JP2023101351A - Solar battery - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、太陽電池に関する。 The present disclosure relates to solar cells.
近年、組成式ABX3(Aは1価のカチオン、Bは2価のカチオン、Xはハロゲンアニ
オン)により示されるペロブスカイト型結晶、および、その類似の構造体(以下、「ペロブスカイト化合物」という)を光電変換材料として用いた、ペロブスカイト太陽電池の研究開発が進められている。ペロブスカイト太陽電池の光電変換効率、および耐久性を向上するために、様々な取り組みが行われている。
In recent years, perovskite-type crystals represented by the compositional formula ABX 3 (A is a monovalent cation, B is a divalent cation, and X is a halogen anion) and similar structures (hereinafter referred to as "perovskite compounds") have been developed. Research and development of perovskite solar cells, which are used as photoelectric conversion materials, are underway. Various efforts have been made to improve the photoelectric conversion efficiency and durability of perovskite solar cells.
非特許文献1において、大気中の水蒸気がペロブスカイト化合物と反応することが報告されている。当該反応により、ペロブスカイト化合物の表面および粒界に、ヨウ化鉛、ヨウ化メチルアンモニウム、または水和化合物のような、発電に寄与しない物質が形成される。 Non-Patent Document 1 reports that atmospheric water vapor reacts with perovskite compounds. This reaction forms substances that do not contribute to power generation, such as lead iodide, methylammonium iodide, or hydrated compounds, on the surface and grain boundaries of the perovskite compound.
非特許文献2は、正孔輸送材料であるπ共役系ポリマーの主鎖近傍に水が配位することで、当該ポリマーの導電性が向上することを開示している。 Non-Patent Document 2 discloses that water is coordinated near the main chain of a π-conjugated polymer, which is a hole transport material, to improve the conductivity of the polymer.
特許文献1は、所定の酸素の濃度および水の濃度を有するペロブスカイト太陽電池を開示している。 WO 2005/010000 discloses a perovskite solar cell with a given concentration of oxygen and water.
本開示の目的は、耐久性を向上させた太陽電池を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a solar cell with improved durability.
本開示の太陽電池は、
支持部材と、
光電変換素子と、
水蒸気濃度調整材と、
封止部材と、
を備え、
前記光電変換素子および前記水蒸気濃度調整材は、前記支持部材および前記封止部材によって封止され、
前記光電変換素子は、ペロブスカイト化合物を含む。
The solar cell of the present disclosure is
a support member;
a photoelectric conversion element;
a water vapor concentration adjusting material;
a sealing member;
with
The photoelectric conversion element and the water vapor concentration adjusting material are sealed by the supporting member and the sealing member,
The photoelectric conversion element contains a perovskite compound.
本開示は、耐久性を向上させた太陽電池を提供する。 The present disclosure provides solar cells with improved durability.
<本開示の基礎となった知見>
非特許文献1に報告されているように、鉛を含むペロブスカイト化合物は、水と反応することにより、ペロブスカイト化合物の表面および粒界に、ヨウ化鉛、ヨウ化メチルアンモニウム、または水和化合物などの発電に寄与しない物質が形成される。当該物質は高い絶縁性を有するため、光生成キャリアの移動が阻害される。その結果、ペロブスカイト太陽電池の特性が低下するという課題があった。
<Knowledge on which this disclosure is based>
As reported in Non-Patent Document 1, a lead-containing perovskite compound reacts with water to deposit lead iodide, methylammonium iodide, or a hydrated compound on the surface and grain boundaries of the perovskite compound. Substances are formed that do not contribute to power generation. Since the substance has a high insulating property, movement of photo-generated carriers is inhibited. As a result, there is a problem that the characteristics of the perovskite solar cell are degraded.
したがって、一般的には、ペロブスカイト太陽電池は、周囲に水の極力少ない(例えば、水蒸気濃度が体積分率で0.1ppm以下)、窒素雰囲気下で使用される。 Therefore, perovskite solar cells are generally used in a nitrogen atmosphere in which there is as little water as possible (for example, the water vapor concentration is 0.1 ppm or less in volume fraction).
本明細書において、水蒸気濃度および酸素濃度は、体積分率の濃度を意味する。 As used herein, water vapor concentration and oxygen concentration refer to volume fraction concentrations.
特許文献1は、所定の酸素の濃度および水の濃度を有するペロブスカイト太陽電池を開示している。封止空間内の酸素濃度を5%以上、かつ水分濃度(体積分率)を300ppm以下に制御することで、太陽電池の耐熱性が向上することが開示されている。 WO 2005/010000 discloses a perovskite solar cell with a given concentration of oxygen and water. It is disclosed that the heat resistance of the solar cell is improved by controlling the oxygen concentration in the sealed space to 5% or more and the moisture concentration (volume fraction) to 300 ppm or less.
一方、非特許文献1には、上記の水蒸気による太陽電池の特性低下に加えて、酸素が太陽電池に及ぼす影響が報告されている。具体的には、非特許文献1において、ペロブスカイト太陽電池の光照射試験後の規格化された光電変換効率は、太陽電池周囲の酸素濃度が0%の場合を基準として、酸素濃度が1%から20%まで増加するにつれて、単調に減少することが開示されている。このように、酸素濃度5%で耐光性が低下することは、非特許文献1で報告されている。したがって、酸素濃度5%以上の範囲では、熱安定性および光安定性の両立は困難であることが予測される。 On the other hand, in Non-Patent Document 1, in addition to the deterioration of solar cell characteristics due to water vapor, the influence of oxygen on solar cells is reported. Specifically, in Non-Patent Document 1, the standardized photoelectric conversion efficiency after a light irradiation test of a perovskite solar cell is based on the case where the oxygen concentration around the solar cell is 0%, and the oxygen concentration is from 1% to It is disclosed to decrease monotonically as it increases up to 20%. Non-Patent Document 1 reports that the light resistance is thus lowered at an oxygen concentration of 5%. Therefore, it is expected that it is difficult to achieve both thermal stability and light stability in the oxygen concentration range of 5% or more.
非特許文献2は、正孔輸送材料であるπ共役系ポリマーの主鎖近傍に水が配位することで、当該ポリマーの導電性が向上することを開示している。しかし、これまで水蒸気によって熱安定性および光安定性が向上したという報告は無く、水蒸気の存在は耐久性を低下させる要因とされてきた。 Non-Patent Document 2 discloses that water is coordinated near the main chain of a π-conjugated polymer, which is a hole transport material, to improve the conductivity of the polymer. However, there has been no report that water vapor improves the thermal stability and light stability, and the presence of water vapor has been regarded as a factor in reducing the durability.
以上のように、実使用時に重要となる光安定性および熱安定性について、水蒸気の存在
が安定性向上に寄与するという報告は無かった。
As described above, there has been no report that the presence of water vapor contributes to improving the photostability and thermal stability, which are important in actual use.
本発明者らは、水蒸気濃度の閾値(すなわち耐久性への影響が顕著となる値)を詳細に調査した結果、水蒸気濃度0%以上かつ1%以下の範囲に、ペロブスカイト太陽電池の耐久性に最適な範囲が存在することを見出した。具体的には、封止空間内の酸素濃度を2ppm以下に抑えた状態で、封止空間内の水蒸気濃度が100ppm以上かつ5000ppm以下の範囲において、光照射試験後の光電変換効率および耐熱試験後の光電変換効率が向上する。さらに、封止空間内の水蒸気濃度が100ppm以上かつ1000ppm以下の範囲で、光照射試験後の光電変換効率および耐熱試験後の光電変換効率がより向上することも見出した。したがって、太陽電池の光安定性および熱安定性は、封止空間内の水蒸気濃度が100ppm以上かつ5000ppm以下の範囲にある場合に両立でき、さらに封止空間内の水蒸気濃度が100ppm以上かつ1000ppm以下の範囲にある場合により向上させ得る。 The inventors of the present invention have conducted a detailed investigation of the water vapor concentration threshold value (that is, the value at which the effect on durability is significant). We have found that there is an optimal range. Specifically, in a state where the oxygen concentration in the sealed space is suppressed to 2 ppm or less, and the water vapor concentration in the sealed space is in the range of 100 ppm or more and 5000 ppm or less, the photoelectric conversion efficiency after the light irradiation test and the heat resistance test photoelectric conversion efficiency is improved. Furthermore, it was found that the photoelectric conversion efficiency after the light irradiation test and the photoelectric conversion efficiency after the heat resistance test are further improved when the water vapor concentration in the sealed space is in the range of 100 ppm or more and 1000 ppm or less. Therefore, the photostability and thermal stability of the solar cell can be compatible when the water vapor concentration in the sealed space is in the range of 100 ppm or more and 5000 ppm or less, and the water vapor concentration in the sealed space is 100 ppm or more and 1000 ppm or less. can be improved if it is in the range of
これら先行技術に鑑み、本発明者らは、光電変換素子に接する領域の水蒸気濃度を低濃度に調整するための太陽電池の構造を見出した。具体的には、封止部材により光電変換素子が外気から遮断されており、封止空間内に水蒸気濃度調整材を備える。本構造により、実動作期間内において、光電変換素子に接する領域の水蒸気濃度が最適(例えば、100ppm以上かつ5000ppm以下、または100ppm以上かつ1000ppm以下)になるように水蒸気濃度調整材により制御され、太陽電池の耐久性が向上する。 In view of these prior arts, the present inventors have found a solar cell structure for adjusting the water vapor concentration in the region in contact with the photoelectric conversion element to a low concentration. Specifically, the photoelectric conversion element is shielded from the outside air by the sealing member, and the water vapor concentration adjusting material is provided in the sealed space. With this structure, the water vapor concentration in the region in contact with the photoelectric conversion element is controlled by the water vapor concentration adjusting material so that it becomes optimal (for example, 100 ppm or more and 5000 ppm or less, or 100 ppm or more and 1000 ppm or less) during the actual operation period. Battery durability is improved.
以下、本開示の太陽電池について、図面を参照しながら説明する。図面において、光電変換素子からの配線、モジュールを支持するフレーム、および端子ボックスは省略されている。 The solar cell of the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In the drawing, the wiring from the photoelectric conversion element, the frame supporting the module, and the terminal box are omitted.
(第1実施形態)
以下、第1実施形態の太陽電池について説明する。
(First embodiment)
The solar cell of the first embodiment will be described below.
本開示の第1実施形態による太陽電池は、支持部材と、光電変換素子と、水蒸気濃度調整材と、封止部材と、を備える。光電変換素子および水蒸気濃度調整材は、支持部材および封止部材によって封止される。光電変換素子は、ペロブスカイト化合物を含む。 A solar cell according to a first embodiment of the present disclosure includes a support member, a photoelectric conversion element, a water vapor concentration adjusting material, and a sealing member. The photoelectric conversion element and water vapor concentration adjusting material are sealed with a support member and a sealing member. A photoelectric conversion element contains a perovskite compound.
第1実施形態の太陽電池は、封止部材を有するため、外気が封止空間に侵入しない。また、水蒸気濃度調整材の働きにより、光電変換素子に接する領域の水蒸気濃度をペロブスカイト太陽電池に適した低濃度の範囲にできる。その結果、水分がペロブスカイト化合物と反応することを抑制できる。さらに、水分が正孔輸送材料に配位することによって正孔輸送層の導電性を向上させることができる。これにより、太陽電池の導電性を向上させることができる。その結果、正孔を効率良く取り出すことができるため、界面での再結合が生じにくくなる。したがって、光電変換素子が正孔輸送層を具備する場合は、以上の構成により、太陽電池の耐久性をさらに向上させることができる。 Since the solar cell of the first embodiment has the sealing member, external air does not enter the sealed space. In addition, due to the function of the water vapor concentration adjusting material, the water vapor concentration in the region in contact with the photoelectric conversion element can be set to a low concentration range suitable for perovskite solar cells. As a result, it is possible to suppress the reaction of moisture with the perovskite compound. Furthermore, the conductivity of the hole-transporting layer can be improved by coordinating moisture to the hole-transporting material. Thereby, the conductivity of the solar cell can be improved. As a result, holes can be extracted efficiently, and recombination at the interface is less likely to occur. Therefore, when the photoelectric conversion element includes a hole transport layer, the durability of the solar cell can be further improved by the above configuration.
光電変換素子に接する領域の水蒸気濃度は、100ppm以上かつ5000ppm以下であってもよい。これにより、太陽電池の光安定性および熱安定性を両立でき、耐久性を向上させることができる。光電変換素子に接する領域の水蒸気濃度は、100ppm以上かつ1000ppm以下であってもよい。これにより、太陽電池の耐久性をより向上させることができる。 The water vapor concentration in the region in contact with the photoelectric conversion element may be 100 ppm or more and 5000 ppm or less. As a result, both the photostability and thermal stability of the solar cell can be achieved, and the durability can be improved. The water vapor concentration in the region in contact with the photoelectric conversion element may be 100 ppm or more and 1000 ppm or less. This can further improve the durability of the solar cell.
以下、第1実施形態の太陽電池について、第1から第6構成例を用いて、より具体的に説明する。なお、第1実施形態の太陽電池は、以下の第1から第6構成例の太陽電池に限
定されない。
Hereinafter, the solar cell of the first embodiment will be described more specifically using first to sixth configuration examples. In addition, the solar cell of the first embodiment is not limited to the solar cells of the following first to sixth configuration examples.
図1は、第1実施形態の太陽電池の第1構成例を模式的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a first structural example of the solar cell of the first embodiment.
太陽電池100は、支持部材10と、光電変換素子20と、封止部材30と、水蒸気濃度調整材50と、を備える。図1に示されるように、支持部材10および封止部材30によって囲まれて、封止空間40が形成されていてもよい。光電変換素子20および水蒸気濃度調整材50は、封止空間40内に配置されている。光電変換素子20は、支持部材10に支持されている。なお、封止空間40内において水蒸気濃度調整材50を支持する手段は、特には限定されない。例えば、封止空間40内に、図1には示されていない充填材が充填されており、その充填材内に水蒸気濃度調整材50が埋め込まれることによって水蒸気濃度調整材50が封止空間40内に支持されていてもよい。なお、充填材として使用可能な材料については、後述する。また、支持部材10または封止部材30の封止空間40に面する壁面に、図1には示されていない何らかの固定部材を用いて水蒸気濃度調整材50が固定されていてもよい。
The
光電変換素子20および水蒸気濃度調整材50は、支持部材10および封止部材30によって封止されている。
The
光電変換素子20は、ペロブスカイト化合物を含む。
The
光電変換素子20は、支持部材10に接していてもよい。
The
図1に示されるように、水蒸気濃度調整材50は、光電変換素子20に接していなくてもよい。
As shown in FIG. 1 , the water vapor
図2は、第1実施形態の太陽電池の第2構成例を模式的に示す断面図である。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a second configuration example of the solar cell of the first embodiment.
太陽電池110は、支持部材10と、光電変換素子20と、封止部材30と、水蒸気濃度調整材50と、を備える。図2に示されるように、支持部材10および封止部材30によって囲まれて、封止空間40が形成されていてもよい。光電変換素子20は、支持部材10に支持されている。光電変換素子20および水蒸気濃度調整材50は、封止空間40内に配置されている。水蒸気濃度調整材50は、封止部材30の封止空間40に面する面の一部を被覆している。
The
図2に示されるように、水蒸気濃度調整材50は、封止部材30の支持部材10に対向する面に接していてもよい。水蒸気濃度調整材50は、例えば、封止部材30の内壁に固定されていてもよい。水蒸気濃度調整材50は、光電変換素子20と空間を挟んで対向するように、封止部材30に接していてもよい。
As shown in FIG. 2 , the water vapor
水蒸気濃度調整材50は、太陽電池の製造において、封止部材30に塗布することによって形成されてもよいし、封止部材30の内壁の一部の改質によって形成されてもよい。封止部材30の内壁の改質とは、例えば、熱処理と化学処理との組み合わせによる封止部材30の表面の多孔質化などが挙げられる。このような多孔質化は、封止部材30が例えばガラス等によって形成されている場合に行われ得る。
The water vapor
図3は、第1実施形態の太陽電池の第3構成例を模式的に示す断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a third configuration example of the solar cell of the first embodiment.
太陽電池120は、支持部材10と、光電変換素子20と、封止部材30と、水蒸気濃度調整材50と、を備える。図3に示されるように、支持部材10および封止部材30に
よって囲まれて、封止空間40が形成されていてもよい。光電変換素子20は、支持部材10に支持されている。光電変換素子20および水蒸気濃度調整材50は、封止空間40内に配置されている。水蒸気濃度調整材50は、封止部材30の封止空間40に面する全面を被覆している。
The
図3に示されるように、水蒸気濃度調整材50は、封止部材30の内壁を被覆していてもよい。
As shown in FIG. 3 , the water vapor
水蒸気濃度調整材50は、光電変換素子20の表面の少なくとも一部を被覆していてもよい。水蒸気濃度調整材50が光電変換素子20の表面の少なくとも一部を被覆することで、封止空間40および光電変換素子20の間の水の移動を遅延させることができる。
The water vapor
図1から図3に示される太陽電池においては、水蒸気濃度調整材50は光電変換素子20に接していないが、水蒸気濃度調整材50は、光電変換素子20に接していてもよい。
In the solar cells shown in FIGS. 1 to 3 , the water vapor
水蒸気濃度調整材50が光電変換素子20と接することで、封止空間40および光電変換素子20の間の水の移動を遅延させることができる。
By the water vapor
図4は、第1実施形態の太陽電池の第4構成例を模式的に示す断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a fourth configuration example of the solar cell of the first embodiment.
太陽電池130は、支持部材10と、光電変換素子20と、封止部材30と、水蒸気濃度調整材50と、を備える。図4に示されるように、支持部材10および封止部材30によって囲まれて、封止空間40が形成されていてもよい。光電変換素子20は、支持部材10に支持されている。光電変換素子20および水蒸気濃度調整材50は、封止空間40内に配置されている。水蒸気濃度調整材50は、光電変換素子20の支持部材10に接する面を除く面を被覆している。
図4に示されるように、水蒸気濃度調整材50は、支持部材10上に配置された光電変換素子20の全体を被覆していてもよい。すなわち、光電変換素子20は、1つの主面が支持部材10に接し、他の主面および側面が、水蒸気濃度調整材50に被覆されていてもよい。これにより、光電変換素子20は封止空間40と接しない。
As shown in FIG. 4 , the water vapor
水蒸気濃度調整材50は、太陽電池の製造において、光電変換素子20上に塗布することによって形成されてもよい。
The water vapor
光電変換素子20は、1つの主面が支持部材10に接し、他の主面および側面の少なくとも一部が、水蒸気濃度調整材50に被覆されていてもよい。
One main surface of the
図5は、第1実施形態の太陽電池の第5構成例を模式的に示す断面図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a fifth configuration example of the solar cell of the first embodiment.
水蒸気濃度調整材50は、光電変換素子20の表面の少なくとも一部を被覆していてもよい。光電変換素子20の少なくとも一部は封止空間40と接していてもよい。図5に示される太陽電池140においては、光電変換素子20は、1つの主面が支持部材10に接し、他の主面および一方の側面が、水蒸気濃度調整材50に被覆されており、光電変換素子20の他方の側面は、封止空間40と接している。
The water vapor
水蒸気濃度調整材50が光電変換素子20の表面の少なくとも一部を被覆する場合、水蒸気濃度調整材50の厚みは、0.1μm以上かつ10000μm以下であってもよい。なお、この場合の水蒸気濃度調整材50の厚みとは、水蒸気濃度調整材50の表面から光電変換素子20に接する面までの距離の最小値である。
When the water vapor
水蒸気濃度調整材50が光電変換素子20の表面の少なくとも一部を被覆する場合、光電変換素子20の体積に対する水蒸気濃度調整材50の体積の割合は、10%以上かつ20000%以下であってもよく、20%以上かつ10000%以下であってもよい。水蒸気濃度調整材50が光電変換素子20の表面を被覆しない場合、光電変換素子20の体積に対する水蒸気濃度調整材50の体積の割合は、10%以上かつ1000000%以下であってもよく、20%以上かつ500000%以下であってもよい。
When the water vapor
封止部材30は、異なる2以上の部材からなっていてもよい。図6は、第1実施形態の太陽電池の第6構成例を模式的に示す断面図である。図6に示される太陽電池150は、封止部材30が封止部材の第1部分30aおよび封止部材の第2部分30bからなる点が太陽電池100と異なっている。封止部材30は、第1部分30aおよび第2部分30bを含んでもよい。
The sealing
第1部分30aおよび第2部分30bは、互いに異なる特性を有していてもよく、互いに異なる組成を有する材料を含んでいてもよい。例えば、第2部分30bは、第1部分30aと支持部材10とを接着する接着剤のような機能を有していてもよい。
The
第1部分30aは、例えば、支持部材10と間隔を空けて対向するように配置される。第1部分30aは、板状部材であってもよい。
The
第2部分30bは、例えば、支持部材10と、支持部材10と間隔を空けて対向するように配置される第1部分30aとの間に配置される。
The
第2部分30bの上端および下端の一方は、支持部材10の周縁部と接し、他方は、第1部分30aの周縁部と接していてもよい。図6に示されるように、第2部分30bは、光電変換素子20および水蒸気濃度調整材50を囲むように、枠状に設けられ、第1部分30aは、第2部分30bを介して支持部材10と対向するように設けられていてもよい。これにより、支持部材10、第1部分30a、および第2部分30bに囲まれている封止空間40を形成し、光電変換素子20および水蒸気濃度調整材50を封止することができる。
One of the upper end and the lower end of the
以下、本開示の太陽電池の各構成要素について、具体的に説明する。 Each component of the solar cell of the present disclosure will be specifically described below.
(支持部材10)
支持部材10は、光電変換素子20を支持する役割を果たす。
(Support member 10)
The
支持部材10は、透明な材料から形成することができる。支持部材10としては、例えば、ガラス基板またはプラスチック基板を用いることができる。プラスチック基板は、例えば、プラスチックフィルムであってもよい。また、光電変換素子20を構成する第2電極27が透光性を有している場合には、支持部材10の材料は、透光性を有さない材料であってもよい。例えば、支持部材10の材料として、金属、セラミックスまたは透光性の小さい樹脂材料を用いることができる。
(光電変換素子20)
光電変換素子20は、ペロブスカイト化合物を含む。光電変換素子20は、第1電極、光電変換層、および第2電極、をこの順で備えてもよい。光電変換層は、ペロブスカイト化合物を含む。
(Photoelectric conversion element 20)
The
光電変換素子20は、第1電極と光電変換層との間にさらに電子輸送層を備えていても
よいし、また、光電変換層と第2電極との間にさらに正孔輸送層を備えてもよい。光電変換素子20は、第1電極、電子輸送層、光電変換層、正孔輸送層、および第2電極、をこの順で備えていてもよい。電子輸送層と光電変換層との間に多孔質層をさらに備えてもよい。
The
図7は、本開示の実施形態による太陽電池における光電変換素子20の一例を模式的に示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of the
光電変換素子20は、例えば、基板21、第1電極22、電子輸送層23、多孔質層24、光電変換層25、正孔輸送層26、および第2電極27、をこの順で備える。
The
光電変換素子20に光が照射されると、光電変換層25が光を吸収し、励起された電子と正孔とを発生させる。この励起された電子は、電子輸送層23を通り第1電極22に移動する。一方、光電変換層25で生じた正孔は、正孔輸送層26を介して第2電極27に移動する。これにより、光電変換素子20は、負極としての第1電極22と、正極としての第2電極27とから、電流を取り出すことができる。
When the
光電変換素子20は、例えば、以下の方法によって作製することができる。
The
まず、基板21の表面に第1電極22を、化学気相蒸着法またはスパッタ法などにより形成する。次に、電子輸送層23を、化学気相蒸着法、スパッタ法、または溶液塗布法などにより形成する。次に、多孔質層24を、塗布法などにより形成する。次に、光電変換層25を形成する。光電変換層25は、例えば、溶液による塗布法、印刷法、または蒸着法などにより形成されてもよい。また、例えば、ペロブスカイト化合物を所定の厚さに切り出したものを光電変換層25として、多孔質層24上に配置してもよい。次に、光電変換層25の上に、正孔輸送層26を、化学気相蒸着法、スパッタ法、または溶液塗布法などにより形成する。次に、正孔輸送層26の上に、化学気相蒸着法、スパッタ法、または溶液塗布法などにより第2電極27を形成する。以上により、光電変換素子20が得られる。
First, the
以下、光電変換素子20の各構成要素について、具体的に説明する。
Each component of the
(基板21)
基板21は、付随的な構成要素である。
(substrate 21)
基板21は、光電変換素子20の各層を保持する役割を果たす。
The
基板21は、透明な材料から形成することができる。基板21としては、例えば、ガラス基板またはプラスチック基板を用いることができる。プラスチック基板は、例えば、プラスチックフィルムであってもよい。また、第2電極27が透光性を有している場合には、基板21の材料は、透光性を有さない材料であってもよい。例えば、基板21の材料として、金属、セラミックス、または透光性の小さい樹脂材料を用いることができる。
第1電極22が十分な強度を有している場合、第1電極22によって各層を保持することができるので、基板21を設けなくてもよい。この場合、光電変換素子20を封止しやすくするために、第1電極22は他の層よりもサイズを大きくしてもよい。
If the
本開示の実施形態による太陽電池において、支持部材10上に光電変換素子20を配置する場合、基板21を設けなくてもよい。すなわち、支持部材10が基板21として機能してもよい。
In the solar cell according to the embodiment of the present disclosure,
(第1電極22)
第1電極22は、導電性を有する。
(First electrode 22)
The
光電変換素子20が電子輸送層23を備えない場合、第1電極22は、光電変換層25とオーミック接触を形成しない材料から構成される。さらに、第1電極22は、光電変換層25からの正孔に対するブロック性を有する。光電変換層25からの正孔に対するブロック性とは、光電変換層25で発生した電子のみを通過させ、正孔を通過させない性質のことである。このような性質を有する材料とは、光電変換層25の価電子帯上端のエネルギーよりも、フェルミエネルギーが高い材料である。上記の材料は、光電変換層25よりも、フェルミエネルギーが高い材料であってもよい。具体的な材料としては、アルミニウムが挙げられる。
When the
光電変換素子20が、第1電極22および光電変換層25の間に電子輸送層23を備える場合、第1電極22は、光電変換層25からの正孔に対するブロック性を有していなくてもよい。すなわち、第1電極22の材料は、光電変換層25との間でオーミック接触を形成する材料であってもよい。
When the
第1電極22は、透光性を有する。例えば、可視領域から近赤外領域の光を透過する。第1電極22は、例えば、透明であり導電性を有する材料から構成される。第1電極22は、例えば、金属酸化物および/または金属窒化物を用いて形成することができる。このような材料としては、例えば、リチウム、マグネシウム、ニオブ、およびフッ素からなる群より選択される少なくとも1種がドープされた酸化チタン、錫およびシリコンからなる群より選択される少なくとも1種がドープされた酸化ガリウム、シリコンおよび酸素からなる群より選択される少なくとも1種がドープされた窒化ガリウム、アンチモンおよびフッ素からなる群より選択される少なくとも1種がドープされた酸化錫、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、およびインジウムからなる群より選択される少なくとも1種がドープされた酸化亜鉛、インジウム-錫複合酸化物、または、これらの複合物が挙げられる。
The
第1電極22は、透明でない材料を用いて、光が透過するパターンを設けて形成されてもよい。光が透過するパターンとしては、例えば、線状、波線状、格子状、または多数の微細な貫通孔が規則的若しくは不規則に配列されたパンチングメタル状のパターンが挙げられる。第1電極22がこれらのパターンを有すると、電極材料が存在しない部分を光が透過することができる。透明でない電極材料としては、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、チタン、鉄、ニッケル、スズ、亜鉛、または、これらのいずれかを含む合金を挙げることができる。また、導電性を有する炭素材料を用いることもできる。
The
第1電極22の光の透過率は、例えば50%以上であってもよく、80%以上であってもよい。透過すべき光の波長は、光電変換層25の吸収波長に依存する。
The light transmittance of the
第1電極22の厚みは、1nm以上かつ1000nm以下であってもよい。
The thickness of the
(電子輸送層23)
電子輸送層23は、例えば、光電変換層25および第1電極22の間に配置される。電子輸送層23を備えることにより、光電変換層25で生じた電子を第1電極22に効率よく移動させることができる。その結果、電流を効率よく取り出すことができるため、光電変換素子20の光電変換効率を向上させることができる。
(Electron transport layer 23)
The
電子輸送層23は、例えば、光電変換層25および第1電極22の間に配置される。電
子輸送層23を備えることにより、光電変換層25で生じた電子を第1電極22に効率よく移動させることができる。その結果、電流を効率よく取り出すことができるため、光電変換素子20の光電変換効率を向上させることができる。
The
電子輸送層23は、電子輸送材料を含有する。電子輸送材料は、電子を輸送する材料である。電子輸送材料は、半導体であり得る。電子輸送層23は、バンドギャップが3.0eV以上の半導体から形成されていてもよい。バンドギャップが3.0eV以上の半導体で電子輸送層23を形成することにより、可視光および赤外光を光電変換層25まで透過させることができる。
The
電子輸送材料の例は、無機のn型半導体である。 Examples of electron transport materials are inorganic n-type semiconductors.
無機のn型半導体としては、例えば、金属元素の酸化物、金属元素の窒化物、およびペロブスカイト型酸化物を用いることができる。金属元素の酸化物としては、例えば、Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga、Si、およびCrの酸化物を用いることができる。より具体的な例としては、TiO2またはSnO2が挙げられる。金属元素の窒化物としては、例えば、GaNが挙げられる。ペロブスカイト型酸化物の例としては、SrTiO3またはC
aTiO3が挙げられる。
As the inorganic n-type semiconductor, for example, oxides of metal elements, nitrides of metal elements, and perovskite oxides can be used. Examples of oxides of metal elements include Cd, Zn, In, Pb, Mo, W, Sb, Bi, Cu, Hg, Ti, Ag, Mn, Fe, V, Sn, Zr, Sr, Ga, Si, and Cr oxides can be used. More specific examples include TiO2 or SnO2 . Nitrides of metal elements include, for example, GaN. Examples of perovskite oxides are SrTiO3 or C
aTiO3 .
電子輸送層23は、バンドギャップが6.0eVよりも大きな物質によって形成されていてもよい。バンドギャップが6.0eVよりも大きな物質としては、フッ化リチウムおよびフッ化カルシウムなどのアルカリ金属またはアルカリ土類金属のハロゲン化物、酸化マグネシウムのようなアルカリ金属酸化物、または二酸化ケイ素などが挙げられる。この場合、電子輸送層23の電子輸送性を確保するために、電子輸送層23の厚みは、例えば、10nm以下であってもよい。
The
電子輸送層23は、互いに異なる材料からなる複数の層を含んでいてもよい。
The
光電変換素子20は、電子輸送層23を備えていなくてもよい。
The
(多孔質層24)
多孔質層24は、例えば、電子輸送層23および光電変換層25の間に配置される。
(Porous layer 24)
The
多孔質層24を備えることにより、光電変換層25を形成しやすくなる。多孔質層24の空隙に光電変換層25の材料が侵入し、多孔質層24が光電変換層25の足場となる。そのため、光電変換層25の材料が多孔質層24の表面で弾かれたり、凝集したりすることが起こりにくい。したがって、光電変換層25を容易に均一な膜として形成できる。
The provision of the
多孔質層24によって光散乱が起こることにより、光電変換層25を通過する光の光路長が増大する効果も期待される。光路長が増大すると、光電変換層25中で発生する電子および正孔の量が増加すると予測される。
The effect of increasing the optical path length of light passing through the
多孔質層24は、電子輸送層23の上に、例えば塗布法によって形成される。光電変換素子20が電子輸送層23を備えない場合は、多孔質層24は、第1電極22の上に形成される。
The
多孔質層24は、多孔質体を含む。多孔質体は、空隙を含む。
The
多孔質体は、例えば、絶縁性または半導体の粒子の連なりによって形成される。絶縁性
の粒子の例は、酸化アルミニウム粒子または酸化ケイ素粒子である。半導体の粒子の例は、無機半導体粒子である。無機半導体の例は、金属酸化物、金属元素のペロブスカイト酸化物、金属硫化物、または金属カルコゲナイドである。金属酸化物の例は、Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga、Si、またはCrの酸化物である。金属酸化物のより具体的な例は、TiO2である。金属元素のペロブスカイト酸化物の例は、SrTiO3またはCaTiO3である。金属硫化物の例は、CdS、ZnS、In2S3、PbS、Mo2S、WS2、S
b2S3、Bi2S3、ZnCdS2、またはCu2Sである。金属カルコゲナイドの例は、CsSe、In2Se3、WSe2、HgS、PbSe、またはCdTeである。
The porous body is formed, for example, by a series of insulating or semiconducting particles. Examples of insulating particles are aluminum oxide particles or silicon oxide particles. Examples of semiconductor particles are inorganic semiconductor particles. Examples of inorganic semiconductors are metal oxides, perovskite oxides of metallic elements, metal sulfides or metal chalcogenides. Examples of metal oxides include Cd, Zn, In, Pb, Mo, W, Sb, Bi, Cu, Hg, Ti, Ag, Mn, Fe, V, Sn, Zr, Sr, Ga, Si, or Cr. It is an oxide. A more specific example of a metal oxide is TiO2 . Examples of perovskite oxides of metallic elements are SrTiO 3 or CaTiO 3 . Examples of metal sulfides are CdS, ZnS, In2S3 , PbS, Mo2S , WS2 , S
b2S3 , Bi2S3 , ZnCdS2 , or Cu2S . Examples of metal chalcogenides are CsSe, In2Se3 , WSe2 , HgS, PbSe, or CdTe .
多孔質層24の厚みは、0.01μm以上かつ10μm以下であってもよく、0.05μm以上かつ1μm以下であってもよい。
The thickness of the
多孔質層24の表面粗さについては、実効面積/投影面積で与えられる表面粗さ係数が10以上であってもよく、100以上であってもよい。投影面積とは、物体を真正面から光で照らしたときに、後ろにできる影の面積である。実効面積とは、物体の実際の表面積のことである。実効面積は、物体の投影面積および厚さから求められる体積と、物体を構成する材料の比表面積および嵩密度とから計算することができる。比表面積は、例えば、窒素吸着法によって測定される。
As for the surface roughness of the
多孔質層24中の空隙は、光電変換層25と接する部分から電子輸送層23と接する部分まで繋がっている。すなわち、多孔質層24の空隙は、多孔質層24の一方の主面から、他方の主面まで繋がっている。これにより、光電変換層25の材料が多孔質層24の空隙を充填し、電子輸送層23の表面まで到達することができる。したがって、多孔質層24を設けても、光電変換層25と電子輸送層23とは、直接接触しているため、電子の授受が可能である。
Voids in the
(光電変換層25)
光電変換層25は、ペロブスカイト化合物を含む。
(Photoelectric conversion layer 25)
ペロブスカイト化合物は、組成式ABX3により表され得る。ここで、Aは1価のカチ
オンであり、Bは2価のカチオンであり、Xは1価のアニオンである。
A perovskite compound may be represented by the compositional formula ABX 3 . where A is a monovalent cation, B is a divalent cation, and X is a monovalent anion.
1価のカチオンAの例は、有機カチオンまたはアルカリ金属カチオンである。 Examples of monovalent cations A are organic cations or alkali metal cations.
有機カチオンの例は、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(HC(NH2)2
+)、エチルアンモニウムカチオン(CH3CH2NH3
+)
、またはグアニジニウムカチオン(CH6N3
+)である。
Examples of organic cations are methylammonium cation ( CH3NH3 + ) , formamidinium cation (HC( NH2 ) 2+ ) , ethylammonium cation ( CH3CH2NH3 + ) .
, or the guanidinium cation (CH 6 N 3 + ).
アルカリ金属カチオンの例は、カリウムカチオン(K+)、セシウムカチオン(Cs+)、またはルビジウムカチオン(Rb+)である。 Examples of alkali metal cations are potassium cations (K + ), cesium cations (Cs + ) or rubidium cations (Rb + ).
2価のカチオンBの例は、鉛カチオン(Pb2+)または錫カチオン(Sn2+)である。 Examples of divalent cations B are lead cations (Pb 2+ ) or tin cations (Sn 2+ ).
1価のアニオンXの例は、ハロゲンアニオンである。 Examples of monovalent anions X are halogen anions.
A、B、およびXのそれぞれのサイトは、複数種類のイオンによって占有されていてもよい。 Each of the A, B, and X sites may be occupied by multiple types of ions.
光電変換層25の厚みは、50nm以上かつ10μm以下であってもよい。
The thickness of the
光電変換層25は、溶液による塗布法、印刷法、または蒸着法などを用いて形成することができる。光電変換層25は、ペロブスカイト化合物を切り出して配置することによって形成されてもよい。
The
光電変換層25は、組成式ABX3により表されるペロブスカイト化合物を主として含
んでもよい。ここで、「光電変換層25が、組成式ABX3により表されるペロブスカイ
ト化合物を主として含む」とは、光電変換層25が、組成式ABX3により表されるペロ
ブスカイト化合物を90質量%以上含むことである。光電変換層25は、組成式ABX3
により表されるペロブスカイト化合物を95質量%以上含んでいてもよい。光電変換層25は、組成式ABX3により表されるペロブスカイト化合物からなってもよい。光電変換
層25は、組成式ABX3により表されるペロブスカイト化合物を含んでいればよく、欠
陥または不純物を含んでもよい。
The
may contain 95% by mass or more of the perovskite compound represented by The
光電変換層25は、組成式ABX3により表されるペロブスカイト化合物とは異なる他
の化合物をさらに含んでいてもよい。異なる他の化合物としては、例えば、Ruddlesden-Popper型の層状ペロブスカイト構造を持つ化合物、などが挙げられる。
The
(正孔輸送層26)
正孔輸送層26は、例えば、光電変換層25および第2電極27の間に配置される。正孔輸送層26を備えることにより、光電変換層25で生じた正孔を第2電極27に効率よく移動させることができる。その結果、電流を効率よく取り出すことができるため、光電変換素子20の光電変換効率を向上させることができる。
(Hole transport layer 26)
The
正孔輸送層26は、正孔輸送材料を含有する。正孔輸送材料は、正孔を輸送する材料である。正孔輸送材料は、有機半導体または無機半導体であり得る。
正孔輸送層26は、有機半導体を含んでいてもよい。有機半導体は、光電変換層25と良好な界面を形成し、接合時の界面欠陥が増加すること抑制できる。その結果、太陽電池の光電変換効率および耐久性を向上させることができる。
有機半導体の構成要素としては、トリフェニルアミン、トリアリルアミン、フェニルベンジジン、フェニレンビニレン、テトラチアフルバレン、ビニルナフタレン、ビニルカルバゾール、チオフェン、アニリン、ピロール、カルバゾール、トリプチセン、フルオレン、アズレン、ピレン、ペンタセン、ペリレン、アクリジン、またはフタロシアニンが挙げられる。 Organic semiconductor constituents include triphenylamine, triallylamine, phenylbenzidine, phenylenevinylene, tetrathiafulvalene, vinylnaphthalene, vinylcarbazole, thiophene, aniline, pyrrole, carbazole, triptycene, fluorene, azulene, pyrene, pentacene, and perylene. , acridine, or phthalocyanine.
正孔輸送材料として用いられる代表的な有機半導体の例は、2,2′,7,7′-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenylamine)9,9′-spirobifluorene、poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine](以下、「PTAA」と省略することがある)、poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl)、poly(3,4-ethylenedioxythiophene)、銅フタロシアニン、である。 Examples of typical organic semiconductors used as hole transport materials include 2,2′,7,7′-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenylamine)9,9′-spirobifluorene, poly[bis( 4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine] (hereinafter sometimes abbreviated as "PTAA"), poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl), poly(3,4-ethylenedioxythiophene) , copper phthalocyanine.
正孔輸送材料として用いられる無機半導体は、p型の半導体である。無機半導体の例は、Cu2O、CuGaO2、CuSCN、CuI、NiOx、MoOx、V2O5、または酸化グラフェンのようなカーボン材料である。ここで、x>0である。 Inorganic semiconductors used as hole transport materials are p-type semiconductors. Examples of inorganic semiconductors are Cu2O , CuGaO2 , CuSCN, CuI , NiOx , MoOx , V2O5 , or carbon materials such as graphene oxide. where x>0.
正孔輸送層26は、互いに異なる材料からなる複数の層を含んでいてもよい。例えば、
光電変換層25のイオン化ポテンシャルに対して、正孔輸送層26のイオン化ポテンシャルが順々に小さくなるように複数の層が積層されてもよい。これにより、正孔輸送特性が改善される。
A plurality of layers may be laminated so that the ionization potential of the
正孔輸送層26の厚みは、1nm以上かつ1000nm以下であってもよく、10nm以上かつ50nm以下であってもよい。この範囲内であれば、十分な正孔輸送特性を発現でき、低抵抗を維持できるので、高効率に光発電を行うことができる。
The thickness of the
正孔輸送層26は、塗布法、印刷法、または蒸着法などを用いて形成することができる。これは、光電変換層25と同様である。塗布法の例は、ドクターブレード法、バーコート法、スプレー法、ディップコーティング法、またはスピンコート法である。印刷法の例は、スクリーン印刷法である。必要に応じて、複数の材料を混合して正孔輸送層26を作製し、加圧または焼成してもよい。正孔輸送層26の材料が有機の低分子体または無機半導体である場合には、真空蒸着法によって、正孔輸送層26を作製することも可能である。
The
正孔輸送層26は、添加剤として、支持電解質、溶媒、およびドーパントからなる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよい。支持電解質および溶媒は、正孔輸送層26中の正孔を安定化させる効果を有する。ドーパントは、正孔輸送層26中の正孔数を増す効果を有する。
The
支持電解質の例は、アンモニウム塩、アルカリ土類金属塩、または遷移金属塩である。アンモニウム塩の例は、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、六フッ化リン酸テトラエチルアンモニウム、イミダゾリウム塩、またはピリジニウム塩である。アルカリ金属塩の例は、過塩素酸リチウムまたは四フッ化ホウ素カリウムである。アルカリ土類金属塩の例は、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドカルシウム(II)である。遷移金属塩の例は、ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド亜鉛(II)またはトリス[4-tert-ブチル-2-(1H-ピラゾールー1-イル)ピリジン]コバルト(III)トリス(トリフルオロメタンスルホニル)である。 Examples of supporting electrolytes are ammonium salts, alkaline earth metal salts or transition metal salts. Examples of ammonium salts are tetrabutylammonium perchlorate, tetraethylammonium hexafluorophosphate, imidazolium salts or pyridinium salts. Examples of alkali metal salts are lithium perchlorate or potassium boron tetrafluoride. An example of an alkaline earth metal salt is bis(trifluoromethanesulfonyl)imide calcium(II). Examples of transition metal salts are bis(trifluoromethanesulfonyl)imidozinc(II) or tris[4-tert-butyl-2-(1H-pyrazol-1-yl)pyridine]cobalt(III) tris(trifluoromethanesulfonyl) be.
ドーパントの例は、トリス(ペンタフルオロフェニル)ボランなどの含フッ素芳香族ホウ素化合物である。 Examples of dopants are fluorine-containing aromatic boron compounds such as tris(pentafluorophenyl)borane.
正孔輸送層26に含まれる溶媒は、イオン伝導性に優れるものであってもよい。当該溶媒は、水系溶媒であってもよく、有機溶媒であってもよい。溶質をより安定化するために、正孔輸送層26に含まれる溶媒は、有機溶媒であってもよい。具体例としては、tert-ブチルピリジン、ピリジン、およびn-メチルピロリドンなどの複素環化合物溶媒が挙げられる。
The solvent contained in the
溶媒として、イオン液体を単独で用いてもよいし、他種の溶媒に混合して用いてもよい。イオン液体は、揮発性が低く、難燃性が高い点で望ましい。 As the solvent, the ionic liquid may be used alone, or may be used by being mixed with other kinds of solvents. Ionic liquids are desirable because of their low volatility and high flame retardancy.
イオン液体の例は、1-エチル-3-メチルイミダゾリウムテトラシアノボレートなどのイミダゾリウム系、ピリジン系、脂環式アミン系、脂肪族アミン系、またはアゾニウムアミン系である。 Examples of ionic liquids are imidazolium-based, such as 1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate, pyridine-based, cycloaliphatic amine-based, aliphatic amine-based, or azonium amine-based.
(第2電極27)
第2電極27は、導電性を有する。
(Second electrode 27)
The
光電変換素子20が正孔輸送層26を備えない場合、第2電極27は、光電変換層25
とオーミック接触を形成しない材料から構成される。さらに、第2電極27は、光電変換層25からの電子に対するブロック性を有する。ここで、光電変換層25からの電子に対するブロック性とは、光電変換層25で発生した正孔のみを通過させ、電子を通過させない性質のことである。このような性質を有する材料とは、光電変換層25の伝導帯下端のエネルギーよりも、フェルミエネルギーが低い材料である。上記の材料は、光電変換層25のフェルミエネルギーよりも、フェルミエネルギーが低い材料であってもよい。具体的な材料としては、白金、金、またはグラフェンなどの炭素材料が挙げられる。
When the
is made of a material that does not form an ohmic contact with Furthermore, the
光電変換素子20が正孔輸送層26を備える場合、第2電極27は、光電変換層25からの電子に対するブロック性を有さなくてもよい。すなわち、第2電極27の材料は、光電変換層25とオーミック接触を形成する材料であってもよい。そのため、第2電極27を、透光性を有するように形成することができる。
When the
第1電極22および第2電極27のうち、少なくとも光を入射させる側の電極が透光性を有していればよい。したがって、第1電極22および第2電極27の一方は、透光性を有さなくてもよい。すなわち、第1電極22および第2電極27の一方は、透光性を有する材料を用いていなくてもよいし、光を透過させる開口部分を含むパターンを有していなくてもよい。
Of the
(中間層)
光電変換素子20は、さらに中間層を備えてもよい。中間層は、例えば、電子輸送層23および光電変換層25の間に配置される。光電変換素子20が多孔質層24を備える場合、中間層は、例えば、多孔質層24および光電変換層25の間に配置される。
(middle layer)
The
中間層は、フラーレン(C60)、C60誘導体、またはC60を持つ自己組織化単分子層(以下、「C60SAM」ともいう)を含む。中間層はカルボン酸化合物、リン酸化合物、ケイ酸化合物であってもよい。 The intermediate layer includes fullerene (C 60 ), a C 60 derivative, or a self-assembled monolayer with C 60 (hereinafter also referred to as “C60SAM”). The intermediate layer may be a carboxylic acid compound, a phosphoric acid compound, or a silicic acid compound.
中間層により効率的に電子収集が行われるため、電子を電子輸送層23へ輸送する際の抵抗損失が低減される。したがって、中間層を備えることにより、光電変換層25で生じた電子を電子輸送層23または第2電極27に効率よく移動させることができる。その結果、電流を効率よく取り出すことができるため、光電変換素子20の光電変換効率を向上させることができる。
Since the intermediate layer efficiently collects electrons, resistance losses in transporting electrons to the
C60誘導体の例は、[6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl esterまたは[6,6]-Phenyl-C61 butyric acid butyl esterである。 Examples of C 60 derivatives are [6,6]-Phenyl C 61 butyric acid methyl ester or [6,6]-Phenyl-C 61 butyric acid butyl ester.
C60SAMの例は、4-(1′,5′-Dihydro-1′-methyl-2′H-[5,6]fullereno-C60-Ih-[1,9-c]pyrrol-2′-yl)benzoic acid、(1,2-Methanofullerene C60)-61-carboxylic acid、またはC60 Pyrrolidine tris-acidである。 An example of C60SAM is 4-(1′,5′-Dihydro-1′-methyl-2′H-[5,6]fullereno-C 60 -Ih-[1,9-c]pyrrol-2′-yl ) benzoic acid, (1,2-Methanofullerene C 60 )-61-carboxylic acid, or C 60 Pyrrolidine tris-acid.
中間層は、溶液による塗布法、浸漬法、印刷法、または蒸着法などを用いて形成することができる。 The intermediate layer can be formed using a coating method using a solution, a dipping method, a printing method, a vapor deposition method, or the like.
光電変換素子20は、第1電極22の主面が支持部材10に面していてもよいし、第2電極27の主面が支持部材10に面していてもよい。
In the
(封止部材30)
封止部材30は、支持部材10とともに、光電変換素子20および水蒸気濃度調整材50を封止する。これにより、実動作期間内における外気から封止空間40への水蒸気のようなガスの侵入を防ぐことができる。
(sealing member 30)
The sealing
封止部材30は、ガラス、金属、セラミック、および樹脂からなる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよい。
The sealing
封止部材30は、ガラスおよび樹脂からなる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよい。封止部材30は、ガラスおよび樹脂からなる群より選択される少なくとも1つからなっていてもよい。ガラスは水蒸気透過係数が低い。例えば、水蒸気透過係数は、3.05×10-18cm3・cm/(cm2・s・cmHg)以下であり、より好ましくは
水蒸気透過係数が3.05×10-19cm3・cm/(cm2・s・cmHg)以下である
。樹脂は水蒸気透過係数が低いものを用いる。ここで、封止部材30を構成する樹脂の水蒸気に対するバリア性が乏しい場合は、水蒸気透過係数が3.05×10-18cm3・cm/(cm2・s・cmHg)以下のガスバリア層が、樹脂で形成された封止部材30に形
成されていてもよい。これにより、外部から封止空間40への水蒸気の透過を抑制できる。
The sealing
支持部材10と封止部材30とは、同一の材料から構成されていてもよい。当該材料は、ガラスであってもよい。
The
封止部材30は、封止部材の第1部分30aおよび封止部材の第2部分30bを含む場合、第1部分30aは、支持部材10と間隔を空けて対向するように配置され、第2部分30bは、支持部材10と第1部分30aとの間に接着部材として配置されてもよい。
When the sealing
第1部分30aは、板状部材であってもよい。
The
光電変換素子20が、支持部材10側から入射する光を吸収して光電変換を行う場合は、第1部分30aは、ガラス基板程度のガスバリア性を有していればよく、光透過性を有していなくてもよい。この場合、第1部分30aの例は、金属板、ガラス基板、セラミックス板、またはプラスチック基板である。
In the case where the
光電変換素子20が、支持部材10と反対側から入射する光を吸収して光電変換を行う場合は、第1部分30aは、太陽光に対する透過性を有してもよい。この場合、第1部分30aの材料の例は、ガラス基板またはプラスチック基板などの透明基板である。
When the
第2部分30bは、ガスバリア性を有し、かつ、支持部材10および第1部分30aの両方に対して高い接着性を有していてもよい。
The
第2部分30bの材料の例は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、またはイソプレン-イソブテン共重合樹脂などの樹脂材料である。
Examples of materials for the
第2部分30bは、水蒸気透過係数を低減させるために、後述の、水蒸気濃度調整材50に用いられ得る材料を含んでいてもよい。第2部分30bが、水蒸気濃度調整材50に用いられ得る材料のうち例えば水蒸気吸着能に優れた材料を含む場合、外気の侵入を効果的に抑制することが可能である。
The
封止空間40は、酸素ゲッター材および充填材からなる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよい。すなわち、本開示の太陽電池は、酸素ゲッター材(または酸素吸
着剤)および充填材からなる群より選択される少なくとも1つをさらに備え、酸素ゲッター材および充填材からなる群より選択される少なくとも1つは、支持部材10および封止部材30によって封止されていてもよい。これにより、太陽電池の耐久性を向上させることができる。
The sealed
酸素ゲッター材は、封止部材30の劣化および太陽電池の損傷などによる封止空間40内の酸素濃度の急激な上昇を抑制することができる。したがって、光電変換素子20に接する領域の酸素濃度を低く保ち、太陽電池の耐久性を向上させることができる。
The oxygen getter material can suppress a rapid increase in oxygen concentration in the sealed
充填材は、太陽電池の機械的強度(特に、耐衝撃性)を向上させることができる。 The filler can improve the mechanical strength (in particular, impact resistance) of the solar cell.
充填材としては、例えば、エチレン‐酢酸ビニル共重合樹脂、シリコン樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリオレフィン樹脂、アイオノマー樹脂、またはポリイミド樹脂などの樹脂材料が挙げられる。 Examples of fillers include resin materials such as ethylene-vinyl acetate copolymer resins, silicone resins, polyvinyl butyral resins, polyolefin resins, ionomer resins, and polyimide resins.
(水蒸気濃度調整材50)
水蒸気濃度調整材50は、支持部材10および封止部材30によって、光電変換素子20とともに封止される。水蒸気濃度調整材50は、封止空間40内に配置される。水蒸気濃度調整材50は、光電変換素子20に接する領域の水蒸気濃度をペロブスカイト太陽電池に適した低濃度の範囲にできる。水蒸気濃度調整材50は、例えば、水蒸気を吸収または放出して、水蒸気濃度調整材50の水蒸気濃度をペロブスカイト太陽電池に適した低濃度の範囲にする。水蒸気濃度調整材50は、例えば、水蒸気を吸収または放出して、封止空間40内の水蒸気濃度をペロブスカイト太陽電池に適した低濃度の範囲にする。
(Water vapor concentration adjusting material 50)
The water vapor
水蒸気濃度調整材50は、例えば、水吸脱着能力を有する材料を含む。水蒸気濃度調整材50は、比較的高い水吸脱着能力を有する材料を含んでいてもよい。
The water vapor
水蒸気濃度調整材50は、無機材料および有機材料からなる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよい。当該無機材料は、酸化物であってもよい。本開示において、有機材料は、多孔性配位高分子のような有機無機ハイブリッド材料を含む。
The water vapor
酸化物および有機材料には、水蒸気を吸脱着する機能を有するものが存在する。水蒸気濃度調整材50として水蒸気を吸脱着する機能を有するものを用いることで、封止空間内の水蒸気濃度をペロブスカイト太陽電池に適した低濃度の範囲にできる。
Some oxides and organic materials have the function of adsorbing and desorbing water vapor. By using a material having a function of adsorbing and desorbing water vapor as the water vapor
無機材料は、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化リン、塩化カルシウム、塩化亜鉛、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、多孔性炭素、多孔質シリカ、多孔質セラミック(例えば、アルミナゲル)、および金属からなる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよい。 Inorganic materials include aluminum oxide, cerium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, iron oxide, phosphorus oxide, calcium chloride, zinc chloride, sodium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, magnesium perchlorate, potassium carbonate, sodium hydroxide, water. At least one selected from the group consisting of potassium oxide, molecular sieves, zeolites, porous carbon, porous silica, porous ceramics (eg, alumina gel), and metals may be included.
無機材料は、酸化セリウム、酸化カルシウム、酸化鉄、ゼオライト、多孔質シリカ、多孔性炭素、多孔質セラミック、および金属からなる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよい。これらの材料は、水分の吸脱着能力が比較的高い。 The inorganic material may contain at least one selected from the group consisting of cerium oxide, calcium oxide, iron oxide, zeolite, porous silica, porous carbon, porous ceramics, and metals. These materials have a relatively high ability to adsorb and desorb moisture.
有機材料は、多孔性配位高分子(すなわち、有機金属構造体)、クラウンエーテル、シクロデキストリン、および樹脂からなる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよい。これらの材料は、水分の吸脱着能力が比較的高い。 The organic material may include at least one selected from the group consisting of porous coordination polymers (ie, organometallic structures), crown ethers, cyclodextrins, and resins. These materials have a relatively high ability to adsorb and desorb moisture.
水蒸気濃度調整材50は、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化リン、塩化カルシウム、塩化亜鉛、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、モレキュラーシーブ、ゼオライト、多孔性炭素、多孔質シリカ、多孔質セラミック、および金属からなる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよく、封止部材30は、ガラスおよび樹脂からなる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよい。
The water vapor
水蒸気濃度調整材50は、多孔性配位高分子、クラウンエーテル、およびシクロデキストリンからなる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよく、封止部材30は、ガラスおよび樹脂からなる群より選択される少なくとも1つを含んでいてもよい。
The water vapor
水蒸気濃度調整材50は、水吸着剤を含んでいてもよい。
The water vapor
水蒸気濃度調整材50は、水吸着剤を含む充填材であってもよい。水吸着剤の例は、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化リン、塩化カルシウム、塩化亜鉛、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および金属などの脱水剤、モレキュラーシーブ、ゼオライト、多孔性炭素、多孔質シリカ、および多孔質セラミック(例えば、アルミナゲル)などの無機多孔質材料、または、多孔性配位高分子(すなわち、有機金属構造体)、クラウンエーテル、およびシクロデキストリンなどの有機材料である。封止空間40が含み得る充填材として挙げられた材料に、水吸着剤を混ぜたものであってもよい。
The water vapor
水蒸気濃度調整材50は、熱および光により分解および揮発しない材料を含んでもよい。これにより、太陽電池の実使用条件において水蒸気濃度を調整する機能を持続させることができる。
The water vapor
水蒸気濃度調整材50は、あらかじめ吸着させた水分を、太陽電池の組み立て後に封止空間40内に放出することで、封止空間40の水蒸気濃度を調整してもよい。例えば、あらかじめ水蒸気濃度調整材50に吸着させた水分が加熱により脱離することで、封止空間40内に水蒸気を放出してもよい。水蒸気濃度調整材50は、封止空間40の水蒸気濃度が100ppm以上かつ5000ppm以下になるような量の水分を吸着させていてもよい。水蒸気濃度調整材50は、封止空間40の水蒸気濃度が100ppm以上かつ1000ppm以下になるような量の水分を吸着させていてもよい。
The water vapor
水蒸気濃度調整材50は、封止空間40内の水分を吸着することで、封止空間40の水蒸気濃度を調整してもよい。
The water vapor
水蒸気濃度調整材50から脱離する水蒸気の量を制御するために、または水蒸気濃度調整材50内の水蒸気濃度を制御するために、水蒸気濃度調整材50は、複数の水吸着剤または水分ゲッター材を含んでいてもよい。水分ゲッター材には、例えば、水蒸気濃度調整材50に用いられている他の材料とは異なる吸脱着等温線を有する材料が用いられてもよい。このように、吸脱着等温線が互いに異なる複数の材料が組み合わされて用いられることにより、水蒸気濃度調整材50が光電変換素子20に接する領域の水蒸気濃度を所望の範囲に調整できるように、水蒸気濃度調整材50を設計することが可能となる。
In order to control the amount of water vapor desorbed from the water vapor
第1実施形態による太陽電池は、封止空間40内の水蒸気濃度、すなわち光電変換素子20に接する領域の水蒸気濃度を調整するために、複数の水蒸気濃度調整材50を含んでもよい。第1実施形態による太陽電池は、異なる材料を含む複数の水蒸気濃度調整材50
を含んでもよい。
The solar cell according to the first embodiment may include a plurality of water vapor
may include
封止空間40の水蒸気濃度は、100ppm以上かつ5000ppm以下であってもよい。これにより、ペロブスカイト化合物が水分と反応することを抑制できる。さらに、水分が正孔輸送材料に配位することによって正孔輸送層の導電性を向上させることができる。したがって、太陽電池の導電性を向上させることができる。その結果、正孔を効率良く取り出すことができるため、界面での再結合が生じにくくなる。以上のように、太陽電池の耐久性を向上させることができる。
The water vapor concentration in the sealed
封止空間40内の水蒸気濃度は、例えば、100ppm以上かつ1000ppm以下であってもよい。これにより、太陽電池の耐久性をより向上させることができる。
The water vapor concentration in the sealed
水蒸気濃度調整材50内の水蒸気濃度は、100ppm以上かつ5000ppm以下であってもよい。これにより、光電変換素子20が水蒸気濃度調整材50に接する場合、光電変換素子20に接する領域の水蒸気濃度が100ppm以上かつ5000ppm以下となる。したがって、太陽電池の耐久性を向上させることができる。
The water vapor concentration in the water vapor
水蒸気濃度調整材50内の水蒸気濃度は、飛行時間型二次イオン質量分析法(TOF-SIMS)または昇温脱離ガス分析法(TDS)等で測定できる。すなわち、光電変換素子20と水蒸気濃度調整材50とが接している場合、光電変換素子20に接する領域の水蒸気濃度は、上記の方法で水蒸気濃度調整材50内の水蒸気濃度を測定することで求められる。
The water vapor concentration in the water vapor
水蒸気濃度調整材50内の水蒸気濃度は、100ppm以上かつ1000ppm以下であってもよい。これにより、光電変換素子20が水蒸気濃度調整材50に接する場合、光電変換素子20に接する領域の水蒸気濃度が100ppm以上かつ1000ppm以下となる。したがって、太陽電池の耐久性をより向上させることができる。
The water vapor concentration in the water vapor
太陽電池の実動作期間内において封止空間40の水蒸気濃度がペロブスカイト太陽電池に適した低濃度の範囲になるように、水蒸気濃度調整材50の材料、数、大きさ、位置、およびあらかじめ吸着させる水分量などは、適宜調整すればよい。例えば、水蒸気濃度調整材50に用いる材料の水脱離能、太陽電池のサイズ、封止空間40の体積、および太陽電池の動作環境から、水蒸気濃度調整材50に含ませる水分量と、水蒸気濃度調整材50の数および大きさ、とが設計される。
The material, number, size, position, and pre-adsorption of the water vapor
水蒸気濃度調整材50の水蒸気に対する最大吸着量は、例えば、10cm3/g以上1
000cm3/g以下であってよい。
The maximum amount of water vapor adsorbed by the water vapor
000 cm 3 /g or less.
水蒸気濃度調整材50の比表面積は、例えば、10m2/g以上2000m2/g以下であってよい。
The specific surface area of the water vapor
水蒸気濃度調整材50の細孔径は、例えば、0.1nm以上100nm以下であってよい。水蒸気濃度調整材50が光電変換素子20を被覆する場合は、水蒸気の脱着がし難い材料、例えば0.1nm以上2nm以下の細孔径をより多く(例えば50%超)含む材料が用いられてもよい。一方、水蒸気濃度調整材50が光電変換素子20を被覆しない場合は、封止空間40または充填材との間で水蒸気濃度を平衡状態に調整し易いように、水蒸気の吸脱着がし易い材料、例えば広い細孔径分布(例えば0.1nm以上100nm以下)を持つ材料が用いられてもよい。
The pore diameter of the water vapor
封止空間40内における水蒸気濃度の測定は、大気圧イオン化質量分析計およびガスク
ロマトグラフィー等によって行うことができる。具体的な例として、例えば、大気圧イオン化質量分析計(API―TDS600、日本エイピーアイ社製)を用い、純化アルゴンガス雰囲気下の破壊室においてサンプルパッケージ(すなわち、太陽電池)の破壊を行い、パッケージ内の気体成分(すなわち、封止空間40内の気体成分)を検出し、別途作成した検量線を用いてパッケージ内の気体成分を定量的に測定する。これにより、封止空間40内の気体成分を測定することができる。なお、封止空間40内の気体の回収は、上記のような破壊室でのサンプルパッケージの破壊の他に、シリンジで封止空間40内の気体を抽出することによっても可能である。
The water vapor concentration in the sealed
ここで、一例として、上記破壊室のような閉空間に太陽電池の封止空間40内に含まれる気体を流出させて、その流出させた気体における水蒸気濃度を大気圧イオン化質量分析計によって測定する方法について説明する。例えば、太陽電池をアルゴンまたはクリプトンなどの不活性ガスで満たされたチャンバー内に置く。チャンバー内で太陽電池を破損させることにより、太陽電池の封止空間40内に含まれる気体を流出させる。次に、チャンバー内の気体を大気圧イオン化質量分析計で定量分析する。チャンバー内の気体中のすべての成分を定量し、その量の総和における水蒸気の割合を算出することにより、水蒸気濃度を求めることができる。封止空間内に含まれる、水蒸気以外の気体としては、酸素、窒素および希ガスなどの不活性ガス、ならびに二酸化炭素などが挙げられる。なお、気体の分析に用いるチャンバー内を満たす不活性ガスと同じ種類の不活性ガスが、封止空間40内に含まれていると、正確な気体の分析が困難となるおそれがある。そこで、封止空間40内に含まれる気体の種類が不明な場合、同じ太陽電池を2つ用意し、チャンバー内を満たす不活性ガスとして、互いに異なる種類の不活性ガスを用いて、2つの太陽電池についてそれぞれ上記の手順で気体の分析を行う。2つの分析結果を比較することで、封止空間40内に含まれる気体の組成を求めることができる。
Here, as an example, the gas contained in the sealing
(第2実施形態)
以下、第2実施形態の太陽電池について説明する。第1実施形態で説明された事項は、適宜、省略され得る。
(Second embodiment)
The solar cell of the second embodiment will be described below. Matters described in the first embodiment may be omitted as appropriate.
第2実施形態の太陽電池においては、支持部材および封止部材に囲まれた封止空間の内部は、光電変換素子および水蒸気濃度調整材で満たされている。 In the solar cell of the second embodiment, the inside of the sealed space surrounded by the supporting member and the sealing member is filled with the photoelectric conversion element and the water vapor concentration adjusting material.
以上の構成によれば、光電変換素子に接する領域の水蒸気濃度を調整しながら、太陽電池の強度を増すことができる。 According to the above configuration, it is possible to increase the strength of the solar cell while adjusting the water vapor concentration in the region in contact with the photoelectric conversion element.
図8は、第2実施形態の太陽電池を模式的に示す断面図である。 FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing the solar cell of the second embodiment.
太陽電池200において、支持部材10および封止部材30に囲まれた封止空間の内部は、光電変換素子20および水蒸気濃度調整材50で満たされている。水蒸気濃度調整材50は、光電変換素子20の表面に接している。すなわち、太陽電池200は、第1実施形態の太陽電池における封止空間40が水蒸気濃度調整材50で充填されている構成に相当する。
In
支持部材10および封止部材30に囲まれた封止空間の内部は、光電変換素子20および水蒸気濃度調整材50で完全に満たされて、封止空間の内部に隙間がなくてもよい。
The inside of the sealed space surrounded by the
第2実施形態の太陽電池における水蒸気濃度調整材50は、水吸着剤を含む充填材であってもよい。
The water vapor
水吸着剤は、充填材内の水蒸気を吸着および/または脱着して、充填材内の水蒸気濃度
を調整する。すなわち、封止空間を充填する水蒸気濃度調整材50内の水蒸気濃度を調整する。例えば、水蒸気濃度を100pm以上かつ5000ppm以下、または100ppm以上かつ1000ppm以下にする。これにより、光電変換素子20の水蒸気濃度調整材50に接する面に接する領域の水蒸気濃度をペロブスカイト太陽電池に適した低濃度の範囲にできる。
The water adsorbent adsorbs and/or desorbs water vapor within the filler to adjust the water vapor concentration within the filler. That is, the water vapor concentration in the water vapor
水吸着剤の例は、酸化アルミニウム、酸化セリウム、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、酸化鉄、酸化リン、塩化カルシウム、塩化亜鉛、硫酸ナトリウム、硫酸カルシウム、硫酸マグネシウム、過塩素酸マグネシウム、炭酸カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、および金属などの脱水剤、モレキュラーシーブ、ゼオライト、多孔性炭素、多孔質シリカ、および多孔質セラミック(例えば、アルミナゲル)などの無機多孔質材料、または、多孔性配位高分子(すなわち、有機金属構造体)、クラウンエーテル、およびシクロデキストリンなどの有機材料である。 Examples of water sorbents are aluminum oxide, cerium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, iron oxide, phosphorus oxide, calcium chloride, zinc chloride, sodium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, magnesium perchlorate, potassium carbonate, hydroxide Dehydrating agents such as sodium, potassium hydroxide, and metals; inorganic porous materials such as molecular sieves, zeolites, porous carbons, porous silicas, and porous ceramics (e.g., alumina gels); Organic materials such as molecules (ie, organometallic structures), crown ethers, and cyclodextrins.
支持部材10および封止部材30に囲まれた領域の内部が光電変換素子20および水蒸気濃度調整材50で満たされている場合、光電変換素子20の体積に対する水蒸気濃度調整材50の体積の割合は、10%以上かつ20000%以下であってもよく、20%以上かつ10000%以下であってもよい。
When the inside of the region surrounded by the
(太陽電池の製造方法)
本開示の電池の製造方法を説明する。以下では、一例として、図6に示される太陽電池150の製造方法を説明する。
(Method for manufacturing solar cell)
A method for manufacturing the battery of the present disclosure will be described. As an example, a method for manufacturing the
まず、支持部材10を用意する。例えば、ガラス基板を用意する。当該ガラス基板は、光電変換素子20の基板としても機能する。
First, the
次いで、ガラス基板上に、光電変換素子20を作製する。まず、ガラス基板上に、第1電極22を形成する。例えば、基板上に、スパッタ法により、インジウム-錫複合酸化物の層が形成されることで、第1電極22が作製される。
Next, the
第1電極22上に、電子輸送層23を形成する。例えば、第1電極22上に、スパッタ法により酸化チタンの層が形成されることで、電子輸送層23が形成される。
An
次に、電子輸送層23上に、多孔質層24を形成してもよい。例えば、電子輸送層23上に、塗布によってメソポーラス構造を有する酸化チタンの層を形成することで、多孔質層24が形成される。
Next, a
次に、光電変換層25を形成する。例えば、光電変換材料の原料溶液を塗布することで、形成してもよい。
Next, a
次に、正孔輸送層26を形成する。例えば、正孔輸送材料の原料溶液を塗布することで、形成してもよい。原料溶液は、例えばPTAAをトルエンに溶解したものである。
Next, a
次に、正孔輸送層26上に、第2電極27を形成する。例えば、真空蒸着によってAu膜を堆積させることにより、第2電極27を形成してもよい。
Next, a
このようにして、支持部材10であるガラス基板上に、光電変換素子20が作製される。
Thus, the
次に、光電変換素子20を封止する。まず、封止部材の第1部分30aとして、カバー
ガラスを用意する。カバーガラスの一部に、水蒸気濃度調整材50を例えば塗布によって形成する。水蒸気濃度調整材50を接着剤で固定してもよい。
Next, the
次いで、例えば、酸素濃度および水蒸気濃度が0.1ppm以下に調整されたグローブボックス内で、水蒸気濃度調整材50が形成されたカバーガラスおよび封止部材の第2部分30bとしてのUV硬化樹脂を使用して、光電変換素子20を封止する。このとき、カバーガラス、UV硬化樹脂、および支持部材10のガラス基板によって、光電変換素子20およびカバーガラスに形成した水蒸気濃度調整材50が封止されるようにする。このようにして、太陽電池150が得られる。
Then, for example, in a glove box in which the oxygen concentration and water vapor concentration are adjusted to 0.1 ppm or less, the cover glass on which the water vapor
太陽電池の製造方法および順序は、上述の例に限られない。上述の製造方法では、光電変換素子20は、第1電極22の主面が支持部材10に面しているが、第2電極27の主面が支持部材10に面していてもよい。
The manufacturing method and order of the solar cells are not limited to the above examples. In the manufacturing method described above, in the
本開示は、光電変換素子に接する領域の水蒸気濃度をペロブスカイト太陽電池に適した低濃度の範囲にできることで、太陽電池の耐久性を大幅に向上させることができるものであり、産業上の利用の可能性が極めて高いといえる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present disclosure, the water vapor concentration in a region in contact with a photoelectric conversion element can be set to a low concentration range suitable for perovskite solar cells, thereby significantly improving the durability of the solar cells. It can be said that the possibility is extremely high.
10 支持部材
20 光電変換素子
21 基板
22 第1電極
23 電子輸送層
24 多孔質層
25 光電変換層
26 正孔輸送層
27 第2電極
30 封止部材
30a 封止部材の第1部分
30b 封止部材の第2部分
40 封止空間
50 水蒸気濃度調整材
100、110、120、130、140、150、200 太陽電池
REFERENCE SIGNS
Claims (12)
光電変換素子と、
水蒸気濃度調整材と、
封止部材と、
を備え、
前記光電変換素子および前記水蒸気濃度調整材は、前記支持部材および前記封止部材によって封止され、
前記光電変換素子は、ペロブスカイト化合物を含む、
太陽電池。 a support member;
a photoelectric conversion element;
a water vapor concentration adjusting material;
a sealing member;
with
The photoelectric conversion element and the water vapor concentration adjusting material are sealed by the supporting member and the sealing member,
The photoelectric conversion element contains a perovskite compound,
solar cell.
請求項1に記載の太陽電池。 the water vapor concentration adjusting material is in contact with the photoelectric conversion element;
The solar cell according to claim 1.
前記光電変換素子および前記水蒸気濃度調整材で満たされている、
請求項1または2に記載の太陽電池。 The inside of the sealed space surrounded by the support member and the sealing member is
filled with the photoelectric conversion element and the water vapor concentration adjusting material,
The solar cell according to claim 1 or 2.
請求項1から3のいずれか一項に記載の太陽電池。 The water vapor concentration adjusting material contains at least one selected from the group consisting of inorganic materials and organic materials.
The solar cell according to any one of claims 1 to 3.
請求項4に記載の太陽電池。 The inorganic materials include aluminum oxide, cerium oxide, calcium oxide, magnesium oxide, iron oxide, phosphorus oxide, calcium chloride, zinc chloride, sodium sulfate, calcium sulfate, magnesium sulfate, magnesium perchlorate, potassium carbonate, sodium hydroxide, at least one selected from the group consisting of potassium hydroxide, molecular sieves, zeolites, porous carbon, porous silica, porous ceramics, and metals;
The solar cell according to claim 4.
請求項4に記載の太陽電池。 The organic material comprises at least one selected from the group consisting of porous coordination polymers, crown ethers, cyclodextrins, and resins.
The solar cell according to claim 4.
請求項1から7のいずれか一項に記載の太陽電池。 The photoelectric conversion element comprises a first electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode in this order,
The solar cell according to any one of claims 1 to 7.
前記酸素ゲッター材および前記充填材からなる群より選択される少なくとも1つは、前記支持部材および前記封止部材によって封止される、
請求項1から8のいずれか一項に記載の太陽電池。 further comprising at least one selected from the group consisting of an oxygen getter material and a filler;
at least one selected from the group consisting of the oxygen getter material and the filler is sealed by the support member and the sealing member;
The solar cell according to any one of claims 1 to 8.
請求項1から9のいずれか一項に記載の太陽電池。 The water vapor concentration in the region in contact with the photoelectric conversion element is 100 ppm or more and 5000 ppm or less.
The solar cell according to any one of claims 1-9.
ある、
請求項10に記載の太陽電池。 The water vapor concentration in the water vapor concentration adjusting material is 100 ppm or more and 5000 ppm or less.
The solar cell according to claim 10.
請求項10または11に記載の太陽電池。 The water vapor concentration in the sealed space surrounded by the support member and the sealing member is 100 ppm or more and 5000 ppm or less.
The solar cell according to claim 10 or 11.
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