JP6563212B2 - ペロブスカイト系材料及びそれを用いた光電変換装置 - Google Patents
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Description
項1.一般式(1):
(HOOCRNH3)xA1−xPbX3
[式中、Rは炭化水素基;AはK、Rb、Cs、又はFr;Xはハロゲン原子;xは0.01以上1未満である。]
で示される化合物。
項2.一般式(1A):
(HOOC(CH2)nNH3)x1A1−x1PbX3
[式中、A及びXは前記に同じ;nは3〜10の整数;x1は0.02〜0.9である。]
で示される、項1に記載の化合物。
項3.前記Xがヨウ素原子である、項1又は2に記載の化合物。
項4.項1〜3のいずれかに記載の化合物を含有する光吸収層を備える光電変換装置。
項5.前記光吸収層が湿式塗布法により形成される、項1〜4のいずれかに記載の光電変換装置。
項6.前記光吸収層の下に、さらに、透光性の多孔質電子輸送材料を含有する多孔質電子輸送層を備える、項4又は5に記載の光電変換装置。
項7.前記透光性の多孔質電子輸送材料が、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化イットリウム、及びチタン酸ストロンチウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項6に記載の光電変換装置。
項8.前記光吸収層又は多孔質電子輸送層の下に、さらに、透光性の電子輸送材料を含有する緻密電子輸送層を備える、項4〜7のいずれかに記載の光電変換装置。
項9.前記透光性の電子輸送材料が、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化イットリウム、及びチタン酸ストロンチウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、項8に記載の光電変換装置。
項10.前記緻密電子輸送層の下に、さらに、第一電極層である透光性導電層を備える、項8又は9に記載の光電変換装置。
項11.前記透光性導電層が、フッ素ドープ錫酸化物、インジウム錫酸化物、ガリウムドープ亜鉛酸化物、アルミドープ亜鉛酸化物、及びニオブドープチタン酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する、項10に記載の光電変換装置。
項12.前記透光性導電層の下に、さらに、透光性基板を備える、項10又は11に記載の光電変換装置。
項13.前記光吸収層の上に、さらに、ホール輸送層を備える、項4〜12のいずれかに記載の光電変換装置。
項14.前記ホール輸送層が、セレン、沃化物、コバルト錯体、鉄錯体、CuSCN、酸化モリブデン、酸化ニッケル、4CuBr・3S(C4H9)、及び有機ホール輸送材よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる層である、項13に記載の光電変換装置。
項15.前記ホール輸送層の上に、さらに第二電極層を備える、項13又は14に記載の光電変換装置。
項16.前記第二電極層は、カーボン、金、白金、パラジウム、ロジウム、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、ニオビウム、インジウム錫酸化物、フッ素ドープ錫酸化物、アルミドープ亜鉛酸化物、及びガリウムドープ亜鉛酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる、項15に記載の光電変換装置。
項17.項1〜16のいずれかに記載の光電変換装置を備える太陽電池デバイス。
本発明の光電変換装置は、ヨウ化鉛系層状ペロブスカイト化合物において、有機基の一部を特定のアルカリ金属イオンで置換した材料を含む光吸収層を備える。これにより、光電変換効率に優れつつも、常温(25℃等)及び高温(85℃等)のいずれにおいても光電変換効率維持率が高い光電変換装置を簡便に実現することができる。
光吸収層は、ヨウ化鉛系層状ペロブスカイト化合物において、有機基の一部を特定のアルカリ金属イオンで置換した材料を含有する。
(HOOCRNH3)xA1−xPbX3
[式中、Rは炭化水素基;AはK、Rb、Cs、又はFr;Xはハロゲン原子;xは0.01以上1未満である。]
で示される化合物(特にペロブスカイト化合物)を使用する。
(HOOC(CH2)nNH3)x1A1−x1PbX3
[式中、A及びXは前記に同じ;nは3〜10の整数;x1は0.02〜0.9である。]
で示される化合物が好ましい。
本発明では、多孔質電子輸送層は、上記光吸収層の下に形成されることが好ましい。
本発明では、緻密電子輸送層は、上記多孔質電子輸送層の下に形成されることが好ましい。あるいは、上記多孔質電子輸送層がない場合には緻密電子輸送層が上記光吸収層の下に形成されることが好ましい。この緻密電子輸送層は、平滑構造を有するものである。
本発明では、透光性導電層は、上記多孔質電子輸送層の下に形成されることが好ましい。なお、緻密電子輸送層を形成する場合には、透光性導電層は、緻密電子輸送層の下に形成されることが好ましい。
本発明では、上記透光性基板は、上記透光性導電層の下に形成されることが好ましい。
本発明の光電変換装置において、光吸収層の上に、さらにホール輸送層を備えることもできる。
本発明では、ホール輸送層の上に、第二電極層を備えることが好ましい。
本発明の光電変換装置を、発電手段として用い、発電手段の発電電力を負荷へ供給するように成した構成とすることで、様々な用途に適用可能である。具体的には、本発明の光電変換装置を、本発明の光電変換装置から出力された直流電流を交流電流に変換するインバータ装置、電気モーター、照明装置等の負荷等を有する構成の光電変換装置とすることができる。その用途としては、例えば、建築物の屋根、壁面等に設置される太陽電池等として使用することができる。
3次元太陽電池のセル構造として、< glass / F-doped SnO2 / TiO2/ porous TiO2 / (HOOC(CH2)4NH3)0.1(K)0.9PbI3/ CuSCN / Au >構造の太陽電池を作製した。具体的には下記のとおりに行った。
3次元太陽電池のセル構造として、< glass / F-doped SnO2 / TiO2/ porous TiO2 / (HOOC(CH2)4NH3)0.1(Rb)0.9PbI3/ CuSCN / Au >構造の太陽電池を作製した。具体的には、KIの代わりにRbIを用いること以外は実施例1と同様の処理を行い、光吸収層として(HOOC(CH2)4NH3)0.1(Rb)0.9PbI3層を有する太陽電池を得た。
3次元太陽電池のセル構造として、< glass / F-doped SnO2 / TiO2/ porous TiO2 / (HOOC(CH2)4NH3)0.1(Cs)0.9PbI3/ CuSCN / Au >構造の太陽電池を作製した。具体的には、KIの代わりにCsIを用いること以外は実施例1と同様の処理を行い、光吸収層として(HOOC(CH2)4NH3)0.1(Cs)0.9PbI3層を有する太陽電池を得た。
3次元太陽電池のセル構造として、< glass / F-doped SnO2 / TiO2/ porous TiO2 / (HOOC(CH2)4NH3)0.1(Fr)0.9PbI3/ CuSCN / Au >構造の太陽電池を作製した。具体的には、KIの代わりにFrIを用いること以外は実施例1と同様の処理を行い、光吸収層として(HOOC(CH2)4NH3)0.1(Fr)0.9PbI3層を有する太陽電池を得た。
3次元太陽電池のセル構造として、< glass / F-doped SnO2 / TiO2/ porous TiO2 / (CH3NH3)PbI3 / CuSCN / Au >構造の太陽電池を作製した。具体的には、光吸収層の原料としてKI及びHOOC(CH2)4NH3Iを用いず、CH3NH2(東京化成工業(株)製)とヨウ化水素(HI)水溶液(東京化成工業(株)製)とを混合し、原料内にある余分な溶媒をエバポレーターで除去後、冷蔵庫冷却して黄色沈殿を得た後、この沈殿をジエチルエーテルで洗浄することで得た白色のCH3NH3IとPbI2とを1:1の混合比(モル比)でDMFに溶解すること以外は実施例1と同様の処理を行い、光吸収層として(CH3NH3)PbI3層を有する太陽電池を得た。
3次元太陽電池のセル構造として、< glass / F-doped SnO2 / TiO2/ porous TiO2 / (HOOC(CH2)4NH3)0.1(CH3NH3)0.9PbI3/ CuSCN / Au >構造の太陽電池を作製した。具体的には、光吸収層の原料としてKIの代わりに比較例1と同様に作製したCH3NH3Iを用いること以外は実施例1と同様の処理を行い、光吸収層として(HOOC(CH2)4NH3)0.1(CH3NH3)0.9PbI3層を有する太陽電池を得た。
実施例1〜4及び比較例1〜2の太陽電池について、室温でAM1.5のソーラーシミュレータの光(100mW/cm−2)を照射し、光電変換効率の測定を行った。また、光電変換効率が元の数値の70%になるまでに要する時間も測定した(室温変換効率維持率)。また、85℃においても同様に測定し、光電変換効率が元の数値の70%になるまでに要する時間を測定した(高温変換効率維持率)。結果を表1に示す。
Claims (17)
- 一般式(1A):
(HOOC(CH2)nNH3)x1A1−x1PbX3
[式中、AはK、Rb、Cs、又はFr;Xはハロゲン原子;nは3〜10の整数;x1は0.02〜0.9である。]
で示される化合物。 - 前記Xがヨウ素原子である、請求項1に記載の化合物。
- 請求項1又は2に記載の化合物を含有する光吸収層を備える光電変換装置。
- 前記光吸収層が湿式塗布法により形成される、請求項3に記載の光電変換装置。
- 前記光吸収層の下に、さらに、透光性の多孔質電子輸送材料を含有する多孔質電子輸送層を備える、請求項3又は4に記載の光電変換装置。
- 前記透光性の多孔質電子輸送材料が、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化イットリウム、及びチタン酸ストロンチウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項5に記載の光電変換装置。
- 前記光吸収層の下に、さらに、透光性の電子輸送材料を含有する緻密電子輸送層を備える、請求項3又は4に記載の光電変換装置。
- 前記多孔質電子輸送層の下に、さらに、透光性の電子輸送材料を含有する緻密電子輸送層を備える、請求項5又は6に記載の光電変換装置。
- 前記透光性の電子輸送材料が、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化イットリウム、及びチタン酸ストロンチウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種である、請求項7又は8に記載の光電変換装置。
- 前記緻密電子輸送層の下に、さらに、第一電極層である透光性導電層を備える、請求項7〜9のいずれかに記載の光電変換装置。
- 前記透光性導電層が、フッ素ドープ錫酸化物、インジウム錫酸化物、ガリウムドープ亜鉛酸化物、アルミドープ亜鉛酸化物、及びニオブドープチタン酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含有する、請求項10に記載の光電変換装置。
- 前記透光性導電層の下に、さらに、透光性基板を備える、請求項10又は11に記載の光電変換装置。
- 前記光吸収層の上に、さらに、ホール輸送層を備える、請求項3〜12のいずれかに記載の光電変換装置。
- 前記ホール輸送層が、セレン、沃化物、コバルト錯体、鉄錯体、CuSCN、酸化モリブデン、酸化ニッケル、4CuBr・3S(C4H9)、及び有機ホール輸送材よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる層である、請求項13に記載の光電変換装置。
- 前記ホール輸送層の上に、さらに第二電極層を備える、請求項13又は14に記載の光電変換装置。
- 前記第二電極層は、カーボン、金、白金、パラジウム、ロジウム、タングステン、モリブデン、タンタル、チタン、ニオビウム、インジウム錫酸化物、フッ素ドープ錫酸化物、アルミドープ亜鉛酸化物、及びガリウムドープ亜鉛酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種からなる、請求項15に記載の光電変換装置。
- 請求項3〜16のいずれかに記載の光電変換装置を備える太陽電池デバイス。
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