JP7153307B2 - Perovskite compound, and thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element containing the same - Google Patents

Perovskite compound, and thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element containing the same Download PDF

Info

Publication number
JP7153307B2
JP7153307B2 JP2018094832A JP2018094832A JP7153307B2 JP 7153307 B2 JP7153307 B2 JP 7153307B2 JP 2018094832 A JP2018094832 A JP 2018094832A JP 2018094832 A JP2018094832 A JP 2018094832A JP 7153307 B2 JP7153307 B2 JP 7153307B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
thermoelectric conversion
perovskite compound
metal
present
perovskite
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018094832A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2019199377A (en
Inventor
修二 早瀬
康次 宮崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyushu Institute of Technology NUC
Original Assignee
Kyushu Institute of Technology NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyushu Institute of Technology NUC filed Critical Kyushu Institute of Technology NUC
Priority to JP2018094832A priority Critical patent/JP7153307B2/en
Publication of JP2019199377A publication Critical patent/JP2019199377A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7153307B2 publication Critical patent/JP7153307B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Description

本発明は、ペロブスカイト化合物、並びにこれを含む熱電変換材料及び熱電変換素子に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to perovskite compounds, and thermoelectric conversion materials and thermoelectric conversion elements containing the same.

ペロブスカイト化合物は、光電変換効率が極めて高いことで知られている。このペロブスカイト化合物を含むペロブスカイト太陽電池は、プリンタブルな次世代型の太陽電池として注目されており、これに関する様々な技術が報告されている(非特許文献1)。その中でも、環境に安全なPbを含有しないPbフリーのペロブスカイト太陽電池が注目されている。 Perovskite compounds are known for their extremely high photoelectric conversion efficiency. A perovskite solar cell containing this perovskite compound is attracting attention as a next-generation printable solar cell, and various related technologies have been reported (Non-Patent Document 1). Among them, environmentally safe Pb-free perovskite solar cells that do not contain Pb have attracted attention.

一方、上記のような光電変換材料と共に、物体の温度差が電圧に直接変換される現象(ゼーベック効果)を利用した熱電変換材料も注目されている。この熱電変換材料を用いることにより、例えば、工場やごみ焼却場からの排熱を利用して電気エネルギーを得ることができ、クリーンエネルギー技術として期待されている。 On the other hand, in addition to the photoelectric conversion materials as described above, attention has also been paid to thermoelectric conversion materials that utilize a phenomenon in which the temperature difference of an object is directly converted into voltage (the Seebeck effect). By using this thermoelectric conversion material, for example, it is possible to obtain electrical energy by utilizing waste heat from factories and garbage incinerators, and it is expected as a clean energy technology.

熱電変換材料としてペロブスカイト化合物も古くから検討されており、実用化に向けた研究がなされている(例えば、特許文献1,2参照)。 Perovskite compounds have also been studied as thermoelectric conversion materials for a long time, and research is being conducted toward their practical use (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

特開昭64-5911号公報JP-A-64-5911 特開2010-27631号公報JP 2010-27631 A

M. Saliba, T. Matsui,; J.Y. Seo, K. Domanski, J.P. Correa-Baena, M.K. Nazeeruddin, S.M. Zakeeruddin, W.Tress, A. Abate, A. Hagfeldt and M Gratzel. Cesium-containing triple cation perovskite solar cells: improved stability, reproducibility and high efficiency. Energy Environ. Sci., 2016, 9, pp. 1989-1997M. Saliba, T. Matsui,; J.Y. Seo, K. Domanski, J.P. Correa-Baena, M.K. Nazeeruddin, S.M. Zakeeruddin, W.Tress, A. Abate, A. Hagfeldt and M Gratzel. : improved stability, reproducibility and high efficiency. Energy Environ. Sci., 2016, 9, pp. 1989-1997

熱電変換材料において望まれる性能としては、ゼーベック係数が高いことに加えて、導電性が高いこと、熱伝導性が低いことが挙げられる。しかしながら、キャリアは、電荷及びフォノンを運搬するため、導電性が高くなると、熱伝導性が高くなり、一般的にその両立は困難であった。 In addition to a high Seebeck coefficient, thermoelectric conversion materials are desired to have high electrical conductivity and low thermal conductivity. However, since carriers carry electric charges and phonons, the higher the electrical conductivity, the higher the thermal conductivity. Generally, it is difficult to achieve both.

本発明の課題は、熱電変換材料に適したペロブスカイト化合物を提供することにある。また、このペロブスカイト化合物を含有する熱電変換材料及び熱電変換素子を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a perovskite compound suitable for thermoelectric conversion materials. Another object of the present invention is to provide a thermoelectric conversion material and a thermoelectric conversion element containing this perovskite compound.

本発明者らは、ペロブスカイト太陽電池に用いられるPbフリーのSn系ハロゲン化ペロブスカイト化合物を熱電変換材料として利用することについて研究する中で、ABX(A:カチオン、B:金属、X:ハロゲン)からなるペロブスカイト化合物において、金属BとしてSn及びYを含む構成とすることにより、金属BがSn単独の場合に比して、導電性が向上すると同時に熱伝導性が低下し、熱電変換材料として有用であることを見いだし、本発明を完成するに至った。 The present inventors have studied the use of Pb - free Sn-based halogenated perovskite compounds used in perovskite solar cells as thermoelectric conversion materials. In the perovskite compound comprising Sn and Y as the metal B, compared to the case where the metal B is Sn alone, the conductivity is improved and the thermal conductivity is decreased, and it is useful as a thermoelectric conversion material It was discovered that it is, and came to complete this invention.

すなわち、本発明は、以下のとおりのものである。
[1] ABX(Aはカチオン、Bは金属、Xはハロゲンを示し、A、B及びXは、それぞれ複数の元素から構成されてもよい。)からなる化合物であって、
Bが、Sn及び周期律表3族の金属を含むことを特徴とするペロブスカイト化合物。
[2] Bが、Sn及びYを含むことを特徴とする上記[1]記載のペロブスカイト化合物。
[3] Bが、Sn及びYからなることを特徴とする上記[2]記載のペロブスカイト化合物。
[4] BにおけるSn及び周期律表3族の金属の元素構成割合が、Snが90~99.99%であると共に、周期律表3族の金属が0.01~10%であることを特徴とする上記[1]~[3]のいずれか記載のペロブスカイト化合物。
[5] Aが、有機アミン又はアルカリ金属であることを特徴とする上記[1]~[4]のいずれか記載のペロブスカイト化合物。
That is, the present invention is as follows.
[1] A compound consisting of ABX 3 (A is a cation, B is a metal, X is a halogen, and each of A, B and X may be composed of a plurality of elements),
A perovskite compound, wherein B contains Sn and a metal of Group 3 of the periodic table.
[2] The perovskite compound according to [1] above, wherein B contains Sn and Y.
[3] The perovskite compound according to [2] above, wherein B consists of Sn and Y.
[4] The element composition ratio of Sn and Group 3 metals in B is 90 to 99.99% for Sn and 0.01 to 10% for Group 3 metals. The perovskite compound according to any one of [1] to [3] above.
[5] The perovskite compound according to any one of [1] to [4] above, wherein A is an organic amine or an alkali metal.

[6] 上記[1]~[5]のいずれか記載のペロブスカイト化合物を含有することを特徴とする熱電変換材料。
[7] 上記[1]~[5]のいずれか記載のペロブスカイト化合物を含有する熱電変換層を有することを特徴とする熱電変換素子。
[6] A thermoelectric conversion material containing the perovskite compound according to any one of [1] to [5] above.
[7] A thermoelectric conversion element comprising a thermoelectric conversion layer containing the perovskite compound according to any one of [1] to [5] above.

本発明のペロブスカイト化合物は、導電性が高く、熱伝導性が低いことから、熱電変換材料として有用である。 The perovskite compound of the present invention has high electrical conductivity and low thermal conductivity, and is therefore useful as a thermoelectric conversion material.

本発明のペロブスカイト化合物のXRD測定の結果を示す図であり、(a)は、X線回析パターンを示す図であり、(b)は、第二ピーク位置のシフトを示す図であり、(c)は、Yの置換率と結晶子サイズの関係を示す図であり、(d)は、Yの置換率と結晶歪の関係を示す図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing the results of XRD measurement of the perovskite compound of the present invention, (a) is a diagram showing an X-ray diffraction pattern, (b) is a diagram showing a shift of the second peak position, ( c) is a diagram showing the relationship between the Y substitution rate and the crystallite size, and (d) is a diagram showing the relationship between the Y substitution rate and crystal strain. 実施例1で調製したペロブスカイト化合物の電子物性評価用デバイスの概略図である。1 is a schematic diagram of a device for evaluating electronic physical properties of a perovskite compound prepared in Example 1. FIG. 本発明のペロブスカイト化合物の電気伝導率を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing electrical conductivity of perovskite compounds of the present invention; (a)は、本発明のペロブスカイト化合物のキャリア密度を示す図であり、(b)は、本発明のペロブスカイト化合物のキャリア移動度を示す図である。(a) is a diagram showing the carrier density of the perovskite compound of the present invention, and (b) is a diagram showing the carrier mobility of the perovskite compound of the present invention. 実施例1で調製したペロブスカイト化合物の熱電物性評価用デバイスの概略図である。1 is a schematic diagram of a device for evaluating thermoelectric properties of a perovskite compound prepared in Example 1. FIG. 本発明のペロブスカイト化合物の熱伝導率を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the thermal conductivity of perovskite compounds of the present invention; 本発明のペロブスカイト化合物の電気伝導率及び熱伝導率の関係を示す図である。1 is a diagram showing the relationship between electrical conductivity and thermal conductivity of perovskite compounds of the present invention. FIG.

[ペロブスカイト化合物]
本発明のペロブスカイト化合物は、ABX(A:カチオン、B:金属、X:ハロゲン)からなる化合物であって、Bが、Sn及び周期律表3族の金属を含むことを特徴とする。なお、A、B及びXは、それぞれ、1種の元素から構成されていてもよく、複数の元素から構成されてもよい。ペロブスカイト化合物は、A-B-Xで表したときに、体心に金属B、各頂点にカチオンA、面心にハロゲンXが配置された立方晶系の構造を有する。
[Perovskite compound]
The perovskite compound of the present invention is a compound comprising ABX 3 (A: cation, B: metal, X: halogen), wherein B contains Sn and a metal of Group 3 of the periodic table. In addition, A, B and X may each be composed of one element or may be composed of a plurality of elements. A perovskite compound has a cubic structure, represented by ABX3, with a metal B at the body center, a cation A at each vertex, and a halogen X at the face center.

本発明のペロブスカイト化合物は、高い導電性及び低い熱伝導性といった従来両立が困難であった熱電変換材料としての要求を満足するものである。また、本発明のペロブスカイト化合物は、環境リスクの高いPbを含まない。従来用いられているPbTe系の熱電変換材料は、資源量が少なく、猛毒であり、耐熱性や耐酸化性に乏しく、また、高温による気化蒸発や酸化分解などによる環境汚染の原因となるという問題があったが、本発明ではこのような問題がない。 The perovskite compound of the present invention satisfies the requirements as a thermoelectric conversion material, which have hitherto been difficult to achieve at the same time, such as high electrical conductivity and low thermal conductivity. Also, the perovskite compound of the present invention does not contain Pb, which poses a high environmental risk. Conventionally used PbTe-based thermoelectric conversion materials are scarce in resources, highly toxic, poor in heat resistance and oxidation resistance, and cause environmental pollution due to vaporization and oxidative decomposition at high temperatures. However, the present invention does not have such a problem.

したがって、本発明のペロブスカイト化合物は、熱電変換材料として好適である。具体的に、本発明のペロブスカイト化合物は、例えば、熱電変換素子における熱電変換層に適用することができる。 Therefore, the perovskite compound of the present invention is suitable as a thermoelectric conversion material. Specifically, the perovskite compound of the present invention can be applied, for example, to a thermoelectric conversion layer in a thermoelectric conversion element.

本発明のペロブスカイト化合物における金属Bは、上記のように、Snと周期律表3族の金属を含むものである。周期律表3族の金属としては、具体的に、Sc(スカンジウム)、Y(イットリウム)、ランタノイド、アクチノイド等を挙げることができるが、Yが特に好ましい。すなわち、金属Bは、Sn及びYを含むことが好ましく、この2種からなることが特に好ましい。 The metal B in the perovskite compound of the present invention contains Sn and a Group 3 metal of the periodic table as described above. Specific examples of metals of Group 3 of the periodic table include Sc (scandium), Y (yttrium), lanthanides, actinides, and the like, with Y being particularly preferred. That is, metal B preferably contains Sn and Y, and particularly preferably consists of these two.

金属BにおけるSn及び周期律表3族の金属の元素構成割合としては、本発明の効果の奏する範囲で適宜調整することができ、Snは、90%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましく、98%以上であることがさらに好ましい。また、周期律表3族の金属は、0.01%以上であることが好ましく、0.1%以上であることがより好ましく、0.3%以上であることがさらに好ましい。具体的には、Snが90~99.99%であると共に、周期律表3族の金属が0.01~10%であることが好ましく、Snが95~99.9%であると共に、周期律表3族の金属が0.1~5%であることがより好ましく、Snが98~99.7%であると共に、周期律表3族の金属が0.3~2%であることがさらに好ましい。 The element composition ratio of Sn and the metal of Group 3 of the periodic table in metal B can be appropriately adjusted within the range in which the effect of the present invention is exhibited, and Sn is preferably 90% or more, and 95% or more. It is more preferably 98% or more. The Group 3 metal of the periodic table is preferably 0.01% or more, more preferably 0.1% or more, and even more preferably 0.3% or more. Specifically, it is preferable that Sn is 90 to 99.99% and the metal of Group 3 of the periodic table is 0.01 to 10%, Sn is 95 to 99.9%, and the period It is more preferable that the Group 3 metal of the periodic table is 0.1 to 5%, Sn is 98 to 99.7%, and the periodic table Group 3 metal is 0.3 to 2%. More preferred.

カチオンAとしては、アルカリ金属、有機アミンを挙げることができ、アルカリ金属が好ましい。アルカリ金属としては、セシウムが好ましい。有機アミンとしては、例えば1級、2級、3級、又は4級の有機アンモニウム化合物を挙げることができ、Nを含有するヘテロ環、又は炭素環を有していてもよい。具体的に、メチルアンモニウム(MA)、ホルムアミジニウム(FA:NHCH=NH2+)、エチレンジアンモニウム(EA)、ピラジニウム、2-フェニルエチルアンモニウム(PEA)、ベンジルアミン(Benzylamine)、4-フルオロアニリン(4‐Fluoroaniline)、4-フルオロベンジルアミン(4‐Fluorobenzylamine)、4-フルオロフェネチルアミン(4‐Fluorophenethylamine)、フェネチルアンモニウム(Phenethylammonium)等を挙げることができ、2種以上を組み合わせてもよい。これらの中でも、吸収波長幅が広い3次元構造の点から、メチルアンモニウム(MA)、ホルムアミジニウム(FA)が好ましく、これらの組合せが特に好ましい。 Examples of the cation A include alkali metals and organic amines, with alkali metals being preferred. Cesium is preferred as the alkali metal. Examples of organic amines include primary, secondary, tertiary, and quaternary organic ammonium compounds, which may have N-containing heterocycles or carbocycles. Specifically, methylammonium (MA), formamidinium (FA: NH 2 CH=NH 2+ ), ethylenediammonium (EA), pyrazinium, 2-phenylethylammonium (PEA), benzylamine, 4- Examples include 4-Fluoroaniline, 4-Fluorobenzylamine, 4-Fluorophenethylamine, Phenethylammonium, etc. Two or more of them may be combined. Among these, methylammonium (MA) and formamidinium (FA) are preferable, and a combination thereof is particularly preferable, from the viewpoint of a three-dimensional structure with a wide absorption wavelength width.

ハロゲンXとしては、F、Cl、Br、I等を挙げることができ、2種以上を組み合わせてもよい。これらの中でも、キャリア移動度の大きさの点から、Iが好ましい。 Examples of halogen X include F, Cl, Br, and I, and two or more thereof may be combined. Among these, I is preferable from the viewpoint of the magnitude of carrier mobility.

本発明のペロブスカイト化合物(ABX)は、例えば、AX及びBXを有機溶媒に溶解させて成膜することにより製造することができる。ABのペロブスカイト化合物を調製する場合は、例えば、AX及びBを有機溶媒に溶解させたAB前駆体溶液と、AX及びBを有機溶媒に溶解させたAB前駆体溶液とを所定割合で混合して成膜することにより製造することができる。 The perovskite compound (ABX 3 ) of the present invention can be produced, for example, by dissolving AX and BX 2 in an organic solvent and forming a film. When preparing an AB 1 B 2 X 3 perovskite compound, for example, an AB 1 X 3 precursor solution in which AX and B 1 X 2 are dissolved in an organic solvent, and an AB 1 X 3 precursor solution in which AX and B 2 X 2 are dissolved in an organic solvent It can be produced by mixing the AB 2 X 3 precursor solution prepared in a predetermined ratio to form a film.

有機溶媒としては、前駆体物質を溶解できれば特に限定されないが、例えば、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)、γ-ブチロラクトン、ジメチルアセトアミド(DMA)、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン、アセチルアセトン、tert-ブチルピリジン、ジメチルエチレン尿素(DMI)、ジメチルプロピレン尿素(DMU)、テトラメチル尿素(TMU)等を挙げることができ、2種以上を組み合わせてもよい。これらの中でも、溶解度の大きさの点から、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホキシド(DMSO)が好ましい。 The organic solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the precursor substance. 2-imidazolidinone, acetylacetone, tert-butylpyridine, dimethylethyleneurea (DMI), dimethylpropyleneurea (DMU), tetramethylurea (TMU) and the like can be mentioned, and two or more of them may be combined. Among these, N,N-dimethylformamide (DMF) and dimethylsulfoxide (DMSO) are preferred in terms of solubility.

前駆体溶液の成膜方法は、特に限定されず、真空蒸着法等の気相蒸着法であっても、塗布法であってもよいが、短時間で容易に成膜が行えることから、塗布法が好ましい。塗布方法としては、例えば、ディップコート法、ダイコート法、バーコート法、スピンコート法、オフセット法、スプレーコート法、印刷法等の従来公知の塗布方法を挙げることができる。これらの中でも、薄膜均一性と緻密な多結晶構造の点から、スピンコート法が好ましい。 The film formation method of the precursor solution is not particularly limited, and may be a vapor deposition method such as a vacuum deposition method or a coating method. method is preferred. Examples of coating methods include conventionally known coating methods such as dip coating, die coating, bar coating, spin coating, offset, spray coating, and printing. Among these methods, the spin coating method is preferable from the viewpoint of thin film uniformity and dense polycrystalline structure.

本発明のペロブスカイト化合物は、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電変換材料として好適に用いることができる。具体的に、本発明のペロブスカイト化合物は、熱電変換素子における熱電変換層に適用することができる。本発明のペロブスカイト化合物を用いた熱電変換素子は、例えば、自動車、工場、ゴミ焼却場から排出される熱(排熱)を利用した発電に用いることができる。 The perovskite compound of the present invention can be suitably used as a thermoelectric conversion material that converts thermal energy into electrical energy. Specifically, the perovskite compound of the present invention can be applied to a thermoelectric conversion layer in a thermoelectric conversion element. A thermoelectric conversion element using the perovskite compound of the present invention can be used, for example, for power generation using heat (exhaust heat) emitted from automobiles, factories, and garbage incinerators.

以下に本発明の実施例を示すが、本発明の範囲はこれに限定されるものではない。 Examples of the present invention are shown below, but the scope of the present invention is not limited to these.

[実施例1]
<ペロブスカイト化合物の調製>
Sn及びYの組成割合を変化させて、本発明のペロブスカイト化合物Cs (Sn)1-x (Y)x I3(x = 0,0.01,0.05,0.1,0.2 (Y 0%, 1%, 5%, 10%, 20%))を調製した。具体的には、以下に示す通りである。
[Example 1]
<Preparation of perovskite compound>
By changing the composition ratio of Sn and Y, the perovskite compound Cs of the present invention (Sn)1-x(Y)x I3(x = 0,0.01,0.05,0.1,0.2 (Y 0%, 1%, 5%, 10%, 20%)) were prepared. Specifically, it is as shown below.

ペロブスカイト膜の堆積は、窒素パージしたグローブボックス内で行った。
DMF(1773μL)およびDMSO(227μL)中にSnI2(596mg)、およびCsI (416 mg)を溶解することによって、CsSnI3前駆体溶液を調製した。一方、CsYI3前駆体溶液は、YI3(5.2 mg)およびCsI(4.2 mg)をDMF(500μL)に溶解することによって調製した。最後に、CsSnI3前駆体溶液およびCsYI3前駆体溶液を混合することによって、CsSn(Y)I3前駆体溶液を調製した。
Deposition of perovskite films was performed in a nitrogen purged glovebox.
A CsSnI 3 precursor solution was prepared by dissolving SnI 2 (596 mg), and CsI (416 mg) in DMF (1773 μL) and DMSO (227 μL). Meanwhile, CsYI3 precursor solution was prepared by dissolving YI3 (5.2 mg) and CsI (4.2 mg) in DMF (500 μL). Finally, a CsSn(Y)I 3 precursor solution was prepared by mixing CsSnI 3 precursor solution and CsYI 3 precursor solution.

前駆体溶液を0.2μmフィルターで濾過し、基板(PEDOT:PSS)上に5000rpmで50秒間スピンコートした。スピンコーティングプロセスにおいては、ペロブスカイトの表面を平坦にするために、ペロブスカイト溶液が完全に乾く前に、逆溶剤(Anti-solvent)としてのトルエンを基板上に滴下した。
スピンコーティング終了後、ペロブスカイト膜を70℃のホットプレート上で10分間アニールした。
The precursor solution was filtered through a 0.2 μm filter and spin-coated onto the substrate (PEDOT:PSS) at 5000 rpm for 50 seconds. In the spin-coating process, toluene as an anti-solvent was dropped onto the substrate before the perovskite solution was completely dried in order to flatten the surface of the perovskite.
After spin-coating, the perovskite film was annealed on a hot plate at 70°C for 10 minutes.

(XRD測定)
調製されたペロブスカイト化合物のXRD測定を行った。その結果を図1に示す。
図1(b)に示すように、Yを1%置換させたペロブスカイト化合物は、ピーク位置が右側にシフトしている。また、図1(c)に示すように、Yを1%置換させたペロブスカイト化合物は、結晶子サイズが成長している。また、図1(d)に示すように、Yを1%置換させたペロブスカイト化合物は、結晶歪が小さくなる。
(XRD measurement)
XRD measurement of the prepared perovskite compound was performed. The results are shown in FIG.
As shown in FIG. 1(b), the peak position of the perovskite compound in which Y is substituted by 1% is shifted to the right. Moreover, as shown in FIG. 1(c), the crystallite size of the perovskite compound in which Y is substituted by 1% has grown. In addition, as shown in FIG. 1(d), the perovskite compound in which Y is substituted by 1% has a small crystal strain.

また、調製されたペロブスカイト化合物のXPS測定を行った結果、Yをドープすることにより、ペロブスカイト構造は安定することが明らかとなった。 Moreover, XPS measurement of the prepared perovskite compound revealed that the perovskite structure was stabilized by doping with Y.

[実施例2]
実施例1のペロブスカイト化合物(Cs (Sn)1-x (Y)x I3)の物性を評価するために、デバイスを作製し、その物性を評価した。実施例1と同様に、Sn及びYの組成割合を変化させ、その影響を調べた。
[Example 2]
The perovskite compound (Cs (Sn)1-x(Y)x I3), a device was fabricated and its physical properties were evaluated. In the same manner as in Example 1, the composition ratio of Sn and Y was changed, and the effects thereof were investigated.

<電子物性評価>
(電気伝導率の測定)
図2に示すような電子物性評価用デバイスを作製し、4端子法により、本発明のペロブスカイト化合物(Cs (Sn)1-x (Y)x I3)の電気伝導率(S/cm)を算出した。その結果を図3に示す。
<Evaluation of electronic properties>
(Measurement of electrical conductivity)
A device for evaluating electronic physical properties as shown in FIG. 2 was prepared, and the perovskite compound (Cs (Sn)1-x(Y)x I3) was calculated for electrical conductivity (S/cm). The results are shown in FIG.

図3に示すように、Yを1%ドープした本発明のペロブスカイト化合物は、ドープさせないものに比べて、電気伝導率が向上した。 As shown in FIG. 3, the perovskite compound of the present invention doped with 1% Y has improved electrical conductivity compared to the undoped one.

(キャリア密度及びキャリア移動度の測定)
図2に示すような電子物性評価用デバイスを作製し、ホール効果測定装置を用いて真空領域における本発明のペロブスカイト化合物(Cs (Sn)1-x (Y)x I3)のキャリア密度及びキャリア移動度を測定した。その結果を図4に示す。
(Measurement of carrier density and carrier mobility)
A device for evaluating electronic physical properties as shown in FIG. 2 was prepared, and the perovskite compound of the present invention (Cs (Sn)1-x(Y)x I3) were measured for carrier density and carrier mobility. The results are shown in FIG.

図4(a)に示すように、Yを1%ドープした本発明のペロブスカイト化合物は、ドープさせないものに比べて、キャリア密度が向上した。また、図4(b)に示すように、Yを1%ドープした本発明のペロブスカイト化合物のキャリア移動度の低下は、比較的小さいものであった。 As shown in FIG. 4(a), the perovskite compound of the present invention doped with 1% Y has improved carrier density compared to the undoped one. Further, as shown in FIG. 4(b), the reduction in carrier mobility of the perovskite compound of the present invention doped with 1% Y was relatively small.

<熱電物性評価>
(熱伝導率の測定)
図5に示すような熱電物性評価用デバイスを作製し、3ω法により、本発明のペロブスカイト化合物(Cs (Sn)1-x (Y)x I3)の熱伝導率(W/(m・K))を算出した。その結果を図6に示す。
<Thermoelectric property evaluation>
(Measurement of thermal conductivity)
A device for evaluating thermoelectric properties as shown in FIG. 5 was prepared, and the perovskite compound of the present invention (Cs (Sn)1-x(Y)x I3) was calculated for thermal conductivity (W/(m K)). The results are shown in FIG.

図6示すように、Yを1%、5%、10%ドープした本発明のペロブスカイト化合物は、ドープさせないものに比べて、熱伝導率が低下した。 As shown in FIG. 6, the perovskite compounds of the present invention doped with Y at 1%, 5% and 10% had lower thermal conductivity than those without doping.

<電子物性及び熱電物性の評価>
(電気伝導率と熱伝導率の関係)
図7に、上記測定した電気伝導率及び熱伝導率の関係を示す。
図7に示すように、Yを1%ドープした本発明のペロブスカイト化合物は、ドープさせないものに比べて、電気伝導率が向上すると同時に熱伝導率が低下した。すなわち、高電気伝導性及び低熱伝導性の両立が実現され、熱電変換材料として有用であることが明らかとなった。
<Evaluation of electronic physical properties and thermoelectric physical properties>
(Relationship between electrical conductivity and thermal conductivity)
FIG. 7 shows the relationship between the electrical conductivity and thermal conductivity measured above.
As shown in FIG. 7, the perovskite compound of the present invention doped with Y by 1% had improved electrical conductivity and decreased thermal conductivity as compared to the undoped one. That is, it has been found that both high electrical conductivity and low thermal conductivity are achieved, and that the material is useful as a thermoelectric conversion material.

本発明のペロブスカイト化合物は、高い電気伝導性を有すると共に低い熱伝導性を有するものであり、熱電変換材料として用いることができることから、産業上有用である。

INDUSTRIAL APPLICABILITY The perovskite compound of the present invention has high electrical conductivity and low thermal conductivity, and is industrially useful because it can be used as a thermoelectric conversion material.

Claims (6)

ABX(Aはカチオン、Bは金属、Xはハロゲンを示し、A、B及びXは、それぞれ複数の元素から構成されてもよい。)からなるペロブスカイト化合物を含有する熱電変換材料であって、
Bが、Sn及び周期律表3族の金属を含み、
BにおけるSn及び周期律表3族の金属の元素構成割合が、Snが90~99.99%であると共に、周期律表3族の金属が0.01~10%であることを特徴とする熱電変換材料。
A thermoelectric conversion material containing a perovskite compound consisting of ABX 3 (A is a cation, B is a metal, X is a halogen, and each of A, B and X may be composed of a plurality of elements),
B comprises Sn and a Group 3 metal of the periodic table ;
The element composition ratio of Sn and Group 3 metals in B is 90 to 99.99% Sn and 0.01 to 10% metals in Group 3 of the periodic table . Thermoelectric conversion material.
Bが、Sn及びYを含むことを特徴とする請求項1記載の熱電変換材料。 2. The thermoelectric conversion material according to claim 1, wherein B contains Sn and Y. Bが、Sn及びYからなることを特徴とする請求項2記載の熱電変換材料。 3. The thermoelectric conversion material according to claim 2, wherein B consists of Sn and Y. Aが、有機アミン又はアルカリ金属であることを特徴とする請求項1~のいずれか記載の熱電変換材料。 4. The thermoelectric conversion material according to any one of claims 1 to 3 , wherein A is an organic amine or an alkali metal. 請求項1~のいずれか記載の熱電変換材料を含有する熱電変換層を有することを特徴とする熱電変換素子。 A thermoelectric conversion element comprising a thermoelectric conversion layer containing the thermoelectric conversion material according to any one of claims 1 to 4 . ABX(Aはカチオン、Bは金属、Xはハロゲンを示し、A、B及びXは、それぞれ複数の元素から構成されてもよい。)からなる化合物であって、
Bが、Sn及び周期律表3族の金属を含み、
BにおけるSn及び周期律表3族の金属の元素構成割合が、Snが90~95%であると共に、周期律表3族の金属が5~10%であることを特徴とするペロブスカイト化合物。
A compound consisting of ABX 3 (A is a cation, B is a metal, X is a halogen, and each of A, B and X may be composed of a plurality of elements),
B comprises Sn and a Group 3 metal of the periodic table;
A perovskite compound characterized in that the element composition ratio of Sn and a Group 3 metal of the periodic table in B is 90 to 95% Sn and 5 to 10% of a Group 3 metal of the periodic table.
JP2018094832A 2018-05-16 2018-05-16 Perovskite compound, and thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element containing the same Active JP7153307B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018094832A JP7153307B2 (en) 2018-05-16 2018-05-16 Perovskite compound, and thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element containing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018094832A JP7153307B2 (en) 2018-05-16 2018-05-16 Perovskite compound, and thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element containing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2019199377A JP2019199377A (en) 2019-11-21
JP7153307B2 true JP7153307B2 (en) 2022-10-14

Family

ID=68611252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018094832A Active JP7153307B2 (en) 2018-05-16 2018-05-16 Perovskite compound, and thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element containing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7153307B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115132864B (en) * 2022-06-15 2024-02-20 上海大学 CsSnI doped with yttrium metal 3 Inorganic perovskite thin film and preparation method thereof

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016178290A (en) 2015-03-20 2016-10-06 積水化学工業株式会社 Solar battery
JP2019125775A (en) 2018-01-17 2019-07-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 Light-absorbing material and solar cell using the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016178290A (en) 2015-03-20 2016-10-06 積水化学工業株式会社 Solar battery
JP2019125775A (en) 2018-01-17 2019-07-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 Light-absorbing material and solar cell using the same

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019199377A (en) 2019-11-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11222924B2 (en) Photovoltaic device
Kim et al. High-efficiency perovskite solar cells
Zhao et al. Organic–inorganic hybrid lead halide perovskites for optoelectronic and electronic applications
Petrov et al. New insight into the formation of hybrid perovskite nanowires via structure directing adducts
Fedeli et al. Influence of the synthetic procedures on the structural and optical properties of mixed-halide (Br, I) perovskite films
US10797255B2 (en) Material production process with alkylamine
US10910569B2 (en) Organo-metal halide perovskites films and methods of making the same
Ma et al. Crystallization kinetics modulation and defect suppression of all-inorganic CsPbX 3 perovskite films
EP3775065A1 (en) Perovskite compositions comprising mixed solvent systems
CN107304167B (en) Light absorbing material and solar cell using the same
CN107615507A (en) The manufacture of stable perovskite photoelectric device
Madhusudanan et al. Photo-enhanced supercapacitive behaviour of photoactive Cu 2 FeSnS 4 (CFTS) nanoparticles
Miao et al. Ultrasonic vibration imposed on nanoparticle-based ZnO film improves the performance of the ensuing perovskite solar cell
Zhang et al. Solution-synthesized SnO2 nanorod arrays for highly stable and efficient perovskite solar cells
JP7153307B2 (en) Perovskite compound, and thermoelectric conversion material and thermoelectric conversion element containing the same
JP2017028027A (en) Solid-state junction photoelectric conversion element and p type semiconductor layer for solid-state junction photoelectric conversion element
Nagal et al. Emerging Applications of g-C3N4 films in Perovskite-based solar cells
WO2022026707A1 (en) Perovskite materials, perovskite hybrids, devices, and methods of manufacturing and using same
EP3871280B1 (en) Process for producing a layer with mixed solvent system
CN110040979B (en) Light absorbing material and solar cell using the same
Mehdi et al. Effect of chlorine and bromine on the perovskite crystal growth in mesoscopic heterojunction photovoltaic device
US20180226203A1 (en) Light-absorbing material containing perovskite compound, and perovskite solar cell including the same
Kumar et al. Fabrication and life time of perovskite solar cells
JP7244044B2 (en) Thermoelectric conversion element
Mahmood et al. Thin films of nanostructured ZnO used as an electron-transporting material for improved performance of perovskite solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210422

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20220216

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220221

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220419

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220520

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220705

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220920

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220926

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7153307

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150