JP7102827B2 - Solar cells and solar cell manufacturing methods - Google Patents

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Description

本発明は、ペロブスカイト化合物を含む活性層を備えた太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell including an active layer containing a perovskite compound.

近年、高効率化の観点からペロブスカイト化合物を用いた太陽電池が検討されている。活性層を有する太陽電池においては、有機活性層が外気や水分などに晒されることを防ぐため、また外部からの衝撃から保護するため、対向する一対の電極で挟持された有機活性層は、封止樹脂により全面封止されることが一般的である(例えば特許文献1の図2参照)。 In recent years, a solar cell using a perovskite compound has been studied from the viewpoint of improving efficiency. In a solar cell having an active layer, the organic active layer sandwiched between a pair of opposing electrodes is sealed in order to prevent the organic active layer from being exposed to outside air or moisture, and to protect the organic active layer from external impact. It is generally completely sealed with a waterproof resin (see, for example, FIG. 2 of Patent Document 1).

有機活性層の封止に関しては、有機ELの分野において、基板及びカバー部材により形成された空間を基板及びカバー材の側面から封止することで、有機発光層が外気や水分などに晒されることを防ぐ技術が提案されている(特許文献2及び3参照)。 Regarding the sealing of the organic active layer, in the field of organic EL, the organic light emitting layer is exposed to the outside air, moisture, etc. by sealing the space formed by the substrate and the cover member from the side surface of the substrate and the cover material. (See Patent Documents 2 and 3).

特許第6151378号Patent No. 6151378 特開2017-199682号公報JP-A-2017-199682 特開2017-062870号公報JP-A-2017-062870

封止層は通常熱可塑性樹脂や熱硬化性および光硬化性樹脂からなるため、一般的に、太陽電池素子を封止する際には、太陽電池素子を封止用の樹脂で覆った後に、熱処理やUVなどを照射する必要がある。一方でペロブスカイト化合物を含有する活性層は、熱やUVに対する耐性が高くないことから、封止層を形成させる際の熱やUV照射により太陽電池素子の発電性能が低下する場合があるという課題を有する。 Since the sealing layer is usually composed of a thermoplastic resin or a thermosetting and photocurable resin, generally, when sealing a solar cell element, after covering the solar cell element with a sealing resin, It is necessary to irradiate with heat treatment or UV. On the other hand, since the active layer containing the perovskite compound does not have high resistance to heat and UV, there is a problem that the power generation performance of the solar cell element may deteriorate due to heat or UV irradiation when forming the sealing layer. Have.

そこで本発明者らは、特許文献2及び3に記載された、有機EL分野において用いられている基板及びカバー材の側面端部からの封止技術を、ペロブスカイト化合物を含有する活性層を備えた太陽電池素子に適用することで、活性層への熱やUVによるダメージを低減することを試みた。しかしながら、一般的に太陽電池を製造する場合、太陽電池素子を構成する各層を製膜した後にパターニングが必要になるが、活性層のパターニングが十分ではなく、基板端部において、封止層を設ける位置にペロブスカイト化合物が残存していると、封止層に使用する樹脂の種類によっては、基板と封止層が剥離しやすくなる場合があることが判明した。また、この問題を解決すべく、基板の端部の封止層を設ける位置には、ペロブスカイト化合物が完全に除去されるようにパターニングすることも考えらえるが、ペロブスカイト化合物を完全に除去することは困難であった。本発明は、簡易的に製造が可能な、封止層と基板との密着性が高い、耐久性の高い太陽電池を提供することを目的とする。 Therefore, the present inventors have provided an active layer containing a perovskite compound in the sealing technique from the side end portion of the substrate and the cover material used in the field of organic EL described in Patent Documents 2 and 3. By applying it to a solar cell element, we tried to reduce the damage caused by heat and UV to the active layer. However, in general, when manufacturing a solar cell, patterning is required after forming each layer constituting the solar cell element, but the patterning of the active layer is not sufficient, and a sealing layer is provided at the end of the substrate. It was found that if the perovskite compound remains at the position, the substrate and the sealing layer may be easily peeled off depending on the type of resin used for the sealing layer. Further, in order to solve this problem, it is conceivable to pattern the position where the sealing layer is provided at the end of the substrate so that the perovskite compound is completely removed, but the perovskite compound should be completely removed. Was difficult. An object of the present invention is to provide a highly durable solar cell that can be easily manufactured, has high adhesion between a sealing layer and a substrate.

上記課題を解決するために本発明者らが検討したところ、特定の樹脂を用いて、基板端部に封止層を設けることで、封止層を設ける位置にペロブスカイト化合物が残存していても、封止層と下部基板との密着性が高く、耐久性の高い太陽電池を提供できることを見出し、発明を完成させた。 As a result of studies by the present inventors in order to solve the above problems, by providing a sealing layer at the end of the substrate using a specific resin, even if the perovskite compound remains at the position where the sealing layer is provided. , The invention was completed by finding that it is possible to provide a solar cell having high adhesion between the sealing layer and the lower substrate and having high durability.

本発明は、以下を要旨とする。
[1]下部基板上に、下部電極と上部電極から構成される一対の電極に挟持された、ペロブスカイト化合物を含有する活性層を有する太陽電池素子と、封止層と、上部基板と、を有し、前記封止層は、前記太陽電池素子が存在しない前記下部基板端部に位置し、該封止層を形成する封止樹脂は溶解度パラメータSP値が10以上であり、かつ該封止層はペロブスカイト化合物を含有する、太陽電池(但し、前記下部基板及び前記上部基板のうちの少なくとも一方が薄膜層を有するものを除く。)
[2]下部基板上に、下部電極と上部電極から構成される一対の電極に挟持された、ペロブスカイト化合物を含有する活性層を有する太陽電池素子と、封止層と、上部基板と、を有し、
前記封止層は、前記太陽電池素子が存在しない前記下部基板端部に位置し、
前記下部基板の前記封止層と接する表面上にペロブスカイト化合物が存在し、
該封止層を形成する封止樹脂は溶解度パラメータSP値が10以上であり、かつ該封止層はペロブスカイト化合物を含有する、太陽電池。
]前記太陽電池素子は、前記封止層が、下部電極上に位置する活性層と接触していない[1]又は[2]に記載の太陽電池。
]前記封止層を形成する封止樹脂がエポキシ系樹脂である、[1]~[3]のいずれかに記載の太陽電池。
]前記封止層を形成する封止樹脂が光硬化型のエポキシ系樹脂である[1]~[]のいずれかに記載の太陽電池。
]前記封止層の膜厚が5μm以上である[1]~[]のいずれかに記載の太陽電池。
[7]下部基板上に、下部電極、ペロブスカイト化合物を含有する活性層及び上部電極を形成して太陽電池素子を製造する工程、並びに封止層を形成する工程を有する、太陽電池を製造する方法であって、
前記封止層を形成する工程において、前記下部基板端部の、前記太陽電池素子が存在せず、ペロブスカイト化合物が存在する面上に、前記封止層を形成し、
該封止層を形成する封止樹脂は溶解度パラメータSP値が10以上である、太陽電池の製造方法。
The gist of the present invention is as follows.
[1] A solar cell element having an active layer containing a perovskite compound sandwiched between a pair of electrodes composed of a lower electrode and an upper electrode, a sealing layer, and an upper substrate are provided on the lower substrate. The sealing layer is located at the end of the lower substrate in which the solar cell element does not exist, and the sealing resin forming the sealing layer has a solubility parameter SP value of 10 or more and the sealing layer. Is a solar cell containing a perovskite compound (excluding those in which at least one of the lower substrate and the upper substrate has a thin film layer) .
[2] A solar cell element having an active layer containing a perovskite compound sandwiched between a pair of electrodes composed of a lower electrode and an upper electrode, a sealing layer, and an upper substrate are provided on the lower substrate. death,
The sealing layer is located at the end of the lower substrate in which the solar cell element does not exist.
The perovskite compound is present on the surface of the lower substrate in contact with the sealing layer,
A solar cell in which the sealing resin forming the sealing layer has a solubility parameter SP value of 10 or more, and the sealing layer contains a perovskite compound.
[ 3 ] The solar cell according to [1] or [2] , wherein the solar cell element is such that the sealing layer is not in contact with the active layer located on the lower electrode.
[ 4 ] The solar cell according to any one of [1] to [3], wherein the sealing resin forming the sealing layer is an epoxy resin.
[ 5 ] The solar cell according to any one of [1] to [ 4 ], wherein the sealing resin forming the sealing layer is a photocurable epoxy resin.
[ 6 ] The solar cell according to any one of [1] to [ 5 ], wherein the sealing layer has a film thickness of 5 μm or more.
[7] A method for producing a solar cell, which comprises a step of forming a lower electrode, an active layer containing a perovskite compound, and an upper electrode on a lower substrate to manufacture a solar cell element, and a step of forming a sealing layer. And
In the step of forming the sealing layer, the sealing layer is formed on the surface at the end of the lower substrate where the solar cell element does not exist and the perovskite compound exists.
A method for manufacturing a solar cell, wherein the sealing resin forming the sealing layer has a solubility parameter SP value of 10 or more.

本発明により、製造工程を簡素化し、封止層の剥離が少ない耐久性の高い太陽電池を提供できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a highly durable solar cell that simplifies the manufacturing process and has less peeling of the sealing layer.

本発明の一実施形態に係る、太陽電池素子100の模式図である。It is a schematic diagram of the solar cell element 100 which concerns on one Embodiment of this invention. 図1における鎖線部分の拡大図である。It is an enlarged view of the chain line portion in FIG.

以下、本発明について、具体的な態様を示しながら詳細に説明するが、本発明は例示する具体的態様に限定されないことはいうまでもない。また、発明の説明において図面を用いるが、用いる図面はいずれも具体的実施形態を模式的に示すものであって、理解を深めるべく部分的な強調、拡大、縮小、又は省略等を行っており、各構成部材の縮尺や形状等を正確に表すものとはなっていない場合がある。 Hereinafter, the present invention will be described in detail while showing specific embodiments, but it goes without saying that the present invention is not limited to the specific embodiments exemplified. In addition, although drawings are used in the description of the invention, the drawings used are all schematically showing specific embodiments, and are partially emphasized, enlarged, reduced, or omitted in order to deepen understanding. , The scale and shape of each component may not be accurately represented.

本発明の実施形態に係る太陽電池は、下部基板上に、下部電極と上部電極から構成された一対の電極に挟持された、ペロブスカイト化合物を含有する活性層を有する太陽電池素子と、封止層及び上部基板を有する。 The solar cell according to the embodiment of the present invention includes a solar cell element having an active layer containing a perovskite compound sandwiched between a pair of electrodes composed of a lower electrode and an upper electrode on a lower substrate, and a sealing layer. And has an upper substrate.

<上部基板及び下部基板>
下部基板は、太陽電池を構成する支持部材である。上部基板は、後述する封止層とともに、太陽電池素子を封止する部材である。下部基板及び上部基板の材料としては、ロール・ツー・ロール方式に適用できるよう、ロールに巻回できる程度の可撓性を有する、樹脂材料からなる可撓性基板であることが好ましいが、透明ガラス基板であってもよく、セラミック基板であってもよい。
下部基板及び/又は下部基板が樹脂材料により形成される場合、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、ポリプロピレン、環状ポリオレフィン、セルロース、アセチルセルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリ(メタ)アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ポリアリレート、ポリノルボルネン等の有機材料などが挙げられる。これらのなかでも、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステル類、ポリイミド、ポリ(メタ)アクリル樹脂フィルムが、可撓性基板の形成しやすさの点で好ましい。さらに、耐熱性の観点からは、ポリエチレンナ
フタレート、および、ポリイミドフィルムが特に好ましい。上部基板及び下部基板の材料は、1種を用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、上部基板と下部基板とは、同じ種類の基板であってよく、異なる基板であってよい。
<Upper board and lower board>
The lower substrate is a support member that constitutes a solar cell. The upper substrate is a member that seals the solar cell element together with the sealing layer described later. The material of the lower substrate and the upper substrate is preferably a flexible substrate made of a resin material having flexibility enough to be wound around a roll so that it can be applied to a roll-to-roll method, but it is transparent. It may be a glass substrate or a ceramic substrate.
When the lower substrate and / or the lower substrate is formed of a resin material, for example, polyesters such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyether sulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, and fluororesin. Film, polyvinyl chloride, polyethylene, polypropylene, cyclic polyolefin, cellulose, acetyl cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, poly (meth) acrylic resin, phenol resin, epoxy resin, polyarylate, polynorbornene, etc. Organic materials and the like. Among these, polyesters such as polyethylene terephthalate and polyethylene naphthalate, polyimide, and poly (meth) acrylic resin films are preferable in terms of ease of forming a flexible substrate. Further, from the viewpoint of heat resistance, polyethylene naphthalate and polyimide film are particularly preferable. As the material of the upper substrate and the lower substrate, one kind may be used, or two or more kinds may be used in any combination and ratio. Further, the upper substrate and the lower substrate may be the same type of substrate or may be different substrates.

上部基板及び下部基板の厚さは特段限定されないが、通常20μm以上、好ましくは50μm以上であり、一方、通常1000μm以下、好ましくは500μm以下、より好ましくは200μm以下である。上部基板及び下部基板の膜厚は、同じであってよく、異なっていてもよい。 The thickness of the upper substrate and the lower substrate is not particularly limited, but is usually 20 μm or more, preferably 50 μm or more, while usually 1000 μm or less, preferably 500 μm or less, more preferably 200 μm or less. The film thicknesses of the upper substrate and the lower substrate may be the same or different.

<一対の電極>
一対の電極は、下部電極及び上部電極により構成され、一対の電極のうち一方の電極は活性層が光を吸収することにより発生する正孔を捕集する機能を有する電極(以下、アノードと称す)であり、他方の電極は、活性層が光を吸収することにより発生する電子を捕集する機能を有する電極である(以下、カソードと称す)。下部電極をアノードとする場合、上部電極をカソードとし、下部電極をカソードとする場合、上部電極をアノードとすることが好ましい。
<Pair of electrodes>
The pair of electrodes is composed of a lower electrode and an upper electrode, and one of the pair of electrodes has a function of collecting holes generated by the active layer absorbing light (hereinafter referred to as an anode). ), And the other electrode is an electrode having a function of collecting electrons generated by the active layer absorbing light (hereinafter, referred to as a cathode). When the lower electrode is used as an anode, the upper electrode is preferably used as a cathode, and when the lower electrode is used as a cathode, the upper electrode is preferably used as an anode.

一対の電極のうち、少なくとも一方の電極は、透明電極であることが好ましく、他方の電極は、必ずしも透明電極である必要はない。なお透明電極とは、通常60%以上の可視光線透過率を有する電極を意味するが、変換効率を向上させるためには、透明電極の可視光線透過率は70%以上であることが好ましく、一方、上限は特段限定されないが、通常90%以下である。なお、該電極の可視光線透過率は、分光光度計により測定することができ、例えば、紫外可視近赤外分光光度計UV-3600(島津製作所製)とフィルムサンプルホルダーを用いて測定することができる。測定結果は、JIS R 3106:1998に従って、波長380nm~780nmまでの透過率が算出され、これらの波長領域の透過率の平均として、透明電極の透過率を算出することができる。 Of the pair of electrodes, at least one electrode is preferably a transparent electrode, and the other electrode does not necessarily have to be a transparent electrode. The transparent electrode usually means an electrode having a visible light transmittance of 60% or more, but in order to improve the conversion efficiency, the visible light transmittance of the transparent electrode is preferably 70% or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually 90% or less. The visible light transmittance of the electrode can be measured by a spectrophotometer, for example, by using an ultraviolet visible near infrared spectrophotometer UV-3600 (manufactured by Shimadzu Corporation) and a film sample holder. can. As for the measurement result, the transmittance of the wavelengths from 380 nm to 780 nm is calculated according to JIS R 3106: 1998, and the transmittance of the transparent electrode can be calculated as the average of the transmittances in these wavelength regions.

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

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

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

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

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

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

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

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

<バッファ層>
太陽電池素子は、一対の電極の少なくとも一方の電極と有機活性層との間にバッファ層を有してもよい。すなわち、上部電極と有機活性層の間に上部バッファ層、及び/又は下部電極と有機活性層との間に下部バッファ層を有してもよい。
<Buffer layer>
The solar cell element may have a buffer layer between at least one electrode of the pair of electrodes and the organically active layer. That is, an upper buffer layer may be provided between the upper electrode and the organically active layer, and / or a lower buffer layer may be provided between the lower electrode and the organically active layer.

バッファ層は、電子取り出し効率を向上させる電子取り出し層又は正孔取り出し層に分類される。
電子取り出し層の材料は、電子取り出し効率を向上させることができる材料であれば特段の制限はなく、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。
無機化合物の例としては、Li、Na、K又はCs等のアルカリ金属の塩;酸化チタン(TiOx)や酸化亜鉛(ZnO)のようなn型半導体酸化物等が挙げられる。なかでも、アルカリ金属塩としては、LiF、NaF、KF又はCsFのようなフッ化物塩が好ましく、n型半導体酸化物としては、酸化亜鉛(ZnO)が好ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Al等で構成されるカソードと組み合わされた際にカソードの仕事関数を小さくし、太陽電池素子内部に印加される電圧を上げる事が考えられる。
The buffer layer is classified into an electron extraction layer or a hole extraction layer that improves electron extraction efficiency.
The material of the electron extraction layer is not particularly limited as long as it is a material capable of improving the electron extraction efficiency, and examples thereof include an inorganic compound and an organic compound.
Examples of the inorganic compound include alkali metal salts such as Li, Na, K or Cs; n-type semiconductor oxides such as titanium oxide (TiOx) and zinc oxide (ZnO). Among them, the alkali metal salt is preferably a fluoride salt such as LiF, NaF, KF or CsF, and the n-type semiconductor oxide is preferably zinc oxide (ZnO). Although the operating mechanism of such a material is unknown, it is conceivable to reduce the work function of the cathode when combined with a cathode composed of Al or the like and increase the voltage applied to the inside of the solar cell element.

有機化合物の例としては、例えば、トリアリールホスフィンオキシド化合物のようなリン原子と第16族元素との二重結合を有するホスフィン化合物;バソキュプロイン(BCP)又はバソフェナントレン(Bphen)のような、置換基を有してもよく、1位及び10位がヘテロ原子で置き換えられていてもよいフェナントレン化合物;トリアリールホウ素のようなホウ素化合物;(8-ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)の
ような有機金属酸化物;オキサジアゾール化合物又はベンゾイミダゾール化合物のような、置換基を有していてもよい1又は2の環構造を有する化合物;ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)又はペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)のような、ジカルボン酸無水物のような縮合ジカルボン酸構造を有する芳香族化合物等が挙げられる。
Examples of organic compounds include phosphine compounds having a double bond between a phosphorus atom and a Group 16 element, such as a triarylphosphine oxide compound; substituents such as vasocuproin (BCP) or vasofenantrene (Bphenyl). A phenanthrene compound in which the 1-position and the 10-position may be replaced with a hetero atom; a boron compound such as triarylboron; an organic metal such as (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3). Oxides; compounds with one or two ring structures that may have substituents, such as oxadiazole compounds or benzoimidazole compounds; naphthalenetetracarboxylic acid anhydrides (NTCDA) or perylenetetracarboxylic acid anhydrides. Examples thereof include aromatic compounds having a condensed dicarboxylic acid structure such as dicarboxylic acid anhydride such as (PTCDA).

正孔取り出し層の材料としては、正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば、特段の制限はないが、例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スルホン酸及び/又はヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー;スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物等の導電性化合物;酸化銅、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等の金属酸化物半導体;ナフィオン、後述のp型半導体等の半導体化合物;が挙げられる。好ましくは、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーであり、より好ましくは、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングした(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS)である。 The material of the hole extraction layer is not particularly limited as long as it is a material capable of improving the efficiency of extraction of holes, but for example, polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline and the like, and sulfonic acid. And / or a conductive polymer doped with iodine or the like; a polythiophene derivative having a sulfonyl group as a substituent, a conductive compound such as a conductive organic compound such as arylamine; copper oxide, nickel oxide, manganese oxide, molybdenum oxide, oxidation Examples thereof include metal oxide semiconductors such as vanadium and tungsten oxide; semiconductor compounds such as Nafion and p-type semiconductors described later. A conductive polymer doped with sulfonic acid is preferable, and a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrene sulfonic acid) (PEDOT: PSS). ..

バッファ層の膜厚は特段の制限はなく、用いられるバッファ層材料により適宜設定し得る。バッファ層材料として半導体化合物を用いる場合、電子又は正孔取り出し効率を向上させるために、10nm以上であることが好ましく、30nm以上であることがさらに好ましく、50nm以上であることが特に好ましい。一方、太陽電池素子の内部抵抗を低く保ち、太陽電池素子の変換効率を向上させるために、300nm以下であることが好ましく、200nm以下であることがさらに好ましい。一方、バッファ層材料として導電性化合物を用いる場合、電子又は正孔取り出し効率を向上させるために、10nm以上であることが好ましく、50nm以上であることがさらに好ましく、100nm以上であることが特に好ましい。一方、太陽電池素子の内部抵抗を低く保ち、太陽電池素子の変換効率を向上させるために1000nm以下であることが好ましく、700nm以下であることがさらに好ましく、500nm以下であることが特に好ましい。なお、バッファ層の膜厚は、分光エリプソメトリを用いて平均膜厚を算出することにより求めることができる。 The film thickness of the buffer layer is not particularly limited and can be appropriately set depending on the buffer layer material used. When a semiconductor compound is used as the buffer layer material, it is preferably 10 nm or more, more preferably 30 nm or more, and particularly preferably 50 nm or more in order to improve the electron or hole extraction efficiency. On the other hand, in order to keep the internal resistance of the solar cell element low and improve the conversion efficiency of the solar cell element, it is preferably 300 nm or less, and more preferably 200 nm or less. On the other hand, when a conductive compound is used as the buffer layer material, it is preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, and particularly preferably 100 nm or more in order to improve the electron or hole extraction efficiency. .. On the other hand, in order to keep the internal resistance of the solar cell element low and improve the conversion efficiency of the solar cell element, it is preferably 1000 nm or less, more preferably 700 nm or less, and particularly preferably 500 nm or less. The film thickness of the buffer layer can be obtained by calculating the average film thickness using spectroscopic ellipsometry.

電子取り出し層及び正孔取り出し層の形成方法は特段の制限は無く、使用する材料に合わせて公知のコーティング方法により形成することができる。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は蒸着法、スパッタ法等の真空法により形成することができる。また、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式法により形成することができる。なかでも、PEDOT:PSSを用いる場合、分散液を塗布する方法によって正孔取り出し層を形成することが好ましい。PEDOT:PSSの分散液としては、ヘレウス社製のCLEVIOSTMシリーズや、アグファ社製のORGACONTMシリーズ等が挙げられる。 The method for forming the electron extraction layer and the hole extraction layer is not particularly limited, and the electron extraction layer and the hole extraction layer can be formed by a known coating method according to the material to be used. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum method such as a vapor deposition method or a sputtering method. When a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet method such as spin coating or inkjet. Among them, when PEDOT: PSS is used, it is preferable to form a hole extraction layer by a method of applying a dispersion liquid. Examples of the PEDOT: PSS dispersion liquid include the CLEVIOSTM series manufactured by Heraeus and the ORGACONTM series manufactured by Agfa.

<活性層>
活性層は光電変換が行われる層である。光電変換素子が光を受けると、光が活性層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及び上部電極から取り出される。
<Active layer>
The active layer is a layer on which photoelectric conversion is performed. When the photoelectric conversion element receives light, the light is absorbed by the active layer to generate carriers, and the generated carriers are taken out from the lower electrode and the upper electrode.

本実施形態において、活性層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 this embodiment, the active layer contains an organic-inorganic hybrid semiconductor material. The organic-inorganic hybrid semiconductor material refers to a material in which an organic component and an inorganic component are combined at the molecular level or the nano level, and exhibits semiconductor characteristics.

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

活性層は、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に含まれていてもよい。また活性層は、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 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 other perovskite semiconductor compounds. For example, the active layer may contain a perovskite semiconductor compound in which at least one of A, B, and X is different. Further, the active layer may have a laminated structure formed by 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) Sny I 3 , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sny Br 3 , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sny Cl 3 , CH 3 NH 3 Pb (1- y ) Sn y I (3-x) Cl x , CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y I (3-x) Br x , and CH 3 NH 3 Pb (1-y) Sn y Br (3-x) Cl x , and those in which CFH 2 NH 3 , CF 2 HNH 3 , or CF 3 NH 3 is used instead of CH 3 NH 3 in the above compounds, and the like can be mentioned. Note that x indicates an arbitrary value of 0 or more and 3 or less, and y indicates an arbitrary value of 0 or more and 1 or less.

活性層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 is preferably 50% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more so that good semiconductor properties can be obtained. .. There is no particular upper limit. Further, the active layer may contain an additive in addition to the perovskite semiconductor compound. Examples of additives include inorganic or organic compounds such as halides, oxides, or inorganic salts such as sulfides, sulfates, nitrates or ammonium salts.

活性層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. The thickness of the active layer 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. be. On the other hand, the thickness of the active layer 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. be.

活性層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 is not particularly limited, and any method can be used. Specific examples include a coating method and a thin-film deposition method (or a co-evaporation method). The coating method can be used because the active layer can be easily formed. For example, a method of forming an active layer 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 liquid, the perovskite semiconductor compound can be precipitated by further applying a solvent having low solubility of the perovskite semiconductor compound.

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

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

<封止層>
本実施形態では、封止層が、前記太陽電池素子が存在しない前記下部基板端部に位置し、封止層により下部基板と上部基板が貼合されている。さらに、封止層を形成するための樹脂組成物の溶解度パラメータSP値が10以上であり、かつ、封止層がペロブスカイト化合物を含有している。当該構成とすることで、以下に説明するように、下部基板と封止層との密着性が良くなり、耐久性の高い太陽電池を提供することができる。
<Encapsulation layer>
In the present embodiment, the sealing layer is located at the end of the lower substrate in which the solar cell element does not exist, and the lower substrate and the upper substrate are bonded by the sealing layer. Further, the solubility parameter SP value of the resin composition for forming the sealing layer is 10 or more, and the sealing layer contains a perovskite compound. With this configuration, as will be described below, the adhesion between the lower substrate and the sealing layer is improved, and a highly durable solar cell can be provided.

一般的に、下部基板上に太陽電池素子を形成する場合、太陽電池素子を構成する各層を製膜するとともに、所望のパターンを得るために、パターニングが必要になる。しかしながら、ペロブスカイト化合物を含有する活性層を、エッチング法やレーザースクライブ法等によりパターニングする場合、下部基板の端部に活性層として機能しないペロブスカイト化合物が残存する場合がある。この場合、例えば、ペロブスカイト化合物が残存する領域に溶解度パラメータが10未満の樹脂を用いて封止すると、該樹脂とペロブスカイト化合物との相溶性が悪く、樹脂とペロブスカイト化合物が混合しないために、該樹脂を用いて形成された封止層と、下部基板端部に残存したペロブスカイト化合物との密着性が弱く、封止層が剥離しやすくなるために、耐久性の高い太陽電池を提供することが困難である。しかしながら、上述の通り、溶解度パラメータ10以上の樹脂を用いて封止層を形成すると、ペロブスカイト化合物と樹脂との相溶性が良好であるために、ペロブスカイト化合物と樹脂が良好に混合される。その結果、ペロブスカイト化合物を含有する封止層となり、封止層が剥離しにくい耐久性の高い太陽電池が提供できることになる。 Generally, when a solar cell element is formed on a lower substrate, it is necessary to form a film on each layer constituting the solar cell element and to perform patterning in order to obtain a desired pattern. However, when the active layer containing the perovskite compound is patterned by an etching method, a laser scribe method, or the like, a perovskite compound that does not function as an active layer may remain at the end of the lower substrate. In this case, for example, if a resin having a solubility parameter of less than 10 is used to seal the region where the perovskite compound remains, the compatibility between the resin and the perovskite compound is poor, and the resin and the perovskite compound do not mix. It is difficult to provide a highly durable solar cell because the adhesion between the sealing layer formed by using the resin and the perovskite compound remaining at the end of the lower substrate is weak and the sealing layer is easily peeled off. Is. However, as described above, when the sealing layer is formed using a resin having a solubility parameter of 10 or more, the perovskite compound and the resin are well mixed because the compatibility between the perovskite compound and the resin is good. As a result, it becomes a sealing layer containing a perovskite compound, and it is possible to provide a highly durable solar cell in which the sealing layer is hard to peel off.

なお、封止層は、太陽電池素子を構成するペロブスカイト化合物を含有する活性層と接触しないことが好ましい。上述の通り、封止層を形成する樹脂の含有する樹脂の溶解度パラメータが10以上の場合、ペロブスカイト化合物を溶かすために、太陽電池素子の活性層と封止層が接触すると、活性層が封止層を形成する樹脂により浸され、その結果、変換効率が低下する場合があるために、封止層と太陽電池素子を構成する活性層は接触していないことが好ましい。また、封止層が下部電極上の活性層と接触せずに、太陽電池素子が存在しない基板端部のみに位置する太陽電池の場合、部分的に熱や紫外線照射を行うことが可能になるために、太陽電池素子の劣化を防止しやすくなる。特に、封止層を形成する樹脂が光硬化型の樹脂の場合、マスク等を用いれば、太陽電池素子に紫外線を照射することなく封止層を形成することができるために、太陽電池の製造時に、変換効率が低下するのをより防ぐことができる。 It is preferable that the sealing layer does not come into contact with the active layer containing the perovskite compound constituting the solar cell element. As described above, when the solubility parameter of the resin contained in the resin forming the sealing layer is 10 or more, the active layer is sealed when the active layer of the solar cell element and the sealing layer come into contact with each other in order to dissolve the perovskite compound. It is preferable that the sealing layer and the active layer constituting the solar cell element are not in contact with each other because the sealing layer may be immersed in the resin forming the layer and the conversion efficiency may be lowered as a result. Further, in the case of a solar cell in which the sealing layer does not come into contact with the active layer on the lower electrode and is located only at the end of the substrate where the solar cell element does not exist, it becomes possible to partially irradiate heat or ultraviolet rays. Therefore, it becomes easy to prevent the deterioration of the solar cell element. In particular, when the resin forming the sealing layer is a photocurable resin, the sealing layer can be formed without irradiating the solar cell element with ultraviolet rays by using a mask or the like. Sometimes, it is possible to prevent the conversion efficiency from being lowered.

なお、本発明において、活性層とは、太陽電池素子を構成する下部電極上に存在する活性層を意味するものとし、例えば、下部電極上に位置していないペロブスカイト化合物層は活性層ではない。また、下部電極とは、太陽電池として機能する際に、集電線等の外部に電気を取り出す配線と電気的に接続された電極を意味するものとする。 In the present invention, the active layer means an active layer existing on the lower electrode constituting the solar cell element. For example, a perovskite compound layer not located on the lower electrode is not an active layer. Further, the lower electrode means an electrode electrically connected to a wiring for extracting electricity to the outside such as a collecting electric wire when functioning as a solar cell.

この構成について、図面により説明する。図1は、本発明の実施形態に係る太陽電池素子100の模式図である。図1の鎖線部分の拡大図を図2に示す。
太陽電池素子100は、下部基板10上に下部電極12、活性層14及び上部電極13がこの順に積層される。本実施形態では、下部基板10上に、下部電極12と上部電極13から構成される一対の電極に挟持された、ペロブスカイト化合物を含有する活性層14を有する太陽電池素子と、封止層15と、上部基板11と、を有し、前記封止層は、前記太陽電池素子が存在しない前記下部基板端部に位置し、下部電極上に位置する活性層と接触していない構成である。
This configuration will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view of a solar cell element 100 according to an embodiment of the present invention. An enlarged view of the chain line portion of FIG. 1 is shown in FIG.
In the solar cell element 100, the lower electrode 12, the active layer 14, and the upper electrode 13 are laminated in this order on the lower substrate 10. In the present embodiment, a solar cell element having an active layer 14 containing a perovskite compound sandwiched between a pair of electrodes composed of a lower electrode 12 and an upper electrode 13 on a lower substrate 10, a sealing layer 15 and the like. The sealing layer is located at the end of the lower substrate where the solar cell element does not exist, and is not in contact with the active layer located on the lower electrode.

本実施形態において、上述の通り、封止層を形成する封止樹脂は溶解度パラメータ(SP値)が10以上であることで、基板端部に存在するペロブスカイト化合物と封止層を形成するための樹脂組成物との相溶性が良好であるため、封止層と下部基板との密着性が良好となり、耐久性の高い太陽電池を提供することができる。なかでも、SP値は10.5以上であることが好ましく、特に上限に限りはない。なお、本明細書において封止層を形成する樹脂材料のSP値(δi)は、Fedorsにより提案された下記式(1)から算出することができる。それぞれ、Δeiはi成分の原子または原子団の蒸発エネルギー、Δviはi成分の原子または原子団の蒸発モル体積を表しており、「Polymer Handbook, Fourth Edition」,volume2に記載の値を用いることができる。
δi=[Δei/Δvi]^(1/2) (1)
In the present embodiment, as described above, the sealing resin forming the sealing layer has a solubility parameter (SP value) of 10 or more, so that the sealing layer can be formed with the perovskite compound existing at the edge of the substrate. Since the compatibility with the resin composition is good, the adhesion between the sealing layer and the lower substrate is good, and a highly durable solar cell can be provided. Among them, the SP value is preferably 10.5 or more, and the upper limit is not particularly limited. The SP value (δi) of the resin material forming the sealing layer in the present specification can be calculated from the following formula (1) proposed by Fedors. Δei represents the evaporation energy of the atom or atomic group of the i component, and Δvi represents the evaporation molar volume of the atom or atomic group of the i component, and the values described in "Polymer Handbook, Fourth Edition" and volume 2 can be used. can.
δi = [Δei / Δvi] ^ (1/2) (1)

封止層を形成する樹脂組成物の樹脂としては、SP値が10以上である限り特段限定されないが、例えばエポキシ系樹脂、ビニル系樹脂(ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等)、ポリアクリロニトリルなどがあげられる。なお、封止層は1種の樹脂組成物で形成されていてもよく、2種以上の樹脂組成物で形成されていてもよい。なかでも、エポキシ系樹脂であることが好ましく、上述の通り、封止層形成直後の太陽電池の変換効率の低下を防ぐために、光硬化型のエポキシ系樹脂であることがより好ましく、紫外線硬化型のエポキシ系樹脂が特に好ましい。 The resin of the resin composition forming the sealing layer is not particularly limited as long as the SP value is 10 or more, and examples thereof include epoxy resins, vinyl resins (polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, etc.), polyacrylonitrile, and the like. can give. The sealing layer may be formed of one kind of resin composition or two or more kinds of resin compositions. Among them, an epoxy resin is preferable, and as described above, a photocurable epoxy resin is more preferable and an ultraviolet curable type is used in order to prevent a decrease in conversion efficiency of the solar cell immediately after the formation of the sealing layer. Epoxy resin is particularly preferable.

また、封止層には、水や酸素のガスバリア性を付与するため、無機フィラー、水分および酸素ゲッター材等の添加剤を含有していてもよく、また、封止層の酸化を防止するために酸化防止剤を含有していてもよい。 Further, in order to impart gas barrier properties of water and oxygen to the sealing layer, additives such as an inorganic filler, water and an oxygen getter material may be contained, and in order to prevent oxidation of the sealing layer. May contain an antioxidant.

無機フィラーとしては、特段の制限はないが、例えば、シリカ、マイカ、タルク、クレー、ベントナイト、モンモリロナイト、カオリナイト、ワラストナイト、炭酸カルシウム、酸化チタン、アルミナ、硫酸バリウム、チタン酸カリウム、ガラス繊維などが挙げられる。これらのなかでも、水や酸素のガスバリア性を付与する観点では、シリカ、クレー、タルク、が好ましい。なお、樹脂組成物中に混合される無機フィラーは、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。なお、密着性を維持しつつバリア性を付与したい場合は、樹脂組成物中の無機フィラーの割合を5質量%以下とすることが好ましく、1質量%以下とすることがさらに好ましい。 The inorganic filler is not particularly limited, but for example, silica, mica, talc, clay, bentonite, montmorillonite, kaolinite, wallastonite, calcium carbonate, titanium oxide, alumina, barium sulfate, potassium titanate, and glass fiber. And so on. Among these, silica, clay, and talc are preferable from the viewpoint of imparting gas barrier properties of water and oxygen. The inorganic filler mixed in the resin composition may be one kind or two or more kinds. When it is desired to impart barrier properties while maintaining adhesion, the proportion of the inorganic filler in the resin composition is preferably 5% by mass or less, and more preferably 1% by mass or less.

水分および酸素ゲッター材としては、水分及び/又は酸素を吸収することができるものであれば任意である。その材料の例を挙げると、水分を吸収する物質としてアルカリ金属、アルカリ土類金属又はアルカリ土類金属の酸化物;アルカリ金属又はアルカリ土類金属の水酸化物;シリカゲル、ゼオライト系化合物、硫酸マグネシウム、硫酸ナトリウム又は硫酸ニッケル等の硫酸塩;アルミニウム金属錯体又はアルミニウムオキサイドオクチレート等の有機金属化合物等が挙げられる。具体的には、アルカリ土類金属としては、Ca、Sr又はBa等が挙げられる。アルカリ土類金属の酸化物としては、CaO、SrO又はBaO等が挙げられる。その他にZr-Al-BaOやアルミニウム金属錯体等も挙げられる。具体的な商品名を挙げると、例えば、OleDry(双葉電子社製)等が挙げられる。なお、樹脂組成物中に混合される無機フィラーは、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。 The water and oxygen getter material is arbitrary as long as it can absorb water and / or oxygen. To give an example of the material, alkali metal, alkaline earth metal or alkali earth metal oxide; alkali metal or alkaline earth metal hydroxide; silica gel, zeolite compound, magnesium sulfate as substances that absorb water. , Sulfates such as sodium sulfate or nickel sulfate; organic metal compounds such as aluminum metal complexes or aluminum oxide octylates. Specifically, examples of the alkaline earth metal include Ca, Sr, Ba and the like. Examples of the oxide of the alkaline earth metal include CaO, SrO and BaO. In addition, Zr-Al-BaO, an aluminum metal complex, and the like can also be mentioned. Specific product names include, for example, OlDry (manufactured by Futaba Corporation). The inorganic filler mixed in the resin composition may be one kind or two or more kinds.

酸化防止剤としては、種々の市販品が適用でき、モノフェノール系、ビスフェノール系、高分子型フェノール系等のフェノール系、ホスファイト系等各種タイプのものを挙げることができる。酸化防止剤は、1種で用いることもでき、2種以上組合せて使用することもできる。本発明においては、酸化防止剤の効果、熱安定性、経済性等からフェノール系及びホスファイト系の酸化防止剤が好ましく用いられ、両者を組み合わせて用いることが
更に好ましい。該酸化防止剤の添加量は、樹脂組成物中に、通常0.1~1質量%程度であり、0.2~0.5質量%添加することが好ましい。
As the antioxidant, various commercially available products can be applied, and various types such as monophenol type, bisphenol type, phenol type such as polymer type phenol type, and phosphite type can be mentioned. The antioxidant may be used alone or in combination of two or more. In the present invention, phenol-based and phosphite-based antioxidants are preferably used from the viewpoint of the effect, thermal stability, economy and the like of the antioxidant, and it is more preferable to use both in combination. The amount of the antioxidant added is usually about 0.1 to 1% by mass, preferably 0.2 to 0.5% by mass, in the resin composition.

封止層の膜厚は特段限定されないが、水蒸気や酸素透過率の低減の観点から、通常100nm以上であり、好ましくは500nm以上、より好ましくは1μm以上であり、特に好ましくは5μm以上であり、一方、密着性向上や未封止部低減の観点から、通常100μm以下であり、好ましくは50μm以下、より好ましくは20μm以下である。 The film thickness of the sealing layer is not particularly limited, but from the viewpoint of reducing water vapor and oxygen permeability, it is usually 100 nm or more, preferably 500 nm or more, more preferably 1 μm or more, and particularly preferably 5 μm or more. On the other hand, from the viewpoint of improving the adhesion and reducing the unsealed portion, it is usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, and more preferably 20 μm or less.

封止層15のペロブスカイト化合物の含有量は特段限定されないが、封止層と下部基板との剥離を防止するために、1質量%以上であることが好ましく、3質量%以上であることがより好ましく、5質量%以上であることが特に好ましく、一方、封止層そのものの機能の低下を防ぐために、50質量%以下であることが好ましく、30質量%以下であることがさらに好ましく、10質量%以下であることが特に好ましい。 The content of the perovskite compound in the sealing layer 15 is not particularly limited, but in order to prevent peeling between the sealing layer and the lower substrate, it is preferably 1% by mass or more, and more preferably 3% by mass or more. It is preferably 5% by mass or more, and on the other hand, in order to prevent deterioration of the function of the sealing layer itself, it is preferably 50% by mass or less, further preferably 30% by mass or less, and 10% by mass. It is particularly preferable that it is% or less.

なお、活性層14と封止層15との間に、空隙16が存在することが好ましい。活性層14と封止層15とが接触する場合、高温時に活性層が劣化する場合がある。 It is preferable that the void 16 exists between the active layer 14 and the sealing layer 15. When the active layer 14 and the sealing layer 15 come into contact with each other, the active layer may deteriorate at a high temperature.

<その他の層>
本実施形態の太陽電池は、本発明の効果を阻害しない範囲で適宜その他の層を有してもよい。その他の層としては、例えば集電線、上面保護層、裏面保護層、バリア層、紫外線遮蔽層、水分ゲッター層、酸素ゲッター層、波長変換層、反射防止層などがあげられる。これらの部材は太陽電池の適用環境等により、適宜設けられる。
<Other layers>
The solar cell of the present embodiment may have other layers as appropriate as long as it does not impair the effects of the present invention. Examples of other layers include a current collector, an upper surface protective layer, a back surface protective layer, a barrier layer, an ultraviolet shielding layer, a moisture getter layer, an oxygen getter layer, a wavelength conversion layer, an antireflection layer and the like. These members are appropriately provided depending on the application environment of the solar cell and the like.

本発明に係る太陽電池は、任意の用途に用いることができる。例えば、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、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等が挙げられる。特に、本発明の太陽電池素子は、室内の照明や室内の太陽光の散乱光を利用して発電することも可能であることから、エネルギーハーベスト用途に適している。 The solar cell according to the present invention can be used for any purpose. Examples thereof include solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for spacecraft, solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like. In particular, the solar cell element of the present invention is suitable for energy harvesting because it can generate electricity by utilizing indoor lighting or scattered light of sunlight in the room.

<太陽電池の製造方法>
太陽電池の製造方法は、本発明に係る太陽電池が製造できる限りにおいて特段の制限はない。一例としては、太陽電池素子を製造する工程と、封止工程とにより太陽電池を製造することができる。
<Solar cell manufacturing method>
The method for manufacturing a solar cell is not particularly limited as long as the solar cell according to the present invention can be manufactured. As an example, a solar cell can be manufactured by a step of manufacturing a solar cell element and a sealing step.

太陽電池素子の製造方法は、特段の制限はなく、下部基板上に、上記の太陽電池素子を構成する各層をそれぞれ製膜して製造すればよい。また、所望の太陽電池素子のパターンを得るために、適宜、各層をパターニングして形成すればよい。特に、本発明のように、活性層が存在しない基板端部に封止層を設ける場合、基板端部に形成された各層をパターニングしておくことが好ましいが、活性層用に形成したペロブスカイト化合物層の一部は完全にパターニングせずに、適度に残存させておくことが好ましい。なお、各層のパターニングの方法は公知の方法により行えばよく、好ましくは、エッチング法、レーザースクライブ法、メカニカルスクライブ法、フォトエッチング法、又は、リフトオフ法等が挙げられる。 The method for manufacturing the solar cell element is not particularly limited, and each layer constituting the above-mentioned solar cell element may be formed by forming a film on the lower substrate. Further, in order to obtain a desired pattern of the solar cell element, each layer may be appropriately patterned and formed. In particular, when the sealing layer is provided at the end of the substrate where the active layer does not exist as in the present invention, it is preferable to pattern each layer formed at the end of the substrate, but the perovskite compound formed for the active layer It is preferable that a part of the layer is not completely patterned and remains appropriately. The patterning method of each layer may be performed by a known method, and preferred examples thereof include an etching method, a laser scribe method, a mechanical scribe method, a photo etching method, and a lift-off method.

エッチング法に使用する溶媒は、特段の制限はないが、例えば、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、ノナン、テトラリン若しくはデカン等の脂肪族炭化水素類;トルエン、キシレン、メシチレン、シクロヘキシルベンゼン、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;メタノール、エタノール若しくはプロパノール等の低級アルコール類;ア
セトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の脂肪族ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル若しくは乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類;又は、N,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルホルムアミド若しくはジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。なお、溶媒は1種の溶媒を単独で用いてもよいし、任意の2種以上の溶媒を任意の比率で併用してもよい。
The solvent used in the etching method is not particularly limited, but for example, aliphatic hydrocarbons such as hexane, heptane, octane, isooctane, nonane, tetraline or decane; toluene, xylene, mesitylene, cyclohexylbenzene, chlorobenzene or ortho. Aromatic hydrocarbons such as dichlorobenzene; alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetraline or decalin; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol; acetone, methyl ethyl ketone , Cyclopentanone or cyclohexanone and other aliphatic ketones; acetophenone or propiophenone and other aromatic ketones; ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate and other esters; chloroform, methylene chloride, dichloroethane, trichloroethane or trichloroethylene and the like. Halogen hydrocarbons; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane; or amides such as N, N-dimethylformamide, dimethylformamide or dimethylacetamide can be mentioned. As the solvent, one kind of solvent may be used alone, or any two or more kinds of solvents may be used in combination at an arbitrary ratio.

封止工程は、本発明に係る太陽電池の製造が可能な範囲において、特段の制限はないが、太陽電池素子が存在しない基板端部に、封止層を形成する樹脂組成物を塗布等により配置し、その後、上部基板を重ねた後に、熱処理や紫外線照射により樹脂組成物を硬化することが好ましい。この際に、上述の通り、基板端部にペロブスカイト化合物が存在していれば、樹脂組成物がペロブスカイト化合物と混合して、その後、硬化させることで、ペロブスカイト化合物を含有する封止層とすることができ、封止層と下部基板との密着性を向上させることができる。 The sealing step is not particularly limited as long as the solar cell according to the present invention can be manufactured, but the resin composition forming the sealing layer is applied to the end of the substrate where the solar cell element does not exist, or the like. After arranging and then stacking the upper substrates, it is preferable to cure the resin composition by heat treatment or ultraviolet irradiation. At this time, as described above, if the perovskite compound is present at the edge of the substrate, the resin composition is mixed with the perovskite compound and then cured to form a sealing layer containing the perovskite compound. It is possible to improve the adhesion between the sealing layer and the lower substrate.

なお、封止層15と下部基板10との接触界面におけるペロブスカイト化合物の存在量は特段限定されず、図2に示すように、エッチング残りの形態で存在してもよいが、活性層14と略同様の膜厚を有するペロブスカイト化合物が存在していてもよい。この場合、下部基板の端部領域を準備するためにエッチングをせず、そのまま封止樹脂を形成することとなるが、このような場合であっても、ペロブスカイト化合物と封止樹脂との相溶性が良好であるため、封止層と下部基板との間の密着性が問題とならない。 The amount of the perovskite compound present at the contact interface between the sealing layer 15 and the lower substrate 10 is not particularly limited, and as shown in FIG. 2, it may be present in the form of the remaining etching, but it is abbreviated as the active layer 14. Perovskite compounds having a similar film thickness may be present. In this case, the encapsulating resin is formed as it is without etching to prepare the end region of the lower substrate. Even in such a case, the compatibility between the perovskite compound and the encapsulating resin is formed. Therefore, the adhesion between the sealing layer and the lower substrate does not matter.

また、樹脂は、熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂であることが好ましいが、ペロブスカイト化合物は熱に弱い傾向があるために、部分的に光照射が可能な樹脂は光硬化型の樹脂であることが好ましい。 Further, the resin is preferably a thermosetting resin or a photocurable resin, but since the perovskite compound tends to be sensitive to heat, the resin that can be partially irradiated with light is a photocurable resin. Is preferable.

以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。まず、本実施例で行なった測定・評価試験について説明する。なお、封止層を形成する樹脂のSP値は、上記式(1)に基づき算出した。各樹脂のSP値は表1に示す通りである。 Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples, but the present invention is not limited to the description of the following Examples as long as the gist of the present invention is not exceeded. First, the measurement / evaluation test performed in this example will be described. The SP value of the resin forming the sealing layer was calculated based on the above formula (1). The SP value of each resin is as shown in Table 1.

<実施例1>
図1の模式断面図に示す太陽電池を以下の手順で作製した。
まず、モル比が1:1となるようにヨウ化鉛(II)(1014mg)及びヨウ化メチルアンモニウム(CHNHI,350mg)をバイアルに量りとり、N,N-ジメチルホルムアミド(2mL)を加えた。次に、得られた混合液を70℃で1時間加熱撹拌した。その後、得られた溶液をポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルター(孔径0.2μm)で濾過することにより、活性層塗布液を作製した。
下部電極として酸化インジウムスズ(ITO)透明導電膜を備えるガラス基板(ジオマテック製、厚さ0.7mm、40mm角)に対し、洗浄剤(横浜油脂工業社製、精密ガラス基板用洗浄剤セミクリーンM-LO)を用いた超音波洗浄、超純水を用いた超音波洗浄、窒素ブローによる乾燥、および、UV-オゾン処理を行ない、下部基板を準備した。
<Example 1>
The solar cell shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1 was manufactured by the following procedure.
First, lead (II) iodide (1014 mg) and methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I, 350 mg) were weighed into vials so that the molar ratio was 1: 1 and N, N-dimethylformamide (2 mL) was used. Was added. Next, the obtained mixture was heated and stirred at 70 ° C. for 1 hour. Then, the obtained solution was filtered through a polytetrafluoroethylene (PTFE) filter (pore size 0.2 μm) to prepare an active layer coating liquid.
Cleaning agent (Yokohama Yushi Kogyo Co., Ltd., cleaning agent for precision glass substrate, Semi-clean M) for glass substrate (made by Geomatec, thickness 0.7 mm, 40 mm square) provided with indium tin oxide (ITO) transparent conductive film as the lower electrode The lower substrate was prepared by performing ultrasonic cleaning using -LO), ultrasonic cleaning using ultrapure water, drying by nitrogen blow, and UV-ozone treatment.

ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)分散液(PEDOT:PSS、ヘレウス社製AI4083)をアセトン:水=1:1(重量比)の混合溶媒2mLに溶解させ、オートバイアル(孔径0.45μm)でろ過することにより、正孔取出し層用塗布液を調製した。この正孔取出し層用塗布液を、室温で、上記ガラス基
板上の全面に3000rpmの速度でスピンコートすることにより、厚さ約30nmの正孔取り出し層を形成した。得られた基板を120℃で30分間加熱した。
Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrene sulfonic acid) dispersion (PEDOT: PSS, Heleus AI4083) is dissolved in 2 mL of a mixed solvent of acetone: water = 1: 1 (weight ratio), and the motorcycle is used. A coating liquid for a hole extraction layer was prepared by filtering with Al (pore size 0.45 μm). The hole extraction layer coating liquid was spin-coated on the entire surface of the glass substrate at room temperature at a speed of 3000 rpm to form a hole extraction layer having a thickness of about 30 nm. The obtained substrate was heated at 120 ° C. for 30 minutes.

正孔取り出し層が形成された基板をグローブボックスに導入し、窒素雰囲気下100℃で10分間加熱処理した。冷却後、上記のように調製された活性層塗布液(160μL)を4000rpmの速度で基板上の全面にスピンコートし、約8秒後にクロロベンゼン(320μL)をさらにスピンコートすることで塗布液膜中の溶媒組成を変更してペロブスカイト組成の結晶を析出させた。さらに、ホットプレート上100℃で10分間加熱して結晶を成長させることにより、厚さ約350nmの活性層を形成した。 The substrate on which the hole extraction layer was formed was introduced into a glove box and heat-treated at 100 ° C. for 10 minutes in a nitrogen atmosphere. After cooling, the active layer coating solution (160 μL) prepared as described above is spin-coated on the entire surface of the substrate at a speed of 4000 rpm, and after about 8 seconds, chlorobenzene (320 μL) is further spin-coated into the coating solution film. The solvent composition of the above was changed to precipitate crystals having a perovskite composition. Further, by heating on a hot plate at 100 ° C. for 10 minutes to grow crystals, an active layer having a thickness of about 350 nm was formed.

下部基板の4辺の周縁部、具体的には基板端部から約5mmの間を綿棒に染み込ませたN,N-ジメチルホルムアミドを用い、活性層が残存するように拭取った。 The peripheral edges of the four sides of the lower substrate, specifically, about 5 mm from the edge of the substrate, were wiped with N, N-dimethylformamide soaked in a cotton swab so that the active layer remained.

上記拭取り部を除いた活性層上に、フラーレンC60(フロンティアカーボン社製)を30nm、続いてバソクプロイン(BCP)(シグマ-アルドリッチ社製)を15nm、それぞれ抵抗加熱型真空蒸着法によって製膜し、電子取り出し層を形成した。 Fullerene C 60 (manufactured by Frontier Carbon) was formed on the active layer excluding the wiping portion at 30 nm, followed by bathocuproine (BCP) (manufactured by Sigma-Aldrich) at 15 nm, respectively, by a resistance heating type vacuum deposition method. Then, an electron extraction layer was formed.

電子取り出し層上に、抵抗加熱型真空蒸着法によりパターニングマスクを用いて厚さ約100nmの銀膜を蒸着させ、上部電極を形成した。 A silver film having a thickness of about 100 nm was deposited on the electron extraction layer by a resistance heating type vacuum vapor deposition method using a patterning mask to form an upper electrode.

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

<実施例2>
封止樹脂をスリーボンド社製紫外線硬化性エポキシ樹脂(TB3124)の代わりにスリーボンド社製熱硬化性エポキシ樹脂(TB1651D)とし、紫外線照射の代わりにドライクリーン環境下での真空ラミネートによる加熱、加圧工程に変更した以外は実施例1と同様の方法により、太陽電池を得た。真空ラミネートは、下部基板に封止樹脂、上部基板を重ねた後に、真空ラミネーター(NPC社製、NLM-270×400)に投入し、ラミネーター内部を減圧下で15分間保持した後に大気圧で圧着状態としつつ、120℃で10分間保持し、その後室温まで冷却した。得られた封止樹脂の厚さは20μmであった。
<Example 2>
The sealing resin is a thermosetting epoxy resin (TB1651D) manufactured by ThreeBond Co., Ltd. instead of the UV curable epoxy resin (TB3124) manufactured by ThreeBond Co., Ltd. A solar cell was obtained by the same method as in Example 1 except that it was changed to. The vacuum laminate is made by stacking the sealing resin and the upper substrate on the lower substrate, then putting them in a vacuum laminator (NPC, NLM-270 x 400), holding the inside of the laminator under reduced pressure for 15 minutes, and then crimping at atmospheric pressure. It was kept in a state at 120 ° C. for 10 minutes, and then cooled to room temperature. The thickness of the obtained sealing resin was 20 μm.

<比較例1>
封止樹脂をスリーボンド社製熱硬化性エポキシ樹脂(TB1651D)の代わりにクラボウ社製ポリエチレン系共重合体であるオレフィン樹脂(クランベター)とした以外は実施例2と同様の方法で太陽電池を得た。得られた封止樹脂の厚さは20μmであった。
<Comparative example 1>
A solar cell was obtained in the same manner as in Example 2 except that the sealing resin was an olefin resin (Cranbetter), which is a polyethylene-based copolymer manufactured by Kurabou Co., Ltd., instead of the thermosetting epoxy resin (TB1651D) manufactured by ThreeBond Co., Ltd. rice field. The thickness of the obtained sealing resin was 20 μm.

<封止層の密着性の測定方法と評価方法>
下部基板と封止層の間にペロブスカイト化合物が存在する場合の密着性を以下のように測定し、評価した。
実施例1と同様の方法でガラス基板上全面に活性層形成まで形成した。次に、ガラス基板よりも一回り大きい厚さ50μmのポリエチレンテレフタレート(PET)フィルムを準備した。続いて、実施例1、実施例2、比較例1で使用した封止樹脂、および、封止方法により、ガラス基板とポリエチレンテレフタレートフィルムを貼り合せた。それぞれ形
成された封止層の厚さは実施例1、実施例2、比較例1と同様とした。次に、ポリエチレンテレフタレート側から10mm間隔で切り込みを入れ、ポリエチレンテレフタレートと封止層を幅10mmに分割した短冊状の試験サンプルを得た。また、比較用にペロブスカイト化合物を含まない評価サンプルとして、ガラス基板上に上記と同様の方法で実施例1、実施例2、比較例1で使用した封止樹脂を用いて封止層を形成させた。
<Measurement method and evaluation method of adhesion of sealing layer>
The adhesion when the perovskite compound was present between the lower substrate and the sealing layer was measured and evaluated as follows.
An active layer was formed on the entire surface of the glass substrate by the same method as in Example 1. Next, a polyethylene terephthalate (PET) film having a thickness of 50 μm, which is one size larger than the glass substrate, was prepared. Subsequently, the glass substrate and the polyethylene terephthalate film were bonded together by the sealing resin used in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 and the sealing method. The thickness of each of the formed sealing layers was the same as in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1. Next, cuts were made from the polyethylene terephthalate side at intervals of 10 mm to obtain a strip-shaped test sample in which the polyethylene terephthalate and the sealing layer were divided into 10 mm widths. Further, as an evaluation sample containing no perovskite compound for comparison, a sealing layer was formed on a glass substrate by the same method as described above using the sealing resins used in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1. rice field.

短冊状試験サンプルの未封止側の一端にばねばかりを取付け、一方でガラス基板を実験台に十分に固定させた。その後180度剥離試験を行ない、ガラス基板と封止層が剥離した時、もしくは、ポリエチレンテレフタレートが材破した時のばねばかりの数値を読み取り、下記のように密着性評価を行なった。得られた結果を表1に示す。
○:ポリエチレンテレフタレートフィルムが材破(10kgf/10mm以上)
×:ガラス基板と封止層の間で剥離(5kgf/10mm未満)
また、比較用に作成した実施例1、実施例2、比較例1で使用した樹脂を用いて封止層を形成させた評価サンプルでも上記同様の密着性評価を行なったところ、全てポリエチレンテレフタレートフィルムが材破する結果であった。
A spring scale was attached to one end of the strip-shaped test sample on the unsealed side, while the glass substrate was sufficiently fixed to the laboratory table. After that, a 180-degree peeling test was performed, and the value of the spring scale when the glass substrate and the sealing layer were peeled off or when the polyethylene terephthalate was broken was read, and the adhesion was evaluated as follows. The results obtained are shown in Table 1.
◯: Polyethylene terephthalate film is broken (10 kgf / 10 mm or more)
X: Peeling between the glass substrate and the sealing layer (less than 5 kgf / 10 mm)
Further, when the same adhesion evaluation as described above was performed on the evaluation samples in which the sealing layer was formed using the resins used in Example 1, Example 2, and Comparative Example 1 prepared for comparison, all of them were polyethylene terephthalate films. Was the result of breaking the material.

<太陽電池の光電変換効率の測定方法と評価方法>
太陽電池の下部基板側からソーラシュミレーター(分光計器社製)でAM1.5G条件の光を照射強度1000W/cmを照射して、得られた電流-電圧曲線を測定した。測定にはソースメーター(ケースレー社製、2400型)を用い、測定結果から、光電変換効率(PCE)を算出した。
また、後述する封止層を形成するための光硬化、熱硬化、および、熱処理等の、封止層硬化処理工程前後の光電変換効率を測定して下記式に基づき、封止層硬化処理工程前後の効率維持率を算出し、評価を行なった。得られた結果を表1に示す。
封止層硬化後処理工程前後の効率維持率 = (硬化処理工程直後のPCE)/(硬化処理工程直前のPCE)
○:効率維持率が0.98以上
△:効率維持率が0.95以下
<Measurement method and evaluation method of photoelectric conversion efficiency of solar cells>
A solar simulator (manufactured by Spectrometer Co., Ltd.) was used to irradiate light under the condition of AM1.5G with an irradiation intensity of 1000 W / cm 2 from the lower substrate side of the solar cell, and the obtained current-voltage curve was measured. A source meter (2400 type manufactured by Keithley) was used for the measurement, and the photoelectric conversion efficiency (PCE) was calculated from the measurement results.
Further, the photoelectric conversion efficiency before and after the sealing layer curing treatment step such as photocuring, thermosetting, and heat treatment for forming the sealing layer, which will be described later, is measured, and the sealing layer curing treatment step is based on the following formula. The efficiency maintenance rate before and after was calculated and evaluated. The results obtained are shown in Table 1.
Efficiency maintenance rate before and after the sealing layer curing process = (PCE immediately after the curing process) / (PCE immediately before the curing process)
◯: Efficiency maintenance rate is 0.98 or more Δ: Efficiency maintenance rate is 0.95 or less

Figure 0007102827000001
Figure 0007102827000001

実施例1、実施例2の太陽電池の封止構成では、下部基板と封止層との密着性が非常に高かったことに対し、比較例1の太陽電池の封止構成では密着性が不十分であり、剥離し易いことが分かった。この結果から、SP値が特定の値以上の樹脂からなる封止層を用いることで、封止層を配置する箇所にペロブスカイト化合物が残留していても、太陽電池素子を充分に封止できることが分かる。この理由としては、封止層を形成する樹脂とペロブスカイト化合物の相溶性が良いため、封止工程で混じり合うことによって封止層における封止層の樹脂と下部基板の界面とが接する面積が増加するため、密着性が損なわないと考えられる。一方で、比較例で用いたようなSP値である封止層の樹脂ではペロブスカイト化合物の有機成分との相溶性が良くないため、封止樹脂とペロブスカイト化合物を含む活性層の間の界面で剥がれ易くなり、密着性が低くなると考えられる。また、実施例1と実
施例2を比較すると、実施例2に係る太陽電池は、封止層の熱硬化により太陽電池素子が影響を受けて変換効率が低下してしまったのに対して、実施例1に係る太陽電池は、太陽電池素子に紫外線を照射させることなく、封止層の硬化処理が可能であっために、太陽電池素子を劣化させることなく太陽電池を製造することができたものと思われる。
In the solar cell sealing configurations of Examples 1 and 2, the adhesion between the lower substrate and the sealing layer was very high, whereas in the solar cell sealing configuration of Comparative Example 1, the adhesion was poor. It was found to be sufficient and easy to peel off. From this result, it is possible to sufficiently seal the solar cell element even if the perovskite compound remains at the place where the sealing layer is arranged by using the sealing layer made of a resin having an SP value of a specific value or more. I understand. The reason for this is that the resin forming the sealing layer and the perovskite compound have good compatibility, and the area of contact between the resin of the sealing layer and the interface of the lower substrate in the sealing layer increases due to mixing in the sealing step. Therefore, it is considered that the adhesion is not impaired. On the other hand, since the resin of the sealing layer having the SP value as used in the comparative example does not have good compatibility with the organic component of the perovskite compound, it peels off at the interface between the sealing resin and the active layer containing the perovskite compound. It is considered that the adhesion becomes easier and the adhesion becomes lower. Further, comparing Example 1 and Example 2, in the solar cell according to Example 2, the conversion efficiency was lowered due to the influence of the solar cell element due to the thermal curing of the sealing layer. In the solar cell according to the first embodiment, the sealing layer can be cured without irradiating the solar cell element with ultraviolet rays, so that the solar cell can be manufactured without deteriorating the solar cell element. It seems to be.

100 太陽電池
10 下部基板
11 上部基板
12 下部電極
13 上部電極
14 活性層
14´ ペロブスカイト化合物のエッチング残り
15 封止層
16 空隙
100 Solar cell 10 Lower substrate 11 Upper substrate 12 Lower electrode 13 Upper electrode 14 Active layer 14'Etching remaining of perovskite compound 15 Sealing layer 16 Void

Claims (7)

下部基板上に、下部電極と上部電極から構成される一対の電極に挟持された、ペロブスカイト化合物を含有する活性層を有する太陽電池素子と、封止層と、上部基板と、を有し、
前記封止層は、前記太陽電池素子が存在しない前記下部基板端部に位置し、
該封止層を形成する封止樹脂は溶解度パラメータSP値が10以上であり、かつ該封止層は下部基板との接触界面にペロブスカイト化合物を含有する、太陽電池(但し、前記下部基板及び前記上部基板のうちの少なくとも一方が薄膜層を有するものを除く。)。
A solar cell element having an active layer containing a perovskite compound sandwiched between a pair of electrodes composed of a lower electrode and an upper electrode, a sealing layer, and an upper substrate are provided on the lower substrate.
The sealing layer is located at the end of the lower substrate in which the solar cell element does not exist.
The sealing resin forming the sealing layer has a solubility parameter SP value of 10 or more, and the sealing layer contains a perovskite compound at the contact interface with the lower substrate (however, the lower substrate and the said Except for those having a thin film layer at least one of the upper substrates).
下部基板上に、下部電極と上部電極から構成される一対の電極に挟持された、ペロブスカイト化合物を含有する活性層を有する太陽電池素子と、封止層と、上部基板と、を有し、
前記封止層は、前記太陽電池素子が存在しない前記下部基板端部に位置し、
前記下部基板の前記封止層と接する表面上にペロブスカイト化合物が存在し、
該封止層を形成する封止樹脂は溶解度パラメータSP値が10以上であり、かつ該封止層はペロブスカイト化合物を含有する、太陽電池。
A solar cell element having an active layer containing a perovskite compound sandwiched between a pair of electrodes composed of a lower electrode and an upper electrode, a sealing layer, and an upper substrate are provided on the lower substrate.
The sealing layer is located at the end of the lower substrate in which the solar cell element does not exist.
The perovskite compound is present on the surface of the lower substrate in contact with the sealing layer,
A solar cell in which the sealing resin forming the sealing layer has a solubility parameter SP value of 10 or more, and the sealing layer contains a perovskite compound.
前記封止層が、下部電極上に位置する活性層と接触していない請求項1又は2に記載の太陽電池。 The solar cell according to claim 1 or 2, wherein the sealing layer is not in contact with the active layer located on the lower electrode. 前記封止層を形成する封止樹脂がエポキシ系樹脂である、請求項1~3のいずれか1項に記載の太陽電池。 The solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the sealing resin forming the sealing layer is an epoxy resin. 前記封止層を形成する封止樹脂が光硬化型のエポキシ系樹脂である請求項1~4のいずれか1項に記載の太陽電池。 The solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the sealing resin forming the sealing layer is a photocurable epoxy resin. 前記封止層の膜厚が5μm以上である請求項1~5のいずれか1項に記載の太陽電池。 The solar cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the sealing layer has a film thickness of 5 μm or more. 下部基板上に、下部電極、ペロブスカイト化合物を含有する活性層及び上部電極を形成して太陽電池素子を製造する工程、並びに封止層を形成する工程を有する、太陽電池を製
造する方法であって、
前記封止層を形成する工程において、前記下部基板端部の、前記太陽電池素子が存在せず、ペロブスカイト化合物が存在する面上に、前記封止層を形成し、
該封止層を形成する封止樹脂は溶解度パラメータSP値が10以上である、太陽電池の製造方法。
A method for manufacturing a solar cell, which comprises a step of forming a lower electrode, an active layer containing a perovskite compound, and an upper electrode on a lower substrate to manufacture a solar cell element, and a step of forming a sealing layer. ,
In the step of forming the sealing layer, the sealing layer is formed on the surface at the end of the lower substrate where the solar cell element does not exist and the perovskite compound exists.
A method for manufacturing a solar cell, wherein the sealing resin forming the sealing layer has a solubility parameter SP value of 10 or more.
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