JP6991464B2 - Photoelectric conversion element and solar cell module - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換素子及び太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element and a solar cell module.

光電変換素子では、一対の電極の間に、電子輸送層、活性層、及び正孔輸送層等が配置されている。このような光電変換素子の活性層において、有機無機ハイブリット半導体材料を用いることが、高効率性のために注目を浴びている。 In the photoelectric conversion element, an electron transport layer, an active layer, a hole transport layer, and the like are arranged between the pair of electrodes. The use of an organic-inorganic hybrid semiconductor material in the active layer of such a photoelectric conversion element has attracted attention for its high efficiency.

活性層の有機無機ハイブリット半導体材料としては、ペロブスカイト半導体化合物、例えば、ハライド系有機無機ペロブスカイト半導体化合物の使用が検討されている。また、電極として、金が使用されているが、金は高価であるため、実用性を考慮して金以外の金属、例えば、銀等の使用が検討されている。 As the organic-inorganic hybrid semiconductor material of the active layer, the use of a perovskite semiconductor compound, for example, a halide-based organic-inorganic perovskite semiconductor compound has been studied. Further, although gold is used as an electrode, since gold is expensive, the use of a metal other than gold, for example, silver, is being considered in consideration of practicality.

ハライド系有機無機ペロブスカイト半導体化合物のハロゲン化物又はハロゲン元素、例えば、ヨウ化物は、電子輸送層又は正孔輸送層を通り抜け拡散し、電極に到達することが報告されている。電極として金が使用されている場合、拡散してきたヨウ化物等と反応し難いため問題とならなかった。しかし、電極として銀が使用されている場合、銀が拡散してきたヨウ化物等と反応し、電極が劣化し、光電変換素子の耐久性を低下させることがあった。また、非特許文献1には、ITO(インジウムスズ酸化物)を電極として使用することが報告されている。 It has been reported that halides or halogen elements of halide-based organic-inorganic perovskite semiconductor compounds, such as iodide, diffuse through the electron transport layer or the hole transport layer and reach the electrodes. When gold was used as the electrode, it did not pose a problem because it did not easily react with the diffused iodide and the like. However, when silver is used as an electrode, it may react with iodide or the like in which silver is diffused, deteriorating the electrode, and lowering the durability of the photoelectric conversion element. Further, Non-Patent Document 1 reports that ITO (indium tin oxide) is used as an electrode.

KEVIN A. Bush et al., "Thermal and Environmental Stability of Semi-Transparent Perovskite Solar Cells for Tandems Enabled by a Solution-Processed Nanoparticle Buffer Layer and Sputtered ITO Electrode", Advanced Materials, 2016, Vol. 28, p. 3937-3943.KEVIN A. Bush et al., "Thermal and Environmental Stability of Semi-Transparent Perovskite Solar Cells for Tandems Enabled by a Solution-Processed Nanoparticle Buffer Layer and Sputtered ITO Electrode", Advanced Materials, 2016, Vol. 28, p. 3937- 3943.

本発明者らは、光電変換素子の耐久性向上のためにITO等の金属酸化物を電極として使用することを検討したところ、光電変換素子の出力特性(特に、初期の出力特性)が低下することを知見した。本発明は、光電変換素子の出力特性及び耐久性を向上させることを目的とする。 When the present inventors considered using a metal oxide such as ITO as an electrode to improve the durability of the photoelectric conversion element, the output characteristics (particularly, the initial output characteristics) of the photoelectric conversion element deteriorate. I found that. An object of the present invention is to improve the output characteristics and durability of a photoelectric conversion element.

本発明者らは、一方の電極が、金属層と金属酸化物層とを含むように構成したところ、電極がヨウ化物等と反応して光電変換素子の耐久性を低下させるとの従来技術からの予測に反して、光電変換素子の耐久性が低下しないことを見出した。しかも、電極が金属酸化物を含んでいても、光電変換素子の出力特性が低下しないことも見出した。本発明者らは、これらの知見に基づいて本発明を完成させた。 According to the prior art, when one of the electrodes is configured to include a metal layer and a metal oxide layer, the electrodes react with iodide or the like to reduce the durability of the photoelectric conversion element. Contrary to the prediction, it was found that the durability of the photoelectric conversion element does not decrease. Moreover, it has also been found that the output characteristics of the photoelectric conversion element do not deteriorate even if the electrode contains a metal oxide. The present inventors have completed the present invention based on these findings.

すなわち、本発明の要旨は、以下に存する。
[1]一対の電極と、その間に位置する活性層と、を有する光電変換素子であって、
前記活性層が、ハライド系有機無機ペロブスカイト半導体化合物を有し、
前記一対の電極の一方の電極が、金属層又は金属合金層と、金属酸化物層と、を有し、
前記金属層又は金属合金層が、前記活性層と前記金属酸化物層の間に位置し、
前記一方の電極が、別の金属層又は金属合金層をさらに有し、前記金属酸化物層が前記金属層又は金属合金層と前記別の金属層又は金属合金層の間に位置している、ことを特徴とする光電変換素子。
[2]前記一方の電極が、非透明電極である、ことを特徴とする、[1]に記載の光電変換素子。
[3]前記金属層又は金属合金層が、銀又は銅を含む、ことを特徴とする、[1]又は[2]に記載の光電変換素子。
[4]前記活性層が、ヨウ素原子を含む、ことを特徴とする、[1]乃至[3]のいずれかに記載の光電変換素子。
[5]前記光電変換素子が、電子輸送層と、正孔輸送層と、を有することを特徴とする、[1]乃至[4]のいずれかに記載の光電変換素子。
[6][1]乃至[5]のいずれかに記載の光電変換素子を有する太陽電池モジュール。
That is, the gist of the present invention lies in the following.
[1] A photoelectric conversion element having a pair of electrodes and an active layer located between them.
The active layer has a halide-based organic-inorganic perovskite semiconductor compound.
One of the pair of electrodes has a metal layer or a metal alloy layer and a metal oxide layer.
The metal layer or the metal alloy layer is located between the active layer and the metal oxide layer .
One electrode further comprises another metal layer or metal alloy layer, wherein the metal oxide layer is located between the metal layer or the metal alloy layer and the other metal layer or the metal alloy layer . A photoelectric conversion element characterized by this.
[2] The photoelectric conversion element according to [1] , wherein one of the electrodes is a non-transparent electrode.
[3] The photoelectric conversion element according to [1] or [2] , wherein the metal layer or the metal alloy layer contains silver or copper.
[4] The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [3] , wherein the active layer contains an iodine atom.
[5] The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [4] , wherein the photoelectric conversion element has an electron transport layer and a hole transport layer.
[6] A solar cell module having the photoelectric conversion element according to any one of [1] to [5] .

光電変換素子の出力特性及び耐久性を向上させることができる。 The output characteristics and durability of the photoelectric conversion element can be improved.

一実施形態としての光電変換素子を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the photoelectric conversion element as one Embodiment. 別の実施形態としての光電変換素子を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the photoelectric conversion element as another embodiment. 一実施形態としての太陽電池を模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the solar cell as one Embodiment. 一実施形態としての太陽電池モジュールを模式的に表す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the solar cell module as one Embodiment.

本発明に係る光電変換素子は、一対の電極と、その間に位置するハライド系有機無機ペロブスカイト半導体化合物を含む活性層と、を有する。また、一対の電極の一方の電極が、金属層又は金属合金層と、金属酸化物層と、を有し、金属層又は金属合金層が、活性層と金属酸化物層の間に位置している。 The photoelectric conversion element according to the present invention has a pair of electrodes and an active layer containing a halide-based organic-inorganic perovskite semiconductor compound located between the electrodes. Further, one of the pair of electrodes has a metal layer or a metal alloy layer and a metal oxide layer, and the metal layer or the metal alloy layer is located between the active layer and the metal oxide layer. There is.

一方の電極が、金属層と金属酸化物層とを有するものとすることで、金属層に含まれる金属がヨウ化物と反応しても、光電変換素子の耐久性が低下しない。これは、金属酸化物層が、電極のシート抵抗の上昇を抑制し、耐久性を向上させると推定される。また、電極に金属酸化物が含まれていても、光電変換素子の出力特性が低下しない。これは、金属酸化物層の形成過程で生じていた下層(活性層、電子輸送層、及び正孔輸送層等)への損傷を、金属層が壁となり抑制し、光電変換素子の出力特性を向上させると推定される。 By assuming that one of the electrodes has a metal layer and a metal oxide layer, the durability of the photoelectric conversion element does not decrease even if the metal contained in the metal layer reacts with iodide. It is presumed that the metal oxide layer suppresses the increase in the sheet resistance of the electrode and improves the durability. Further, even if the electrode contains a metal oxide, the output characteristics of the photoelectric conversion element are not deteriorated. This suppresses damage to the lower layers (active layer, electron transport layer, hole transport layer, etc.) that occurred in the process of forming the metal oxide layer by using the metal layer as a wall, and improves the output characteristics of the photoelectric conversion element. It is estimated to improve.

以下に、本発明の実施形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に限定はされない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these contents as long as the gist thereof is not exceeded.

[1.一実施形態に係る光電変換素子]
図1は、本発明に係る光電変換素子の一実施形態を模式的に表す断面図である。図1に示される光電変換素子は、一般的な薄膜太陽電池に用いられる光電変換素子であるが、本発明に係る光電変換素子が図1に示されるものに限られるわけではない。図1に示す光電変換素子100においては、下部電極101、及び上部電極105で構成される一対の電極の間に、活性層103が位置している。また、光電変換素子100において、下部電極101と活性層103との間に、電子輸送層102が配置されてもよく、また、上部電極105と活性層103との間に、正孔輸送層104が配置されてもよい。さらに、図1に示すように、光電変換素子100が、基材106、絶縁体層、及び仕事関数チューニング層のようなその他の層を有していてもよい。
[1. Photoelectric conversion element according to one embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a photoelectric conversion element according to the present invention. The photoelectric conversion element shown in FIG. 1 is a photoelectric conversion element used in a general thin-film solar cell, but the photoelectric conversion element according to the present invention is not limited to that shown in FIG. In the photoelectric conversion element 100 shown in FIG. 1, the active layer 103 is located between the pair of electrodes composed of the lower electrode 101 and the upper electrode 105. Further, in the photoelectric conversion element 100, the electron transport layer 102 may be arranged between the lower electrode 101 and the active layer 103, and the hole transport layer 104 may be arranged between the upper electrode 105 and the active layer 103. May be placed. Further, as shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element 100 may have other layers such as a base material 106, an insulator layer, and a work function tuning layer.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[1.2 電極]
電極は、活性層103における光吸収により生じた正孔及び電子を捕集する機能を有する。本発明の一実施形態に係る光電変換素子100は一対の電極を有し、一対の電極のうち一方を上部電極と呼び、他方を下部電極と呼ぶ。光電変換素子100が基材を有するか又は基材上に設けられている場合、基材により近い電極を下部電極と、基材からより遠い電極を上部電極と、それぞれ呼ぶことができる。また、透明電極を下部電極と、下部電極よりも透明性が低い電極を上部電極と、それぞれ呼ぶこともできる。図1に示す光電変換素子100は、下部電極101及び上部電極105を有している。
[1.2 Electrode]
The electrode has a function of collecting holes and electrons generated by light absorption in the active layer 103. The photoelectric conversion element 100 according to the embodiment of the present invention has a pair of electrodes, one of the pair of electrodes is referred to as an upper electrode, and the other is referred to as a lower electrode. When the photoelectric conversion element 100 has a base material or is provided on the base material, an electrode closer to the base material can be referred to as a lower electrode, and an electrode farther from the base material can be referred to as an upper electrode. Further, the transparent electrode may be referred to as a lower electrode, and the electrode having lower transparency than the lower electrode may be referred to as an upper electrode. The photoelectric conversion element 100 shown in FIG. 1 has a lower electrode 101 and an upper electrode 105.

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

一対の電極は、いずれか一方が透光性であればよい。透光性があるとは、可視光透過率(波長380~780nmの全領域の光の透過率)が40%以上であることを指す。また、透明電極の可視光透過率は70%以上であることが、より多くの光が透明電極を透過して活性層103に到達するために好ましい。光の透過率は、分光光度計(例えば、日立ハイテク社製U-4100)で測定できる。 One of the pair of electrodes may be translucent. Translucency means that the visible light transmittance (transmittance of light in the entire region having a wavelength of 380 to 780 nm) is 40% or more. Further, it is preferable that the visible light transmittance of the transparent electrode is 70% or more because more light passes through the transparent electrode and reaches the active layer 103. The light transmittance can be measured with a spectrophotometer (for example, U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech).

(上部電極)
上部電極105は、金属層又は金属合金層105aと金属酸化物層105bとを有している。また、金属層又は金属合金層105aは、活性層103と金属酸化物層105bの間に位置している。
(Upper electrode)
The upper electrode 105 has a metal layer or a metal alloy layer 105a and a metal oxide layer 105b. Further, the metal layer or the metal alloy layer 105a is located between the active layer 103 and the metal oxide layer 105b.

活性層103に含まれるハライド系有機無機ペロブスカイト半導体化合物のハロゲン化物又はハロゲン元素、例えば、ヨウ化物は、正孔輸送層104を通り抜け拡散し、上部電極105に到達することがある。従来、ヨウ化物と反応した電極は、電極の劣化の進行を早め、光電変換素子の耐久性が低下することがあったが、金属層又は金属合金層105aにおける、活性層103と反対の面側に金属酸化物層105bを設けることで、光電変換素子の耐久性が低下しなくなる。 The halide or halogen element of the halide-based organic-inorganic perovskite semiconductor compound contained in the active layer 103, for example, iodide, may diffuse through the hole transport layer 104 and reach the upper electrode 105. Conventionally, an electrode that has reacted with iodide may accelerate the deterioration of the electrode and reduce the durability of the photoelectric conversion element, but the surface side of the metal layer or the metal alloy layer 105a opposite to the active layer 103. By providing the metal oxide layer 105b on the surface, the durability of the photoelectric conversion element does not decrease.

これは、ヨウ化物による電極の劣化は、電荷の取出しへの影響によるものではなく、上部電極105のシート抵抗の上昇に影響していたからであり、金属層又は金属合金層105aに、ヨウ化物と反応し難く、導電性を有する金属酸化物層105bを積層することで、上部電極105のシート抵抗の上昇が抑えられ、耐久性が向上される。 This is because the deterioration of the electrode due to the iodide was not due to the influence on the charge extraction, but had an influence on the increase in the sheet resistance of the upper electrode 105, and the metal layer or the metal alloy layer 105a reacted with the iodide. By laminating the metal oxide layer 105b having conductivity, which is difficult to do, the increase in the sheet resistance of the upper electrode 105 is suppressed, and the durability is improved.

また、後述するように、金属酸化物層105bは、スパッタ法等で形成されるが、この形成過程において、活性層103、電子輸送層102、及び正孔輸送層104等が損傷を受けることがあった。しかし、本実施形態の光電変換素子100は、金属酸化物層105bを形成する側に金属層又は金属合金層105aが設けられているため、活性層103、電子輸送層102、及び正孔輸送層104等の損傷が、金属層又は金属合金層105aが壁となり抑制され、光電変換素子の出力特性が低下しない。 Further, as will be described later, the metal oxide layer 105b is formed by a sputtering method or the like, but in this forming process, the active layer 103, the electron transport layer 102, the hole transport layer 104, and the like may be damaged. there were. However, since the photoelectric conversion element 100 of the present embodiment is provided with the metal layer or the metal alloy layer 105a on the side forming the metal oxide layer 105b, the active layer 103, the electron transport layer 102, and the hole transport layer Damage to the 104 and the like is suppressed by the metal layer or the metal alloy layer 105a forming a wall, and the output characteristics of the photoelectric conversion element are not deteriorated.

金属層105aの金属としては、金、銀、銅、アルミニウム、カルシウム、チタン、コバルト、ニッケル、又はパラジウム等が挙げられる。金属層105aの金属として金を使用しても、金属層105aは上部電極105の一部であり、上部電極105全体として金の使用量が減少するので、金からなる電極と比べコストが低減する。しかし、金属層105aの金属としては、実用性を考慮して金以外の金属が使用され得る。一実施形態において、金属層105aの金属は銀又は銅である。金属合金層105aの金属合金としては、金、銀、銅、アルミニウム、カルシウム、チタン、コバルト、ニッケル、又はパラジウム等の金属から選択される2つ以上の金属を含む合金が挙げられる。一実施形態において、金属合金層105aは、銀又は銅の少なくとも一方を含む金属合金の層である。 Examples of the metal of the metal layer 105a include gold, silver, copper, aluminum, calcium, titanium, cobalt, nickel, palladium and the like. Even if gold is used as the metal of the metal layer 105a, the metal layer 105a is a part of the upper electrode 105, and the amount of gold used for the upper electrode 105 as a whole is reduced, so that the cost is reduced as compared with the electrode made of gold. .. However, as the metal of the metal layer 105a, a metal other than gold may be used in consideration of practicality. In one embodiment, the metal of the metal layer 105a is silver or copper. Examples of the metal alloy of the metal alloy layer 105a include alloys containing two or more metals selected from metals such as gold, silver, copper, aluminum, calcium, titanium, cobalt, nickel, and palladium. In one embodiment, the metal alloy layer 105a is a layer of a metal alloy containing at least one of silver or copper.

金属酸化物層105bの金属酸化物としては、ハロゲン元素又はハロゲン化物と反応し難いものが使用され、スズ、インジウム、亜鉛等の金属を含む透明な酸化物が使用され得る。金属酸化物層105bの金属酸化物としては、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、インジウムスズ酸化物(ITO)、フッ素化スズ酸化物(FTO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)等が挙げられる。一実施形態において、金属酸化物層105bはIZOである。 As the metal oxide of the metal oxide layer 105b, one that does not easily react with a halogen element or a halide is used, and a transparent oxide containing a metal such as tin, indium, or zinc can be used. Examples of the metal oxide of the metal oxide layer 105b include indium oxide, zinc oxide, tin oxide, indium tin oxide (ITO), tin fluorinated oxide (FTO), indium zinc oxide (IZO) and the like. In one embodiment, the metal oxide layer 105b is IZO.

上部電極105の膜厚は、下限は、一実施形態において2nm以上、別の実施形態において10nm以上、さらに別の実施形態において50nm以上であり、一方、上限は、一実施形態において500nm以下、別の実施形態において300nm以下、さらに別の実施形態において100nm以下である。上記下限とすることで導電性が得られる。また、上記上限とすることでコスト低減が図れる。 The lower limit of the film thickness of the upper electrode 105 is 2 nm or more in one embodiment, 10 nm or more in another embodiment, and 50 nm or more in yet another embodiment, while the upper limit is 500 nm or less in one embodiment. In one embodiment, the film thickness is 300 nm or less, and in yet another embodiment, the film thickness is 100 nm or less. Conductivity can be obtained by setting the above lower limit. In addition, cost can be reduced by setting the above upper limit.

金属層又は金属合金層105aの膜厚は、下限は、一実施形態において1nm以上、別の実施形態において3nm以上、さらに別の実施形態において5nm以上であり、一方、上限は、一実施形態において200nm以下、別の実施形態において100nm以下、さらに別の実施形態において50nm以下である。上記下限とすることで金属酸化物層105bの形成過程で生じる下層への損傷を抑制できる。また、上記上限とすることでコスト低減が図れる。 The lower limit of the film thickness of the metal layer or the metal alloy layer 105a is 1 nm or more in one embodiment, 3 nm or more in another embodiment, and 5 nm or more in another embodiment, while the upper limit is in one embodiment. It is 200 nm or less, 100 nm or less in another embodiment, and 50 nm or less in yet another embodiment. By setting the above lower limit, damage to the lower layer caused in the formation process of the metal oxide layer 105b can be suppressed. In addition, cost can be reduced by setting the above upper limit.

金属酸化物層105bの膜厚は、下限は、一実施形態において1nm以上、別の実施形態において10nm以上、さらに別の実施形態において30nm以上であり、一方、上限は、一実施形態において300nm以下、別の実施形態において200nm以下、さらに別の実施形態において100nm以下である。上記下限とすることで上部電極105のシート抵抗の上昇を抑制できる。また、上記上限とすることでコスト低減が図れる。 The lower limit of the film thickness of the metal oxide layer 105b is 1 nm or more in one embodiment, 10 nm or more in another embodiment, and 30 nm or more in yet another embodiment, while the upper limit is 300 nm or less in one embodiment. In another embodiment, it is 200 nm or less, and in yet another embodiment, it is 100 nm or less. By setting the above lower limit, an increase in the sheet resistance of the upper electrode 105 can be suppressed. In addition, cost can be reduced by setting the above upper limit.

一実施形態において、上部電極105を非透明電極とすることができる。非透明とは、可視光透過率が40%未満であることを指す。また、上部電極105の可視光透過率は30%以下であると、上部電極105が、下部電極101側から活性層103に向かって入射した光のうち活性層103で吸収されなかった光を遮るとともに、反射させて活性層103に戻しやすくなるので、光の吸収効率を向上させることができる。また、上部電極105は、全体として、非透明なものであればよく、金属層又は金属合金層105a、及び金属酸化物層105bの少なくとも一方を非透明なものとすることができる。例えば、金属層又は金属合金層105aを非透明なものとし、金属酸化物層105bを透明なものとすることができる。光の透過率は、上述のように分光光度計(例えば、日立ハイテク社製U-4100)で測定できる。 In one embodiment, the upper electrode 105 can be a non-transparent electrode. Non-transparent means that the visible light transmittance is less than 40%. Further, when the visible light transmittance of the upper electrode 105 is 30% or less, the upper electrode 105 blocks the light incident on the active layer 103 from the lower electrode 101 side and not absorbed by the active layer 103. At the same time, it is easy to reflect the light and return it to the active layer 103, so that the light absorption efficiency can be improved. Further, the upper electrode 105 may be non-transparent as a whole, and at least one of the metal layer or the metal alloy layer 105a and the metal oxide layer 105b may be non-transparent. For example, the metal layer or the metal alloy layer 105a can be made non-transparent, and the metal oxide layer 105b can be made transparent. The light transmittance can be measured with a spectrophotometer (for example, U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech) as described above.

金以外の金属層又は金属合金層105aの形成方法は特に限定されず、任意の方法を用いることができる。具体例としては、塗布法、メッキ法及び真空蒸着法が挙げられる。金属酸化物層105bの形成方法は特に限定されず、任意の方法を用いることができる。具体例としては、スパッタ法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、ゾルゲル法、塗布法等により形成される。 The method for forming the metal layer or the metal alloy layer 105a other than gold is not particularly limited, and any method can be used. Specific examples include a coating method, a plating method and a vacuum vapor deposition method. The method for forming the metal oxide layer 105b is not particularly limited, and any method can be used. As a specific example, it is formed by a sputtering method, an ion plating method, a vacuum vapor deposition method, a sol-gel method, a coating method, or the like.

(下部電極)
下部電極101の構成部材及びその製造方法について特段の制限はなく、周知技術を用いることができる。例えば、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等の公知文献に記載の部材及びその製造方法を使用することができる。
(Lower electrode)
There are no particular restrictions on the constituent members of the lower electrode 101 and the manufacturing method thereof, and well-known techniques can be used. For example, the members described in publicly known documents such as International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-191194, and methods for producing the same can be used.

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

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

[1.4 基材]
光電変換素子100は、通常は支持体となる基材106を有する。もっとも、本発明に係る光電変換素子は基材106を有さなくてもよい。基材106の材料は、本発明の効果を著しく損なわない限り特に限定されず、例えば、国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等の公知文献に記載の材料を使用することができる。
[1.4 Base material]
The photoelectric conversion element 100 usually has a base material 106 as a support. However, the photoelectric conversion element according to the present invention does not have to have the base material 106. The material of the base material 106 is not particularly limited as long as the effect of the present invention is not significantly impaired. The materials described in 1 can be used.

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

[2.別の実施形態に係る光電変換素子]
図2は、本発明に係る光電変換素子の別の実施形態を模式的に表す断面図である。図2に示す別の実施形態に係る光電変換素子200は、下部電極201、電子輸送層202、活性層203、正孔輸送層204、上部電極205を備えている。別の実施形態に係る光電変換素子200は、上部電極205の構成を除き、図1に示す一実施形態に係る光電変換素子100と同様であるため、上記光電変換素子の構成[1.1]、及び[1.3]乃至[1.5]の説明を省略し、上部電極205の構成について主に説明する。
[2. Photoelectric conversion element according to another embodiment]
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing another embodiment of the photoelectric conversion element according to the present invention. The photoelectric conversion element 200 according to another embodiment shown in FIG. 2 includes a lower electrode 201, an electron transport layer 202, an active layer 203, a hole transport layer 204, and an upper electrode 205. Since the photoelectric conversion element 200 according to another embodiment is the same as the photoelectric conversion element 100 according to one embodiment shown in FIG. 1 except for the configuration of the upper electrode 205, the configuration of the photoelectric conversion element [1.1]. , And [1.3] to [1.5] will be omitted, and the configuration of the upper electrode 205 will be mainly described.

[2.1 上部電極]
別の実施形態に係る光電変換素子では、上部電極205は、金属層又は金属合金層205a及び金属酸化物層205bに加えて、別の金属層又は金属合金層205cを有している。別の金属層又は金属合金層205cは、金属酸化物層205bにおける、金属層又は金属合金層205aと反対の面側に位置している。これにより、金属層又は金属合金層205aが薄い場合(透光性を有する場合)、又は金属酸化物層205bが透明な金属酸化物で形成されている場合等において、金属層又は金属合金層205cが、下部電極201側から活性層203に向かって入射した光のうち活性層203で吸収されなかった光を遮るとともに、反射させて活性層203に戻すので、光の吸収効率を向上させることができる。
[2.1 Upper electrode]
In the photoelectric conversion element according to another embodiment, the upper electrode 205 has another metal layer or metal alloy layer 205c in addition to the metal layer or metal alloy layer 205a and the metal oxide layer 205b. Another metal layer or metal alloy layer 205c is located on the surface side of the metal oxide layer 205b opposite to the metal layer or the metal alloy layer 205a. As a result, when the metal layer or the metal alloy layer 205a is thin (when it has translucency), or when the metal oxide layer 205b is formed of a transparent metal oxide, the metal layer or the metal alloy layer 205c However, among the light incident on the active layer 203 from the lower electrode 201 side, the light that was not absorbed by the active layer 203 is blocked and reflected back to the active layer 203, so that the light absorption efficiency can be improved. can.

また、金属層又は金属合金層205aが活性層103から拡散してきたヨウ化物等と反応しても、金属酸化物層205b及び金属層又は金属合金層205cを設けることで、上部電極205のシート抵抗の上昇が抑制され、光電変換素子の耐久性が向上する。金属酸化物層205bは、ヨウ化物等と反応し難く、かつヨウ化物等の拡散を抑制するので、金属層又は金属合金層205cがヨウ化物等と反応し易い金属を有していても、金属層又は金属合金層205cがヨウ化物等と反応することは無く、上部電極205のシート抵抗の上昇抑制に寄与する。 Further, even if the metal layer or the metal alloy layer 205a reacts with iodide or the like diffused from the active layer 103, the sheet resistance of the upper electrode 205 is provided by providing the metal oxide layer 205b and the metal layer or the metal alloy layer 205c. Is suppressed, and the durability of the photoelectric conversion element is improved. Since the metal oxide layer 205b does not easily react with iodide or the like and suppresses the diffusion of iodide or the like, even if the metal layer or the metal alloy layer 205c has a metal that easily reacts with iodide or the like, the metal The layer or the metal alloy layer 205c does not react with iodide or the like, which contributes to suppressing the increase in the sheet resistance of the upper electrode 205.

また、本発明の光電変換素子200は、金属酸化物層205bを形成する側に、金属層又は金属合金層205aが設けられているため、金属酸化物層205bの形成過程における損傷が抑制され、光電変換素子の出力特性が低下しない。 Further, since the photoelectric conversion element 200 of the present invention is provided with the metal layer or the metal alloy layer 205a on the side where the metal oxide layer 205b is formed, damage in the process of forming the metal oxide layer 205b is suppressed. The output characteristics of the photoelectric conversion element do not deteriorate.

金以外の金属層205aの金属、及び金属合金層205aの金属合金は、上述の金属層又は金属合金層105aの金属、及び金属合金と同様のものが使用できる。また、金属酸化物層205bの金属酸化物としては、上述の金属酸化物層105bの金属酸化物と同様のものが使用できる。 As the metal of the metal layer 205a other than gold and the metal alloy of the metal alloy layer 205a, the same metal as the above-mentioned metal layer or the metal of the metal alloy layer 105a and the metal alloy can be used. Further, as the metal oxide of the metal oxide layer 205b, the same metal oxide as the above-mentioned metal oxide of the metal oxide layer 105b can be used.

金属層205cの金属としては、金、銀、銅、アルミニウム、カルシウム、チタン、コバルト、ニッケル、又はパラジウム等が挙げられる。金属層205cの金属として金を使用しても、金属層205cは上部電極205の一部であり、上部電極205全体として金の使用量が減少するので、金からなる電極と比べコストが低減する。しかし、金属層205cの金属としては、実用性を考慮して金以外の金属が使用され得る。一実施形態において、銀又は銅である。金属合金層205cの金属合金としては、金、銀、銅、アルミニウム、カルシウム、チタン、コバルト、ニッケル、又はパラジウム等の金属から選択される2つ以上の金属を含む合金が挙げられる。一実施形態において、金属合金層205cは、銀又は銅の少なくとも一方を含む金属合金の層である。 Examples of the metal of the metal layer 205c include gold, silver, copper, aluminum, calcium, titanium, cobalt, nickel, palladium and the like. Even if gold is used as the metal of the metal layer 205c, the metal layer 205c is a part of the upper electrode 205, and the amount of gold used for the upper electrode 205 as a whole is reduced, so that the cost is reduced as compared with the electrode made of gold. .. However, as the metal of the metal layer 205c, a metal other than gold may be used in consideration of practicality. In one embodiment, it is silver or copper. Examples of the metal alloy of the metal alloy layer 205c include alloys containing two or more metals selected from metals such as gold, silver, copper, aluminum, calcium, titanium, cobalt, nickel, or palladium. In one embodiment, the metal alloy layer 205c is a layer of metal alloy containing at least one of silver or copper.

上部電極205、及び金以外の金属層又は金属合金層205aの膜厚は、上述の上部電極105、及び金属層又は金属合金層105aの膜厚と同様とすることができる。 The film thickness of the upper electrode 205 and the metal layer or metal alloy layer 205a other than gold can be the same as the film thickness of the above-mentioned upper electrode 105 and the metal layer or metal alloy layer 105a.

別の実施形態の光電変換素子において、金属酸化物層205bは、ヨウ化物等の拡散の抑制を主な機能とするため、一実施形態の光電変換素子における、金属酸化物層105bの膜厚と比べて薄くすることができ、下限は、一実施形態において1nm以上、別の実施形態において3nm以上、さらに別の実施形態において10nm以上であり、一方、上限は、一実施形態において50nm以下、別の実施形態において30nm以下、さらに別の実施形態において20nm以下である。上記下限とすることで上部電極105のシート抵抗の上昇を抑制できる。また、上記上限とすることでコスト低減が図れる。 In the photoelectric conversion element of another embodiment, the metal oxide layer 205b has the main function of suppressing the diffusion of iodide and the like, so that the film thickness of the metal oxide layer 105b in the photoelectric conversion element of one embodiment is the same. The lower limit is 1 nm or more in one embodiment, 3 nm or more in another embodiment, and 10 nm or more in yet another embodiment, while the upper limit is 50 nm or less in one embodiment. 30 nm or less in one embodiment, and 20 nm or less in yet another embodiment. By setting the above lower limit, an increase in the sheet resistance of the upper electrode 105 can be suppressed. In addition, cost can be reduced by setting the above upper limit.

金属層又は金属合金層205cの膜厚は、下限は、一実施形態において1nm以上、別の実施形態において10nm以上、さらに別の実施形態において50nm以上であり、一方、上限は、一実施形態において300nm以下、別の実施形態において200nm以下、さらに別の実施形態において100nm以下である。上記下限とすることで上部電極105のシート抵抗の上昇の抑制、及び、光を遮蔽乃至反射することができる。また、上記上限とすることでコスト低減が図れる。 The lower limit of the film thickness of the metal layer or the metal alloy layer 205c is 1 nm or more in one embodiment, 10 nm or more in another embodiment, and 50 nm or more in another embodiment, while the upper limit is in one embodiment. It is 300 nm or less, 200 nm or less in another embodiment, and 100 nm or less in yet another embodiment. By setting the above lower limit, it is possible to suppress an increase in the sheet resistance of the upper electrode 105 and to shield or reflect light. In addition, cost can be reduced by setting the above upper limit.

一実施形態において、上部電極205を非透明電極とすることができる。上述したように非透明とは、可視光透過率が40%未満であることを指す。また、上部電極205の可視光透過率が30%以下であると、上部電極205が、下部電極201側から活性層203に向かって入射した光のうち活性層203で吸収されなかった光を遮るとともに、反射させて活性層203に戻しやすくなるので、光の吸収効率を向上させることができる。また、上部電極205は、全体として、非透明なものであればよく、金属層又は金属合金層205a、金属酸化物層205b、及び金属層又は金属合金層205cの少なくとも一つを非透明なものとすることができる。一実施形態として、金属層又は金属合金層205a、及び金属層又は金属合金層205cを非透明なものとし、金属酸化物層205bを透明なものとすることができる。また、別の実施形態として、金属層又は金属合金層205cを非透明なものとし、金属層又は金属合金層205a、及び金属酸化物層205bを透明なものとすることができる。光の透過率は、上述のように分光光度計(例えば、日立ハイテク社製U-4100)で測定できる。 In one embodiment, the upper electrode 205 can be a non-transparent electrode. As described above, non-transparent means that the visible light transmittance is less than 40%. Further, when the visible light transmittance of the upper electrode 205 is 30% or less, the upper electrode 205 blocks the light incident on the active layer 203 from the lower electrode 201 side but not absorbed by the active layer 203. At the same time, it is easy to reflect the light and return it to the active layer 203, so that the light absorption efficiency can be improved. Further, the upper electrode 205 may be non-transparent as a whole, and at least one of the metal layer or the metal alloy layer 205a, the metal oxide layer 205b, and the metal layer or the metal alloy layer 205c is non-transparent. Can be. As one embodiment, the metal layer or the metal alloy layer 205a and the metal layer or the metal alloy layer 205c can be made non-transparent, and the metal oxide layer 205b can be made transparent. Further, as another embodiment, the metal layer or the metal alloy layer 205c can be made non-transparent, and the metal layer or the metal alloy layer 205a and the metal oxide layer 205b can be made transparent. The light transmittance can be measured with a spectrophotometer (for example, U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech) as described above.

金属層又は金属合金層205a、及び、別の金属層又は金属合金層205cの形成方法は特に限定されず、任意の方法を用いることができる。具体例としては、塗布法、メッキ法及び真空蒸着法が挙げられる。金属酸化物層205bの形成方法は特に限定されず、任意の方法を用いることができる。具体例としては、スパッタ法、イオンプレーティング法、真空蒸着法、ゾルゲル法、塗布法等により形成される。 The method for forming the metal layer or the metal alloy layer 205a and another metal layer or the metal alloy layer 205c is not particularly limited, and any method can be used. Specific examples include a coating method, a plating method and a vacuum vapor deposition method. The method for forming the metal oxide layer 205b is not particularly limited, and any method can be used. As a specific example, it is formed by a sputtering method, an ion plating method, a vacuum vapor deposition method, a sol-gel method, a coating method, or the like.

[3.光電変換素子の作製方法]
上述の方法に従って、光電変換素子100、200を構成する各層を形成することにより、光電変換素子100、200を作製することができる。光電変換素子100、200を構成する各層の形成方法に特段の制限はなく、シートツゥーシート(万葉)方式、又はロールツゥーロール方式で形成することができる。
[3. Manufacturing method of photoelectric conversion element]
By forming each layer constituting the photoelectric conversion elements 100 and 200 according to the above method, the photoelectric conversion elements 100 and 200 can be manufactured. There are no particular restrictions on the method of forming each layer constituting the photoelectric conversion elements 100 and 200, and the layers can be formed by a sheet-to-sheet (manyo) method or a roll-to-roll method.

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

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

また、上部電極105、205を積層した後に、光電変換素子100、200を一実施形態において50℃以上、別の実施形態において80℃以上、一方、一実施形態において300℃以下、別の実施形態において280℃以下、さらに別の実施形態において250℃以下の温度範囲において、加熱することができる(この工程をアニーリング処理工程と称する場合がある)。アニーリング処理工程を50℃以上の温度で行うことは、光電変換素子100、200の各層間の密着性、例えば電子輸送層102、202と下部電極101、201、電子輸送層102、202と活性層103、203等の層間の密着性が向上する効果が得られる。各層間の密着性が向上することにより、光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上しうる。アニーリング処理工程の温度を300℃以下にすることは、光電変換素子100、200に含まれる有機化合物が熱分解する可能性が低くなる。アニーリング処理工程においては、上記の温度範囲内において異なる温度を用いた段階的な加熱を行ってもよい。 Further, after stacking the upper electrodes 105 and 205, the photoelectric conversion elements 100 and 200 are 50 ° C. or higher in one embodiment and 80 ° C. or higher in another embodiment, while 300 ° C. or lower in one embodiment and another embodiment. In the temperature range of 280 ° C. or lower, and in still another embodiment, 250 ° C. or lower, heating can be performed (this step may be referred to as an annealing treatment step). Performing the annealing treatment step at a temperature of 50 ° C. or higher means that the adhesion between the layers of the photoelectric conversion elements 100 and 200, for example, the electron transport layers 102 and 202 and the lower electrodes 101 and 201, and the electron transport layers 102 and 202 and the active layer. The effect of improving the adhesion between layers such as 103 and 203 can be obtained. By improving the adhesion between the layers, the thermal stability and durability of the photoelectric conversion element can be improved. When the temperature of the annealing treatment step is set to 300 ° C. or lower, the possibility that the organic compounds contained in the photoelectric conversion elements 100 and 200 are thermally decomposed is reduced. In the annealing treatment step, stepwise heating using different temperatures within the above temperature range may be performed.

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

[4.光電変換特性]
光電変換素子100、200の光電変換特性は次のようにして求めることができる。光電変換素子100、200にソーラシュミレーターでAM1.5G条件の光を照射強度100mW/cmで照射して、電流-電圧特性を測定する。得られた電流-電圧曲線から、光電変換効率(PCE)、短絡電流密度(Jsc)、開放電圧(Voc)、フィルファクター(FF)、直列抵抗、シャント抵抗といった光電変換特性を求めることができる。
[4. Photoelectric conversion characteristics]
The photoelectric conversion characteristics of the photoelectric conversion elements 100 and 200 can be obtained as follows. The photoelectric conversion elements 100 and 200 are irradiated with light under AM 1.5G conditions with a solar simulator at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 , and the current-voltage characteristics are measured. From the obtained current-voltage curve, photoelectric conversion characteristics such as photoelectric conversion efficiency (PCE), short circuit current density (Jsc), open circuit voltage (Voc), fill factor (FF), series resistance, and shunt resistance can be obtained.

光電変換素子100、200の光電変換効率は、特段の制限はないが、一実施形態において1%以上、別の実施形態において1.5%以上、さらに別の実施形態において2%以上である。一方、上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。また、光電変換素子100のフィルファクターは、特段の制限はないが、一実施形態において0.6以上、別の実施形態において0.7以上、さらに別の実施形態において0.9以上である。一方、上限に特段の制限はなく、高ければ高いほどよい。 The photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion elements 100 and 200 is not particularly limited, but is 1% or more in one embodiment, 1.5% or more in another embodiment, and 2% or more in another embodiment. On the other hand, there is no particular upper limit, and the higher the limit, the better. The fill factor of the photoelectric conversion element 100 is not particularly limited, but is 0.6 or more in one embodiment, 0.7 or more in another embodiment, and 0.9 or more in another embodiment. On the other hand, there is no particular upper limit, and the higher the limit, the better.

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

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

[5.太陽電池]
一実施形態において、本発明に係る光電変換素子100、200は、太陽電池、なかでも薄膜太陽電池の太陽電池素子として使用される。図3は本発明の一実施形態に係る太陽電池の構成を模式的に表す断面図であり、図3には本発明の一実施形態に係る太陽電池である薄膜太陽電池が示されている。図3に表すように、本実施形態に係る薄膜太陽電池14は、耐候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、太陽電池素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10と、をこの順に備える。本実施形態に係る薄膜太陽電池14は、太陽電池素子6として、本発明に係る光電変換素子を有している。そして、耐候性保護フィルム1が形成された側(図3中下方)から光が照射されて、太陽電池素子6が発電するようになっている。なお、薄膜太陽電池14は、これらの構成部材を全て有する必要はなく、必要な構成部材を任意に選択することができる。
[5. Solar cell]
In one embodiment, the photoelectric conversion elements 100 and 200 according to the present invention are used as a solar cell element of a solar cell, particularly a thin film solar cell. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a solar cell according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 shows a thin-film solar cell which is a solar cell according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 3, the thin-film solar cell 14 according to the present embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter film 4, a sealing material 5, and a solar cell. The element 6, the sealing material 7, the getter material film 8, the gas barrier film 9, and the back sheet 10 are provided in this order. The thin-film solar cell 14 according to the present embodiment has a photoelectric conversion element according to the present invention as the solar cell element 6. Then, light is irradiated from the side where the weather resistant protective film 1 is formed (lower part in FIG. 3), and the solar cell element 6 generates electricity. The thin-film solar cell 14 does not have to have all of these constituent members, and the necessary constituent members can be arbitrarily selected.

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

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

本発明に係る太陽電池、特には上述した薄膜太陽電池14はそのまま用いてもよいし、太陽電池モジュールの構成要素として用いられてもよい。例えば、図4に示すように、本発明に係る太陽電池、特には上述した薄膜太陽電池14を基材12上に備える太陽電池モジュール13を作製し、この太陽電池モジュール13を使用場所に設置して用いることができる。基材12としては周知技術を用いることができ、例えば、基材12の材料としては国際公開第2013/171517号、国際公開第2013/180230号又は特開2012-191194号公報等に記載の材料を用いることができる。例えば、基材12として建材用板材を使用する場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を設けることにより、太陽電池モジュール13として、建物の外壁用太陽電池パネルを作製することができる。 The solar cell according to the present invention, particularly the thin-film solar cell 14 described above, may be used as it is, or may be used as a component of the solar cell module. For example, as shown in FIG. 4, a solar cell module 13 having the solar cell according to the present invention, particularly the above-mentioned thin-film solar cell 14 mounted on a base material 12, is manufactured, and the solar cell module 13 is installed at a place of use. Can be used. A well-known technique can be used as the base material 12, and for example, as the material of the base material 12, the materials described in International Publication No. 2013/171517, International Publication No. 2013/180230, JP-A-2012-191194, etc. Can be used. For example, when a plate material for building materials is used as the base material 12, by providing a thin-film solar cell 14 on the surface of the plate material, a solar cell panel for the outer wall of a building can be manufactured as a solar cell module 13.

以下に、実施例により本発明の実施形態を説明する。しかしながら、本発明は、その要旨を超えない限り、以下の実施例には限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples as long as the gist of the present invention is not exceeded.

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

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

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

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

[実施例1]
パターニングされた酸化インジウムスズ(ITO)透明導電膜を備えるガラス基板(ジオマテック社製)に対して、超純水を用いた超音波洗浄、窒素ブローによる乾燥、及びUV-オゾン処理を行った。
[Example 1]
A glass substrate (manufactured by Geomatec Co., Ltd.) provided with a patterned indium tin oxide (ITO) transparent conductive film was subjected to ultrasonic cleaning using ultrapure water, drying by nitrogen blowing, and UV-ozone treatment.

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

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

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

次に、正孔輸送層上に、抵抗加熱型真空蒸着法により厚さ約100nmの銀を蒸着させ、金属層を形成した。金属層上にスパッタリング法により厚さ約30nmのIZOを成膜させ、金属酸化物層を形成した。さらに、金属酸化物層上に、抵抗加熱型真空蒸着法により厚さ約100nmの銀を蒸着させ、金属層を形成し、上部電極とした。以上のようにして、光電変換素子を作製した。なお、当該上部電極と同一構成の電極を厚さ0.7mmのガラス基板(コーニング1737)上に形成し、該電極の可視光透過率を分光光度計(日立ハイテク社製U-4100)により測定した結果、当該電極の可視光透過率は1%以下であった。 Next, silver having a thickness of about 100 nm was deposited on the hole transport layer by a resistance heating type vacuum vapor deposition method to form a metal layer. An IZO having a thickness of about 30 nm was formed on the metal layer by a sputtering method to form a metal oxide layer. Further, silver having a thickness of about 100 nm was deposited on the metal oxide layer by a resistance heating type vacuum vapor deposition method to form a metal layer, which was used as an upper electrode. As described above, the photoelectric conversion element was manufactured. An electrode having the same configuration as the upper electrode is formed on a glass substrate (corning 1737) having a thickness of 0.7 mm, and the visible light transmittance of the electrode is measured by a spectrophotometer (U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech). As a result, the visible light transmittance of the electrode was 1% or less.

[実施例2]
上部電極を、約3nmの銀の金属層、約30nmのIZOの金属酸化物層、及び約100nmの銀の金属層としたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。なお、当該上部電極と同一構成の電極を厚さ0.7mmのガラス基板(コーニング1737)上に形成し、該電極の可視光透過率を分光光度計(日立ハイテク社製U-4100)により測定した結果、当該電極の可視光透過率は1%以下であった。
[比較例1]
上部電極を、約100nmの銀の金属層の単層としたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。なお、当該上部電極と同一構成の電極を厚さ0.7mmのガラス基板(コーニング1737)上に形成し、該電極の可視光透過率を分光光度計(日立ハイテク社製U-4100)により測定した結果、当該電極の可視光透過率は1%以下であった。
[比較例2]
上部電極を、約100nmの銅の金属層の単層としたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。なお、分光光度計(日立ハイテク社製U-4100)により上部電極の可視光透過率を測定した結果、上部電極の可視光透過率は0%であった。
[比較例3]
上部電極を、約30nmのIZOの金属酸化物層の単層としたことを除き、実施例1と同様に光電変換素子を作製した。なお、当該上部電極と同一構成の電極を厚さ0.7mmのガラス基板(コーニング1737)上に形成し、該電極の可視光透過率を分光光度計(日立ハイテク社製U-4100)により測定した結果、当該電極の可視光透過率は80%以上であった。
[Example 2]
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the upper electrode was a silver metal layer of about 3 nm, an IZO metal oxide layer of about 30 nm, and a silver metal layer of about 100 nm. An electrode having the same configuration as the upper electrode is formed on a glass substrate (corning 1737) having a thickness of 0.7 mm, and the visible light transmittance of the electrode is measured by a spectrophotometer (U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech). As a result, the visible light transmittance of the electrode was 1% or less.
[Comparative Example 1]
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the upper electrode was a single layer of a silver metal layer having a diameter of about 100 nm. An electrode having the same configuration as the upper electrode is formed on a glass substrate (corning 1737) having a thickness of 0.7 mm, and the visible light transmittance of the electrode is measured by a spectrophotometer (U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech). As a result, the visible light transmittance of the electrode was 1% or less.
[Comparative Example 2]
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the upper electrode was a single layer of a copper metal layer having a diameter of about 100 nm. As a result of measuring the visible light transmittance of the upper electrode with a spectrophotometer (U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech), the visible light transmittance of the upper electrode was 0%.
[Comparative Example 3]
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 1 except that the upper electrode was a single layer of a metal oxide layer of IZO having a diameter of about 30 nm. An electrode having the same configuration as the upper electrode is formed on a glass substrate (corning 1737) having a thickness of 0.7 mm, and the visible light transmittance of the electrode is measured by a spectrophotometer (U-4100 manufactured by Hitachi High-Tech). As a result, the visible light transmittance of the electrode was 80% or more.

[光電変換素子の評価]
実施例1、実施例2、及び比較例1乃至比較例3で得られた光電変換素子に1mm角のメタルマスクを付け、ITO電極と上部電極との間における電流-電圧特性を測定した。測定にはソースメーター(ケイスレー社製,2400型)を用い、照射光源としてはエアマス(AM)1.5G、放射照度100mW/cmのソーラシミュレータを用いた。この測定結果から、開放電圧Voc(V)、短絡電流密度Jsc(mA/cm)、形状因子FF、及び光電変換効率PCE(%)を算出した。光電変換素子を作製した直後の測定結果に基づいて算出されたこれらの値を表1に示す。
[Evaluation of photoelectric conversion element]
A 1 mm square metal mask was attached to the photoelectric conversion elements obtained in Example 1, Example 2, and Comparative Examples 1 to 3, and the current-voltage characteristics between the ITO electrode and the upper electrode were measured. A source meter (2400 type manufactured by Keithley Co., Ltd.) was used for the measurement, and a solar simulator with an air mass (AM) of 1.5 G and an irradiance of 100 mW / cm 2 was used as the irradiation light source. From this measurement result, the open circuit voltage Voc (V), the short circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), the shape factor FF, and the photoelectric conversion efficiency PCE (%) were calculated. Table 1 shows these values calculated based on the measurement results immediately after the photoelectric conversion element was manufactured.

Figure 0006991464000001
Figure 0006991464000001

ここで、開放電圧Vocとは電流値=0(mA/cm)の際の電圧値であり、短絡電流密度Jscとは電圧値=0(V)の際の電流密度である。形状因子FFとは内部抵抗を表すファクターであり、最大出力をPmaxとすると次式で表される。
FF = Pmax/(Voc×Jsc)
また、光電変換効率PCEは、入射エネルギーをPinとすると次式で与えられる。
PCE = (Pmax/Pin)×100
= (Voc×Jsc×FF/Pin)×100
Here, the open circuit voltage Voc is the voltage value when the current value = 0 (mA / cm 2 ), and the short circuit current density Jsc is the current density when the voltage value = 0 (V). The scherrer FF is a factor representing the internal resistance, and is expressed by the following equation when the maximum output is Pmax.
FF = Pmax / (Voc × Jsc)
Further, the photoelectric conversion efficiency PCE is given by the following equation, where the incident energy is Pin.
PCE = (Pmax / Pin) x 100
= (Voc x Jsc x FF / Pin) x 100

また、中央部分が掘り下げられているガラスと光電変換素子のガラス基板とをシール材(光硬化樹脂)によって貼り合わせることで、得られた光電変換素子を封止し、温度85℃で太陽光下に、1日間(24時間)、及び長時間(50時間以上)おいた後に、同様の方法で電流-電圧特性を測定して光電変換効率PCEを算出し、試験前後での光電変換効率から、光電変換効率の維持率を算出した。光電変換効率の維持率を表2に示す。 Further, the obtained photoelectric conversion element is sealed by bonding the glass whose central portion is dug down and the glass substrate of the photoelectric conversion element with a sealing material (photocurable resin), and the temperature is 85 ° C. under sunlight. After a day (24 hours) and a long time (50 hours or more), the current-voltage characteristics are measured by the same method to calculate the photoelectric conversion efficiency PCE, and the photoelectric conversion efficiency before and after the test is used. The maintenance rate of the photoelectric conversion efficiency was calculated. Table 2 shows the maintenance rate of photoelectric conversion efficiency.

Figure 0006991464000002
Figure 0006991464000002

表1に示すように、初期の変換効率は、実施例1、実施例2、比較例1及び比較例2で大きな差は見られなかった。しかし、実施例1、及び実施例2の初期の光電変換効率PCEは、比較例3と比較して高かった。この理由としては、実施例1、及び実施例2の上部電極では、活性層側に銀層を形成した後にIZO層が形成されたので、IZO層の形成の際のスパッタによる下層(活性層、及び正孔輸送層)の損傷が、銀層により抑制され、光電変換素子の初期の光電変換効率PCE(出力特性)が向上したものと考えられる。 As shown in Table 1, the initial conversion efficiency did not show a large difference between Example 1, Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2. However, the initial photoelectric conversion efficiency PCE of Example 1 and Example 2 was higher than that of Comparative Example 3. The reason for this is that in the upper electrodes of Examples 1 and 2, the IZO layer was formed after the silver layer was formed on the active layer side, so that the lower layer (active layer, which was sputtered during the formation of the IZO layer). It is considered that the damage of the hole transport layer) is suppressed by the silver layer, and the initial photoelectric conversion efficiency PCE (output characteristic) of the photoelectric conversion element is improved.

また、表2に示すように、実施例1、及び実施例2の1日後及び長時間後の光電変換効率の維持率は、比較例1及び比較例2と比較して高かった。この理由としては、実施例1、及び実施例2の上部電極では、銀層にIZO層及び銀層を積層されたので、活性層から拡散されたヨウ化物と銀層との反応による電極シート抵抗の上昇をIZO層及び銀層の少なくとも一方により抑制され、光電変換効率の維持率(耐久性)が向上したものと考えられる。 Further, as shown in Table 2, the maintenance rates of the photoelectric conversion efficiencies of Examples 1 and 2 after 1 day and after a long time were higher than those of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. The reason for this is that in the upper electrodes of Examples 1 and 2, since the IZO layer and the silver layer were laminated on the silver layer, the electrode sheet resistance due to the reaction between the iodide diffused from the active layer and the silver layer. It is considered that the increase in the above amount was suppressed by at least one of the IZO layer and the silver layer, and the maintenance rate (durability) of the photoelectric conversion efficiency was improved.

以上の結果から、金属層又は金属合金層が、活性層と金属酸化物層の間に位置するように上部電極を構成することで、光電変換素子が、初期の高い光電変換効率(出力特性)及び光電変換効率の高い維持率(耐久性)を備えることが分かる。 From the above results, by configuring the upper electrode so that the metal layer or the metal alloy layer is located between the active layer and the metal oxide layer, the photoelectric conversion element has an initial high photoelectric conversion efficiency (output characteristic). And it can be seen that it has a high maintenance rate (durability) of photoelectric conversion efficiency.

1 耐候性保護フィルム
2 紫外線カットフィルム
3,9 ガスバリアフィルム
4,8 ゲッター材フィルム
5,7 封止材
6 太陽電池素子
10 バックシート
12 基材
13 太陽電池モジュール
14 薄膜太陽電池
100,200 光電変換素子
101,201 下部電極
102,202 電子輸送層
103,203 活性層
104,204 正孔輸送層
105,205 上部電極
105a,205a 金以外の金属層又は金属合金層
105b,205b 金属酸化物層
205c 金属層又は金属合金層
106,206 基材
1 Weather-resistant protective film 2 Ultraviolet cut film 3, 9 Gas barrier film 4, 8 Getter film 5, 7 Encapsulant 6 Solar cell element 10 Back sheet 12 Base material 13 Solar cell module 14 Thin-film solar cell 100, 200 Photoelectric conversion element 101,201 Lower electrode 102,202 Electron transport layer 103,203 Active layer 104,204 Hole transport layer 105,205 Upper electrode 105a, 205a Metal layer other than gold or metal alloy layer 105b, 205b Metal oxide layer 205c Metal layer Or metal alloy layer 106, 206 base material

Claims (6)

一対の電極と、その間に位置する活性層と、を有する光電変換素子であって、
前記活性層が、ハライド系有機無機ペロブスカイト半導体化合物を有し、
前記一対の電極の一方の電極が、金属層又は金属合金層と、金属酸化物層と、を有し、
前記金属層又は金属合金層が、前記活性層と前記金属酸化物層の間に位置し、
前記一方の電極が、別の金属層又は金属合金層をさらに有し、前記金属酸化物層が前記金属層又は金属合金層と前記別の金属層又は金属合金層の間に位置している、ことを特徴とする光電変換素子。
A photoelectric conversion element having a pair of electrodes and an active layer located between them.
The active layer has a halide-based organic-inorganic perovskite semiconductor compound.
One of the pair of electrodes has a metal layer or a metal alloy layer and a metal oxide layer.
The metal layer or the metal alloy layer is located between the active layer and the metal oxide layer .
One electrode further comprises another metal layer or metal alloy layer, wherein the metal oxide layer is located between the metal layer or the metal alloy layer and the other metal layer or the metal alloy layer . A photoelectric conversion element characterized by this.
前記一方の電極が、非透明電極である、ことを特徴とする、請求項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1 , wherein one of the electrodes is a non-transparent electrode. 前記金属層又は金属合金層が、銀又は銅を含む、ことを特徴とする、請求項1又は2に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to claim 1 or 2 , wherein the metal layer or the metal alloy layer contains silver or copper. 前記活性層が、ヨウ素原子を含む、ことを特徴とする、請求項1乃至のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 3 , wherein the active layer contains an iodine atom. 前記光電変換素子が、電子輸送層と、正孔輸送層と、を有することを特徴とする、請求項1乃至のいずれか1項に記載の光電変換素子。 The photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 4 , wherein the photoelectric conversion element has an electron transport layer and a hole transport layer. 請求項1乃至のいずれか1項に記載の光電変換素子を有する太陽電池モジュール。 A solar cell module having the photoelectric conversion element according to any one of claims 1 to 5 .
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