WO2016060183A1 - 太陽電池 - Google Patents

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WO2016060183A1
WO2016060183A1 PCT/JP2015/079091 JP2015079091W WO2016060183A1 WO 2016060183 A1 WO2016060183 A1 WO 2016060183A1 JP 2015079091 W JP2015079091 W JP 2015079091W WO 2016060183 A1 WO2016060183 A1 WO 2016060183A1
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WO
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photoelectric conversion
sealing material
solar cell
organic
inorganic
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Application number
PCT/JP2015/079091
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English (en)
French (fr)
Inventor
明伸 早川
元彦 浅野
智仁 宇野
麻由美 堀木
雄一郎 福本
哲也 榑林
峻士 小原
Original Assignee
積水化学工業株式会社
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
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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/50—Organic perovskites; Hybrid organic-inorganic perovskites [HOIP], e.g. CH3NH3PbI3
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80—Constructional details
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell that has excellent photoelectric conversion efficiency, little deterioration during sealing (initial deterioration), sputtering resistance, and excellent temperature cycle resistance.
  • a photoelectric conversion element including a stacked body in which an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer are arranged between opposing electrodes.
  • photocarriers are generated by photoexcitation, and an electric field is generated by electrons moving through an N-type semiconductor and holes moving through a P-type semiconductor.
  • inorganic solar cells manufactured using an inorganic semiconductor such as silicon.
  • inorganic solar cells are expensive to manufacture and difficult to increase in size, and the range of use is limited, organic solar cells manufactured using organic semiconductors instead of inorganic semiconductors are attracting attention. .
  • Fullerene In organic solar cells, fullerene is almost always used. Fullerenes are known to work mainly as N-type semiconductors.
  • Patent Document 1 describes a semiconductor heterojunction film formed using an organic compound that becomes a P-type semiconductor and fullerenes.
  • the cause of deterioration is fullerenes (see, for example, Non-Patent Document 1), and materials that replace fullerenes are required.
  • an organic solar cell it is general to seal a laminated body in which an N-type semiconductor layer and a P-type semiconductor layer are arranged between opposing electrodes using a sealing resin such as a sealing material (for example, refer nonpatent literature 2).
  • a sealing resin such as a sealing material
  • the semiconductor material deteriorates during sealing and the photoelectric conversion efficiency decreases. (Initial deterioration).
  • An object of the present invention is to provide a solar cell that is excellent in photoelectric conversion efficiency, has little deterioration during sealing (initial deterioration), has sputtering resistance, and has excellent temperature cycle resistance.
  • the present invention provides a laminate having an electrode, a counter electrode, and a photoelectric conversion layer disposed between the electrode and the counter electrode, and sealing for covering the counter electrode and sealing the laminate.
  • the photoelectric conversion layer is represented by the general formula R-MX 3 (where R is an organic molecule, M is a metal atom, and X is a halogen atom or a chalcogen atom).
  • R is an organic molecule
  • M is a metal atom
  • X is a halogen atom or a chalcogen atom
  • the organic inorganic perovskite compound is included, and the sealing material is a solar cell including a resin having a siloxane skeleton.
  • the present inventor has disclosed a photoelectric conversion in a solar cell in which a laminated body having an electrode, a counter electrode, and a photoelectric conversion layer disposed between the electrode and the counter electrode is sealed with a sealing material.
  • the use of a specific organic / inorganic perovskite compound in the layer was studied.
  • an improvement in the photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be expected.
  • a laminated body including a photoelectric conversion layer using an organic / inorganic perovskite compound was sealed with a conventional sealing material, it was found that the photoelectric conversion efficiency was lowered at the time of sealing (initial deterioration).
  • the present inventors have examined in detail the cause of deterioration when a laminate including a photoelectric conversion layer using an organic / inorganic perovskite compound is sealed with a sealing material. As a result, it has been found that the organic component in the organic / inorganic perovskite compound is dissolved in the sealing material at the time of sealing and the organic / inorganic perovskite compound is deteriorated. As a result of intensive studies, the present inventors have found that by using a resin having a siloxane skeleton as a sealing material, it is possible to suppress the elution of organic components in the organic / inorganic perovskite compound during sealing.
  • this inventor discovered that the temperature cycle tolerance of a solar cell can also be improved by using resin which has siloxane skeleton for a sealing material.
  • resin which has siloxane skeleton for a sealing material.
  • the present inventors since solar cells that can withstand harsh environments are required in consideration of outdoor use, the present inventors have used an inorganic layer on the sealing material in order to improve the high humidity durability of the solar cells. Considered covering.
  • the present inventors have found that a sealing material containing a resin having a siloxane skeleton is also excellent in sputtering resistance required when forming an inorganic layer by a sputtering method, and completed the present invention. .
  • the solar cell according to the present invention includes an electrode, a counter electrode, a laminate having a photoelectric conversion layer disposed between the electrode and the counter electrode, and encapsulates the laminate so as to cover the counter electrode. And a sealing material.
  • the term “layer” means not only a layer having a clear boundary but also a layer having a concentration gradient in which contained elements gradually change.
  • the elemental analysis of the layer can be performed, for example, by performing FE-TEM / EDS line analysis measurement of the cross section of the solar cell and confirming the element distribution of the specific element.
  • a layer means not only a flat thin film-like layer but also a layer that can form a complicated and complicated structure together with other layers.
  • the material of the said electrode and the said counter electrode is not specifically limited, A conventionally well-known material can be used.
  • the counter electrode is often a patterned electrode.
  • the material for the electrode and the counter electrode include FTO (fluorine-doped tin oxide), sodium, sodium-potassium alloy, lithium, magnesium, aluminum, magnesium-silver mixture, magnesium-indium mixture, aluminum-lithium alloy, Al / lithium Al 2 O 3 mixture, Al / LiF mixture, metal such as gold, CuI, ITO (indium tin oxide), SnO 2 , AZO (aluminum zinc oxide), IZO (indium zinc oxide), GZO (gallium zinc oxide) Conductive transparent materials, conductive transparent polymers, and the like. These materials may be used alone or in combination of two or more. Further, the electrode and the counter electrode may be a cathode or an anode, respectively.
  • the photoelectric conversion layer includes an organic / inorganic perovskite compound represented by the general formula R-MX 3 (where R is an organic molecule, M is a metal atom, and X is a halogen atom or a chalcogen atom).
  • R-MX 3 an organic / inorganic perovskite compound represented by the general formula R-MX 3 (where R is an organic molecule, M is a metal atom, and X is a halogen atom or a chalcogen atom).
  • the R is an organic molecule, and is preferably represented by C 1 N m H n (l, m, and n are all positive integers). Specifically, R is, for example, methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine, dimethylamine, diethylamine, dipropylamine, dibutylamine, dipentylamine, dihexylamine, trimethylamine, triethylamine, tripropyl.
  • methylamine, formamidine, ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine and their ions and phenethylammonium are preferred, and methylamine, formamidine, ethylamine, propylamine and these ions are more preferred.
  • M is a metal atom, for example, lead, tin, zinc, titanium, antimony, bismuth, nickel, iron, cobalt, silver, copper, gallium, germanium, magnesium, calcium, indium, aluminum, manganese, chromium, molybdenum, Europium etc. are mentioned. These metal atoms may be used independently and 2 or more types may be used together.
  • X is a halogen atom or a chalcogen atom, and examples thereof include chlorine, bromine, iodine, sulfur, and selenium. These halogen atoms or chalcogen atoms may be used alone or in combination of two or more. Among these, the halogen atom is preferable because the organic / inorganic perovskite compound becomes soluble in an organic solvent and can be applied to an inexpensive printing method by containing halogen in the structure. Furthermore, iodine is more preferable because the energy band gap of the organic-inorganic perovskite compound becomes narrow.
  • the organic / inorganic perovskite compound preferably has a cubic structure in which a metal atom M is disposed at the body center, an organic molecule R is disposed at each vertex, and a halogen atom or a chalcogen atom X is disposed at the face center.
  • FIG. 1 shows an example of a crystal structure of an organic / inorganic perovskite compound having a cubic structure in which a metal atom M is arranged at the body center, an organic molecule R is arranged at each vertex, and a halogen atom or a chalcogen atom X is arranged at the face center. It is a schematic diagram.
  • the organic / inorganic perovskite compound is preferably a crystalline semiconductor.
  • the crystalline semiconductor means a semiconductor capable of measuring the X-ray scattering intensity distribution and detecting a scattering peak.
  • the organic / inorganic perovskite compound is a crystalline semiconductor, the mobility of electrons in the organic / inorganic perovskite compound is increased, and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is improved.
  • the degree of crystallization can be evaluated as an index of crystallization.
  • the degree of crystallinity is determined by separating the crystalline-derived scattering peak detected by the X-ray scattering intensity distribution measurement and the halo derived from the amorphous part by fitting, obtaining the respective intensity integrals, Can be obtained by calculating the ratio.
  • a preferable lower limit of the crystallinity of the organic-inorganic perovskite compound is 30%. When the crystallinity is 30% or more, the mobility of electrons in the organic / inorganic perovskite compound is increased, and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell is improved.
  • a more preferred lower limit of the crystallinity is 50%, and a more preferred lower limit is 70%. Examples of the method for increasing the crystallinity of the organic / inorganic perovskite compound include thermal annealing, irradiation with intense light such as laser, and plasma irradiation.
  • the photoelectric conversion layer may further contain an organic semiconductor or an inorganic semiconductor in addition to the organic / inorganic perovskite compound as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the organic semiconductor or inorganic semiconductor referred to here may serve as an electron transport layer or a hole transport layer described later.
  • the organic semiconductor include compounds having a thiophene skeleton such as poly (3-alkylthiophene).
  • conductive polymers having a polyparaphenylene vinylene skeleton, a polyvinyl carbazole skeleton, a polyaniline skeleton, a polyacetylene skeleton, and the like can be given.
  • a compound having a porphyrin skeleton such as a phthalocyanine skeleton, a naphthalocyanine skeleton, a pentacene skeleton, or a benzoporphyrin skeleton, a spirobifluorene skeleton, etc., and a carbon-containing material such as carbon nanotubes, graphene, and fullerene that may be surface-modified. Materials are also mentioned.
  • the inorganic semiconductor examples include titanium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, gallium oxide, tin sulfide, indium sulfide, zinc sulfide, CuSCN, Cu 2 O, CuI, MoO 3 , V 2 O 5 , WO 3 , MoS 2, MoSe 2, Cu 2 S , and the like.
  • the photoelectric conversion layer may be a laminated structure in which a thin-film organic semiconductor or an inorganic semiconductor portion and a thin-film organic-inorganic perovskite compound portion are laminated, or an organic A composite structure in which a semiconductor or inorganic semiconductor portion and an organic / inorganic perovskite compound portion are combined may be used.
  • a laminated structure is preferable in that the production method is simple, and a composite structure is preferable in that the charge separation efficiency in the organic semiconductor or the inorganic semiconductor can be improved.
  • the preferable lower limit of the thickness of the thin-film organic / inorganic perovskite compound site is 5 nm, and the preferable upper limit is 5000 nm. If the thickness is 5 nm or more, light can be sufficiently absorbed, and the photoelectric conversion efficiency is increased. If the said thickness is 5000 nm or less, since it can suppress that the area
  • the more preferable lower limit of the thickness is 10 nm, the more preferable upper limit is 1000 nm, the still more preferable lower limit is 20 nm, and the still more preferable upper limit is 500 nm.
  • a preferable lower limit of the thickness of the composite structure is 30 nm, and a preferable upper limit is 3000 nm. If the thickness is 30 nm or more, light can be sufficiently absorbed, and the photoelectric conversion efficiency is increased. If the said thickness is 3000 nm or less, since it becomes easy to reach
  • the more preferable lower limit of the thickness is 40 nm, the more preferable upper limit is 2000 nm, the still more preferable lower limit is 50 nm, and the still more preferable upper limit is 1000 nm.
  • an electron transport layer may be disposed between the electrode and the photoelectric conversion layer.
  • the material of the electron transport layer is not particularly limited.
  • N-type conductive polymer, N-type low molecular organic semiconductor, N-type metal oxide, N-type metal sulfide, alkali metal halide, alkali metal, surface activity Specific examples include, for example, cyano group-containing polyphenylene vinylene, boron-containing polymer, bathocuproine, bathophenanthrene, hydroxyquinolinato aluminum, oxadiazole compound, benzimidazole compound, naphthalene tetracarboxylic acid compound, perylene derivative, Examples include phosphine oxide compounds, phosphine sulfide compounds, fluoro group-containing phthalocyanines, titanium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, gallium oxide, tin sulfide, indium sulfide, and zinc sulfide.
  • the electron transport layer may consist of only a thin film electron transport layer, but preferably includes a porous electron transport layer.
  • the photoelectric conversion layer is a composite structure in which an organic semiconductor or inorganic semiconductor portion and an organic inorganic perovskite compound portion are combined, a more complex composite structure (a more complicated and complicated structure) is obtained. Since the photoelectric conversion efficiency becomes high, it is preferable that the composite structure is formed on the porous electron transport layer.
  • the preferable lower limit of the thickness of the electron transport layer is 1 nm, and the preferable upper limit is 2000 nm. If the thickness is 1 nm or more, holes can be sufficiently blocked. If the said thickness is 2000 nm or less, it will become difficult to become resistance at the time of electron transport, and photoelectric conversion efficiency will become high.
  • the more preferable lower limit of the thickness of the electron transport layer is 3 nm, the more preferable upper limit is 1000 nm, the still more preferable lower limit is 5 nm, and the still more preferable upper limit is 500 nm.
  • a hole transport layer may be disposed between the counter electrode and the photoelectric conversion layer.
  • the material of the hole transport layer is not particularly limited, and examples thereof include a P-type conductive polymer, a P-type low molecular organic semiconductor, a P-type metal oxide, a P-type metal sulfide, and a surfactant.
  • Examples include polystyrene sulfonate adduct of polyethylenedioxythiophene, carboxyl group-containing polythiophene, phthalocyanine, porphyrin, molybdenum oxide, vanadium oxide, tungsten oxide, nickel oxide, copper oxide, tin oxide, molybdenum sulfide, tungsten sulfide, copper sulfide. , Tin sulfide and the like, fluoro group-containing phosphonic acid, carbonyl group-containing phosphonic acid, copper compounds such as CuSCN and CuI, surface-modified carbon nanotubes, carbon-containing materials such as graphene, and the like.
  • the preferable lower limit of the thickness of the hole transport layer is 1 nm, and the preferable upper limit is 2000 nm. If the thickness is 1 nm or more, electrons can be sufficiently blocked. If the said thickness is 2000 nm or less, it will become difficult to become resistance at the time of hole transport, and a photoelectric conversion efficiency will become high.
  • the more preferable lower limit of the thickness is 3 nm, the more preferable upper limit is 1000 nm, the still more preferable lower limit is 5 nm, and the still more preferable upper limit is 500 nm.
  • the laminate may further include a substrate or the like.
  • substrate is not specifically limited, For example, transparent glass substrates, such as soda-lime glass and an alkali free glass, a ceramic substrate, a transparent plastic substrate, etc. are mentioned.
  • the laminate is sealed with a sealing material.
  • the durability of the solar cell can be improved by sealing the laminate with the sealing material. This is considered to be because moisture can be prevented from penetrating into the inside by sealing with the sealing material.
  • the sealing material covers the entire laminated body so as to close an end portion thereof. This can reliably prevent moisture from penetrating into the interior.
  • either the electrode side or the counter electrode side of the said laminated body may be covered with the sealing material.
  • the sealing material includes a resin having a siloxane skeleton.
  • the solar cell of the present invention by using a resin having a siloxane skeleton as the sealing material, even when the organic-inorganic perovskite compound is used in the photoelectric conversion layer, the organic-inorganic The elution of the organic component in the perovskite compound can be suppressed to prevent the photoelectric conversion layer from deteriorating. Furthermore, since the resin having a siloxane skeleton has high adhesion to an adherend in a wide temperature range as compared with other resins such as a norbornene resin, for example, by using a resin having a siloxane skeleton as the sealing material, The temperature cycle resistance of the solar cell can also be improved. Furthermore, by using a resin having a siloxane skeleton for the sealing material, molecular diffusion over time can be suppressed, so that the heat resistance and durability of the solar cell can be improved.
  • the siloxane skeleton is not particularly limited as long as it has a siloxane bond and an organic group.
  • the organic group is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group such as a methyl group, an alkoxy group such as a methoxy group, an aromatic group such as a phenyl group, and an alkenyl group. These siloxane skeletons may be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the resin having a siloxane skeleton include a polymer of a compound having a silicon (Si) atom and an alkoxy group.
  • Examples of the compound having a silicon (Si) atom and an alkoxy group include dialkoxysilane, trialkoxysilane, tetraalkoxysilane (for example, tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetraisopropoxysilane, tetrapropoxysilane, tetrabutoxy Silane) and the like.
  • These resins having a siloxane skeleton may be used alone or in combination of two or more.
  • the resin having the siloxane skeleton may be a resin obtained by forming a compound having a reactive functional group in addition to the siloxane skeleton and then crosslinking the reactive functional group with a crosslinking agent.
  • a crosslinking agent an epoxy group, a hydroxyl group, a carboxyl group, an alkenyl group, an isocyanate group etc. are mentioned, for example. It does not specifically limit as said crosslinking agent, The crosslinking reaction of the said reactive functional group can be started using a catalyst etc. In this case, by adjusting the number of the reactive functional groups, deterioration (initial deterioration) at the time of sealing the solar cell due to curing shrinkage accompanying the crosslinking reaction can be suppressed.
  • Examples of the compound having a siloxane skeleton and an epoxy group include epoxy group-containing silicone (X-22-343, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
  • Examples of the compound having a siloxane skeleton and a hydroxyl group include a hydroxyl group-containing silicone (X-22-4039, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
  • Examples of the compound having a siloxane skeleton and a carboxyl group include carboxyl group-containing silicone (X-22-3701E, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
  • Examples of the compound having a siloxane skeleton and a mercapto group include mercapto group-containing silicone (KF-2001, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.).
  • Examples of the compound having a siloxane skeleton and an amino group include amino group-containing silicone (KF-865, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.). These resins having a siloxane skeleton may be used alone or in combination of two or more.
  • the resin having a siloxane skeleton has a preferred lower limit of 7.0 and a preferred upper limit of a solubility parameter (SP value) of 10.0. If the solubility parameter (SP value) of the resin having a siloxane skeleton is 7.0 or more, options for the resin are widened and molding becomes easy. If the solubility parameter (SP value) of the resin having a siloxane skeleton is 10.0 or less, elution of the organic component in the organic / inorganic perovskite compound at the time of sealing is further suppressed, and the photoelectric conversion layer is deteriorated. Can be further suppressed.
  • the more preferable lower limit of the solubility parameter (SP value) of the resin having a siloxane skeleton is 7.5, and the more preferable lower limit is 8.0.
  • the upper limit of the solubility parameter (SP value) of the sealing resin is more preferably 9.5, and further preferably 9.0.
  • the SP value is called a solubility parameter, and is an index that can express the ease of dissolution.
  • the SP value is calculated by using a method proposed by Fedors (R. F. Fedors, Polym. Eng. Sci., 14 (2), 147-154 (1974)). It can be calculated according to the following formula (1) from the evaporation energy ( ⁇ ecoh) (cal / mol) and the molar volume ( ⁇ v) (cm 3 / mol) with respect to the atomic group.
  • ⁇ represents an SP value (cal / mol) 1/2 .
  • the SP value of the copolymer can be calculated by the following formula (2) by calculating the SP value of each repeating unit alone in the copolymer and using the volume fraction thereof.
  • ⁇ cop represents the SP value of the copolymer
  • ⁇ 1, ⁇ 2 represents the volume fraction of the repeating units 1 and 2
  • ⁇ 1, ⁇ 2 represents the SP value of the repeating units 1 and 2 alone.
  • the preferable lower limit of the thickness of the sealing material is 100 nm, and the preferable upper limit is 100000 nm.
  • a more preferable lower limit of the thickness is 500 nm, a more preferable upper limit is 50000 nm, a still more preferable lower limit is 1000 nm, and a still more preferable upper limit is 20000 nm.
  • the solar cell of the present invention it is further preferable to have an inorganic layer on the sealing material.
  • the said inorganic layer has water vapor
  • a sealing material containing a resin having a siloxane skeleton is required when the inorganic layer is formed by a sputtering method as compared with a sealing material containing another resin such as a polyisobutylene resin or an acrylic resin. It also has excellent sputtering resistance.
  • the solar cell of this invention it is also preferable to have an inorganic layer between the said laminated body and the said sealing material. Also in this case, since the said inorganic layer has water vapor
  • the inorganic layer preferably contains a metal oxide, a metal nitride, or a metal oxynitride.
  • the metal oxide, metal nitride or metal oxynitride is not particularly limited as long as it has a water vapor barrier property.
  • oxides, nitrides, or oxynitrides of Si, Al, Zn, Sn are preferable, oxides, nitrides, or oxynitrides of Zn, Sn are more preferable. Since flexibility can be imparted, an oxide, nitride or oxynitride of a metal element containing both Zn and Sn metal elements is more preferable.
  • the metal oxide, metal nitride or metal oxynitride particularly preferably contains a metal oxide represented by the general formula Zn a Sn b O c.
  • a, b, and c are positive integers.
  • the metal oxide represented by the general formula Zn a Sn b O c for the inorganic layer, the metal oxide contains tin (Sn) atoms, and thus gives the inorganic layer appropriate flexibility. Even when the thickness of the inorganic layer is increased, the stress is reduced, so that peeling of the inorganic layer, the electrode, the semiconductor layer, and the like can be suppressed.
  • steam barrier property of the said inorganic layer can be improved, and the durability of a solar cell can be improved more.
  • the metal oxide contains zinc (Zn) atoms, the inorganic layer can exhibit particularly high barrier properties.
  • the ratio Xs (wt%) of Sn to the sum of Zn and Sn satisfies 70>Xs> 0.
  • the value Y represented by Y c / (a + 2b) satisfies 1.5>Y> 0.5.
  • the element ratio of zinc (Zn), tin (Sn), and oxygen (O) contained in the metal oxide represented by the general formula Zn a Sn b O c in the inorganic layer is determined by X-ray photoelectron spectroscopy ( It can be measured using an XPS) surface analyzer (for example, ESCALAB-200R manufactured by VG Scientific).
  • the inorganic layer when containing a metal oxide represented by the general formula Zn a Sn b O c, preferably further contains silicon (Si) and / or aluminum (Al).
  • silicon (Si) and / or aluminum (Al) By adding silicon (Si) and / or aluminum (Al) to the inorganic layer, the transparency of the inorganic layer can be increased and the photoelectric conversion efficiency of the solar cell can be improved.
  • the preferable lower limit of the thickness of the inorganic layer is 30 nm, and the preferable upper limit is 3000 nm.
  • the inorganic layer can have a sufficient water vapor barrier property, and the durability of the solar cell is improved.
  • the thickness is 3000 nm or less, even if the thickness of the inorganic layer is increased, the generated stress is small, and thus the peeling of the inorganic layer, the electrode, the semiconductor layer, and the like can be suppressed.
  • the more preferable lower limit of the thickness is 50 nm, the more preferable upper limit is 1000 nm, the still more preferable lower limit is 100 nm, and the still more preferable upper limit is 500 nm.
  • the thickness of the inorganic layer can be measured using an optical interference film thickness measuring device (for example, FE-3000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.).
  • the sealing material may be further covered with other materials such as a glass plate, a resin film, a resin film coated with an inorganic material, and a metal foil such as aluminum. . That is, the solar cell of the present invention may have a configuration in which the laminate and the other materials are sealed, filled, or bonded with the sealing material. Thereby, even if there is a pinhole in the sealing material, water vapor can be sufficiently blocked, and the high humidity durability of the solar cell can be further improved. Among these, it is more preferable to dispose a resin film coated with an inorganic material.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing an example of the solar cell of the present invention.
  • a laminate having an electrode 2, a counter electrode 3, and a photoelectric conversion layer 4 disposed between the electrode 2 and the counter electrode 3 on a substrate 6 is a counter electrode.
  • 3 is sealed with a sealing material 5 covering the top.
  • the end of the sealing material 5 is closed by being in close contact with the substrate 6.
  • the counter electrode 3 is a patterned electrode.
  • an inorganic layer may be disposed between the laminate and the sealing material 5 or on the sealing material 5.
  • the method for producing the solar cell of the present invention is not particularly limited. For example, after forming the electrode, the photoelectric conversion layer, and the counter electrode in this order on the substrate in this order, the encapsulant is formed. And a method of sealing the laminate and further covering the sealing material with an inorganic layer.
  • the method for forming the photoelectric conversion layer is not particularly limited, and examples thereof include a vacuum deposition method, a sputtering method, a gas phase reaction method (CVD), an electrochemical deposition method, and a printing method.
  • the solar cell which can exhibit high photoelectric conversion efficiency can be simply formed in a large area by employ
  • the printing method include a spin coating method and a casting method, and examples of a method using the printing method include a roll-to-roll method.
  • the method for sealing the laminate with the sealant is not particularly limited.
  • the method for sealing the laminate using a sheet-like sealant, or the sealing in which the sealant is dissolved in an organic solvent A method of applying a material solution to the laminate, a method of crosslinking or polymerizing a compound having a reactive functional group with heat or UV after applying a compound having a reactive functional group to be a sealing material to the laminate and a method of cooling the sealing material after applying heat to the sealing material.
  • a vacuum deposition method As a method of covering the sealing material with the inorganic layer, a vacuum deposition method, a sputtering method, a gas phase reaction method (CVD), or an ion plating method is preferable.
  • the sputtering method is preferable for forming a dense layer, and the DC magnetron sputtering method is more preferable among the sputtering methods.
  • a sealing material containing a resin having a siloxane skeleton is required when the inorganic layer is formed by a sputtering method as compared with a sealing material containing another resin such as a polyisobutylene resin or an acrylic resin. It also has excellent sputtering resistance.
  • an inorganic layer can be formed by using a metal target and oxygen gas or nitrogen gas as raw materials and depositing the raw material on the sealing material to form a film.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is excellent in a photoelectric conversion efficiency, there is little deterioration at the time of sealing (initial deterioration), it has sputtering tolerance, and the solar cell excellent in temperature cycle tolerance can be provided.
  • the number average molecular weight of the obtained polymer A was 3500.
  • the molecular weight of polymer A was measured by GPC measurement of a solution obtained by adding 1 mL of tetrahydrofuran to 10 mg of polymer A and stirring until dissolved.
  • GPC measurement uses a measuring device manufactured by Waters, using two Shodex GPC LF-804 (manufactured by Showa Denko KK, length 300 mm) as a column, measuring temperature 40 ° C., flow rate 1 mL / min, solvent tetrahydrofuran, standard substance This was performed under the conditions of polystyrene. Further, as a result of identifying the chemical structure from 29 Si-NMR, the polymer A had an average composition formula represented by the following formula (1).
  • the content ratio of the phenyl group in the polymer A was 43.9 mol%, and the content ratio of the vinyl group was 4.88 mol%.
  • the polymer I had an average composition formula represented by the following formula (2).
  • the content ratio of the phenyl group in the polymer I was 24.7 mol%, and the content ratio of the hydrogen atom bonded to the silicon atom was 25.1%.
  • sealing material 1 23.7 parts by weight of polymer A, 64.5 parts by weight of polymer E, 11.8 parts by weight of polymer I, and a catalyst for hydrosilylation reaction (1,3-divinyl-1,1,2 of platinum) (3,3-tetramethyldisiloxane complex) 0.02 part by weight was mixed and then defoamed to obtain a sealing material 1.
  • a catalyst for hydrosilylation reaction (1,3-divinyl-1,1,2 of platinum) (3,3-tetramethyldisiloxane complex) 0.02 part by weight was mixed and then defoamed to obtain a sealing material 1.
  • sealing materials 2 to 5 were obtained in the same manner as the sealing material 1 except that the types and blending ratios of the polymers used were as shown in Table 2.
  • Example 1 (Production of laminate) An FTO film having a thickness of 1000 nm was formed as an electrode on a glass substrate, and ultrasonic cleaning was performed for 10 minutes each using pure water, acetone, and methanol in this order, followed by drying. A titanium isopropoxide ethanol solution adjusted to 2% was applied on the surface of the FTO film by a spin coating method, followed by baking at 400 ° C. for 10 minutes to form a thin-film electron transport layer having a thickness of 20 nm.
  • a titanium oxide paste containing polyisobutyl methacrylate as an organic binder and titanium oxide (a mixture of an average particle size of 10 nm and 30 nm) is applied onto the thin film electron transport layer by a spin coat method, and then heated to 500 ° C. Was fired for 10 minutes to form a porous electron transport layer having a thickness of 500 nm.
  • CH 3 NH 3 I and PbI 2 were dissolved at a molar ratio of 1: 1 using N, N-dimethylformamide (DMF) as a solvent as a solution for forming an organic inorganic perovskite compound, and the total weight of CH 3 NH 3 I and PbI 2 The concentration was adjusted to 20%.
  • This solution was laminated on the electron transport layer by a spin coating method to form a photoelectric conversion layer. Furthermore, a solution was prepared by dissolving Spiro-OMeTAD (having a spirobifluorene skeleton) 68 mM, Tert-butylpyridine 55 mM, and Lithium Bis (trifluoromethylsulfonyl) imide 9 mM in 25 ⁇ L of chlorobenzene. This solution was laminated on the photoelectric conversion layer to a thickness of 300 nm by spin coating to form a hole transport layer. On the hole transport layer, a gold film having a thickness of 100 nm was formed as a counter electrode by vacuum deposition to obtain a laminate.
  • Spiro-OMeTAD having a spirobifluorene skeleton
  • Tert-butylpyridine 55 mM Tert-butylpyridine 55 mM
  • the silicone encapsulant 1 having a siloxane skeleton obtained above was laminated with a doctor blade to a thickness of 10 ⁇ m, and the compound was cured at 120 ° C. for 1 hour to obtain an encapsulant.
  • Example 2 In the production of the laminate, a solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the photoelectric conversion layer (organic inorganic perovskite compound) shown in Table 3 was formed by changing the blending components of the solution for forming the organic / inorganic perovskite compound.
  • the photoelectric conversion layer organic inorganic perovskite compound shown in Table 3 was formed by changing the blending components of the solution for forming the organic / inorganic perovskite compound.
  • CH 3 NH 3 Br, CH 3 NH 3 I, PbBr 2 and PbI 2 were dissolved at a molar ratio of 1: 2: 1: 2 using N, N-dimethylformamide (DMF) as a solvent.
  • DMF N-dimethylformamide
  • Example 3 CH 3 NH 3 I and PbCl 2 were dissolved at a molar ratio of 3: 1 using N, N-dimethylformamide (DMF) as a solvent.
  • Example 4 CH 3 NH 3 Br and PbBr 2 were dissolved at a molar ratio of 1: 1 using N, N-dimethylformamide (DMF) as a solvent.
  • Example 5 CH 3 (NH 3 ) 2 I and PbI 2 were dissolved at a molar ratio of 1: 1 using N, N-dimethylformamide (DMF) as a solvent.
  • Example 6 In the sealing of the laminated body, a solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the thickness was changed to the sealing material thickness shown in Table 3.
  • Example 8 In the sealing of the laminate, a solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the sealing material shown in Table 3 was changed.
  • Example 12 instead of forming the inorganic layer on the encapsulant, the inorganic layer was formed on the laminate and then the encapsulant was laminated, except that the inorganic layer shown in Table 3 was changed to the same as in Example 1.
  • a solar cell was obtained.
  • a Si target was used as the metal target.
  • a Sn target was used as the metal target.
  • Sealing material 6 includes 40 parts by weight of epoxy group-containing silicone (X-22-343, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 60 parts by weight of mercapto group-containing silicone (KF-2001, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), a curing catalyst. It was prepared by mixing 4 parts by weight of an imidazole compound (2MZA, manufactured by Shikoku Chemicals).
  • Sealing material 7 includes 40 parts by weight of epoxy group-containing silicone (X-22-343, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), 60 parts by weight of amino group-containing silicone (KF-864, manufactured by Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.), and a curing catalyst. It was prepared by mixing 4 parts by weight of an imidazole compound (2MZA, manufactured by Shikoku Chemicals).
  • Comparative Examples 1 to 5 In the sealing of the laminate, a solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the sealing material shown in Table 3 was changed.
  • a solution of polyvinyl alcohol (PVA) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was applied onto the laminate with a doctor blade and dried to obtain a sealing material.
  • PVA polyvinyl alcohol
  • Comparative Example 2 a mixture containing 4 mol% of imidazole compound 2MZA (manufactured by Shikoku Kasei Kogyo Co., Ltd.) and a bisphenol A type epoxy resin (manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation) as a curing agent was applied onto the laminate, and 120 It was cured by heating at 1 ° C.
  • Comparative Example 3 a solution of polyisobutylene resin (OPPANOL B 50, manufactured by BASF) was applied onto the laminate with a doctor blade and dried to obtain a sealing material.
  • Comparative Example 4 a solution of norbornene resin (TOPAS 6015, manufactured by Polyplastics) was applied onto the laminate with a doctor blade and dried to obtain a sealing material.
  • Comparative Example 5 4 mol% peroxide as a curing agent (Park Mill D, manufactured by NOF Corporation) and a liquid monomer having no siloxane skeleton as a sealing material (LA, manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.) A mixture containing was applied and heated at 120 ° C. for 1 hour to polymerize the liquid monomer to obtain a sealing material.
  • a power source (manufactured by KEITHLEY, 236 model) is connected between the electrodes of the laminate before sealing, and photoelectric conversion efficiency is measured using a solar simulation (manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd.) with an intensity of 100 mW / cm 2 , and initial conversion is performed. The efficiency.
  • a power source (made by KEITHLEY, 236 model) is connected between the electrodes of the solar cell immediately after sealing, and the photoelectric conversion efficiency is measured using a solar simulation (manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd.) having an intensity of 100 mW / cm 2.
  • ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is excellent in a photoelectric conversion efficiency, there is little deterioration at the time of sealing (initial deterioration), it has sputtering tolerance, and the solar cell excellent in temperature cycle tolerance can be provided.

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Abstract

本発明は、光電変換効率に優れ、封止時の劣化（初期劣化）が少なく、スパッタリング耐性があり、温度サイクル耐性に優れた太陽電池を提供することを目的とする。 本発明は、電極と、対向電極と、前記電極と前記対向電極との間に配置された光電変換層とを有する積層体と、前記対向電極上を覆って前記積層体を封止する封止材とを有する太陽電池であって、前記光電変換層は、一般式Ｒ－Ｍ－Ｘ３（但し、Ｒは有機分子、Ｍは金属原子、Ｘはハロゲン原子又はカルコゲン原子である。）で表される有機無機ペロブスカイト化合物を含み、前記封止材は、シロキサン骨格を有する樹脂を含む太陽電池である。

Description

太陽電池
本発明は、光電変換効率に優れ、封止時の劣化（初期劣化）が少なく、スパッタリング耐性があり、温度サイクル耐性に優れた太陽電池に関する。
従来から、対向する電極間にＮ型半導体層とＰ型半導体層とを配置した積層体を備えた光電変換素子が開発されている。このような光電変換素子では、光励起により光キャリアが生成し、電子がＮ型半導体を、ホールがＰ型半導体を移動することで、電界が生じる。
現在、実用化されている光電変換素子の多くは、シリコン等の無機半導体を用いて製造される無機太陽電池である。しかしながら、無機太陽電池は製造にコストがかかるうえ大型化が困難であり、利用範囲が限られてしまうことから、無機半導体の代わりに有機半導体を用いて製造される有機太陽電池が注目されている。
有機太陽電池においては、ほとんどの場合フラーレンが用いられている。フラーレンは、主にＮ型半導体として働くことが知られている。例えば、特許文献１には、Ｐ型半導体となる有機化合物とフラーレン類とを用いて形成された半導体ヘテロ接合膜が記載されている。しかしながら、フラーレンを用いて製造される有機太陽電池において、その劣化の原因はフラーレンであることが知られており（例えば、非特許文献１参照）、フラーレンに代わる材料が求められている。
一方、有機太陽電池においては、対向する電極間にＮ型半導体層とＰ型半導体層とを配置した積層体を、シール材等の封止樹脂を用いて封止することが一般的である（例えば、非特許文献２参照）。しかしながら、シール材等の封止樹脂を用いて封止された有機太陽電池においては、半導体材料の種類によっては封止時に半導体材料が劣化してしまい、光電変換効率が低下するという問題が生じていた（初期劣化）。
特開２００６－３４４７９４号公報
Ｒｅｅｓｅ　ｅｔ　ａｌ．，Ａｄｖ．Ｆｕｎｃｔ．Ｍａｔｅｒ．，２０，３４７６－３４８３（２０１０） Ｐｒｏｃ．ｏｆ　ＳＰＩＥ　Ｖｏｌ．７４１６　７４１６０Ｋ－１
本発明は、光電変換効率に優れ、封止時の劣化（初期劣化）が少なく、スパッタリング耐性があり、温度サイクル耐性に優れた太陽電池を提供することを目的とする。
本発明は、電極と、対向電極と、前記電極と前記対向電極との間に配置された光電変換層とを有する積層体と、前記対向電極上を覆って前記積層体を封止する封止材とを有する太陽電池であって、前記光電変換層は、一般式Ｒ－Ｍ－Ｘ３（但し、Ｒは有機分子、Ｍは金属原子、Ｘはハロゲン原子又はカルコゲン原子である。）で表される有機無機ペロブスカイト化合物を含み、前記封止材は、シロキサン骨格を有する樹脂を含む太陽電池である。
以下、本発明を詳述する。
本発明者は、電極と、対向電極と、前記電極と前記対向電極との間に配置された光電変換層とを有する積層体が、封止材で封止されている太陽電池において、光電変換層に特定の有機無機ペロブスカイト化合物を用いることを検討した。有機無機ペロブスカイト化合物を用いることにより、太陽電池の光電変換効率の向上が期待できる。
しかしながら、有機無機ペロブスカイト化合物を用いた光電変換層を含む積層体を、従来の封止材で封止したところ、封止時に光電変換効率が低下してしまうことがわかった（初期劣化）。
そこで本発明者らは、有機無機ペロブスカイト化合物を用いた光電変換層を含む積層体を、封止材により封止したときの劣化の原因について詳しく検討した。その結果、封止時に、有機無機ペロブスカイト化合物中の有機成分が封止材に溶け込んでしまい、有機無機ペロブスカイト化合物が劣化してしまうことが原因であることを見出した。
本発明者らは、鋭意検討の結果、封止材としてシロキサン骨格を有する樹脂を用いることにより、封止時に有機無機ペロブスカイト化合物中の有機成分が溶出してしまうのを抑制できることを見出した。更に、本発明者は、封止材にシロキサン骨格を有する樹脂を用いることにより、太陽電池の温度サイクル耐性をも向上できることを見出した。
また、屋外での使用を考慮すると過酷な環境下でも耐えうる太陽電池が求められることから、本発明者は、太陽電池の高湿耐久性を向上させるために、封止材上を無機層で覆うことを検討した。その結果、本発明者は、シロキサン骨格を有する樹脂を含む封止材は、スパッタリング法により無機層を形成する際に要求されるスパッタリング耐性にも優れることを見出し、本発明を完成させるに至った。
本発明の太陽電池は、電極と、対向電極と、上記電極と上記対向電極との間に配置された光電変換層とを有する積層体と、上記対向電極上を覆って上記積層体を封止する封止材とを有する。
なお、本明細書中、層とは、明確な境界を有する層だけではなく、含有元素が徐々に変化する濃度勾配のある層をも意味する。なお、層の元素分析は、例えば、太陽電池の断面のＦＥ－ＴＥＭ／ＥＤＳ線分析測定を行い、特定元素の元素分布を確認する等によって行うことができる。また、本明細書中、層とは、平坦な薄膜状の層だけではなく、他の層と一緒になって複雑に入り組んだ構造を形成しうる層をも意味する。
上記電極及び上記対向電極の材料は特に限定されず、従来公知の材料を用いることができる。なお、上記対向電極は、パターニングされた電極であることが多い。
上記電極及び上記対向電極の材料として、例えば、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）、ナトリウム、ナトリウム－カリウム合金、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、マグネシウム－銀混合物、マグネシウム－インジウム混合物、アルミニウム－リチウム合金、Ａｌ／Ａｌ２Ｏ３混合物、Ａｌ／ＬｉＦ混合物、金等の金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）、ＳｎＯ２、ＡＺＯ（アルミニウム亜鉛酸化物）、ＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）、ＧＺＯ（ガリウム亜鉛酸化物）等の導電性透明材料、導電性透明ポリマー等が挙げられる。これらの材料は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
また、上記電極及び上記対向電極は、それぞれ陰極になっても、陽極になってもよい。
上記光電変換層は、一般式Ｒ－Ｍ－Ｘ３（但し、Ｒは有機分子、Ｍは金属原子、Ｘはハロゲン原子又はカルコゲン原子である。）で表される有機無機ペロブスカイト化合物を含む。
上記光電変換層に上記有機無機ペロブスカイト化合物を用いることにより、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。
上記Ｒは有機分子であり、ＣｌＮｍＨｎ（ｌ、ｍ、ｎはいずれも正の整数）で示されることが好ましい。
上記Ｒは、具体的には例えば、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ジメチルアミン、ジエチルアミン、ジプロピルアミン、ジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、エチルメチルアミン、メチルプロピルアミン、ブチルメチルアミン、メチルペンチルアミン、ヘキシルメチルアミン、エチルプロピルアミン、エチルブチルアミン、グアニジン、ホルムアミジン、イミダゾール、アゾール、ピロール、アジリジン、アジリン、アゼチジン、アゼト、アゾール、イミダゾリン、カルバゾール及びこれらのイオン（例えば、メチルアンモニウム（ＣＨ３ＮＨ３）等）、及び、フェネチルアンモニウム等が挙げられる。なかでも、メチルアミン、ホルムアミジン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン及びこれらのイオン、及び、フェネチルアンモニウムが好ましく、メチルアミン、ホルムアミジン、エチルアミン、プロピルアミン及びこれらのイオンがより好ましい。
上記Ｍは金属原子であり、例えば、鉛、スズ、亜鉛、チタン、アンチモン、ビスマス、ニッケル、鉄、コバルト、銀、銅、ガリウム、ゲルマニウム、マグネシウム、カルシウム、インジウム、アルミニウム、マンガン、クロム、モリブデン、ユーロピウム等が挙げられる。これらの金属原子は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
上記Ｘはハロゲン原子又はカルコゲン原子であり、例えば、塩素、臭素、ヨウ素、硫黄、セレン等が挙げられる。これらのハロゲン原子又はカルコゲン原子は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。なかでも、構造中にハロゲンを含有することで、上記有機無機ペロブスカイト化合物が有機溶媒に可溶になり、安価な印刷法等への適用が可能になることから、ハロゲン原子が好ましい。更に、上記有機無機ペロブスカイト化合物のエネルギーバンドギャップが狭くなることから、ヨウ素がより好ましい。
上記有機無機ペロブスカイト化合物は、体心に金属原子Ｍ、各頂点に有機分子Ｒ、面心にハロゲン原子又はカルコゲン原子Ｘが配置された立方晶系の構造を有することが好ましい。
図１は、体心に金属原子Ｍ、各頂点に有機分子Ｒ、面心にハロゲン原子又はカルコゲン原子Ｘが配置された立方晶系の構造である、有機無機ペロブスカイト化合物の結晶構造の一例を示す模式図である。詳細は明らかではないが、上記構造を有することにより、結晶格子内の八面体の向きが容易に変わることができるため、上記有機無機ペロブスカイト化合物中の電子の移動度が高くなり、太陽電池の光電変換効率が向上すると推定される。
上記有機無機ペロブスカイト化合物は、結晶性半導体であることが好ましい。結晶性半導体とは、Ｘ線散乱強度分布を測定し、散乱ピークが検出できる半導体を意味している。上記有機無機ペロブスカイト化合物が結晶性半導体であることにより、上記有機無機ペロブスカイト化合物中の電子の移動度が高くなり、太陽電池の光電変換効率が向上する。
また、結晶化の指標として結晶化度を評価することもできる。結晶化度は、Ｘ線散乱強度分布測定により検出された結晶質由来の散乱ピークと非晶質部由来のハローとをフィッティングにより分離し、それぞれの強度積分を求めて、全体のうちの結晶部分の比を算出することにより求めることができる。
上記有機無機ペロブスカイト化合物の結晶化度の好ましい下限は３０％である。結晶化度が３０％以上であると、上記有機無機ペロブスカイト化合物中の電子の移動度が高くなり、太陽電池の光電変換効率が向上する。結晶化度のより好ましい下限は５０％、更に好ましい下限は７０％である。
また、上記有機無機ペロブスカイト化合物の結晶化度を上げる方法として、例えば、熱アニール、レーザー等の強度の強い光の照射、プラズマ照射等が挙げられる。
上記光電変換層は、本発明の効果を損なわない範囲内であれば、上記有機無機ペロブスカイト化合物に加えて、更に、有機半導体又は無機半導体を含んでいてもよい。なお、ここでいう有機半導体又は無機半導体は、後述する電子輸送層又はホール輸送層としての役割を果たしてもよい。
上記有機半導体として、例えば、ポリ（３－アルキルチオフェン）等のチオフェン骨格を有する化合物等が挙げられる。また、例えば、ポリパラフェニレンビニレン骨格、ポリビニルカルバゾール骨格、ポリアニリン骨格、ポリアセチレン骨格等を有する導電性高分子等も挙げられる。更に、例えば、フタロシアニン骨格、ナフタロシアニン骨格、ペンタセン骨格、ベンゾポルフィリン骨格等のポルフィリン骨格、スピロビフルオレン骨格等を有する化合物、及び、表面修飾されていてもよいカーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン等のカーボン含有材料も挙げられる。
上記無機半導体として、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ガリウム、硫化スズ、硫化インジウム、硫化亜鉛、ＣｕＳＣＮ、Ｃｕ２Ｏ、ＣｕＩ、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＷＯ３、ＭｏＳ２、ＭｏＳｅ２、Ｃｕ２Ｓ等が挙げられる。
上記光電変換層は、上記有機半導体又は上記無機半導体を含む場合、薄膜状の有機半導体又は無機半導体部位と薄膜状の有機無機ペロブスカイト化合物部位とを積層した積層構造体であってもよいし、有機半導体又は無機半導体部位と有機無機ペロブスカイト化合物部位とを複合化した複合構造体であってもよい。製法が簡便である点では積層構造体が好ましく、上記有機半導体又は上記無機半導体中の電荷分離効率を向上させることができる点では複合構造体が好ましい。
上記薄膜状の有機無機ペロブスカイト化合物部位の厚みは、好ましい下限が５ｎｍ、好ましい上限が５０００ｎｍである。上記厚みが５ｎｍ以上であれば、充分に光を吸収することができるようになり、光電変換効率が高くなる。上記厚みが５０００ｎｍ以下であれば、電荷分離できない領域が発生することを抑制できるため、光電変換効率の向上につながる。上記厚みのより好ましい下限は１０ｎｍ、より好ましい上限は１０００ｎｍであり、更に好ましい下限は２０ｎｍ、更に好ましい上限は５００ｎｍである。
上記光電変換層が、有機半導体又は無機半導体部位と有機無機ペロブスカイト化合物部位とを複合化した複合構造体である場合、上記複合構造体の厚みの好ましい下限は３０ｎｍ、好ましい上限は３０００ｎｍである。上記厚みが３０ｎｍ以上であれば、充分に光を吸収することができるようになり、光電変換効率が高くなる。上記厚みが３０００ｎｍ以下であれば、電荷が電極に到達しやすくなるため、光電変換効率が高くなる。上記厚みのより好ましい下限は４０ｎｍ、より好ましい上限は２０００ｎｍであり、更に好ましい下限は５０ｎｍ、更に好ましい上限は１０００ｎｍである。
上記積層体においては、上記電極と上記光電変換層との間に、電子輸送層が配置されていてもよい。
上記電子輸送層の材料は特に限定されず、例えば、Ｎ型導電性高分子、Ｎ型低分子有機半導体、Ｎ型金属酸化物、Ｎ型金属硫化物、ハロゲン化アルカリ金属、アルカリ金属、界面活性剤等が挙げられ、具体的には例えば、シアノ基含有ポリフェニレンビニレン、ホウ素含有ポリマー、バソキュプロイン、バソフェナントレン、ヒドロキシキノリナトアルミニウム、オキサジアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、ナフタレンテトラカルボン酸化合物、ペリレン誘導体、ホスフィンオキサイド化合物、ホスフィンスルフィド化合物、フルオロ基含有フタロシアニン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ガリウム、硫化スズ、硫化インジウム、硫化亜鉛等が挙げられる。
上記電子輸送層は、薄膜状の電子輸送層のみからなっていてもよいが、多孔質状の電子輸送層を含むことが好ましい。特に、上記光電変換層が、有機半導体又は無機半導体部位と有機無機ペロブスカイト化合物部位とを複合化した複合構造体である場合、より複雑な複合構造体（より複雑に入り組んだ構造）が得られ、光電変換効率が高くなることから、多孔質状の電子輸送層上に複合構造体が成膜されていることが好ましい。
上記電子輸送層の厚みは、好ましい下限が１ｎｍ、好ましい上限が２０００ｎｍである。上記厚みが１ｎｍ以上であれば、充分にホールをブロックできるようになる。上記厚みが２０００ｎｍ以下であれば、電子輸送の際の抵抗になり難く、光電変換効率が高くなる。上記電子輸送層の厚みのより好ましい下限は３ｎｍ、より好ましい上限は１０００ｎｍであり、更に好ましい下限は５ｎｍ、更に好ましい上限は５００ｎｍである。
上記積層体においては、上記対向電極と上記光電変換層との間に、ホール輸送層が配置されていてもよい。
上記ホール輸送層の材料は特に限定されず、例えば、Ｐ型導電性高分子、Ｐ型低分子有機半導体、Ｐ型金属酸化物、Ｐ型金属硫化物、界面活性剤等が挙げられ、具体的には例えば、ポリエチレンジオキシチオフェンのポリスチレンスルホン酸付加物、カルボキシル基含有ポリチオフェン、フタロシアニン、ポルフィリン、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、酸化銅、酸化スズ、硫化モリブデン、硫化タングステン、硫化銅、硫化スズ等、フルオロ基含有ホスホン酸、カルボニル基含有ホスホン酸、ＣｕＳＣＮ、ＣｕＩ等の銅化合物、表面修飾されていてもよいカーボンナノチューブ、グラフェン等のカーボン含有材料等が挙げられる。
上記ホール輸送層の厚みは、好ましい下限は１ｎｍ、好ましい上限は２０００ｎｍである。上記厚みが１ｎｍ以上であれば、充分に電子をブロックできるようになる。上記厚みが２０００ｎｍ以下であれば、ホール輸送の際の抵抗になり難く、光電変換効率が高くなる。上記厚みのより好ましい下限は３ｎｍ、より好ましい上限は１０００ｎｍであり、更に好ましい下限は５ｎｍ、更に好ましい上限は５００ｎｍである。
上記積層体は、更に、基板等を有していてもよい。上記基板は特に限定されず、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等の透明ガラス基板、セラミック基板、透明プラスチック基板等が挙げられる。
本発明の太陽電池は、上記積層体が、封止材で封止されたものである。上記積層体を、上記封止材で封止することにより、太陽電池の耐久性を向上させることができる。これは、上記封止材で封止を行うことにより、水分が内部に浸透することを抑制できるためと考えられる。ここで、上記封止材は、その端部を閉じるようにして上記積層体全体を覆うことが好ましい。これにより、水分が内部に浸透することを確実に防止することができる。
なお、上記積層体が封止材で封止されていれば、上記積層体の電極側又は対向電極側のいずれが封止材で覆われていてもよい。
上記封止材は、シロキサン骨格を有する樹脂を含む。
上記光電変換層に上記有機無機ペロブスカイト化合物を用いた場合、封止時に上記有機無機ペロブスカイト化合物中の有機成分が上記封止材に溶け込んでしまい、上記有機無機ペロブスカイト化合物が劣化する（初期劣化）。これに対して、本発明の太陽電池においては、上記封止材にシロキサン骨格を有する樹脂を用いることにより、上記光電変換層に上記有機無機ペロブスカイト化合物を用いていても、封止時に上記有機無機ペロブスカイト化合物中の有機成分の溶出を抑えて、光電変換層が劣化してしまうのを防止することができる。
更に、シロキサン骨格を有する樹脂は、例えばノルボルネン樹脂等のその他の樹脂と比較して広い温度域において被着体に対する密着性が高いため、上記封止材にシロキサン骨格を有する樹脂を用いることにより、太陽電池の温度サイクル耐性をも向上させることができる。更に、上記封止材にシロキサン骨格を有する樹脂を用いることにより、経時での分子拡散を抑えることができるため、太陽電池の耐熱耐久性を向上させることができる。
上記シロキサン骨格は、シロキサン結合と有機基とを有する骨格であれば、特に限定されない。上記有機基は特に限定されず、例えば、メチル基等のアルキル基、メトキシ基等のアルコキシ基、フェニル基等の芳香族基、アルケニル基等が挙げられる。これらのシロキサン骨格は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
上記シロキサン骨格を有する樹脂として、例えば、ケイ素（Ｓｉ）原子とアルコキシ基とを有する化合物の重合体が挙げられる。
上記ケイ素（Ｓｉ）原子とアルコキシ基とを有する化合物として、例えば、ジアルコキシシラン、トリアルコキシシラン、テトラアルコキシシラン（例えば、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトラブトキシシラン）等が挙げられる。これらのシロキサン骨格を有する樹脂は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
また、上記シロキサン骨格を有する樹脂は、上記シロキサン骨格に加えて更に反応性官能基を有する化合物を製膜した後、上記反応性官能基を架橋剤により架橋反応させた樹脂であってもよい。上記反応性官能基として、例えば、エポキシ基、水酸基、カルボキシル基、アルケニル基、イソシアネート基等が挙げられる。上記架橋剤としては特に限定されず、触媒等を用いて上記反応性官能基の架橋反応を開始させることができる。この場合、上記反応性官能基の数を調整することにより、架橋反応に伴う硬化収縮による太陽電池の封止時の劣化（初期劣化）を抑制することができる。
上記シロキサン骨格とエポキシ基とを有する化合物として、例えば、エポキシ基含有シリコーン（Ｘ－２２－３４３、信越化学工業社製）等が挙げられる。
上記シロキサン骨格と水酸基とを有する化合物として、例えば、水酸基含有シリコーン（Ｘ－２２－４０３９、信越化学工業社製）等が挙げられる。
上記シロキサン骨格とカルボキシル基とを有する化合物として、例えば、カルボキシル基含有シリコーン（Ｘ－２２－３７０１Ｅ、信越化学工業社製）等が挙げられる。
上記シロキサン骨格とメルカプト基とを有する化合物として、例えば、メルカプト基含有シリコーン（ＫＦ－２００１、信越化学工業社製）等が挙げられる。
上記シロキサン骨格とアミノ基とを有する化合物として、例えば、アミノ基含有シリコーン（ＫＦ－８６５、信越化学工業社製）等が挙げられる。
これらのシロキサン骨格を有する樹脂は単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。
上記シロキサン骨格を有する樹脂は、溶解パラメータ（ＳＰ値）の好ましい下限が７．０、好ましい上限が１０．０である。上記シロキサン骨格を有する樹脂の溶解パラメータ（ＳＰ値）が７．０以上であれば、樹脂の選択肢が広がり、成型が容易となる。上記シロキサン骨格を有する樹脂の溶解パラメータ（ＳＰ値）が１０．０以下であれば、封止時の上記有機無機ペロブスカイト化合物中の有機成分の溶出をより抑えて、光電変換層が劣化してしまうのをより抑制することができる。上記シロキサン骨格を有する樹脂の溶解パラメータ（ＳＰ値）のより好ましい下限は７．５、更に好ましい下限は８．０である。太陽電池の高温耐久性を高める観点からは、上記封止樹脂の溶解パラメータ（ＳＰ値）のより好ましい上限は９．５、更に好ましい上限は９．０である。
なお、ＳＰ値は溶解性パラメータ（Ｓｏｌｕｂｉｌｉｔｙ　Ｐａｒａｍｅｔｅｒ）と呼ばれ、溶解のしやすさを表すことのできる指標である。本明細書においてＳＰ値の算出にはＦｅｄｏｒｓにより提案された方法（Ｒ．Ｆ．Ｆｅｄｏｒｓ，　Ｐｏｌｙｍ．　Ｅｎｇ．　Ｓｃｉ．，１４（２），１４７－１５４（１９７４））を用い、繰り返し単位内の各原子団に対する蒸発エネルギー（Δｅｃｏｈ）（ｃａｌ／ｍｏｌ）及びモル体積（Δｖ）（ｃｍ３／ｍｏｌ）から下記式（１）に従って計算することができる。式（１）中、δがＳＰ値（ｃａｌ／ｍｏｌ）１／２を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
Δｅｃｏｈ及びΔｖとしては、Ｊ．Ｂｒａｎｄｒｕｐら、「Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ，　Ｆｏｕｒｔｈ　Ｅｄｉｔｉｏｎ」，ｖｏｌｕｍｅ２に記載の値を用いることができる。
また、Ｔｇ≧２５℃の場合、主鎖骨格原子数をｎとして、ｎ≧３の時は２ｎ、ｎ＜３の時は４ｎをΔｖに加えて計算する。
共重合体のＳＰ値は、共重合体中のそれぞれの繰り返し単位単独でのＳＰ値を算出し、その体積分率を使って下記式（２）により計算することができる。式（２）中、δｃｏｐは共重合体のＳＰ値を表し、φ１、φ２は繰り返し単位１、２の体積分率を表し、δ１、δ２は繰り返し単位１、２単独のＳＰ値を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
上記封止材の厚みは、好ましい下限が１００ｎｍ、好ましい上限が１０００００ｎｍである。上記厚みのより好ましい下限は５００ｎｍ、より好ましい上限は５００００ｎｍであり、更に好ましい下限は１０００ｎｍ、更に好ましい上限は２００００ｎｍである。
本発明の太陽電池においては、更に、上記封止材上に無機層を有することが好ましい。これにより、上記無機層が水蒸気バリア性を有し、水分が内部に浸透することを抑制できるため、太陽電池の高湿耐久性を向上させることができる。なお、上記シロキサン骨格を有する樹脂を含む封止材は、例えばポリイソブチレン樹脂又はアクリル樹脂等のその他の樹脂を含む封止材と比較して、スパッタリング法により上記無機層を形成する際に要求されるスパッタリング耐性にも優れたものである。
また、本発明の太陽電池においては、上記積層体と上記封止材との間に無機層を有することも好ましい。この場合にも、上記無機層が水蒸気バリア性を有し、水分が内部に浸透することを抑制できるため、太陽電池の高湿耐久性を向上させることができる。
上記無機層は、金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物を含むことが好ましい。
上記金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物は、水蒸気バリア性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｃｕ若しくはこれらを２種以上含む合金の酸化物、窒化物又は酸窒化物が挙げられる。なかでも、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎの酸化物、窒化物又は酸窒化物が好ましく、Ｚｎ、Ｓｎの酸化物、窒化物又は酸窒化物がより好ましく、上記無機層に特に高い水蒸気バリア性及び柔軟性を付与できることから、Ｚｎ、Ｓｎの両金属元素を含む金属元素の酸化物、窒化物又は酸窒化物が更に好ましい。
なかでも、上記金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物は、一般式ＺｎａＳｎｂＯｃで表される金属酸化物を含むことが特に好ましい。ここで、ａ、ｂ、ｃは正の整数である。
上記無機層に上記一般式ＺｎａＳｎｂＯｃで表される金属酸化物を用いることにより、上記金属酸化物がスズ（Ｓｎ）原子を含むため、上記無機層に適度な可撓性を付与することができ、上記無機層の厚みが増した場合であっても応力が小さくなるため、上記無機層、電極、半導体層等の剥離を抑えることができる。これにより、上記無機層の水蒸気バリア性を高め、太陽電池の耐久性をより向上させることができる。一方、上記金属酸化物が亜鉛（Ｚｎ）原子を含むため、上記無機層は特に高いバリア性を発揮することができる。
上記一般式ＺｎａＳｎｂＯｃで表される金属酸化物においては、ＺｎとＳｎとの総和に対するＳｎの比Ｘｓ（重量％）が７０＞Ｘｓ＞０を満たすことが好ましい。また、Ｙ＝ｃ／（ａ＋２ｂ）で表される値Ｙが、１．５＞Ｙ＞０．５を満たすことが好ましい。
なお、上記無機層中の上記一般式ＺｎａＳｎｂＯｃで表される金属酸化物に含まれる亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）及び酸素（Ｏ）の元素比率は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）表面分析装置（例えば、ＶＧサイエンティフィックス社製のＥＳＣＡＬＡＢ－２００Ｒ等）を用いて測定することができる。
上記無機層は、上記一般式ＺｎａＳｎｂＯｃで表される金属酸化物を含む場合、更に、ケイ素（Ｓｉ）及び／又はアルミニウム（Ａｌ）を含むことが好ましい。
上記無機層にケイ素（Ｓｉ）及び／又はアルミニウム（Ａｌ）を添加することにより、上記無機層の透明性を高め、太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。
上記無機層の厚みは、好ましい下限が３０ｎｍ、好ましい上限が３０００ｎｍである。上記厚みが３０ｎｍ以上であれば、上記無機層が充分な水蒸気バリア性を有することができ、太陽電池の耐久性が向上する。上記厚みが３０００ｎｍ以下であれば、上記無機層の厚みが増した場合であっても、発生する応力が小さいため、上記無機層、電極、半導体層等の剥離を抑制することができる。上記厚みのより好ましい下限は５０ｎｍ、より好ましい上限は１０００ｎｍであり、更に好ましい下限は１００ｎｍ、更に好ましい上限は５００ｎｍである。
なお、上記無機層の厚みは、光学干渉式膜厚測定装置（例えば、大塚電子社製のＦＥ－３０００等）を用いて測定することができる。
また、本発明の太陽電池においては、更に、上記封止材上を、例えばガラス板、樹脂フィルム、無機材料を被覆した樹脂フィルム、アルミニウム等の金属箔等のその他の材料が覆っていてもよい。即ち、本発明の太陽電池は、上記積層体と上記その他の材料との間を、上記封止材によって封止、充填又は接着している構成であってもよい。これにより、仮に上記封止材にピンホールがあった場合にも充分に水蒸気をブロックすることができ、太陽電池の高湿耐久性をより向上させることができる。なかでも、無機材料を被覆した樹脂フィルムを配置することがより好ましい。
図２は、本発明の太陽電池の一例を模式的に示す断面図である。
図２に示す太陽電池１においては、基板６上に電極２と、対向電極３と、この電極２と対向電極３との間に配置された光電変換層４とを有する積層体が、対向電極３上を覆う封止材５で封止されている。ここで封止材５の端部は、基板６に密着することにより閉じている。なお、図２に示す太陽電池１において、対向電極３はパターニングされた電極である。図示はしないが、積層体と封止材５の間、又は、封止材５上に無機層が配置されていてもよい。
本発明の太陽電池を製造する方法は特に限定されず、例えば、上記基板上に上記電極、上記光電変換層、上記対向電極をこの順で形成して積層体を作製した後、上記封止材で上記積層体を封止し、更に、上記封止材上を無機層で覆う方法等が挙げられる。
上記光電変換層を形成する方法は特に限定されず、真空蒸着法、スパッタリング法、気相反応法（ＣＶＤ）、電気化学沈積法、印刷法等が挙げられる。なかでも、印刷法を採用することで、高い光電変換効率を発揮できる太陽電池を大面積で簡易に形成することができる。印刷法として、例えば、スピンコート法、キャスト法等が挙げられ、印刷法を用いた方法としてロールｔｏロール法等が挙げられる。
上記封止材で上記積層体を封止する方法は特に限定されず、例えば、シート状の封止材を用いて上記積層体をシールする方法、封止材を有機溶媒に溶解させた封止材溶液を上記積層体に塗布する方法、封止材となる反応性官能基を有する化合物を上記積層体に塗布した後、熱又はＵＶ等で反応性官能基を有する化合物を架橋又は重合させる方法、封止材に熱をかけて融解させた後に冷却する方法等が挙げられる。
上記封止材上を上記無機層で覆う方法として、真空蒸着法、スパッタリング法、気相反応法（ＣＶＤ）、イオンプレーティング法が好ましい。なかでも、緻密な層を形成するためにはスパッタリング法が好ましく、スパッタリング法のなかでもＤＣマグネトロンスパッタリング法がより好ましい。なお、上記シロキサン骨格を有する樹脂を含む封止材は、例えばポリイソブチレン樹脂又はアクリル樹脂等のその他の樹脂を含む封止材と比較して、スパッタリング法により上記無機層を形成する際に要求されるスパッタリング耐性にも優れたものである。
上記スパッタリング法においては、金属ターゲット、及び、酸素ガス又は窒素ガスを原料とし、上記封止材上に原料を堆積して製膜することにより、無機層を形成することができる。
本発明によれば、光電変換効率に優れ、封止時の劣化（初期劣化）が少なく、スパッタリング耐性があり、温度サイクル耐性に優れた太陽電池を提供することができる。
有機無機ペロブスカイト化合物の結晶構造の一例を示す模式図である。 本発明の太陽電池の一例を模式的に示す断面図である。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。
＜シリコーン樹脂の合成＞
（１）原料有機珪素化合物各ポリマーの合成においては、下記の構造単位（Ｐｈはフェニル基、Ｖｉはビニル基、Ｍｅはメチル基）を導入するために、下記の有機珪素化合物を用いた。
　Ｍｅ２ＶｉＳｉＯ１／２の構造単位：１，３－ジビニル－１，１，３，３－テトラメチルジシロキサン
　Ｍｅ２ＨＳｉＯ１／２の構造単位：１，１，３，３－テトラメチルジシロキサン
　ＭｅＰｈＳｉＯ２／２の構造単位：メチルフェニルジメトキシシラン
　Ｐｈ２ＳｉＯ２／２の構造単位：ジフェニルジメトキシシラン
　Ｍｅ２ＳｉＯ２／２の構造単位：ジメチルジメトキシシラン
　ＭｅＶｉＳｉＯ２／２の構造単位：メチルビニルジメトキシシラン
　ＭｅＳｉＯ３／２の構造単位：メチルトリメトキシシラン
　ＰｈＳｉＯ３／２の構造単位：フェニルトリメトキシシラン
（２）ポリマーＡの合成（第１のシリコーン樹脂の合成）
温度計、滴下装置及び攪拌機を備えた１０００ｍＬのセパラブルフラスコに、メチルフェニルジメトキシシラン１６４．１ｇ、メチルビニルジメトキシシラン６．６ｇ、及び、１，３－ジビニル－１，１，３，３－テトラメチルジシロキサン４．７ｇを入れ、５０℃で攪拌した。その中に、水酸化カリウム２．２ｇを水３５．１ｇに溶かした溶液をゆっくりと滴下し、滴下後に５０℃で６時間攪拌し、反応させて、反応液を得た。次に、減圧して揮発成分を除去し、反応液に酢酸２．４ｇを加え、減圧下で加熱した。その後、酢酸カリウムをろ過により除去して、ポリマーＡを得た。
得られたポリマーＡの数平均分子量は３５００であった。なお、ポリマーＡの分子量は、ポリマーＡ１０ｍｇにテトラヒドロフラン１ｍＬを加え、溶解するまで攪拌して得た溶液を、ＧＰＣ測定することにより測定した。ＧＰＣ測定は、Ｗａｔｅｒｓ社製の測定装置を用い、カラムとしてＳｈｏｄｅｘ　ＧＰＣ　ＬＦ－８０４（昭和電工社製、長さ３００ｍｍ）を２本用い、測定温度４０℃、流速１ｍＬ／ｍｉｎ、溶媒テトラヒドロフラン、標準物質ポリスチレンの条件で行った。
また、２９Ｓｉ－ＮＭＲより化学構造を同定した結果、ポリマーＡは、下記式（１）で表される平均組成式を有していた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
更に、ポリマーＡ中のフェニル基の含有比率は４３．９モル％、ビニル基の含有比率は４．８８モル％であった。
（３）ポリマーＢ～Ｈの合成（第１のシリコーン樹脂の合成）
原料とする有機珪素化合物の種類及び配合量を変更した以外は、ポリマーＡと同様の方法によりポリマーＢ～Ｈを得た。
（４）ポリマーＩの合成（第２のシリコーン樹脂の合成）
温度計、滴下装置及び攪拌機を備えた１０００ｍＬのセパラブルフラスコに、ジフェニルジメトキシシラン８０．６ｇ、及び、１，１，３，３－テトラメチルジシロキサン４５ｇを入れ、５０℃で攪拌した。その中に、酢酸１００ｇと水２３．９ｇの溶液をゆっくりと滴下し、滴下後に５０℃で６時間攪拌し、反応させて、反応液を得た。次に、減圧して揮発成分を除去してポリマーを得た。得られたポリマーにヘキサン１５０ｇと酢酸エチル１５０ｇとを添加し、イオン交換水３００ｇで１０回洗浄を行い、減圧して揮発成分を除去してポリマーＩを得た。
得られたポリマーＩの数平均分子量は８５０であった。
また、２９Ｓｉ－ＮＭＲより化学構造を同定した結果、ポリマーＩは、下記式（２）で表される平均組成式を有していた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000004
更に、ポリマーＩ中のフェニル基の含有比率は２４．７モル％、珪素原子に結合した水素原子の含有比率は２５．１％であった。
（５）ポリマーＪ～Ｌの合成（第２のシリコーン樹脂の合成）
原料とする有機珪素化合物の種類及び配合量を変更した以外は、ポリマーＩと同様の方法によりポリマーＪ～Ｌを得た。　
得られたポリマーＡ～Ｌの詳細を表１に示した。　
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
＜封止材の調製＞
（１）封止材１の調製
ポリマーＡ２３．７重量部、ポリマーＥ６４．５重量部、ポリマーＩ１１．８重量部、及び、ヒドロシリル化反応用触媒（白金の１，３－ジビニル－１，１，３，３－テトラメチルジシロキサン錯体）０．０２重量部を混合した後、脱泡を行い、封止材１を得た。
（２）封止材２～５の調製
用いるポリマーの種類及び配合比率を表２のようにした以外は、封止材１と同様にして、封止材２～５を得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
（実施例１）
（積層体の作製）
ガラス基板上に、電極として厚み１０００ｎｍのＦＴＯ膜を形成し、純水、アセトン、メタノールをこの順に用いて各１０分間超音波洗浄した後、乾燥させた。
ＦＴＯ膜の表面上に、２％に調整したチタンイソプロポキシドエタノール溶液をスピンコート法により塗布した後、４００℃で１０分間焼成し、厚み２０ｎｍの薄膜状の電子輸送層を形成した。更に、薄膜状の電子輸送層上に、有機バインダとしてのポリイソブチルメタクリレートと酸化チタン（平均粒子径１０ｎｍと３０ｎｍとの混合物）とを含有する酸化チタンペーストをスピンコート法により塗布した後、５００℃で１０分間焼成し、厚み５００ｎｍの多孔質状の電子輸送層を形成した。
次いで、有機無機ペロブスカイト化合物形成用溶液として、Ｎ，Ｎ－Ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ（ＤＭＦ）を溶媒としてＣＨ３ＮＨ３ＩとＰｂＩ２をモル比１：１で溶かし、ＣＨ３ＮＨ３ＩとＰｂＩ２の合計重量濃度を２０％に調製した。この溶液を電子輸送層上にスピンコート法によって積層して、光電変換層を形成した。
更に、クロロベンゼン２５μＬにＳｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ（スピロビフルオレン骨格を有する）を６８ｍＭ、Ｔｅｒｔ－ｂｕｔｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅを５５ｍＭ、Ｌｉｔｈｉｕｍ　Ｂｉｓ（ｔｒｉｆｌｕｏｒｏｍｅｔｈｙｌｓｕｆｏｎｙｌ）ｉｍｉｄｅ塩を９ｍＭ溶解させた溶液を調製した。この溶液を光電変換層上にスピンコート法によって３００ｎｍの厚みに積層し、ホール輸送層を形成した。
ホール輸送層上に、対向電極として真空蒸着により厚み１００ｎｍの金膜を形成し、積層体を得た。
（積層体の封止）
得られた積層体上に、上記で得られたシロキサン骨格を有するシリコーン封止材１をドクターブレードにより厚み１０μｍに積層し、１２０℃、１時間で上記化合物を硬化させて封止材とした。
（無機層の形成）
得られた積層体をスパッタリング装置の基板ホルダーに取り付け、更に、スパッタリング装置のカソードＡにＺｎＳｎ合金（Ｚｎ：Ｓｎ＝９５：５重量％）ターゲットを、カソードＢにＳｉターゲットを取り付けた。スパッタリング装置の成膜室を真空ポンプにより排気し、５．０×１０－４Ｐａまで減圧した。その後、スパッタ条件Ａに示す条件でスパッタリングし、積層体に無機層としてＺｎＳｎＯ（Ｓｉ）薄膜を１００ｎｍ形成し、太陽電池を得た。
＜スパッタ条件Ａ＞
　アルゴンガス流量：５０ｓｃｃｍ、酸素ガス流量：５０ｓｃｃｍ
　電源出力：カソードＡ＝５００Ｗ、カソードＢ＝１５００Ｗ
（実施例２～５）
積層体の作製において、有機無機ペロブスカイト化合物形成用溶液の配合成分を変更することによって表３に示す光電変換層（有機無機ペロブスカイト化合物）を形成したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池を得た。
なお、実施例２では、Ｎ，Ｎ－Ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ（ＤＭＦ）を溶媒としてＣＨ３ＮＨ３Ｂｒ、ＣＨ３ＮＨ３Ｉ、ＰｂＢｒ２、ＰｂＩ２をモル比１：２：１：２で溶かした。実施例３では、Ｎ，Ｎ－Ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ（ＤＭＦ）を溶媒としてＣＨ３ＮＨ３ＩとＰｂＣｌ２をモル比３：１で溶かした。実施例４では、Ｎ，Ｎ－Ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ（ＤＭＦ）を溶媒としてＣＨ３ＮＨ３ＢｒとＰｂＢｒ２をモル比１：１で溶かした。実施例５では、Ｎ，Ｎ－Ｄｉｍｅｔｈｙｌｆｏｒｍａｍｉｄｅ（ＤＭＦ）を溶媒としてＣＨ３（ＮＨ３）２ＩとＰｂＩ２をモル比１：１で溶かした。
（実施例６、７）
積層体の封止において、表３に示す封止材厚みに変更したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池を得た。
（実施例８～１１）
積層体の封止において、表３に示す封止材に変更したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池を得た。
（実施例１２～１４）
封止材上に無機層を形成する代わりに積層体上に無機層を形成してから封止材を積層したこと、表３に示す無機層に変更したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池を得た。
なお、実施例１３では、金属ターゲットとして、Ｓｉターゲットを用いた。実施例１４では、金属ターゲットとして、Ｓｎターゲットを用いた。
（実施例１５～１６）
積層体の封止において、表３に示す封止材に変更したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池を得た。
封止材６は、エポキシ基含有シリコーン（Ｘ－２２－３４３、信越化学工業社製）４０重量部と、メルカプト基含有シリコーン（ＫＦ－２００１、信越化学工業社製）６０重量部と、硬化触媒としてイミダゾール化合物（２ＭＺＡ、四国化成社製）４重量部を混合して作製した。
封止材７はエポキシ基含有シリコーン（Ｘ－２２－３４３、信越化学工業社製）４０重量部と、アミノ基含有シリコーン（ＫＦ－８６４、信越化学工業社製）６０重量部と、硬化触媒としてイミダゾール化合物（２ＭＺＡ、四国化成社製）４重量部を混合して作製した。
（比較例１～５）
積層体の封止において、表３に示す封止材に変更したこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池を得た。
なお、比較例１では、積層体上に、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）（和光純薬工業社製）の溶液をドクターブレードにより塗布し、乾燥させて封止材とした。比較例２では、積層体上に、硬化剤としての４ｍｏｌ％のイミダゾール化合物２ＭＺＡ（四国化成工業社製）と、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（三菱化学社製）とを含有する混合物を塗布し、１２０℃１時間加熱して硬化させて封止材とした。比較例３では、積層体上に、ポリイソブチレン樹脂（ＯＰＰＡＮＯＬ　Ｂ　５０、ＢＡＳＦ社製）の溶液をドクターブレードにより塗布し、乾燥させて封止材とした。比較例４では、積層体上に、ノルボルネン樹脂（ＴＯＰＡＳ６０１５、Ｐｏｌｙｐｌａｓｔｉｃｓ社製）の溶液をドクターブレードにより塗布し、乾燥させて封止材とした。比較例５では、硬化剤としての４ｍｏｌ％の過酸化物（パークミルＤ、日油社製）と、封止材となるシロキサン骨格を有さない液状モノマー（Ｌ－Ａ、共栄社化学社製）とを含有する混合物を塗布し、１２０℃１時間加熱して液状モノマーを重合させて封止材とした。
（比較例６）
積層体の封止を行わなかったこと以外は実施例１と同様にして、太陽電池を得た。
＜評価＞
実施例及び比較例で得られた太陽電池について、以下の評価を行った。
（１）封止時の劣化（初期劣化）
封止前の積層体の電極間に、電源（ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製、２３６モデル）を接続し、強度１００ｍＷ／ｃｍ２のソーラーシミュレーション（山下電装社製）を用いて光電変換効率を測定し、初期変換効率とした。
封止直後の太陽電池の電極間に、電源（ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製、２３６モデル）を接続し、強度１００ｍＷ／ｃｍ２のソーラーシミュレーション（山下電装社製）を用いて光電変換効率を測定し、封止直後の光電変換効率／初期変換効率の値を求めた。
○：封止直後の光電変換効率／初期変換効率の値が０．５以上
×：封止直後の光電変換効率／初期変換効率の値が０．５未満
（２）スパッタリング耐性
太陽電池の製造工程において封止材上にスパッタリング法により無機層を形成する際に、封止材の表面を目視観察した。
○：変化なし
×：封止材に白化が見られる
（３）温度サイクル耐性
実施例１～１２、比較例４及び６で得られた太陽電池に対して－５５℃から１２５℃までのサイクルを３００サイクル行い、温度サイクル試験を行った。温度サイクル試験後の太陽電池の電極間に、電源（ＫＥＩＴＨＬＥＹ社製、２３６モデル）を接続し、強度１００ｍＷ／ｃｍ２のソーラーシミュレーション（山下電装社製）を用いて光電変換効率を測定し、温度サイクル試験後の光電変換効率／封止直後の光電変換効率の値を求めた。
○：温度サイクル試験後の光電変換効率／封止直後の光電変換効率の値が０．５以上
×：温度サイクル試験後の光電変換効率／封止直後の光電変換効率の値が０．５未満
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
本発明によれば、光電変換効率に優れ、封止時の劣化（初期劣化）が少なく、スパッタリング耐性があり、温度サイクル耐性に優れた太陽電池を提供することができる。
１　太陽電池
２　電極
３　対向電極（パターニングされた電極）
４　光電変換層
５　封止材
６　基板

Claims (3)

  1. 電極と、対向電極と、前記電極と前記対向電極との間に配置された光電変換層とを有する積層体と、前記対向電極上を覆って前記積層体を封止する封止材とを有する太陽電池であって、
    前記光電変換層は、一般式Ｒ－Ｍ－Ｘ３（但し、Ｒは有機分子、Ｍは金属原子、Ｘはハロゲン原子又はカルコゲン原子である。）で表される有機無機ペロブスカイト化合物を含み、
    前記封止材は、シロキサン骨格を有する樹脂を含む
    ことを特徴とする太陽電池。
  2. 封止材上に無機層を有し、前記無機層は、金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物を含むことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
  3. 積層体と封止材との間に無機層を有し、前記無機層は、金属酸化物、金属窒化物又は金属酸窒化物を含むことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
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