et al. The renaissance of monolithic dye-sensitized solar cells
US20210408414A1 (en) Solar cell module
JP2021170605A (en) Photoelectric conversion element
JP2019175970A (en) Photoelectric conversion element and solar cell module
JP6991464B2 (en) Photoelectric conversion element and solar cell module
US20240138164A1 (en) Multilayer Back Contacts for Perovskite Photovoltaic Devices
JP2022171900A (en) Photoelectric conversion element and solar cell module
WO2022009636A1 (en) Solar cell and photoelectric conversion element
JP7482362B2 (en) Photoelectric conversion element and solar cell module
JP2021022681A (en) Photoelectric conversion element
JP2019134158A (en) Solar cell
Lojpur et al. Different behaviors in current–voltage measurements of undoped and doped Sb 2 S 3-based solar cells
US20240057355A1 (en) Solar cell and method for manufacturing solar cell
JP7386443B2 (en) solar cells
Husain et al. Organic ligands/dyes as photon-downshifting materials for clean energy
JP2021077788A (en) Photoelectric conversion element
JP7401070B2 (en) Method for manufacturing perovskite film and method for manufacturing photoelectric conversion element
US20230025098A1 (en) Transparent electrode, method for producing the same, and electronic device using transparent electrode
US20240130145A1 (en) Photovoltaic structures having a composite conductor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211001

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220621

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20220809

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221017

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230110

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230123

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7225881

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151