JP6878090B2 - Photoelectric conversion element - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion element and a method for manufacturing the photoelectric conversion element.

近年、光吸収や光電変換に有機系材料を用いた有機系太陽電池が注目されている。代表的な有機系太陽電池としては、色素増感太陽電池、および有機薄膜太陽電池が挙げられ、これらについて光エネルギー変換効率の向上や耐久性に関して様々な研究がなされている。 In recent years, organic solar cells using organic materials for light absorption and photoelectric conversion have attracted attention. Typical organic solar cells include dye-sensitized solar cells and organic thin-film solar cells, and various studies have been conducted on these for improving light energy conversion efficiency and durability.

近年、無機系材料と有機系材料との複合材料であるペロブスカイト結晶を用いたペロブスカイト型太陽電池が急速に注目を集めている。ペロブスカイト型太陽電池は、光エネルギー変換効率に優れ、且つ有機系太陽電池と同様に溶液の塗布および乾燥によって簡便に薄膜の製造が可能であることが知られている。 In recent years, perovskite-type solar cells using perovskite crystals, which are composite materials of inorganic and organic materials, have been rapidly attracting attention. It is known that a perovskite type solar cell has excellent light energy conversion efficiency and can easily produce a thin film by applying and drying a solution like an organic solar cell.

例えば特許文献1には、CHNH(式中、Mは2価の金属イオンであり、XはF、Cl、Br、Iからなる群から選ばれる1種以上である。)で表されるペロブスカイト型結晶構造を持つ感光性材料を用いた光電変換素子が開示されている。 For example, in Patent Document 1, CH 3 NH 3 M 1 X 3 (in the formula, M 1 is a divalent metal ion, and X is one or more selected from the group consisting of F, Cl, Br, and I. A photoelectric conversion element using a photosensitive material having a perovskite type crystal structure represented by.) Is disclosed.

特開2014−72327号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-72227

しかしながら、上記特許文献1に記載のようなペロブスカイト型太陽電池は、大気中の水分と反応して劣化しやすいことが知られている。そのため、産業応用するにあたり耐久性の向上が求められている。 However, it is known that a perovskite-type solar cell as described in Patent Document 1 is liable to deteriorate by reacting with moisture in the atmosphere. Therefore, improvement of durability is required for industrial application.

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、耐久性の高い光電変換素子を提供することを目的とする。また、このような耐久性の高い光電変換素子を効率的に製造可能な光電変換素子の製造方法を提供することをあわせて目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element having high durability. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a photoelectric conversion element capable of efficiently manufacturing such a highly durable photoelectric conversion element.

上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に挟持された光電変換層とを備え、前記光電変換層は、ABXで表されるペロブスカイト化合物を形成材料とする粒子を含み、前記粒子の平均粒子径が0.10μm以上0.30μm以下であり、前記粒子のX線回折スペクトルにおいて、立方晶の(111)ピークに対応する回折ピークの半値幅が2θで0.12°以上0.14°未満である光電変換素子。
(式中、Aはメチルアンモニウムイオンおよびホルムアミジニウムイオンのいずれか一方または両方である。BはPbおよびSnのいずれか一方または両方のイオンである。XはF、Cl、BrおよびIからなる群から選択される1種以上のイオンである。)
In order to solve the above problems, one aspect of the present invention includes a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion layer sandwiched between the first electrode and the second electrode, and the photoelectric conversion layer is provided. The conversion layer contains particles made of a perovskite compound represented by ABX 3 as a forming material, and the average particle diameter of the particles is 0.10 μm or more and 0.30 μm or less, and the cubic crystal is obtained in the X-ray diffraction spectrum of the particles. A photoelectric conversion element in which the half-value width of the diffraction peak corresponding to the (111) peak is 2θ and is 0.12 ° or more and less than 0.14 °.
(In the formula, A is one or both of methylammonium ion and formamidinium ion. B is one or both ions of Pb and Sn. X consists of F, Cl, Br and I. One or more ions selected from the group.)

本発明の一態様においては、前記第1電極と前記光電変換層との間に電子輸送層を有する構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, an electron transport layer may be provided between the first electrode and the photoelectric conversion layer.

本発明の一態様においては、前記電子輸送層は、無機材料を形成材料とする構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the electron transport layer may be configured to use an inorganic material as a forming material.

本発明の一態様においては、前記電子輸送層は、導電性酸化物を形成材料とする構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the electron transport layer may be configured to use a conductive oxide as a forming material.

本発明の一態様においては、前記電子輸送層は、酸化亜鉛を形成材料とする構成としてもよい。 In one aspect of the present invention, the electron transport layer may be configured to use zinc oxide as a forming material.

また、本発明の別の一態様は、電極の一主面側に、陽イオンであるBと、陰イオンであるXと、有機溶媒と水とを含む第1溶液をスピンコートしBX層を形成する工程と、前記BX層に、陽イオンであるAと前記Xとを含む第2溶液をスピンコートしABX層を形成する工程と、を有し、前記Aはメチルアンモニウムイオンおよびホルムアミジニウムイオンのいずれか一方または両方であり、前記Bは、PbおよびSnのいずれか一方または両方のイオンであり、前記Xは、F、Cl、BrおよびIからなる群から選択される1種以上のイオンであり、前記第1溶液は、前記有機溶媒に対して0体積%より多く2体積以下の前記水を含み、前記BX層を形成する工程では、前記電極の回転時に前記電極の上方から前記一主面に向けて気体を吹きかけ、前記ABX層を形成する工程では、前記BX層に前記第2溶液を滴下して前記BX層を前記第2溶液に浸漬した後、前記BX層を構成するBX粒子の結晶状態に基づいて定まる所定時間の経過後に、前記電極の回転を開始させてスピンコートする光電変換素子の製造方法を提供する。 In another aspect of the present invention, a first solution containing a cation B, an anion X, an organic solvent and water is spin-coated on one main surface side of the electrode to form a BX 2 layer. The BX 2 layer is spin-coated with a second solution containing cations A and X to form an ABX 3 layer, wherein the A is a methylammonium ion and One or both of formamidinium ions, said B being one or both of Pb and Sn, and said X being selected from the group consisting of F, Cl, Br and I1 In the step of forming the BX 2 layer, the first solution contains more than 0% by volume and 2 volumes or less of the water, which is an ion of seeds or more, and the electrode is rotated when the electrode is rotated. spray the gas toward the upper side to the one main surface of, in the step of forming the ABX 3 layers, dropping the second solution into the BX 2 layer after immersing the BX 2 layer to the second solution Provided is a method for manufacturing a photoelectric conversion element in which rotation of the electrode is started and spin coating is performed after a lapse of a predetermined time determined based on the crystal state of the BX 2 particles constituting the BX 2 layer.

本発明によれば、耐久性の高い光電変換素子を提供することができる。また、このような耐久性の高い光電変換素子を効率的に製造可能な光電変換素子の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion element having high durability. Further, it is possible to provide a method for manufacturing a photoelectric conversion element capable of efficiently manufacturing such a highly durable photoelectric conversion element.

本実施形態の光電変換素子を示す概略断面図。The schematic sectional view which shows the photoelectric conversion element of this embodiment. 本実施形態に係る光電変換素子の製造方法を説明するフロー図。The flow chart explaining the manufacturing method of the photoelectric conversion element which concerns on this embodiment. 立方晶の(111)ピークに対応する回折ピークの半値幅と、得られる光電変換素子の変換効率との関係を示す散布図。The scatter diagram which shows the relationship between the half width of the diffraction peak corresponding to the (111) peak of a cubic crystal, and the conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element.

[光電変換素子]
以下、図1を参照しながら、本実施形態に係る光電変換素子について説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜異ならせてある。
[Photoelectric conversion element]
Hereinafter, the photoelectric conversion element according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In all the drawings below, the dimensions and ratios of the components are appropriately different in order to make the drawings easier to see.

図1は、本実施形態の光電変換素子を示す概略断面図である。図に示すように、本実施形態の光電変換素子10は、第1基板11、第2基板12、第1電極13、第2電極14、ホール輸送層15、光電変換層16、電子輸送層17、封止部18を有する。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a photoelectric conversion element of the present embodiment. As shown in the figure, the photoelectric conversion element 10 of the present embodiment includes a first substrate 11, a second substrate 12, a first electrode 13, a second electrode 14, a hole transport layer 15, a photoelectric conversion layer 16, and an electron transport layer 17. , Has a sealing portion 18.

(第1基板、第2基板)
本実施形態において、第1基板11および第2基板12は、光透過性を有するガラス板や樹脂を主たる形成材料としている。第1基板11および第2基板12としては、これらの形成材料のフィルムまたはシートを用いることができる。
(1st board, 2nd board)
In the present embodiment, the first substrate 11 and the second substrate 12 mainly use a light-transmitting glass plate or resin as a forming material. As the first substrate 11 and the second substrate 12, films or sheets of these forming materials can be used.

このような基板に用いる樹脂としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)等のポリエステル系樹脂;ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、環状ポリオレフィン等のポリオレフィン系樹脂;ポリアミド系樹脂;ポリカーボネート系樹脂;ポリスチレン系樹脂;ポリビニルアルコール系樹脂;エチレン−酢酸ビニル共重合体のケン化物;ポリアクリロニトリル系樹脂;アセタール系樹脂;ポリイミド系樹脂が挙げられる。 Examples of the resin used for such a substrate include polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN); polyolefin resins such as polyethylene (PE), polypropylene (PP) and cyclic polyolefins; polyamide resins. Resins; polycarbonate-based resins; polystyrene-based resins; polyvinyl alcohol-based resins; saponified products of ethylene-vinyl acetate copolymers; polyacrylonitrile-based resins; acetal-based resins; polyimide-based resins.

これらの樹脂の中でも、耐熱性および線膨張率が高く、製造コストが低いという観点から、ポリエステル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂が好ましく、PET、PENが特に好ましい。 Among these resins, polyester-based resins and polyolefin-based resins are preferable, and PET and PEN are particularly preferable, from the viewpoints of high heat resistance, high coefficient of linear expansion, and low manufacturing cost.

これらの樹脂は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 These resins may be used alone or in combination of two or more.

第1基板11、第2基板12の厚みは、本実施形態の光電変換素子を製造する際の安定性を考慮して適宜設定することができる。第1基板11、第2基板12の厚みとしては、真空中においても基板の搬送が可能であるという観点から、5〜500μmの範囲であることが好ましい。 The thicknesses of the first substrate 11 and the second substrate 12 can be appropriately set in consideration of the stability when manufacturing the photoelectric conversion element of the present embodiment. The thickness of the first substrate 11 and the second substrate 12 is preferably in the range of 5 to 500 μm from the viewpoint that the substrate can be conveyed even in a vacuum.

また、第1基板11、第2基板12には、積層する他の層との密着性の観点から、基板の表面を清浄するための表面活性処理を施すことが好ましい。このような表面活性処理としては、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、フレーム処理が挙げられる。 Further, it is preferable that the first substrate 11 and the second substrate 12 are subjected to a surface activation treatment for cleaning the surface of the substrate from the viewpoint of adhesion to other layers to be laminated. Examples of such surface activation treatment include corona treatment, plasma treatment, and frame treatment.

また、第1基板11、第2基板12が樹脂フィルムまたは樹脂シートである場合、ガスバリア性の向上のためにその表面に1層以上の薄膜層を有するものも好ましい。薄膜層を備えた樹脂フィルムとしては、例えば特開2011−73430に記載のガスバリア性積層フィルムが挙げられ、ヘキサメチルジシロキサン等を成膜ガスとしてプラズマCVD法により薄膜層を形成したフィルムが好ましい。この場合、基板の厚みが50〜200μmの範囲であることがより好ましく、50〜150μmの範囲であることが特に好ましい。 When the first substrate 11 and the second substrate 12 are resin films or resin sheets, those having one or more thin film layers on the surface thereof are also preferable in order to improve the gas barrier property. Examples of the resin film provided with the thin film layer include the gas barrier laminated film described in JP-A-2011-73430, and a film in which the thin film layer is formed by a plasma CVD method using hexamethyldisiloxane or the like as a film-forming gas is preferable. In this case, the thickness of the substrate is more preferably in the range of 50 to 200 μm, and particularly preferably in the range of 50 to 150 μm.

なお、上述の薄膜層は、第1基板11、第2基板12を片面に有していてもよいが、両面に有することが好ましい。 The above-mentioned thin film layer may have the first substrate 11 and the second substrate 12 on one side, but it is preferable to have the first substrate 11 and the second substrate 12 on both sides.

第1基板11および第2基板12が、基板の片面のみに上述の薄膜層を有する場合、形成された薄膜層は、第1基板11と第2基板12と封止部18とによって形成される空間に面するように配されることが好ましい。このような構成とすることにより、得られる光電変換素子のガスバリア性を向上させることができる。 When the first substrate 11 and the second substrate 12 have the above-mentioned thin film layer on only one side of the substrate, the formed thin film layer is formed by the first substrate 11, the second substrate 12, and the sealing portion 18. It is preferably arranged so as to face the space. With such a configuration, the gas barrier property of the obtained photoelectric conversion element can be improved.

(第1電極)
第1電極13は、第1基板11の表面に形成されている。第1電極13は、光を取り込むと共に、第2電極14と対になって光電変換層16で生成された電荷が流れる電極として機能する。第1電極13は、可視光および可視光付近の赤外光および紫外光を透過可能であることが好ましい。
(1st electrode)
The first electrode 13 is formed on the surface of the first substrate 11. The first electrode 13 takes in light and functions as an electrode in which the electric charge generated by the photoelectric conversion layer 16 flows in pairs with the second electrode 14. The first electrode 13 is preferably capable of transmitting visible light and infrared light and ultraviolet light in the vicinity of visible light.

第1電極13の材料としては特に限定されるものではないが、In(酸化インジウム)、SnO(酸化スズ)、ZnO(酸化亜鉛)等の導電性の金属酸化物が好ましい。また、ITO(インジウム錫酸化物)、FTO(フッ素添加酸化錫)、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、ATO(アンチモン添加酸化錫)、AZO(アルミニウム添加酸化亜鉛)、GZO(ガリウム添加酸化亜鉛)等の金属酸化物や、酸化亜鉛にインジウムをドープしたもの、酸化亜鉛にホウ素をドープしたものも好ましい。 The material of the first electrode 13 is not particularly limited, but conductive metal oxides such as In 2 O 3 (indium oxide), SnO 2 (tin oxide), and ZnO (zinc oxide) are preferable. Further, ITO (indium tin oxide), FTO (fluorinated tin oxide), IZO (indium zinc oxide), ATO (antimony-added tin oxide), AZO (aluminum-added zinc oxide), GZO (gallium-added zinc oxide), etc. Metal oxides, zinc oxide doped with indium, and zinc oxide doped with boron are also preferable.

また、第1電極13は、導電性高分子材料を材料として用いることもできる。高分子材料としては例えば、ポリチオフェン系、ポリピロール系、ポリフェニレンビニレン系、ポリアセチレン系高分子等が挙げられる。 Further, the first electrode 13 can also use a conductive polymer material as a material. Examples of the polymer material include polythiophene-based, polypyrrole-based, polyphenylene vinylene-based, and polyacetylene-based polymers.

第1電極13は、上記金属酸化物や高分子材料を用いて形成された薄膜であることが好ましい。第1電極13は単層構造であってもよく、2層構造等の積層構造であってもよい。 The first electrode 13 is preferably a thin film formed by using the above metal oxide or polymer material. The first electrode 13 may have a single-layer structure or a laminated structure such as a two-layer structure.

第1電極13の膜厚は、特に制限されないが、0.1〜1μmが好ましい。
また、第1電極13には、他の層との密着性の観点から、オゾンUV処理等の表面処理を施しておいてもよい。
The film thickness of the first electrode 13 is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 1 μm.
Further, the first electrode 13 may be subjected to surface treatment such as ozone UV treatment from the viewpoint of adhesion to other layers.

(ホール輸送層)
ホール輸送層15は、第1電極13に接して形成され、第1電極13と電気的に接続されているp型半導体層である。
ホール輸送層15の材料としては特に限定されるものではなく、公知の有機半導体化合物を用いることができる。有機半導体化合物としては、トリフェニルアミン骨格を有する高分子化合物等が挙げられる。ホール輸送層15は、有機溶剤に溶解した後、第1電極13上に、または後述する光電変換層16上に塗布または印刷し、加熱または焼成することにより製造することができる。
(Hall transportation layer)
The hole transport layer 15 is a p-type semiconductor layer formed in contact with the first electrode 13 and electrically connected to the first electrode 13.
The material of the hole transport layer 15 is not particularly limited, and a known organic semiconductor compound can be used. Examples of the organic semiconductor compound include polymer compounds having a triphenylamine skeleton. The hole transport layer 15 can be produced by dissolving it in an organic solvent, coating or printing it on the first electrode 13, or on the photoelectric conversion layer 16 described later, and heating or firing it.

(第2電極)
第2電極14は、第2基板12の表面に形成されている。第2電極14の材料としては特に限定されるものではないが、金、銀、白金、アルミニウム、カルシウム等の金属;ITO、FTO、SnO、IZO等の導電性の金属酸化物;導電性の高分子材料等を用いることができる。これらの材料を用いて形成された薄膜を第2電極14とすることが好ましい。薄膜の形成方法は特に限定されるものではなく、蒸着、スパッタリング等の常法により形成することができる。
なかでも第2電極14としては、金属電極または金属酸化物電極が好ましい。
(2nd electrode)
The second electrode 14 is formed on the surface of the second substrate 12. The material of the second electrode 14 is not particularly limited, but is limited to metals such as gold, silver, platinum, aluminum, and calcium; conductive metal oxides such as ITO, FTO, SnO 2, and IZO; conductive. A polymer material or the like can be used. It is preferable that the thin film formed by using these materials is used as the second electrode 14. The method for forming the thin film is not particularly limited, and the thin film can be formed by a conventional method such as thin film deposition or sputtering.
Among them, as the second electrode 14, a metal electrode or a metal oxide electrode is preferable.

(電子輸送層)
電子輸送層17は、第2電極14に接して形成され、第2電極14と電気的に接続されているn型半導体層である。
(Electronic transport layer)
The electron transport layer 17 is an n-type semiconductor layer formed in contact with the second electrode 14 and electrically connected to the second electrode 14.

電子輸送層17の形成材料は、特に限定されるものではなく、チタン、スズ、亜鉛、鉄、タングステン、ジルコニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、タンタル等の金属酸化物を用いることができる。これらのなかでも、酸化チタン(TiO)、チタン酸ストロンチウム(SrTiO)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)、酸化タングステン(WO)、または酸化ニオブ(Nb)が好ましく、酸化チタン、チタン酸ストロンチウムまたは酸化亜鉛がより好ましく、酸化チタンまたは酸化亜鉛が特に好ましい。
電子輸送層17の形成材料としては、真空蒸着法やスパッタ法で成膜した酸化亜鉛が好ましく、真空蒸着法で成膜した酸化亜鉛がより好ましい。
The material for forming the electron transport layer 17 is not particularly limited, and metal oxides such as titanium, tin, zinc, iron, tungsten, zirconium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, and tantalum can be used. Can be used. Among these, titanium oxide (TiO 2 ), strontium titanate (SrTiO 3 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), tungsten oxide (WO 3 ), or niobium oxide (Nb 2 O 5 ) Titanium oxide, strontium titanate or zinc oxide is more preferred, and titanium oxide or zinc oxide is particularly preferred.
As the material for forming the electron transport layer 17, zinc oxide formed by a vacuum vapor deposition method or a sputtering method is preferable, and zinc oxide formed by a vacuum vapor deposition method is more preferable.

(光電変換層)
光電変換層16は、ホール輸送層15および電子輸送層17に挟持され、ホール輸送層15および電子輸送層17と電気的に接続された層である。光電変換層16は、下記式(1)で表されるペロブスカイト化合物を形成材料とする粒子を含む。
ABX …(1)
(Photoelectric conversion layer)
The photoelectric conversion layer 16 is a layer sandwiched between the hole transport layer 15 and the electron transport layer 17 and electrically connected to the hole transport layer 15 and the electron transport layer 17. The photoelectric conversion layer 16 contains particles using a perovskite compound represented by the following formula (1) as a forming material.
ABX 3 ... (1)

本明細書において、「ペロブスカイト化合物」とは、鉱石である「ペロブスカイト」と同じ結晶構造(以下、「ペロブスカイト構造」という。)を有する化合物、または、類似したペロブスカイト構造を有する化合物をいう。 As used herein, the term "perovskite compound" refers to a compound having the same crystal structure as the ore "perovskite" (hereinafter referred to as "perovskite structure"), or a compound having a similar perovskite structure.

式(1)中、Aはメチルアンモニウムイオン(CHNH )およびホルムアミジニウムイオン((NHCH)のいずれか一方または両方である。 In the formula (1), A is one or both of ammonium ion (CH 3 NH 3 +) and formamidinium ion ((NH 2) 2 CH + ).

メチルアンモニウムイオンは、水素以外の原子が炭素1個と窒素1個の計2個である。対して、ホルムアミジニウムイオンは、水素以外の原子が炭素1個と窒素2個の計3個である。そのため、ペロブスカイト構造の結晶のAサイトをこれらのイオンで置換した場合、メチルアンモニウムイオンよりもホルムアミジニウムイオンの方がAサイトを占める体積が大きくなる。 Methylammonium ions have two atoms other than hydrogen, one carbon and one nitrogen. On the other hand, formamidinium ions have a total of three atoms other than hydrogen, one carbon and two nitrogen atoms. Therefore, when the A site of a crystal having a perovskite structure is replaced with these ions, the volume of formamidinium ion occupying the A site is larger than that of methyl ammonium ion.

これにより、例えばヨウ化ホルムアミジニウム鉛ペロブスカイト結晶の方が、ヨウ化メチルアンモニウム鉛ペロブスカイト結晶よりも結晶が大きくなり、バンドギャップが小さくなる。その結果、光電変換素子の光電変換層にヨウ化ホルムアミジニウム鉛ペロブスカイト結晶を用いると、より長波長の赤外線までも発電に利用可能となり、電流量が増えて変換効率を高めることができる。 As a result, for example, the formumamidinium iodoide lead perovskite crystal has a larger crystal than the methylammonium iodide lead perovskite crystal, and the band gap becomes smaller. As a result, when formiodium amidineium lead perovskite crystals are used for the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element, even infrared rays having a longer wavelength can be used for power generation, and the amount of current can be increased to improve the conversion efficiency.

一方、バンドギャップが小さくなり過ぎると、光電変換素子の発電時の起電力は、小さくなりすぎ、性能が低下するおそれがある。 On the other hand, if the bandgap becomes too small, the electromotive force of the photoelectric conversion element at the time of power generation becomes too small, and the performance may deteriorate.

そのため、高性能の光電変換素子を検討するにあたっては、電流量と起電力とのバランスを検討し、変換効率が最も高くなる適切なバンドギャップの光電変換層を形成すると好ましい。 Therefore, when examining a high-performance photoelectric conversion element, it is preferable to examine the balance between the amount of current and the electromotive force and to form a photoelectric conversion layer having an appropriate band gap that maximizes the conversion efficiency.

この観点から、光電変換層16を構成するペロブスカイト結晶においては、上記メチルアンモニウムイオンとホルムアミジニウムイオンとを併用するとよい。メチルアンモニウムイオンとホルムアミジニウムイオンとを併用し、両イオンの比率を調整することにより、光電変換素子の電流量と起電力とのバランスを調整することができる。 From this point of view, in the perovskite crystal constituting the photoelectric conversion layer 16, the above-mentioned methylammonium ion and formamidinium ion may be used in combination. By using methylammonium ion and formamidinium ion in combination and adjusting the ratio of both ions, the balance between the amount of current and the electromotive force of the photoelectric conversion element can be adjusted.

メチルアンモニウムイオンの含有率を大きくすると、起電力を大きくすることができる。
ホルムアミジニウムイオンの含有率を大きくすると、電流量を高めることができる。
本実施形態の光電変換素子においては、メチルアンモニウムイオンとホルムアミジニウムイオンとの含有率を調整することで、起電力と電流量とを最適化し、最大変換効率を示す光電変換素子を調整することができる。
The electromotive force can be increased by increasing the content of methylammonium ions.
Increasing the content of formamidinium ion can increase the amount of current.
In the photoelectric conversion element of the present embodiment, the electromotive force and the amount of current are optimized by adjusting the content of methylammonium ion and formamidinium ion, and the photoelectric conversion element showing the maximum conversion efficiency is adjusted. Can be done.

例えば、光電変換層に、メチルアンモニウムイオン:ホルムアミジニウムイオン=3:2であるペロブスカイト結晶を用いることで、メチルアンモニウムイオンのみに基づくペロブスカイト結晶を用いるよりも高い変換効率の光電変換素子とすることができる(非特許文献:Angew.Chem.Int.Ed.,Vol.53,Page.3151-3157(2014)参照)。 For example, by using a perovskite crystal having methylammonium ion: formamidinium ion = 3: 2 in the photoelectric conversion layer, a photoelectric conversion element having higher conversion efficiency than using a perovskite crystal based only on methylammonium ion can be obtained. (See Non-Patent Document: Angew.Chem.Int.Ed., Vol.53, Page.3151-3157 (2014)).

式(1)中、Bは、PbおよびSnのいずれか一方または両方のイオンである。 In formula (1), B is an ion of either or both of Pb and Sn.

式(1)中、Xは、F、Cl、BrおよびIからなる群から選択される1種以上のイオンである。Xは、BrまたはIが好ましい。 In formula (1), X is one or more ions selected from the group consisting of F, Cl, Br and I. X is preferably Br or I.

光電変換層16の膜厚は特に限定されるものではないが、50nm以上が好ましく、100nm以上がより好ましい。また、光電変換層16の膜厚は、1000nm以下が好ましく、500nm以下がより好ましく、300nm以下がさらに好ましい。光電変換層16の膜厚の上限値および下限値は、任意に組み合わせることができる。 The film thickness of the photoelectric conversion layer 16 is not particularly limited, but is preferably 50 nm or more, and more preferably 100 nm or more. The film thickness of the photoelectric conversion layer 16 is preferably 1000 nm or less, more preferably 500 nm or less, and even more preferably 300 nm or less. The upper limit value and the lower limit value of the film thickness of the photoelectric conversion layer 16 can be arbitrarily combined.

本実施形態の光電変換層16において、上述のようなペロブスカイト化合物を形成材料とする粒子(以下、「ペロブスカイト粒子」と称することがある)の平均粒子径は、以下の方法で測定した値を採用する。 In the photoelectric conversion layer 16 of the present embodiment, the average particle size of the particles using the perovskite compound as the forming material (hereinafter, may be referred to as “perovskite particles”) as described above adopts the value measured by the following method. To do.

ペロブスカイト粒子を撮影したSEM写真について、写真長手方向に延在する直線を10本引く。10本の直線は等間隔とする。SEM写真の拡大倍率は、1つの結晶粒子が2以上の直線と重ならないような大きさとなるように、適宜調整する。 For the SEM photograph of the perovskite particles, draw 10 straight lines extending in the longitudinal direction of the photograph. The 10 straight lines are evenly spaced. The magnification of the SEM photograph is appropriately adjusted so that one crystal particle does not overlap with two or more straight lines.

次いで、各直線において、2箇所の結晶粒界面で直線と重なる結晶粒の数を計測する。
次いで、各直線において、直線と結晶粒界面との交点のうち、直線の最も一端側の交点から、直線の最も他端側の交点までの距離を計測する。
上記求めた交点間の距離を、先に求めた結晶粒の数で割ることで平均値を求め、得られた平均値に換算係数1.56を乗じることで、結晶粒子の結晶粒径の平均値を求める。
Next, in each straight line, the number of crystal grains overlapping the straight line is measured at the two crystal grain interfaces.
Next, in each straight line, the distance from the intersection on the farthest end side of the straight line to the intersection on the farthest end side of the straight line among the intersections between the straight line and the crystal grain interface is measured.
The average value is obtained by dividing the distance between the above-determined intersections by the number of crystal grains obtained earlier, and by multiplying the obtained average value by a conversion coefficient of 1.56, the average crystal grain size of the crystal particles is obtained. Find the value.

同様の処理を1つのSEM写真においては、10本の直線のそれぞれにおいて行い、さらに、4つの異なる視野のSEM写真について同様の処理を行って、40点の結晶粒径の平均値を求めた。これらの算術平均を、求める「ペロブスカイト結晶粒子の平均粒子径」とする。 In one SEM photograph, the same processing was performed on each of the 10 straight lines, and further, the same processing was performed on SEM photographs of four different fields of view, and the average value of the crystal grain sizes of 40 points was obtained. Let these arithmetic mean be the "average particle size of perovskite crystal particles" to be obtained.

光電変換層16の膜厚が100nm以上300nm以下である場合、ペロブスカイト粒子の平均粒子径は、100nm以上300nm以下であることが好ましい。 When the film thickness of the photoelectric conversion layer 16 is 100 nm or more and 300 nm or less, the average particle size of the perovskite particles is preferably 100 nm or more and 300 nm or less.

ペロブスカイト粒子の平均粒子径が100nm(0.10μm)以上であると、複数の結晶粒が積層した光電変換層16は、粒界抵抗が高くなり過ぎず、光電変換層16で生じる電流が流れやくなる。その結果、変換効率が低下しにくい。 When the average particle size of the perovskite particles is 100 nm (0.10 μm) or more, the grain boundary resistance of the photoelectric conversion layer 16 in which a plurality of crystal grains are laminated does not become too high, and the current generated in the photoelectric conversion layer 16 easily flows. Become. As a result, the conversion efficiency is unlikely to decrease.

また、ペロブスカイト粒子の平均粒子径が300nm(0.30μm)以下であると、生じるペロブスカイト粒子が光電変換層16の面方向に扁平した扁平粒子になりにくい。扁平粒子は結晶性が低く、光電変換層16の強度が低下しやすい。しかし、ペロブスカイト粒子が上記平均粒子径の上限値以下であることにより、このような不具合を抑制することができる。 Further, when the average particle size of the perovskite particles is 300 nm (0.30 μm) or less, the generated perovskite particles are unlikely to become flat particles flattened in the plane direction of the photoelectric conversion layer 16. The flat particles have low crystallinity, and the strength of the photoelectric conversion layer 16 tends to decrease. However, when the perovskite particles are equal to or less than the upper limit of the average particle size, such a problem can be suppressed.

また、本実施形態において、光電変換層16のペロブスカイト粒子は、X線回折スペクトルを測定したとき、立方晶の(111)ピークに対応する回折ピークの半値幅が2θで0.12°以上0.14°未満である。 Further, in the present embodiment, when the X-ray diffraction spectrum of the perovskite particles of the photoelectric conversion layer 16 is measured, the half width of the diffraction peak corresponding to the (111) peak of the cubic crystal is 2θ, which is 0.12 ° or more. It is less than 14 °.

なお、「(111)ピーク」とは、「ミラー指数(111)で表される結晶格子面についての回折ピーク」を指す。他のミラー指数を用いた表記においても同様である。
また、「立方晶の(111)ピークに対応する回折ピーク」とは、横軸を入射角、縦軸を回折強度とするX線回折スペクトルにおいて、立方晶の(111)ピークが現れる入射角(横軸)と同様の入射角の位置(対応する位置)に現れる回折ピークのことを指す。以下の説明では、「立方晶の(111)ピークに対応する回折ピーク」を「対応回折ピーク」と略称することがある。
The "(111) peak" refers to a "diffraction peak on the crystal lattice plane represented by the Miller index (111)". The same applies to the notation using other Miller indexes.
Further, the "diffraction peak corresponding to the (111) peak of the cubic crystal" is the incident angle at which the (111) peak of the cubic crystal appears in the X-ray diffraction spectrum whose horizontal axis is the incident angle and the vertical axis is the diffraction intensity. It refers to the diffraction peak that appears at the same incident angle position (corresponding position) as (horizontal axis). In the following description, "diffraction peak corresponding to (111) peak of cubic crystal" may be abbreviated as "corresponding diffraction peak".

回折ピークの半値幅は、次のようにして測定した値を採用する。 For the half width of the diffraction peak, the value measured as follows is adopted.

まず、X線回折スペクトルは、2θで10度から90度をX線回折法にて下記の条件で測定する。
(測定条件1)
粉末X線解析装置: X‘Pert PRO MPD(スペクトリス株式会社製)
放射線 :Cu−Kα1線(λ=0.154050nm)
X線発生電圧 :45kV
電流 :40mA
ステップサイズ :0.0020889度
Scan Speed :0.021989度/秒
Time per Step :12.065秒
測定時間 :1時間2分17秒
First, the X-ray diffraction spectrum is measured at 2θ from 10 degrees to 90 degrees by the X-ray diffraction method under the following conditions.
(Measurement condition 1)
Powder X-ray analyzer: X'Pert PRO MPD (manufactured by Spectris Co., Ltd.)
Radiation: Cu- 1 line (λ = 0.154050 nm)
X-ray generated voltage: 45 kV
Current: 40mA
Step size: 0.0020889 degrees
Scan Speed: 0.021989 degrees / sec
Time per Step: 12.065 seconds Measurement time: 1 hour 2 minutes 17 seconds

次に、2θで25度付近に出現する対応回折ピークについて、2θで25度±0.75度の範囲を下記の条件で測定する。その他の測定条件については、上記測定条件1と同様である。 Next, for the corresponding diffraction peak that appears near 25 degrees at 2θ, the range of 25 degrees ± 0.75 degrees at 2θ is measured under the following conditions. Other measurement conditions are the same as those in the above measurement condition 1.

(測定条件2)
Time per Step :300.355秒
測定時間 :1時間4分41秒
(Measurement condition 2)
Time per Step: 30.355 seconds Measurement time: 1 hour 4 minutes 41 seconds

対応回折ピークの半値幅は、得られたX線回折スペクトルから、X線回折パターン総合解析ソフトJADE(MDI社)を用いて算出する。上記ソフトによる算出処理は、上記ソフトの取扱説明書(Jade(Ver.5)ソフトウェア、取扱説明書、理学電機株式会社)に基づいて行う。
このようにして、対応回折ピークの半値幅を求める。
The full width at half maximum of the corresponding diffraction peak is calculated from the obtained X-ray diffraction spectrum using the X-ray diffraction pattern comprehensive analysis software JADE (MDI). The calculation process by the above software is performed based on the instruction manual of the above software (Jade (Ver.5) software, instruction manual, Rigaku Denki Co., Ltd.).
In this way, the half width of the corresponding diffraction peak is obtained.

上述のように、本実施形態の光電変換素子10では、ペロブスカイト粒子の結晶性を評価するにあたって、X線回折スペクトルの回折ピークのうち、対応回折ピークの半値幅を用いる。
以下、「対応回折ピーク」について説明する。
As described above, in the photoelectric conversion element 10 of the present embodiment, in evaluating the crystallinity of the perovskite particles, the half width of the corresponding diffraction peak among the diffraction peaks of the X-ray diffraction spectrum is used.
Hereinafter, the "corresponding diffraction peak" will be described.

通常、ペロブスカイトは、キュリー点と呼ばれる相転移温度以上で立方晶の結晶構造を有する。立方晶の結晶についてX線回折スペクトルを測定すると、結晶内で等価な結晶格子面についての回折ピークは、同じ位置に現れる。例えば、ミラー指数(面指数)(100)で表される結晶格子面は、その他に(010)、(001)で表される結晶格子面と等価であり、回折スペクトルにおいて同じ位置に現れる。 Normally, perovskite has a cubic crystal structure above the phase transition temperature called the Curie point. When the X-ray diffraction spectrum is measured for a cubic crystal, the diffraction peaks for the equivalent crystal lattice plane in the crystal appear at the same position. For example, the crystal lattice plane represented by the Miller index (plane index) (100) is equivalent to the crystal lattice plane represented by (010) and (001), and appears at the same position in the diffraction spectrum.

このように測定される回折ピークは半値幅が狭い結晶ほど、結晶性が高いと評価できる。なお、「結晶性が高い」とは、結晶内に空隙が少なく、原子間距離にばらつきが少ない結晶であることを指す。 It can be evaluated that the diffraction peak measured in this way has higher crystallinity as the crystal has a narrower half width. In addition, "high crystallinity" means a crystal having few voids in the crystal and little variation in interatomic distance.

しかし、光電変換層16を構成するペロブスカイト粒子がヨウ化メチルアンモニウム鉛ペロブスカイト(CHNHPbI)である場合、光電変換層16を構成するペロブスカイト粒子の結晶構造は、立方晶から相転移を生じ、室温で正方晶となる。さらに低温では、別の相転移温度において正方晶から相転移を生じ、直方晶(斜方晶)となっている。以下、一例としてペロブスカイト粒子が立方晶であることとして説明する。 However, when the perovskite particles constituting the photoelectric conversion layer 16 are methyl ammonium iodide lead perovskite (CH 3 NH 3 PbI 3 ), the crystal structure of the perovskite particles constituting the photoelectric conversion layer 16 undergoes a phase transition from cubic crystals. It occurs and becomes tetragonal at room temperature. At a lower temperature, a phase transition occurs from a tetragonal crystal at another phase transition temperature, resulting in a tetragonal crystal (orthorhombic crystal). Hereinafter, as an example, the perovskite particles will be described as cubic crystals.

直方晶系においてミラー指数(面指数)(100)、(010)、(001)で表される結晶格子面は、等価ではない。そのため、立方晶の(100)ピークに対応するこれらの結晶格子面の回折ピークは、相互に近い位置ではあるが異なった位置に現れる。 In the orthorhombic system, the crystal lattice planes represented by the Miller index (plane index) (100), (010), and (001) are not equivalent. Therefore, the diffraction peaks of these crystal lattice planes corresponding to the (100) peak of the cubic crystal appear at positions close to each other but at different positions.

その結果、(100)、(010)、(001)で表される結晶格子面の回折ピークは、互いに重なり合いブロードなピークとして現れる。すなわち、「立方晶の(100)ピークに対応する回折ピーク」は、ブロードなピークとなる。このようなブロードなピークは、ずれた位置に現れた複数のピークが重なり合った結果であって、結晶性が低いことを表してはいない。 As a result, the diffraction peaks of the crystal lattice planes represented by (100), (010), and (001) overlap each other and appear as broad peaks. That is, the "diffraction peak corresponding to the (100) peak of the cubic crystal" is a broad peak. Such a broad peak is a result of overlapping of a plurality of peaks appearing at different positions, and does not indicate low crystallinity.

一方、立方晶についてミラー指数(面指数)(111)で表される結晶格子面は、その他に(−111)や、(1−11)等で表される結晶格子面と等価であり、回折スペクトルにおいて同じ位置に現れる。また、直方晶系においてミラー指数(面指数)(111)で表される結晶格子面も同様に、(−111)や、(1−11)等で表される結晶格子面と等価であり、回折スペクトルにおいて同じ位置に現れる。 On the other hand, for cubic crystals, the crystal lattice plane represented by the Miller index (plane index) (111) is equivalent to the crystal lattice plane represented by (-111), (1-11), etc., and is diffracted. Appears at the same position in the spectrum. Further, in the orthorhombic system, the crystal lattice plane represented by the Miller index (plane index) (111) is also equivalent to the crystal lattice plane represented by (-111), (1-11), or the like. Appears at the same position in the diffraction spectrum.

したがって、立方晶の(111)ピークに対応する直方晶の(111)ピークの半値幅は、結晶性を反映したものとなる。例えば、対応回折ピークがブロードなピークであれば、結晶性が低い結晶であると判断することができる。 Therefore, the full width at half maximum of the (111) peak of the orthorhombic crystal corresponding to the (111) peak of the cubic crystal reflects the crystallinity. For example, if the corresponding diffraction peak is a broad peak, it can be determined that the crystal has low crystallinity.

以上の議論は、ヨウ化メチルアンモニウム鉛ペロブスカイト(CHNHPbI)が室温で正方晶を呈する場合にも当てはまる。 The above discussion also applies when methylammonium iodide lead perovskite (CH 3 NH 3 PbI 3 ) exhibits tetragonal crystals at room temperature.

同様に、室温で立方晶を呈する臭化メチルアンモニウム鉛ペロブスカイト(CHNHPbI)や、室温で三方晶を呈するヨウ化ホルムアミジニウム鉛であっても、(111)ピークを結晶性の判断にしてよい。 Similarly, methylammonium bromide lead perovskite (CH 3 NH 3 PbI 3 ), which is cubic at room temperature, and formamidinium iodinium lead, which is trigonal at room temperature, have (111) peaks that are crystalline. You can make a judgment.

本実施形態の光電変換素子10では、対応回折ピークにおいて、半値幅が2θで0.12°以上0.14°未満であるペロブスカイト粒子は、光電変換素子10の光電変換層16として好適な結晶性を有し、耐久性に優れたものとなる。上記半値幅は、0.12°以上0.13°以下であることが好ましい。 In the photoelectric conversion element 10 of the present embodiment, the perovskite particles having a half width of 2θ and 0.12 ° or more and less than 0.14 ° at the corresponding diffraction peak have crystallinity suitable as the photoelectric conversion layer 16 of the photoelectric conversion element 10. It has excellent durability. The half width is preferably 0.12 ° or more and 0.13 ° or less.

光電変換層16は、上述したペロブスカイト化合物以外の成分を有していてもよい。例えば、若干の不純物や、ペロブスカイト構造でない化合物であって、上述したペロブスカイト化合物と同様または類似した組成を有する化合物をさらに含んでいてもよい。 The photoelectric conversion layer 16 may have components other than the above-mentioned perovskite compound. For example, it may further contain some impurities or a compound having a composition similar to or similar to that of the perovskite compound described above, which is a compound having no perovskite structure.

(封止部)
封止部18は、第1基板11と第2基板12との間にあって、第1電極13、第2電極14、ホール輸送層15、光電変換層16及び電子輸送層17を囲むように第1基板11と第2基板12の周縁部に沿って配置され、第1基板11と第2基板12とを貼り合せるものである。これにより、光電変換素子10は、第1基板11と第2基板12と封止部18とによって形成される空間の内部に、一対の電極である第1電極13、第2電極14、及び、ホール輸送層15、光電変換層16及び電子輸送層17からなる積層体が格納された構造をなしている。
(Sealing part)
The sealing portion 18 is located between the first substrate 11 and the second substrate 12, and is first so as to surround the first electrode 13, the second electrode 14, the hole transport layer 15, the photoelectric conversion layer 16, and the electron transport layer 17. It is arranged along the peripheral edge portion of the substrate 11 and the second substrate 12, and the first substrate 11 and the second substrate 12 are bonded together. As a result, the photoelectric conversion element 10 has a pair of electrodes, the first electrode 13, the second electrode 14, and the inside of the space formed by the first substrate 11, the second substrate 12, and the sealing portion 18. It has a structure in which a laminate composed of a hole transport layer 15, a photoelectric conversion layer 16 and an electron transport layer 17 is housed.

封止部18は、反応性官能基を有する有機材料からなるものが好ましい。
具体的には、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシランなどのビニル基を反応性官能基として有するもの;
2−(3,4−エポキシシクロヘキシル)エチルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3−グリシドキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−グリシドキシプロピルトリエトキシシランなどのエポキシ基を反応性官能基として有するもの;
p−スチリルトリメトキシシランなどのスチリル基を反応性官能基として有するもの;
3−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルメチルジエトキシシラン、3−メタクリロキシプロピルトリエトキシシランなどのメタクリル基を反応性官能基として有するもの;
3−アクリロキシプロピルトリメトキシシランなどのアクリル基を反応性官能基として有するもの;
N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルメチルジメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−2−(アミノエチル)−3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−アミノプロピルトリメトキシシラン、3−アミノプロピルトリエトキシシラン、3−トリエトキシシリル-N−(1,3−ジメチル-ブチリデン)プロピルアミン、N−フェニル−3−アミノプロピルトリメトキシシラン、N−(ビニルベンジル)−2−アミノエチル−3−アミノプロピルトリメトキシシランなどのアミノ基を反応性官能基として有するもの;
3−ウレイドプロピルトリエトキシシランなどのウレイド基を反応性官能基として有するもの;
3−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、3−メルカプトプロピルトリメトキシシランなどのメルカプト基を反応性官能基として有するもの;
ビス(トリエトキシシリルプロピル)テトラスルフィドなどのスルフィド基を反応性官能基として有するもの;
3−イソシアネートプロピルトリエトキシシランなどのイソシアネート基を反応性官能基として有するもの;
カルボキシ基を反応性官能基として有するもの;
アルデヒド基を反応性官能基として有するもの、が挙げられる。
The sealing portion 18 is preferably made of an organic material having a reactive functional group.
Specifically, those having a vinyl group such as vinyltrimethoxysilane and vinyltriethoxysilane as a reactive functional group;
2- (3,4-epoxycyclohexyl) ethyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropylmethyldiethoxysilane, 3-glycid Those having an epoxy group such as xipropyltriethoxysilane as a reactive functional group;
Those having a styryl group such as p-styryltrimethoxysilane as a reactive functional group;
Those having a methacryl group such as 3-methacryloxypropylmethyldimethoxysilane, 3-methacryloxypropyltrimethoxysilane, 3-methacryloxypropylmethyldiethoxysilane, 3-methacryloxypropyltriethoxysilane as a reactive functional group;
Those having an acrylic group such as 3-acryloxypropyltrimethoxysilane as a reactive functional group;
N-2- (aminoethyl) -3-aminopropylmethyldimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltrimethoxysilane, N-2- (aminoethyl) -3-aminopropyltriethoxysilane , 3-Aminopropyltrimethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane, 3-triethoxysilyl-N- (1,3-dimethyl-butylidene) propylamine, N-phenyl-3-aminopropyltrimethoxysilane, N -(Vinylbenzyl) -2-aminoethyl-3-aminopropyltrimethoxysilane having an amino group as a reactive functional group;
Those having a ureido group such as 3-ureidopropyltriethoxysilane as a reactive functional group;
Those having a mercapto group such as 3-mercaptopropylmethyldimethoxysilane and 3-mercaptopropyltrimethoxysilane as a reactive functional group;
Those having a sulfide group such as bis (triethoxysilylpropyl) tetrasulfide as a reactive functional group;
3-Isocyanate Propyl Triethoxysilane or other isocyanate group as a reactive functional group;
Those having a carboxy group as a reactive functional group;
Those having an aldehyde group as a reactive functional group can be mentioned.

本実施形態の光電変換素子としては、第1基板11および第2基板12として、ガラス基板を用い、第1電極13としてITO電極を用い、第2電極14としてカルシウム電極および銀電極を用い、ホール輸送層15として[ポリ[ビス(4−フェニル)(2,4,6−トリフェニルメチル)アミン]]を用い、光電変換層16として上述のようなペロブスカイト化合物を用い、電子輸送層17としてフェニルC61酪酸メチルエステルまたは酸化亜鉛を用い、封止部18としてエポキシ系化合物を用いることが好ましい。 As the photoelectric conversion element of the present embodiment, a glass substrate is used as the first substrate 11 and the second substrate 12, an ITO electrode is used as the first electrode 13, and a calcium electrode and a silver electrode are used as the second electrode 14. [Poly [bis (4-phenyl) (2,4,6-triphenylmethyl) amine]] is used as the transport layer 15, the perovskite compound as described above is used as the photoelectric conversion layer 16, and phenyl is used as the electron transport layer 17. with C 61 butyric acid methyl ester, or zinc oxide, it is preferable to use an epoxy compound as the sealing portion 18.

以上のような構成の光電変換素子によれば、耐久性の高い光電変換素子を提供することができる。 According to the photoelectric conversion element having the above configuration, it is possible to provide a photoelectric conversion element having high durability.

なお、本発明の技術範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、ホール輸送層15と電子輸送層17とを個別に設けず、PCBM等の輸送層一層で代用してもよい。
また、第1基板11、第2基板12、封止部18も必要に応じて省略することができる。
さらに、第1電極13とホール輸送層15との間にバッファー層を設けてもよい。バッファー層を設けることにより、第1電極13とホール輸送層15とを隔離し、電気的な接触を低減または抑制することができる。バッファー層の材料としては、導電材料が好ましく、上述した金属酸化物がより好ましい。
The technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
For example, the hole transport layer 15 and the electron transport layer 17 may not be provided separately, but may be replaced by a transport layer layer such as PCBM.
Further, the first substrate 11, the second substrate 12, and the sealing portion 18 can also be omitted if necessary.
Further, a buffer layer may be provided between the first electrode 13 and the hole transport layer 15. By providing the buffer layer, the first electrode 13 and the hole transport layer 15 can be isolated, and electrical contact can be reduced or suppressed. As the material of the buffer layer, a conductive material is preferable, and the above-mentioned metal oxide is more preferable.

[光電変換素子の製造方法]
本実施形態の光電変換素子の製造方法は、電極の一主面に、陽イオンであるBと、陰イオンであるXと、有機溶媒と水とを含む第1溶液をスピンコートしBX層を形成する工程と、前記BX層に、陽イオンであるAと前記Xとを含む第2溶液をスピンコートしABX層を形成する工程と、を有する。
[Manufacturing method of photoelectric conversion element]
In the method for producing a photoelectric conversion element of the present embodiment, a first solution containing a cation B, an anion X, an organic solvent and water is spin-coated on one main surface of an electrode to form two BX layers. The BX 2 layer is spin-coated with a second solution containing cations A and X to form the BX 3 layer.

Aは、メチルアンモニウムイオンおよびホルムアミジニウムイオンのいずれか一方または両方である。
Bは、PbおよびSnのいずれか一方または両方のイオンである。
Xは、F、Cl、BrおよびIからなる群から選択される1種以上のイオンである。
A is either one or both of methylammonium ion and formamidinium ion.
B is an ion of either or both of Pb and Sn.
X is one or more ions selected from the group consisting of F, Cl, Br and I.

第1溶液は、前記有機溶媒に対して0体積%より多く2体積以下の前記水を含む。 The first solution contains the water in an amount of more than 0% by volume and 2 volumes or less based on the organic solvent.

また、上記BX層を形成する工程では、前記電極の回転時に前記電極の上方から前記一主面に向けて気体を吹きかける。 Further, in the step of forming the BX 2 layer, gas is sprayed from above the electrode toward the one main surface when the electrode is rotated.

さらに、上記ABX層を形成する工程では、前記BX層に前記第2溶液を滴下して前記BX層を前記第2溶液に浸漬した後、所定時間の経過後に前記電極の回転を開始させてスピンコートする。
以下、光電変換素子の製造方法について、順に説明する。
Further, in the step of forming the ABX 3 layer, after dropwise the second solution into the BX 2 layer was dipped the BX 2 layer to the second solution, start the rotation of the electrode after a predetermined time Let it spin coat.
Hereinafter, a method for manufacturing the photoelectric conversion element will be described in order.

(第1溶液)
第1溶液に含まれるBは、1種のみが含有されていてもよく、2種以上が含有されていてもよい。B源としては、金属塩であるBXや、金属水酸化物であるB(OH)を例示することができる。
(First solution)
As B contained in the first solution, only one kind may be contained, or two or more kinds may be contained. Examples of the B source include BX 2 which is a metal salt and B (OH) 2 which is a metal hydroxide.

第1溶液に含まれるXは、1種のみが含有されていてもよく、2種以上が含有されていてもよい。X源としては、金属塩であるBXや、無機酸であるHXを例示することができる。 As X contained in the first solution, only one kind may be contained, or two or more kinds may be contained. Examples of the X source include BX 2 which is a metal salt and HX which is an inorganic acid.

第1溶液に含まれる有機溶剤は、BXおよびその他の成分を溶解し得るものであれば特に限定されるものではない。
例えば、メチルホルメート、エチルホルメート、プロピルホルメート、ペンチルホルメート、メチルアセテート、エチルアセテート、ペンチルアセテート等のエステル類;
γ−ブチロラクトン、N‐メチル−2−ピロリドン、アセトン、ジメチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン類;
ジエチルエーテル、メチル−tert−ブチルエーテル、ジイソプロピルエーテル、ジメトキシメタン、ジメトキシエタン、1,4−ジオキサン、1,3−ジオキソラン、4−メチルジオキソラン、テトラヒドロフラン、メチルテトラヒドロフラン、アニソール、フェネトール等のエーテル類;
メタノール、エタノール、1−プロパノール、2−プロパノール、1−ブタノール、2−ブタノール、tert−ブタノール、1−ペンタノール、2−メチル−2−ブタノール、メトキシプロパノール、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノール、2−フルオロエタノール、2,2,2−トリフルオロエタノール、2,2,3,3−テトラフルオロ−1−プロパノール等のアルコール類;
エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールジメチルエーテル等のグリコールエーテル類;
N,N−ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド系有機溶剤;
アセトニトリル、イソブチロニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリル等のニトリル系有機溶剤;
エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボート系有機溶剤;
塩化メチレン、ジクロロメタン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素系有機溶剤;
n−ペンタン、シクロヘキサン、n−ヘキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン等の炭化水素系有機溶剤;
ジメチルスルホキシド等が挙げられる。
The organic solvent contained in the first solution is not particularly limited as long as it can dissolve BX 2 and other components.
For example, esters such as methylformate, ethylformate, propylformate, pentylformate, methyl acetate, ethyl acetate, pentyl acetate;
Ketones such as γ-butyrolactone, N-methyl-2-pyrrolidone, acetone, dimethyl ketone, diisobutyl ketone, cyclopentanone, cyclohexanone, methylcyclohexanone;
Ethers such as diethyl ether, methyl-tert-butyl ether, diisopropyl ether, dimethoxymethane, dimethoxyethane, 1,4-dioxane, 1,3-dioxolane, 4-methyldioxolane, tetrahydrofuran, methyl tetrahydrofuran, anisole, phenetol;
Methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 2-butanol, tert-butanol, 1-pentanol, 2-methyl-2-butanol, methoxypropanol, diacetone alcohol, cyclohexanol, 2-fluoro Alcohols such as ethanol, 2,2,2-trifluoroethanol, 2,2,3,3-tetrafluoro-1-propanol;
Glycol ethers such as ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, ethylene glycol monoethyl ether acetate, and triethylene glycol dimethyl ether;
Amide-based organic solvents such as N, N-dimethylformamide, acetamide, N, N-dimethylacetamide;
Nitrile-based organic solvents such as acetonitrile, isobutyronitrile, propionitrile, and methoxyacetonitrile;
Carboat organic solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate;
Halogenated hydrocarbon-based organic solvents such as methylene chloride, dichloromethane, and chloroform;
Hydrocarbon-based organic solvents such as n-pentane, cyclohexane, n-hexane, benzene, toluene, and xylene;
Examples thereof include dimethyl sulfoxide.

有機溶剤は、分岐構造若しくは環状構造を有していてもよく、−O−、−CO−、−COO−、−OH等の官能基を複数有していてもよく、水素原子がフッ素等のハロゲン原子で置換されていてもよい。 The organic solvent may have a branched structure or a cyclic structure, may have a plurality of functional groups such as −O−, −CO−, −COO−, and −OH, and the hydrogen atom may be fluorine or the like. It may be substituted with a halogen atom.

有機溶剤は、1種のみが含有されていてもよく、2種以上が含有されていてもよい。 Only one kind of organic solvent may be contained, or two or more kinds may be contained.

第1溶液は、上述したB、X、有機溶剤以外の成分を含有していてもよい。含有してもよい他の成分としては、周期表の第1族、第2族、第3族、第11族、第12族および第13族からなる群より選ばれる1種以上の元素等が挙げられる。なかでも、該成分としては、Li、Na、Cu、Ag、Au、Mg、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、La、Zn、B、Al、Ga、Inが好ましい。 The first solution may contain components other than the above-mentioned B, X and organic solvent. Other components that may be contained include one or more elements selected from the group consisting of Group 1, Group 2, Group 3, Group 11, Group 12, and Group 13 of the periodic table. Can be mentioned. Among them, as the component, Li, Na, Cu, Ag, Au, Mg, Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La, Zn, B, Al, Ga and In are preferable.

(第2溶液)
第2溶液に含まれるAは、1種のみが含有されていてもよく、2種が含有されていてもよい。
(Second solution)
As A contained in the second solution, only one kind may be contained, or two kinds may be contained.

第2溶液に含まれる有機溶剤としては、第1溶液の構成物として挙げたものと同様の溶剤を用いることができる。第1溶液に含まれる有機溶剤と、第2溶液に含まれる有機溶剤とは、同じであっても異なっていてもよい。 As the organic solvent contained in the second solution, the same solvent as those mentioned as the constituents of the first solution can be used. The organic solvent contained in the first solution and the organic solvent contained in the second solution may be the same or different.

図2は、本実施形態に係る光電変換素子の製造方法を説明するフロー図である。 FIG. 2 is a flow chart illustrating a method for manufacturing a photoelectric conversion element according to the present embodiment.

(ステップS1)
本実施形態の光電変換素子の製造方法においては、まず、基板上に設けられた電極の一主面側に、第1溶液をスピンコートする(ステップS1)。
(Step S1)
In the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present embodiment, first, the first solution is spin-coated on one main surface side of an electrode provided on a substrate (step S1).

第1溶液の組成や濃度については、目的とする光電変換素子10(光電変換層16)の構成に応じて適宜設定し、調整するとよい。 The composition and concentration of the first solution may be appropriately set and adjusted according to the configuration of the target photoelectric conversion element 10 (photoelectric conversion layer 16).

スピンコートの条件(回転時間、回転速度)については、予め予備実験を行い決定しておくとよい。 The spin coating conditions (rotation time, rotation speed) may be determined in advance by conducting a preliminary experiment.

光電変換素子10がホール輸送層15や電子輸送層17を有する場合、電極の一主面にホール輸送層15または電子輸送層17を形成したのちにステップS1に用いる。電極が第1電極13である場合、第1電極13上にホール輸送層15を形成した後にステップS1に用いるとよい。また、電極が第2電極14である場合、第2電極14上に電子輸送層17を形成した後にステップS1に用いるとよい。 When the photoelectric conversion element 10 has a hole transport layer 15 or an electron transport layer 17, the hole transport layer 15 or the electron transport layer 17 is formed on one main surface of the electrode and then used in step S1. When the electrode is the first electrode 13, it is preferable to use it in step S1 after forming the hole transport layer 15 on the first electrode 13. When the electrode is the second electrode 14, it is preferable to use it in step S1 after forming the electron transport layer 17 on the second electrode 14.

(ステップS2)
次いで、スピンコートの開始から所定時間経過後、電極の一主面側に設けられた第1溶液の塗膜に向けて気体の吹き付けを開始する(ステップS2)。ステップS1およびステップS2は、本発明における「BX層を形成する工程」に該当する。
(Step S2)
Next, after a lapse of a predetermined time from the start of spin coating, spraying of gas toward the coating film of the first solution provided on one main surface side of the electrode is started (step S2). Step S1 and step S2 correspond to the "step of forming the BX 2 layer" in the present invention.

気体としては、空気や不活性ガスを用いることができ、安価であることから空気を用いることが好ましい。電極の一主面に向けて気体を吹き付けることを、以下の説明においては「ガスフロー」と称する。 As the gas, air or an inert gas can be used, and it is preferable to use air because it is inexpensive. Spraying gas toward one main surface of the electrode is referred to as "gas flow" in the following description.

ガスフローは、電極の一主面の略中心に向けて、一主面の法線方向に沿って行うとよい。これにより、電極に向けて吹き付ける空気が、塗膜に当たった後、塗膜の中心から周縁に向けて等方的に拡散する。そのため、塗膜全体に偏り無く気体を吹き付けることができ、処理の偏りを低減させることができる。 The gas flow may be carried out along the normal direction of the one main surface toward the substantially center of one main surface of the electrode. As a result, the air blown toward the electrodes hits the coating film and then isotropically diffused from the center of the coating film toward the periphery. Therefore, the gas can be sprayed evenly over the entire coating film, and the unevenness of the treatment can be reduced.

第1溶液の塗膜へのガスフローにより、塗膜からの溶媒の蒸発(除去)が促進される。これにより、電極の一主面側では、BX層が形成される The gas flow of the first solution to the coating film promotes evaporation (removal) of the solvent from the coating film. As a result, two BX layers are formed on one main surface side of the electrode.

このとき、上述したように第1溶液には、有機溶媒に対して0体積%より多く2体積以下の水を含んでいる。これにより、第1溶液の溶媒は極性が増し、陽イオンであるBや陰イオンであるXのイオン性を強調することとなる。 At this time, as described above, the first solution contains water in an amount of more than 0% by volume and 2 volumes or less with respect to the organic solvent. As a result, the solvent of the first solution becomes more polar and emphasizes the ionicity of the cation B and the anion X.

また、ステップS2において有機溶媒の除去が進むと、相対的に水分濃度が高まり、陽イオンであるBや陰イオンであるXのイオン性がさらに強調される。イオン性が強調されると、イオン結晶であるBXの結晶化が促進される。 Further, as the removal of the organic solvent progresses in step S2, the water concentration is relatively increased, and the ionicity of the cation B and the anion X is further emphasized. When the ionicity is emphasized, the crystallization of the ionic crystal BX 2 is promoted.

その結果、本実施形態の製造方法においては、第1溶液の有機溶媒に水を含まない場合と比べ、ステップS2において溶媒を除去する際に、生じるBXの結晶粒が小さくなる。 As a result, in the production method of the present embodiment, the crystal grains of BX 2 generated when the solvent is removed in step S2 are smaller than those in the case where the organic solvent of the first solution does not contain water.

さらに、結晶粒が大きくなると、結晶粒成長の過程において結晶内の原子欠損(空隙)や、原子間距離のばらつきが生じる機会が増え、全体として結晶性が低い結晶となり易い。これに対し、本実施形態の製造方法においては、上述のように生じるBXの結晶粒が小さいため、相対的に得られるBX結晶の結晶性が高くなり易い。 Further, when the crystal grains become large, the chances of atomic defects (voids) in the crystal and variations in the interatomic distance increase in the process of crystal grain growth increase, and the crystal tends to have low crystallinity as a whole. On the other hand, in the production method of the present embodiment, since the crystal grains of BX 2 generated as described above are small, the crystallinity of the obtained BX 2 crystal tends to be relatively high.

すなわち、本実施形態の光電変換素子の製造方法では、第1溶液において有機溶媒に対して0体積%より多く2体積以下の水が含まれていることにより、溶媒が水を含まない場合と比べて結晶粒径が小さくなる。 That is, in the method for producing a photoelectric conversion element of the present embodiment, since the first solution contains more than 0% by volume and 2 volumes or less of water with respect to the organic solvent, it is compared with the case where the solvent does not contain water. The crystal grain size becomes smaller.

また、第1溶液において有機溶媒に対して0体積%より多く2体積以下の水が含まれていることにより、BX結晶の結晶性が高くなり、X線回折スペクトルにおいて半値幅が小さくなる。 Further, since the first solution contains more than 0% by volume and 2 volumes or less of water with respect to the organic solvent, the crystallinity of the BX 2 crystal becomes high and the half width becomes small in the X-ray diffraction spectrum.

さらに、本実施形態の光電変換素子の製造方法では、上記範囲内において第1溶液に含まれる水分量を制御することで、BX結晶の粒径、結晶性を制御することができる。第1溶液の溶媒に含まれる水分量を増やすと、BX結晶の結晶粒径が小さく、かつBX結晶のX線回折スペクトルにおいて半値幅が小さくなる傾向がある。 Further, in the method for producing a photoelectric conversion element of the present embodiment, the particle size and crystallinity of the BX 2 crystal can be controlled by controlling the amount of water contained in the first solution within the above range. Increasing the amount of water contained in the solvent of the first solution, the crystal grain size of BX 2 crystals is small and tends to half width is decreased in the X-ray diffraction spectrum of BX 2 crystals.

(ステップS3)
次いで、BX層を第2溶液に浸漬させ、所定時間経過後に、電極の回転を開始する(スピンコートする)(ステップS3)。ステップS3は、本発明における「ABX層を形成する工程」に該当する。
(Step S3)
Next, the BX 2 layer is immersed in the second solution, and after a lapse of a predetermined time, the rotation of the electrode is started (spin coated) (step S3). Step S3 corresponds to the "step of forming the ABX 3 layer" in the present invention.

第2溶液は、例えばBX層の上に滴下されることでBX層に供給される。滴下された第2溶液は、BX層に染み渡りBX層を浸漬する。 The second solution is fed into BX 2 layer by being dropped on the example BX 2 layers. The second solution dropped, the immersion of the BX 2 layers Shimiwatari in BX 2 layers.

このとき、第2溶液に含まれる陽イオンであるAは、BXの結晶内に侵入することで、ABXのペロブスカイト構造の結晶構造を形成する。 At this time, A, which is a cation contained in the second solution, invades the crystal of BX 2 to form a crystal structure of the perovskite structure of ABX 3.

ここで、発明者は、上記ペロブスカイト構造を形成する反応において、ペロブスカイト構造の前駆体であるBXの結晶状態が反応性に寄与し、ひいては得られる光電変換層の物性にも影響するとの考えに至った。 Here, the inventor thinks that in the reaction for forming the perovskite structure, the crystalline state of BX 2 , which is a precursor of the perovskite structure, contributes to the reactivity, which in turn affects the physical properties of the obtained photoelectric conversion layer. I arrived.

まず、ペロブスカイト結晶を用いたペロブスカイト型太陽電池においては、ペロブスカイト結晶の結晶性が高い方が、変換効率が高く耐久性が良いものとなると考えられている。しかし、上記ペロブスカイト構造を形成する反応において、AがBXの結晶内に侵入する際には、BXの結晶構造が乱れ、結晶性の低下が生じると考えられる。 First, in a perovskite-type solar cell using a perovskite crystal, it is considered that the higher the crystallinity of the perovskite crystal, the higher the conversion efficiency and the better the durability. However, in the reaction for forming the perovskite structure, when A invades the crystal of BX 2 , it is considered that the crystal structure of BX 2 is disturbed and the crystallinity is lowered.

この考えから、ペロブスカイト構造を形成する反応において低下する結晶性を考慮すると、前駆体であるBXの結晶性が高い方が、得られるペロブスカイト結晶の結晶性も高いと考えられる。すなわち、前駆体であるBXの結晶性が高い方が、良好な光電変換層が得られると考えられる。この考えによれば、ペロブスカイト結晶の前駆体であるBXは結晶性が高い方が好ましい。 From this idea, considering the crystallinity that decreases in the reaction for forming the perovskite structure, it is considered that the higher the crystallinity of the precursor BX 2 , the higher the crystallinity of the obtained perovskite crystal. That is, it is considered that a better photoelectric conversion layer can be obtained when the precursor BX 2 has higher crystallinity. According to this idea, BX 2, which is a precursor of perovskite crystals, preferably has high crystallinity.

一方、上述したように第2溶液に含まれるAをBXに接触させてペロブスカイト結晶を得る反応においては、BXの結晶性が高いとAの結晶内への侵入が阻害されると考えられる。そのため、結晶性が高いBXを前駆体として用いた場合、ペロブスカイト結晶が生じる反応が進行しにくいおそれがある。その結果、得られた光電変換層は、未反応のBXが残存して変換効率が低いものとなるおそれがある。この考えによれば、BXの結晶性が高いと光電変換層の物性が低くなりやすい。 On the other hand, in the reaction in which A contained in the second solution is brought into contact with BX 2 to obtain a perovskite crystal as described above, it is considered that the high crystallinity of BX 2 inhibits the invasion of A into the crystal. .. Therefore, when BX 2 having high crystallinity is used as a precursor, the reaction for producing perovskite crystals may not proceed easily. As a result, in the obtained photoelectric conversion layer, unreacted BX 2 may remain and the conversion efficiency may be low. According to this idea, when the crystallinity of BX 2 is high, the physical properties of the photoelectric conversion layer tend to be low.

これらの考えから発明者が検討した結果、ペロブスカイト結晶の前駆体であるBXの結晶性に応じて第2溶液の浸漬時間を制御することに思い至り発明を完成させた。 As a result of examination by the inventor from these ideas, he came up with the idea of controlling the immersion time of the second solution according to the crystallinity of BX 2, which is a precursor of perovskite crystals, and completed the invention.

すなわち、本実施形態の製造方法においては、BX層を構成するBX粒子の結晶性が高い場合には、第2溶液の浸漬時間を相対的に長く、BX粒子の結晶性が低い場合には、第2溶液の浸漬時間を相対的に短くする。これにより、BXの結晶内へのAの侵入を確実なものとし、ペロブスカイト構造を形成する反応を確実なものとすることができる。BX層の結晶性については、BX層のX線回折スペクトルの半値幅から判断することができる。 That is, in the production method of the present embodiment, when the BX 2 particles constituting the BX 2 layer have high crystallinity, the immersion time of the second solution is relatively long and the BX 2 particles have low crystallinity. The immersion time of the second solution is relatively shortened. As a result, the invasion of A into the crystal of BX 2 can be ensured, and the reaction for forming the perovskite structure can be ensured. The crystallinity of the BX 2 layers, can be determined from the half width of the X-ray diffraction spectrum of BX 2 layers.

また、結晶性の異なる種々のBX粒子(BX層)について、予め、第2溶液の浸漬時間と、得られるペロブスカイト結晶の物性との対応関係を確認しておくとよい。これにより、ステップS2で得られたBX粒子の結晶性に応じて、第2溶液の浸漬時間を適切に設定することができる。 Further, for various BX 2 particles (BX 2 layers) having different crystallinity, it is advisable to confirm in advance the correspondence between the immersion time of the second solution and the physical properties of the obtained perovskite crystals. Thereby, the immersion time of the second solution can be appropriately set according to the crystallinity of the BX 2 particles obtained in step S2.

例えば、ステップS2における所定時間(ガスフローの開始時間)が0秒より多く3秒以下である場合、第2溶液の浸漬時間(所定時間)は、35秒以上50秒以下とするとよい。 For example, when the predetermined time (gas flow start time) in step S2 is more than 0 seconds and 3 seconds or less, the immersion time (predetermined time) of the second solution may be 35 seconds or more and 50 seconds or less.

第2溶液の浸漬時間(所定時間)は、PbI層を構成するPbIの結晶性を目安に決定することができる。PbIの結晶性は、作製したPbI層のX線回折を測定し、各ピークのピーク強度、各ピークの半値幅、アモルファスに由来するハロー等の情報から判断することができる。PbIの結晶性が高い場合、X線回折スペクトルにおいてピーク強度は強く、ピークの半値幅は狭く、ハローは少なくなる傾向にある。 The second solution immersion time (predetermined time) can be determined in a guide crystalline PbI 2 constituting the PbI 2 layers. Crystalline PbI 2 may measure the X-ray diffraction of PbI 2 layers produced, the peak intensities of each peak is determined from the information of the half-value width, halo such as derived from amorphous each peak. When the crystallinity of PbI 2 is high, the peak intensity tends to be strong, the half width of the peak is narrow, and the halo tends to be small in the X-ray diffraction spectrum.

PbI層を構成するPbIの結晶性が高い場合は、第2溶液の浸漬時間を長めに設定するとよい。また、PbIの結晶性が低い場合は、第2溶液の浸漬時間を短め設定するとよい。 When the crystallinity of PbI 2 constituting the PbI 2 layer is high, the immersion time of the second solution may be set longer. When the crystallinity of PbI 2 is low, the immersion time of the second solution may be set short.

第2溶液の浸漬時間の経過後、電極(基板)を回転させてスピンコートを行う。スピンコートの条件(回転時間、回転速度)については、予め予備実験を行い決定しておくとよい。 After the lapse of the immersion time of the second solution, the electrode (substrate) is rotated to perform spin coating. The spin coating conditions (rotation time, rotation speed) may be determined in advance by conducting a preliminary experiment.

スピンコート後、必要に応じて乾燥を行い、第2溶液に含まれる有機溶剤を揮発させることが好ましい。乾燥は常温下で行ってもよく、加熱して行ってもよい。 After spin coating, it is preferable to dry the second solution if necessary to volatilize the organic solvent contained in the second solution. Drying may be carried out at room temperature or may be carried out by heating.

(ステップS4)
次いで、全体を加熱処理する(ステップS4)。ステップS4は、本発明における「ABX層を形成する工程」に該当する。
(Step S4)
Next, the whole is heat-treated (step S4). Step S4 corresponds to the "step of forming the ABX 3 layer" in the present invention.

加熱処理では、例えば50℃以上200℃以下に加熱することが好ましく、100℃以上200℃以下に加熱することがより好ましい。この加熱処理により、ペロブスカイト結晶の層(ABX層)の形成が促進され、好適に光電変換層が形成される。 In the heat treatment, for example, it is preferable to heat to 50 ° C. or higher and 200 ° C. or lower, and more preferably to 100 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. By this heat treatment, the formation of a layer of perovskite crystals (ABX 3 layer) is promoted, and a photoelectric conversion layer is preferably formed.

その後、光電変換層にさらに他の層を積層し、光電変換層の周囲を封止することで、光電変換素子を製造することができる。 After that, another layer is laminated on the photoelectric conversion layer, and the periphery of the photoelectric conversion layer is sealed to manufacture the photoelectric conversion element.

上述のような本実施形態の光電変換素子の製造方法においては、まず、ステップS1,S2において、少量の水を含む第1溶液を用いることで、結晶性の高いBX層を形成する。次いで、ステップS3,S4において、高い結晶性を有するBX層に応じ、第2溶液をBX層に適切な時間(所定時間)浸漬させることで、結晶性が高く耐久性の高いペロブスカイト結晶(ABX)の層を形成する。 In the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present embodiment as described above, first, in steps S1 and S2, a first solution containing a small amount of water is used to form a highly crystalline BX 2 layer. Next, in steps S3 and S4, the second solution is immersed in the BX 2 layer for an appropriate time (predetermined time) according to the BX 2 layer having high crystallinity, whereby the perovskite crystal having high crystallinity and high durability ( Form a layer of ABX 3).

これにより、本実施形態の光電変換素子の製造方法によれば、耐久性の高い光電変換素子を効率的に製造可能となる。 As a result, according to the method for manufacturing a photoelectric conversion element of the present embodiment, it is possible to efficiently manufacture a highly durable photoelectric conversion element.

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施の形態例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。上述した例において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to such examples. The various shapes and combinations of the constituent members shown in the above-mentioned examples are examples, and can be variously changed based on design requirements and the like without departing from the gist of the present invention.

以下に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

[実施例1]
25mm角のガラス基板に、スパッタ法により150nmの厚みで2mm幅の帯状のITO膜を設けた後、オゾンUVを用いて表面処理を行った。形成したITO膜は、第1電極に該当する。
[Example 1]
A strip-shaped ITO film having a thickness of 150 nm and a width of 2 mm was provided on a 25 mm square glass substrate by a sputtering method, and then surface treatment was performed using ozone UV. The formed ITO film corresponds to the first electrode.

次に、[ポリ[ビス(4−フェニル)(2,4,6−トリフェニルメチル)アミン]](PTAA)の濃度が0.5重量%となるよう、クロロベンゼンに溶解させた。得られた溶液を、孔径0.5μmのテフロン(登録商標)フィルターで濾過して塗布溶液を調製し、スピンコートによりITO膜を覆ってガラス基板全面に塗布し、大気中120℃で10分間加熱することにより、ホール輸送層を形成した。 Next, it was dissolved in chlorobenzene so that the concentration of [poly [bis (4-phenyl) (2,4,6-triphenylmethyl) amine]] (PTAA) was 0.5% by weight. The obtained solution is filtered through a Teflon (registered trademark) filter having a pore size of 0.5 μm to prepare a coating solution, which is coated on the entire surface of the glass substrate by covering the ITO film with spin coating and heated at 120 ° C. in the air for 10 minutes. By doing so, a hole transport layer was formed.

次に、0.8Mの溶液となるようにヨウ化鉛(PbI)を秤量し、DMF(N,N−ジメチルホルムアミド)溶媒に70℃で溶解して溶液を作製した。さらに、DMFに対して1体積%の水を添加し、第1溶液を作製した。 Next, lead iodide (PbI 2 ) was weighed so as to form a 0.8 M solution, and dissolved in a DMF (N, N-dimethylformamide) solvent at 70 ° C. to prepare a solution. Further, 1% by volume of water was added to DMF to prepare a first solution.

上記で得られたホール輸送層を覆ってホール輸送層全面に、2000rpmの回転数で70℃の第1溶液をスピンコートにより塗布した。基板の回転開始から2秒後から、基板の法線方向上方から第1溶液を塗布した面に向けて空気を吹き付け、塗膜を乾燥させることで、ヨウ化鉛層を得た。基板の回転時間は20秒間とした。 A first solution at 70 ° C. at a rotation speed of 2000 rpm was applied by spin coating on the entire surface of the hole transport layer so as to cover the hole transport layer obtained above. From 2 seconds after the start of rotation of the substrate, air was blown from above in the normal direction of the substrate toward the surface to which the first solution was applied, and the coating film was dried to obtain a lead iodide layer. The rotation time of the substrate was 20 seconds.

次いで、ヨウ化メチルアンモニウムを脱水IPA(2−プロパノール)の溶媒に溶解し、45mg/mlのヨウ化メチルアンモニウム溶液(第2溶液)を作製した。 Then, methylammonium iodide was dissolved in a solvent of dehydrated IPA (2-propanol) to prepare a 45 mg / ml methylammonium iodide solution (second solution).

上記で得られたヨウ化鉛層の上に第2溶液を滴下し、ヨウ化鉛層を第2溶液で浸漬した。35秒静置した後、6000rpmの回転数で20秒間スピンコートし、余剰の第2溶液を除去した。 The second solution was dropped onto the lead iodide layer obtained above, and the lead iodide layer was immersed in the second solution. After allowing to stand for 35 seconds, spin coating was performed at a rotation speed of 6000 rpm for 20 seconds to remove excess second solution.

その後、露点−50℃の窒素中、100℃で10分間加熱することで光電変換層を得た。 Then, a photoelectric conversion layer was obtained by heating at 100 ° C. for 10 minutes in nitrogen at a dew point of −50 ° C.

その後、光電変換層上に真空蒸着機により酸化亜鉛を蒸着し、15nmの厚みで2mm幅の帯状の酸化亜鉛層を設けた。形成した酸化亜鉛層は、本発明における電子輸送層に該当する。 Then, zinc oxide was vapor-deposited on the photoelectric conversion layer by a vacuum vapor deposition machine to provide a band-shaped zinc oxide layer having a thickness of 15 nm and a width of 2 mm. The formed zinc oxide layer corresponds to the electron transport layer in the present invention.

さらに、酸化亜鉛層上に金を蒸着し、100nmの厚みで2mm幅の帯状の金電極を設けた。形成した金電極は、本発明における第2電極に該当する。 Further, gold was deposited on the zinc oxide layer, and a strip-shaped gold electrode having a thickness of 100 nm and a width of 2 mm was provided. The formed gold electrode corresponds to the second electrode in the present invention.

なお、酸化亜鉛層と金電極とは、ガラス基板の法線方向からの視野においてITO膜と直交するように形成した。また、同視野において、金電極は、酸化亜鉛層とちょうど重なるように形成した。 The zinc oxide layer and the gold electrode were formed so as to be orthogonal to the ITO film in the field of view from the normal direction of the glass substrate. Further, in the same field of view, the gold electrode was formed so as to just overlap the zinc oxide layer.

以上のようにして、実施例1の光電変換素子を作製した。蒸着の際の真空度は、すべて1〜9×10−5Paであった。 As described above, the photoelectric conversion element of Example 1 was produced. The degree of vacuum during the vapor deposition was 1-9 × 10-5 Pa.

凹部を設けたガラス基板(以下、ガラスカバー)を用意し、露点−50℃の窒素中にて、ガラス基板上に形成された光電変換素子をガラスカバーで覆い封止した。具体的には、光電変換素子がガラスカバーの凹部内に配置されるようにガラスカバーをかぶせ、光電変換素子が設けられたガラス基板とガラスカバーとの間を、UV硬化樹脂を用いて封止した。これにより、変換効率測定用の封止素子を作製した。 A glass substrate provided with a recess (hereinafter referred to as a glass cover) was prepared, and the photoelectric conversion element formed on the glass substrate was covered with a glass cover and sealed in nitrogen at a dew point of −50 ° C. Specifically, the glass cover is covered so that the photoelectric conversion element is arranged in the recess of the glass cover, and the glass substrate provided with the photoelectric conversion element and the glass cover are sealed with a UV curable resin. did. As a result, a sealing element for measuring conversion efficiency was produced.

(実施例2〜7、比較例1〜9)
第1溶液のスピンコート時における、基板の回転開始から空気の吹付まで時間と、ヨウ化鉛層を第2溶液で浸漬後、スピンコートを開始するまでの時間とを変更したこと以外は、実施例1と同様にして、実施例2〜7、比較例1〜9の光電変換素子を作製し、封止素子を作製した。
(Examples 2 to 7, Comparative Examples 1 to 9)
Except for changing the time from the start of rotation of the substrate to the spraying of air during spin coating of the first solution and the time from the immersion of the lead iodide layer in the second solution to the start of spin coating. In the same manner as in Example 1, the photoelectric conversion elements of Examples 2 to 7 and Comparative Examples 1 to 9 were produced, and a sealing element was produced.

得られた各光電変換素子については、以下のように評価した。 Each of the obtained photoelectric conversion elements was evaluated as follows.

[変換効率]
実施例、比較例で得られた光電変換素子にソーラシミュレーター(分光計器製、商品名OTENTO−SUNII:AM1.5Gフィルター、放射照度100mW/cm)を用いて一定の光を照射し、発生する電流と電圧を測定した。
[Conversion efficiency]
The photoelectric conversion elements obtained in Examples and Comparative Examples are irradiated with constant light using a solar simulator (manufactured by Spectrometer, trade name OTENTO-SUNII: AM1.5G filter, irradiance 100 mW / cm 2) to generate light. Current and voltage were measured.

実施例においては、放射照度100mW/cmに対する面積換算最大出力(1cmに換算した最大出力)の比(百分率:%)を変換効率とする。なお、最大出力は、最大電流×最大電圧との積で求められる値である。 In the embodiment, the ratio of the areas converted maximum output for irradiance 100 mW / cm 2 (maximum output in terms of 1 cm 2) (percentage:%) and the conversion efficiency. The maximum output is a value obtained by multiplying the maximum current by the maximum voltage.

[耐光性試験]
耐光性試験は以下のようにして行った。
キセノンウェザーメーター((株)東洋精機製作所の「アトラスCi4000」)を用いて、擬似太陽光であるキセノンランプの光を、放射照度100mW/cm、温度65℃、相対湿度50%の条件で、実施例、比較例で得られた封止素子に2週間照射し、その後に変換効率の評価を行った。
2週間照射後の変換効率を「耐久性評価」(単位:%)として表1中に示す。
[Light resistance test]
The light resistance test was carried out as follows.
Using a xenon weather meter (“Atlas Ci4000” manufactured by Toyo Seiki Seisakusho Co., Ltd.), the light of a xenon lamp, which is pseudo-sunlight, is radiated at 100 mW / cm 2 , the temperature is 65 ° C, and the relative humidity is 50%. The sealing elements obtained in Examples and Comparative Examples were irradiated for 2 weeks, and then the conversion efficiency was evaluated.
The conversion efficiency after irradiation for 2 weeks is shown in Table 1 as "durability evaluation" (unit:%).

[ペロブスカイト結晶粒子のX線回折スペクトル]
耐光性試験を実施済みの封止素子から光電変換素子を取出し、光電変換素子を分解することなく、そのままの光電変換層に直接X線が当たるようにしてX線回折スペクトルを測定した。
[X-ray diffraction spectrum of perovskite crystal particles]
The photoelectric conversion element was taken out from the sealing element that had been subjected to the light resistance test, and the X-ray diffraction spectrum was measured so that the X-ray directly hits the photoelectric conversion layer as it is without disassembling the photoelectric conversion element.

X線回折スペクトルは、2θで10度から90度をX線回折法にて下記の条件で測定した。
(測定条件1)
粉末X線解析装置: X‘Pert PRO MPD(スペクトリス株式会社製)
放射線 :Cu−Kα1線(λ=0.154050nm)
X線発生電圧 :45kV
電流 :40mA
ステップサイズ :0.0020889度
Scan Speed :0.021989度/秒
Time per Step :12.065秒
測定時間 :1時間2分17秒
The X-ray diffraction spectrum was measured at 2θ from 10 degrees to 90 degrees by the X-ray diffraction method under the following conditions.
(Measurement condition 1)
Powder X-ray analyzer: X'Pert PRO MPD (manufactured by Spectris Co., Ltd.)
Radiation: Cu- 1 line (λ = 0.154050 nm)
X-ray generated voltage: 45 kV
Current: 40mA
Step size: 0.0020889 degrees
Scan Speed: 0.021989 degrees / sec
Time per Step: 12.065 seconds Measurement time: 1 hour 2 minutes 17 seconds

測定の結果、対応回折ピークが2θで25度付近に出現することを確認した。 As a result of the measurement, it was confirmed that the corresponding diffraction peak appeared at around 25 degrees at 2θ.

次に、確認した対応回折ピークについて、2θで25度±0.75度の範囲を下記の条件で測定した。当該範囲において、バックグラウンドの測定とベースラインの設定とを行った。その他の測定条件については、上記測定条件1と同様とした。 Next, with respect to the confirmed corresponding diffraction peak, the range of 25 degrees ± 0.75 degrees at 2θ was measured under the following conditions. In that range, background measurements and baseline settings were performed. Other measurement conditions were the same as those in the above measurement condition 1.

(測定条件2)
Time per Step :300.355秒
測定時間 :1時間4分41秒
(Measurement condition 2)
Time per Step: 30.355 seconds Measurement time: 1 hour 4 minutes 41 seconds

回折ピークの半値幅は、得られたX線回折スペクトルから、X線回折パターン総合解析ソフトJADE(MDI社)を用いて算出した。上記ソフトによる算出処理は、上記ソフトの取扱説明書(Jade(Ver.5)ソフトウェア、取扱説明書、理学電機株式会社)に基づいて行った。 The full width at half maximum of the diffraction peak was calculated from the obtained X-ray diffraction spectrum using the X-ray diffraction pattern comprehensive analysis software JADE (MDI Corporation). The calculation process by the above software was performed based on the instruction manual of the above software (Jade (Ver.5) software, instruction manual, Rigaku Denki Co., Ltd.).

[ペロブスカイト結晶粒子の平均粒子径]
耐光性試験を実施済みの封止素子から光電変換素子を取出し、光電変換素子を分解することなく、光電変換層に金スパッタを行って、光電変換層のSEM観察を行った。SEM観察の際には、光電変換素子の光電変換層に直接電子線が当たるよう調整した。
[Average particle size of perovskite crystal particles]
The photoelectric conversion element was taken out from the sealing element that had been subjected to the light resistance test, and gold sputtering was performed on the photoelectric conversion layer without disassembling the photoelectric conversion element, and SEM observation of the photoelectric conversion layer was performed. At the time of SEM observation, it was adjusted so that the electron beam directly hits the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element.

結晶粒子の平均粒子径は、撮影したSEM写真に基づいて、以下の方法で行った。 The average particle size of the crystal particles was determined by the following method based on the SEM photograph taken.

まず、SEM写真について、写真長手方向に延在する直線を10本引いた。10本の直線は等間隔とした。SEM写真の拡大倍率は、1つの結晶粒子が2以上の直線と重ならないような大きさとなるように適宜調整した。 First, for the SEM photograph, 10 straight lines extending in the longitudinal direction of the photograph were drawn. The 10 straight lines were evenly spaced. The magnification of the SEM photograph was appropriately adjusted so that one crystal particle did not overlap with two or more straight lines.

次いで、各直線において、2箇所の結晶粒界面で直線と重なる結晶粒の数を計測した。
次いで、各直線において、直線と結晶粒界面との交点のうち、直線の最も一端側の交点から、直線の最も他端側の交点までの距離を計測した。
上記求めた交点間の距離を、先に求めた結晶粒の数で割ることで平均値を求め、得られた平均値に換算係数1.56を乗じることで、結晶粒子の結晶粒径の平均値を求めた。
Next, in each straight line, the number of crystal grains overlapping the straight line was measured at the two crystal grain interfaces.
Next, in each straight line, the distance from the intersection on the most end side of the straight line to the intersection on the farthest end side of the straight line among the intersections between the straight line and the crystal grain interface was measured.
The average value is obtained by dividing the distance between the above-determined intersections by the number of crystal grains obtained earlier, and by multiplying the obtained average value by a conversion coefficient of 1.56, the average crystal grain size of the crystal particles is obtained. The value was calculated.

同様の処理を1つのSEM写真においては、10本の直線のそれぞれにおいて行い、さらに、4つの異なる視野のSEM写真について同様の処理を行って、40点の結晶粒径の平均値を求めた。これらの算術平均を、求める「ペロブスカイト結晶粒子の平均粒子径」とした。 In one SEM photograph, the same processing was performed on each of the 10 straight lines, and further, the same processing was performed on SEM photographs of four different fields of view, and the average value of the crystal grain sizes of 40 points was obtained. The arithmetic mean of these was taken as the "average particle size of perovskite crystal particles" to be obtained.

実施例、比較例の結果を表1に示す。表1においては、「第1溶液のスピンコート時における、基板の回転開始から空気の吹付まで時間」を「時間1」とし、「ヨウ化鉛層を第2溶液で浸漬後、スピンコートを開始するまでの時間」を「時間2」として記載している。 The results of Examples and Comparative Examples are shown in Table 1. In Table 1, "the time from the start of rotation of the substrate to the blowing of air at the time of spin coating of the first solution" is set to "time 1", and "the spin coating is started after the lead iodide layer is immersed in the second solution". "Time to complete" is described as "time 2".

Figure 0006878090
Figure 0006878090

図3は、立方晶の(111)ピークに対応する回折ピーク(対応回折ピーク)の半値幅と、得られる光電変換素子の変換効率との関係を示す散布図である。図2においては、横軸に半値幅(単位:°)、縦軸に変換効率(%)を示している。 FIG. 3 is a scatter diagram showing the relationship between the half width of the diffraction peak (corresponding diffraction peak) corresponding to the (111) peak of the cubic crystal and the conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element. In FIG. 2, the full width at half maximum (unit: °) is shown on the horizontal axis, and the conversion efficiency (%) is shown on the vertical axis.

図に示すように、ペロブスカイト粒子のX線回折スペクトルにおいて、対応回折ピークの半値幅が2θで0.12°以上0.14°未満のものは、半値幅が当該範囲外のものと比べて耐久性が高いことが確認できた。 As shown in the figure, in the X-ray diffraction spectrum of perovskite particles, those having a half-value width of 2θ and 0.12 ° or more and less than 0.14 ° are more durable than those having a half-value width outside the range. It was confirmed that the sex was high.

以上の結果より、本発明が有用であることが分かった。 From the above results, it was found that the present invention is useful.

10…光電変換素子、11…第1基板、12…第2基板、13…第1電極、14…第2電極、15…ホール輸送層、16…光電変換層、17…電子輸送層、 10 ... photoelectric conversion element, 11 ... 1st substrate, 12 ... 2nd substrate, 13 ... 1st electrode, 14 ... 2nd electrode, 15 ... Hall transport layer, 16 ... Photoelectric conversion layer, 17 ... Electron transport layer,

Claims (5)

第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に挟持された光電変換層とを備え、
前記光電変換層は、ABXで表されるペロブスカイト化合物を形成材料とする粒子を含み、
前記粒子の平均粒子径が0.10μm以上0.30μm以下であり、
前記粒子のX線回折スペクトルにおいて、立方晶の(111)ピークに対応する回折ピークの半値幅が2θで0.12°以上0.14°未満である光電変換素子。
(式中、Aはメチルアンモニウムイオンおよびホルムアミジニウムイオンのいずれか一方または両方である。
BはPbおよびSnのいずれか一方または両方のイオンである。
XはF、Cl、BrおよびIからなる群から選択される1種以上のイオンである。)
With the first electrode
With the second electrode
A photoelectric conversion layer sandwiched between the first electrode and the second electrode is provided.
The photoelectric conversion layer contains particles made of a perovskite compound represented by ABX 3 as a forming material.
The average particle size of the particles is 0.10 μm or more and 0.30 μm or less.
A photoelectric conversion element in which the half width of the diffraction peak corresponding to the (111) peak of the cubic crystal in the X-ray diffraction spectrum of the particles is 2θ, which is 0.12 ° or more and less than 0.14 °.
(In the formula, A is either one or both of methylammonium ion and formamidinium ion.
B is an ion of either or both of Pb and Sn.
X is one or more ions selected from the group consisting of F, Cl, Br and I. )
前記第1電極と前記光電変換層との間に電子輸送層を有する請求項1に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1, which has an electron transport layer between the first electrode and the photoelectric conversion layer. 前記電子輸送層は、無機材料を形成材料とする請求項2に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 2, wherein the electron transport layer is made of an inorganic material as a forming material. 前記電子輸送層は、導電性酸化物を形成材料とする請求項3に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 3, wherein the electron transport layer is made of a conductive oxide as a forming material. 前記電子輸送層は、酸化亜鉛を形成材料とする請求項4に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 4, wherein the electron transport layer is made of zinc oxide as a forming material.
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JP2017028138A (en) * 2015-07-24 2017-02-02 公立大学法人 滋賀県立大学 Solar cell and method of manufacturing the same
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JP6382781B2 (en) * 2015-09-15 2018-08-29 株式会社東芝 Semiconductor element manufacturing method and manufacturing apparatus
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