WO2017170869A1 - Perovskite film production method, perovskite film, solar battery and perovskite film forming solvent - Google Patents

Perovskite film production method, perovskite film, solar battery and perovskite film forming solvent Download PDF

Info

Publication number
WO2017170869A1
WO2017170869A1 PCT/JP2017/013266 JP2017013266W WO2017170869A1 WO 2017170869 A1 WO2017170869 A1 WO 2017170869A1 JP 2017013266 W JP2017013266 W JP 2017013266W WO 2017170869 A1 WO2017170869 A1 WO 2017170869A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solvent
perovskite
film
producing
precursor film
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/013266
Other languages
French (fr)
Japanese (ja)
Inventor
藤原 隆
しのぶ 寺川
安達 千波矢
正幸 八尋
Original Assignee
国立大学法人九州大学
公益財団法人九州先端科学技術研究所
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
Priority claimed from JP2017004657A external-priority patent/JP2019133966A/en
Application filed by 国立大学法人九州大学, 公益財団法人九州先端科学技術研究所 filed Critical 国立大学法人九州大学
Publication of WO2017170869A1 publication Critical patent/WO2017170869A1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10KORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K30/00Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
    • H10K30/80Constructional details
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

By bringing a mixed solvent that comprises a second solvent and a third solvent into contact with a Perovskite precursor film that contains a first solvent, a Perovskite film is produced by the first solvent moving from the Perovskite precursor film to the mixed solvent, wherein the first solvent has a higher solubility in the main component of the Perovskite precursor film than that of the second solvent and the third solvent, and the second solvent and the third solvent have different solubilities in the first solvent. This invention makes it possible to form, with good reproducibility, a Perovskite film having excellent film properties.

Description

ペロブスカイト膜の製造方法、ペロブスカイト膜、太陽電池およびペロブスカイト膜形成用溶媒Method for producing perovskite film, perovskite film, solar cell, and solvent for forming perovskite film
 本発明は、ペロブスカイト膜の製造方法、ペロブスカイト膜、太陽電池およびペロブスカイト膜形成用溶媒に関する。 The present invention relates to a method for producing a perovskite film, a perovskite film, a solar cell, and a solvent for forming a perovskite film.
 太陽電池の光電変換材料や各種電子デバイスの半導体材料として、有機無機ペロブスカイトが注目を集めている。有機無機ペロブスカイトは、有機カチオンとSn2+やPb2+等の2価の金属イオンとハロゲンイオンからなるイオン化合物であり、各イオンがペロブスカイト(灰チタン石)と同じ結晶構造(ペロブスカイト型構造)を形成して3次元方向に規則的に配置する3次元ペロブスカイトと、ペロブスカイト型構造の八面体部分に相当する無機骨格が2次元配列してなる無機層と、配向した有機カチオンからなる有機層とが交互に積層した層状構造を形成する2次元ペロブスカイトが知られている。このうち3次元ペロブスカイトは、太陽電池の光電変換材料としての有用性が確認されており、実用化に向けてさらなる検討が進められている。
 ここで、有機無機ペロブスカイトを、例えば太陽電池の光電変換材料に利用する場合、有機無機ペロブスカイトを支持体上に膜状に形成して光電変換層とするため、形成したペロブスカイト膜の膜質が電池性能に大きく影響することになる。このため、ペロブスカイト型太陽電池の特性および実用性を向上させるためには、良質なペロブスカイト膜が形成できるペロブスカイト膜の形成方法の開発が必須となる。
Organic / inorganic perovskites have attracted attention as photoelectric conversion materials for solar cells and semiconductor materials for various electronic devices. Organic inorganic perovskites are ionic compounds composed of organic cations, divalent metal ions such as Sn 2+ and Pb 2+, and halogen ions. Each ion forms the same crystal structure (perovskite structure) as perovskite. The three-dimensional perovskite regularly arranged in the three-dimensional direction, the inorganic layer in which the inorganic skeleton corresponding to the octahedral part of the perovskite structure is two-dimensionally arranged, and the organic layer made of oriented organic cations are alternately arranged. Two-dimensional perovskites that form a layered structure laminated on each other are known. Among these, the three-dimensional perovskite has been confirmed to be useful as a photoelectric conversion material for solar cells, and further studies are being promoted for practical use.
Here, when the organic / inorganic perovskite is used, for example, as a photoelectric conversion material for a solar cell, the organic / inorganic perovskite is formed into a film on the support to form a photoelectric conversion layer. Therefore, the film quality of the formed perovskite film is the battery performance. Will be greatly affected. Therefore, in order to improve the characteristics and practicality of the perovskite solar cell, it is essential to develop a method for forming a perovskite film that can form a high-quality perovskite film.
 ペロブスカイト膜の形成方法として、非特許文献1には、湿式プロセスに気相プロセスを組み合わせた方法(Low-Temperature Vapor-Assisted Solution Process:LT-VASP法)が記載されている。ここで、LT-VASP法とは、スピンコート法により成膜されたSnI膜(固体)を、ヨウ化メチルアンモニウム蒸気と反応させてCHNHSnI(ペロブスカイト)膜を形成するVASP法において、SnI膜が形成された基板と、ヨウ化メチルアンモニウムが収容されたペトリ皿の間に段差を設けて反応を行うようにしたものである。同文献には、こうした段差を設けることにより、反応の間、SnI膜がメチルアンモニウムよりも低温に保持されてSnIの結晶析出が抑えられ、表面が平滑なペロブスカイト膜が形成されたことが記載されている。 As a method for forming a perovskite film, Non-Patent Document 1 describes a method (Low-Temperature Vapor-Assisted Solution Process: LT-VASP method) in which a gas phase process is combined with a wet process. Here, the LT-VASP method is a VASP method in which a SnI 2 film (solid) formed by spin coating is reacted with methylammonium iodide vapor to form a CH 3 NH 3 SnI 3 (perovskite) film. The reaction is performed by providing a step between the substrate on which the SnI 2 film is formed and the Petri dish containing methylammonium iodide. The same document, by providing such step, during the reaction, SnI 2 film low temperature is maintained for SnI 2 crystallization is suppressed than methyl ammonium, that the surface is smooth perovskite film is formed Are listed.
非特許文献1:J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 776-782 Non-Patent Document 1: J. Phys. Chem. Lett. 2016, 7, 776-782
 上記のように、非特許文献1には、LT-VASP法を用いることにより、表面が平滑なペロブスカイト膜が形成されたことが記載されている。しかしながら、LT-VASP法によるペロブスカイト膜を用いた太陽電池は、特性のばらつきが大きく、同文献に掲載された測定結果においても、変換効率が0.5~1.8%範囲で変動している。このため、LT-VASP法は、実際の生産ラインに導入するには安定性が不足しており、実用的な方法であるとは言えない。
 そこで、本発明者らが、LT-VASP法とは異なるメカニズムのペロブスカイト膜の形成方法について検討を始めたところ、湿式プロセスで形成したペロブスカイト前駆体膜を溶媒に接触させると、溶媒の種類によっては、該溶媒中へペロブスカイト前駆体膜中の溶媒が拡散し、良好な膜質を有する固体状のペロブスカイト膜に変換することを見出した(以下、こうしたペロブスカイト膜の形成方法を「溶媒置換法」という)。上記の非特許文献1に記載のLT-VASP法は、固体のSnI膜とヨウ化メチルアンモニウム蒸気との反応により、ペロブスカイト膜を形成する方法であり、固体膜を得た後(膜から溶媒を除去した後)にペロブスカイトを生成する点で、本発明者らが対象にしている溶媒置換法とは大きく異なっている。
 このような状況下において、本発明者らは、溶媒置換法によるペロブスカイト膜の形成方法についてさらに検討を進め、良好な膜質を有するペロブスカイト膜を再現性よく形成すること、さらには、優れた性能が得られる太陽電池を安定に得ることを目的として鋭意検討を進めた。
As described above, Non-Patent Document 1 describes that a perovskite film having a smooth surface was formed by using the LT-VASP method. However, the solar cell using the perovskite film by the LT-VASP method has a large variation in characteristics, and the conversion efficiency fluctuates in the range of 0.5 to 1.8% in the measurement results published in this document. . For this reason, the LT-VASP method is not stable enough to be introduced into an actual production line and cannot be said to be a practical method.
Therefore, the present inventors began studying a method for forming a perovskite film having a mechanism different from that of the LT-VASP method. When the perovskite precursor film formed by a wet process is brought into contact with a solvent, depending on the type of the solvent, The solvent in the perovskite precursor film is diffused into the solvent and converted into a solid perovskite film having good film quality (hereinafter, a method for forming such a perovskite film is referred to as a “solvent replacement method”). . The LT-VASP method described in Non-Patent Document 1 described above is a method of forming a perovskite film by a reaction between a solid SnI 2 film and methylammonium iodide vapor. This is greatly different from the solvent substitution method which the present inventors have made, in that perovskite is formed after the removal of.
Under such circumstances, the present inventors have further studied a method for forming a perovskite film by a solvent replacement method, can form a perovskite film having good film quality with good reproducibility, and have excellent performance. Intensive study was carried out for the purpose of stably obtaining the obtained solar cell.
 鋭意検討を進めた結果、本発明者らは、上記の溶媒置換法において、ペロブスカイト前駆体膜を接触させる溶媒として、少なくとも2種類の溶媒を混合した混合溶媒を用い、この混合溶媒に用いる各溶媒のペロブスカイト前駆体膜が含む溶媒に対する溶解度の関係を規定することにより、良好な膜質を有するペロブスカイト膜を再現性よく形成できることを見出した。本発明は、これらの知見に基づいて提案されたものであり、具体的に以下の構成を有する。 As a result of diligent investigation, the present inventors used a mixed solvent in which at least two kinds of solvents were mixed as the solvent for contacting the perovskite precursor film in the above solvent replacement method, and each solvent used for this mixed solvent. It was found that a perovskite film having a good film quality can be formed with good reproducibility by defining the relationship of solubility in the solvent contained in the perovskite precursor film. The present invention has been proposed based on these findings, and specifically has the following configuration.
[1] 第1溶媒を含むペロブスカイト前駆体膜に、第2溶媒と第3溶媒の混合溶媒を接触させることによって、前記第1溶媒が前記ペロブスカイト前駆体膜から前記混合溶媒中へ移動することによりペロブスカイト膜を製造する方法であって、前記第1溶媒は前記第2溶媒および前記第3溶媒よりも前記ペロブスカイト前駆体膜の主成分に対する溶解度が大きく、前記第2溶媒と前記第3溶媒は前記第1溶媒に対する溶解度が異なる、ペロブスカイト膜の製造方法。
[2] 前記ペロブスカイト前駆体膜が基板上に形成されている、[1]に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[3] 前記ペロブスカイト前駆体膜を前記混合溶媒中に浸漬する、[1]または[2]に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[4] 前記混合溶媒における前記第2溶媒と前記第3溶媒の混合比率を、25℃において前記ペロブスカイト前駆体膜に前記混合溶媒を接触させたときに前記ペロブスカイト前駆体膜中の前記第1溶媒が前記混合溶媒中へ拡散する拡散定数が1x10-13/s~1x10/sの範囲内となる比率とする、[1]~[3]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[5] 前記ペロブスカイト前駆体膜中の前記第1溶媒が前記混合溶媒中へ拡散する拡散定数が、1x10-13/s~1x10/sの範囲内となる温度で、前記混合溶媒を前記ペロブスカイト前駆体膜に接触させる、[1]~[4]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[6] 25℃において前記ペロブスカイト前駆体膜に前記第2溶媒を接触させたときに前記第1溶媒が前記第2溶媒中に拡散する拡散定数kと、25℃において前記ペロブスカイト前駆体膜に前記第3溶媒を接触させたときに前記第1溶媒が前記第3溶媒中に拡散する拡散定数kとの差の絶対値(|k-k|)が1x10-13/s~1x10/sの範囲内にある、[1]~[5]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[7] 前記第1溶媒が、ジメチルスルホキシド、N-メチル-2-ピロリドンまたはジメチルホルムアミド、γ―ブチロラクトンである、[1]~[6]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[8] 前記第2溶媒と前記第3溶媒が、トルエン、クロロベンゼン、ヘキサンまたはシクロヘキサンである(ただし、第2溶媒と第3溶媒は異なる溶媒である)、[1]~[7]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[9] 前記第2溶媒が、トルエンまたはクロロベンゼンであって、前記第3溶媒がヘキサンまたはシクロヘキサンである、[1]~[7]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[10] 前記ペロブスカイト前駆体膜が、下記一般式(4)で表されるペロブスカイト型化合物を含む、[1]~[9]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
   A3BX    (4)
[一般式(4)において、A3は有機カチオンを表し、Bは2価の金属イオンを表し、Xはハロゲンイオンを表す。3つのX同士は互いに同じであっても異なっていてもよい。]
[11] 前記ペロブスカイト前駆体膜がPb、Snのうちの少なくとも1種を含む、[1]~[10]1~10のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[12] 前記ペロブスカイト前駆体膜がヨウ化メチルアンモニウム、ヨウ化ホルムアミジウム、ヨウ化セシウムのうちの少なくとも1種を含む、[1]~[11]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[13] 前記ペロブスカイト前駆体膜がIおよびFの少なくとも1種を含む、[1]~[12]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[14] 前記ペロブスカイト前駆体膜への前記混合溶媒の接触を0.1秒~180分行う、[1]~[13]1~13のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[15] 前記ペロブスカイト前駆体膜に前記混合溶媒を接触させているとき、前記混合溶媒の温度を時間とともに変化させる、[1]~[14]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[16] 前記ペロブスカイト前駆体膜に前記混合溶媒を接触させた後、得られたペロブスカイト膜に、0~200℃でアニール処理を行う、[1]~[15]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[17] 前記ペロブスカイト前駆体膜に前記混合溶媒を接触させた後、前記混合溶媒を接触させたペロブスカイト前駆体膜に第4溶媒を接触させる、[1]~[15]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[18] 前記第4溶媒が、前記第1溶媒よりも前記ペロブスカイト前駆体膜の主成分に対する溶解度が小さい、[17]に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[19] 前記第4溶媒が、前記第2溶媒および前記第3溶媒の一方と同じ溶媒である、[17]または[18]に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[20] 前記第2溶媒がトルエンまたはクロロベンゼンであって、前記第3溶媒がヘキサンまたはシクロヘキサンであり、前記第4溶媒がトルエンまたはクロロベンゼンである、[17]に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[21] 前記第4溶媒の温度が前記混合溶媒の温度よりも高い、[17]~[20]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[22] 前記ペロブスカイト前駆体膜に前記第4溶媒を接触させた後、得られたペロブスカイト膜に、0~200℃でアニール処理を行う、[17]~[21]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
[1] By bringing the mixed solvent of the second solvent and the third solvent into contact with the perovskite precursor film containing the first solvent, the first solvent moves from the perovskite precursor film into the mixed solvent. A method for producing a perovskite film, wherein the first solvent is more soluble in the main component of the perovskite precursor film than the second solvent and the third solvent, and the second solvent and the third solvent are A method for producing a perovskite film having different solubility in a first solvent.
[2] The method for producing a perovskite film according to [1], wherein the perovskite precursor film is formed on a substrate.
[3] The method for producing a perovskite film according to [1] or [2], wherein the perovskite precursor film is immersed in the mixed solvent.
[4] The mixing ratio of the second solvent and the third solvent in the mixed solvent is set so that the first solvent in the perovskite precursor film is brought into contact with the perovskite precursor film at 25 ° C. The perovskite according to any one of [1] to [3], wherein a diffusion constant for diffusing into the mixed solvent is a ratio that is in a range of 1 × 10 −13 m 2 / s to 1 × 10 2 m 2 / s A method for producing a membrane.
[5] The mixing is performed at a temperature at which a diffusion constant at which the first solvent in the perovskite precursor film diffuses into the mixed solvent is in the range of 1 × 10 −13 m 2 / s to 1 × 10 2 m 2 / s. The method for producing a perovskite film according to any one of [1] to [4], wherein a solvent is brought into contact with the perovskite precursor film.
[6] A diffusion constant k 2 in which the first solvent diffuses into the second solvent when the second solvent is brought into contact with the perovskite precursor film at 25 ° C., and the perovskite precursor film at 25 ° C. The absolute value (| k 2 −k 3 |) of the difference from the diffusion constant k 3 in which the first solvent diffuses into the third solvent when the third solvent is brought into contact is 1 × 10 −13 m 2 / s. The method for producing a perovskite film according to any one of [1] to [5], which is in a range of ˜1 × 10 2 m 2 / s.
[7] The method for producing a perovskite film according to any one of [1] to [6], wherein the first solvent is dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, or γ-butyrolactone.
[8] Any of [1] to [7], wherein the second solvent and the third solvent are toluene, chlorobenzene, hexane, or cyclohexane (however, the second solvent and the third solvent are different solvents). 2. A method for producing a perovskite film according to item 1.
[9] The method for producing a perovskite film according to any one of [1] to [7], wherein the second solvent is toluene or chlorobenzene, and the third solvent is hexane or cyclohexane.
[10] The method for producing a perovskite film according to any one of [1] to [9], wherein the perovskite precursor film includes a perovskite type compound represented by the following general formula (4).
A 3 BX 3 (4)
[In the general formula (4), A 3 represents an organic cation, B represents a divalent metal ion, and X represents a halogen ion. The three Xs may be the same as or different from each other. ]
[11] The method for producing a perovskite film according to any one of [1] to [10] 1 to 10, wherein the perovskite precursor film contains at least one of Pb and Sn.
[12] The perovskite film according to any one of [1] to [11], wherein the perovskite precursor film includes at least one of methylammonium iodide, formamidium iodide, and cesium iodide. Production method.
[13] The method for producing a perovskite film according to any one of [1] to [12], wherein the perovskite precursor film contains at least one of I and F.
[14] The method for producing a perovskite film according to any one of [1] to [13] 1 to 13, wherein the mixed solvent is contacted with the perovskite precursor film for 0.1 second to 180 minutes.
[15] The method for producing a perovskite film according to any one of [1] to [14], wherein when the mixed solvent is in contact with the perovskite precursor film, the temperature of the mixed solvent is changed with time. .
[16] The contact film according to any one of [1] to [15], wherein after the mixed solvent is brought into contact with the perovskite precursor film, the obtained perovskite film is annealed at 0 to 200 ° C. A method for producing a perovskite film.
[17] The method according to any one of [1] to [15], wherein after the mixed solvent is brought into contact with the perovskite precursor film, a fourth solvent is brought into contact with the perovskite precursor film in contact with the mixed solvent. The manufacturing method of the perovskite film | membrane of description.
[18] The method for producing a perovskite film according to [17], wherein the fourth solvent has lower solubility in the main component of the perovskite precursor film than the first solvent.
[19] The method for producing a perovskite film according to [17] or [18], wherein the fourth solvent is the same solvent as one of the second solvent and the third solvent.
[20] The method for producing a perovskite film according to [17], wherein the second solvent is toluene or chlorobenzene, the third solvent is hexane or cyclohexane, and the fourth solvent is toluene or chlorobenzene.
[21] The method for producing a perovskite film according to any one of [17] to [20], wherein the temperature of the fourth solvent is higher than the temperature of the mixed solvent.
[22] The contact according to any one of [17] to [21], wherein after the fourth solvent is brought into contact with the perovskite precursor film, the obtained perovskite film is annealed at 0 to 200 ° C. Manufacturing method of perovskite film.
[23] [1]~[22]のいずれか1項に記載の製造方法で製造されるペロブスカイト膜。
[24] 前記第1溶媒を0超10,000ppm未満の濃度で含む、[23]に記載のペロブスカイト膜。
[25] 前記第2溶媒を0超5,000ppm未満の濃度で含む、[23]または[24]に記載のペロブスカイト膜。
[26] 前記第3溶媒を0超5,000ppm未満の濃度で含む、[23]~[25]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜。
[23] A perovskite film produced by the production method according to any one of [1] to [22].
[24] The perovskite film according to [23], containing the first solvent at a concentration of more than 0 and less than 10,000 ppm.
[25] The perovskite film according to [23] or [24], containing the second solvent at a concentration of more than 0 and less than 5,000 ppm.
[26] The perovskite film according to any one of [23] to [25], which contains the third solvent at a concentration of more than 0 and less than 5,000 ppm.
[27] [23]~[26]のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜を有する太陽電池。 [27] A solar cell having the perovskite film according to any one of [23] to [26].
[28] 第1溶媒を含むペロブスカイト前駆体膜に接触させる溶媒であって、前記接触を行うことによって、接触させた溶媒中に前記第1溶媒が前記ペロブスカイト前駆体膜から移動することによりペロブスカイト膜を製造することができる、ペロブスカイト膜形成用溶媒であって、前記ペロブスカイト膜形成用溶媒は、少なくとも第2溶媒と第3溶媒を含む2種以上の溶媒の混合物であって、前記第1溶媒は前記第2溶媒および前記第3溶媒よりも前記ペロブスカイト前駆体膜の主成分に対する溶解度が大きく、前記第2溶媒と前記第3溶媒は前記第1溶媒に対する溶解度が異なる、ペロブスカイト膜形成用溶媒。 [28] A solvent to be contacted with a perovskite precursor film containing a first solvent, and the perovskite film is moved by moving the first solvent from the perovskite precursor film into the contacted solvent by performing the contact. A perovskite film forming solvent, wherein the perovskite film forming solvent is a mixture of two or more solvents including at least a second solvent and a third solvent, wherein the first solvent is A solvent for forming a perovskite film, wherein the solubility of the perovskite precursor film in the main component is greater than that of the second solvent and the third solvent, and the second solvent and the third solvent have different solubility in the first solvent.
 本発明のペロブスカイト膜の製造方法によれば、良好な膜質を有するペロブスカイト膜を再現性よく製造することができる。また、本発明の太陽電池は、本発明のペロブスカイト膜の製造方法により製造されたペロブスカイト膜を有することにより、電池間での特性のばらつきが小さく、優れた性能を安定に得ることができる。 According to the method for producing a perovskite film of the present invention, a perovskite film having good film quality can be produced with good reproducibility. Moreover, the solar cell of this invention has the perovskite film | membrane manufactured by the manufacturing method of the perovskite film | membrane of this invention, The dispersion | variation in the characteristic between batteries is small, and the outstanding performance can be obtained stably.
本発明の太陽電池の層構成例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the layer structural example of the solar cell of this invention. 実施例3において、前駆体溶液のスピンコート時の回転数を8000rpmにした場合のペロブスカイト膜の表面状態を示すものであり、(a)は走査型電子顕微鏡写真であり、(b)は原子間力顕微鏡写真である。In Example 3, it shows the surface state of the perovskite film when the rotational speed during spin coating of the precursor solution is 8000 rpm, (a) is a scanning electron micrograph, (b) is an interatomic It is a force micrograph. 実施例3において、前駆体溶液のスピンコート時の回転数を6000rpmにした場合のペロブスカイト膜の表面状態を示すものであり、(a)は走査型電子顕微鏡写真であり、(b)は原子間力顕微鏡写真である。In Example 3, it shows the surface state of the perovskite film when the rotational speed during spin coating of the precursor solution is 6000 rpm, (a) is a scanning electron micrograph, (b) is an interatomic It is a force micrograph. 実施例9、10、比較例5~8において、浸漬槽に浸漬している間のペロブスカイト前駆体膜の透過光強度の時間変化を示すグラフである。In Examples 9 and 10 and Comparative Examples 5 to 8, it is a graph showing the time change of the transmitted light intensity of the perovskite precursor film while being immersed in the immersion tank. 実施例9、10、比較例5~8で製造したペロブスカイト膜の走査型電子顕微鏡写真および原子間力顕微鏡写真(挿入図)であり、(a)は実施例9で製造したペロブスカイト膜の写真、(b)は比較例5で製造したペロブスカイト膜の写真、(c)は比較例6で製造したペロブスカイト膜の写真、(d)は実施例10で製造したペロブスカイト膜の写真、(e)は比較例7で製造したペロブスカイト膜の写真、(f)は比較例8で製造したペロブスカイト膜の写真である。FIGS. 9 and 10 are scanning electron micrographs and atomic force micrographs (inset) of the perovskite films produced in Comparative Examples 5 to 8, and (a) is a photograph of the perovskite films produced in Example 9. (B) is a photograph of the perovskite film produced in Comparative Example 5, (c) is a photograph of the perovskite film produced in Comparative Example 6, (d) is a photograph of the perovskite film produced in Example 10, and (e) is a comparison. (F) is a photograph of the perovskite film produced in Comparative Example 8; 実施例9、10、比較例5~8で製造したペロブスカイト膜の光学濃度スペクトルである。2 is an optical density spectrum of a perovskite film produced in Examples 9 and 10 and Comparative Examples 5 to 8. 実施例9、10、比較例5~8で製造したペロブスカイト膜のX線回折スペクトルであり、(a)はペロブスカイト膜毎のX線回折スペクトルを別々に並べたものであり、(b)は、(a)のX線回折スペクトルの縦軸目盛をそれぞれ対数目盛に変換し、それらの対数スペクトルを重ねて表示したものである。It is an X-ray diffraction spectrum of the perovskite film produced in Examples 9 and 10 and Comparative Examples 5 to 8, wherein (a) is an X-ray diffraction spectrum for each perovskite film separately, (b) The vertical axis scale of the X-ray diffraction spectrum of (a) is converted into a logarithmic scale, and these logarithmic spectra are superimposed and displayed. 実施例9~18で製造したペロブスカイト膜の写真である。2 is a photograph of perovskite films produced in Examples 9 to 18. 実施例19および20で製造したペロブスカイト膜の走査型電子顕微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of the perovskite film produced in Examples 19 and 20. FIG. 実施例21~23で製造したペロブスカイト膜の走査型電子顕微鏡写真である。3 is a scanning electron micrograph of the perovskite film produced in Examples 21-23. 実施例24~27で製造したペロブスカイト膜の走査型電子顕微鏡写真である。2 is a scanning electron micrograph of the perovskite film produced in Examples 24-27. 実施例1~4で製造したペロブスカイト膜を有する電池1~4について、フォトマスクで覆わずに測定した電流密度-電圧特性(光電流特性)を示すグラフである。6 is a graph showing current density-voltage characteristics (photocurrent characteristics) measured without covering with batteries 1 to 4 having a perovskite film manufactured in Examples 1 to 4. 実施例1~4で製造したペロブスカイト膜を有する電池1~4について、フォトマスクを覆った状態で測定した電流密度-電圧特性(光電流特性)を示すグラフである。6 is a graph showing current density-voltage characteristics (photocurrent characteristics) measured with batteries covered with a photomask for batteries 1 to 4 having a perovskite film manufactured in Examples 1 to 4. 実施例1~4で製造したペロブスカイト膜を有する電池1~4について、フォトマスクを覆った状態で測定した光電変換特性の波長依存性を示すグラフである。5 is a graph showing the wavelength dependence of photoelectric conversion characteristics measured with batteries covered with a photomask for batteries 1 to 4 having a perovskite film manufactured in Examples 1 to 4. 25℃のトルエンを用いて製膜したペロブスカイト膜を有する電池の電流密度-電圧特性を示すグラフである。3 is a graph showing current density-voltage characteristics of a battery having a perovskite film formed using toluene at 25 ° C. FIG. 15℃のトルエンを用いて製膜したペロブスカイト膜を有する電池の電流密度-電圧特性を示すグラフである。6 is a graph showing current density-voltage characteristics of a battery having a perovskite film formed using toluene at 15 ° C. FIG. 実施例9、10で製造したペロブスカイト膜を有する電池5、6、および、比較例5~8で製造したペロブスカイト膜を有する比較電池1~4について、フォトマスクで覆わずに測定した電流密度-電圧特性(光電流特性)を示すグラフである。For the batteries 5 and 6 having the perovskite film manufactured in Examples 9 and 10 and the comparative batteries 1 to 4 having the perovskite film manufactured in Comparative Examples 5 to 8, the current density-voltage measured without being covered with a photomask. It is a graph which shows a characteristic (photocurrent characteristic). 実施例9、10で製造したペロブスカイト膜を有する電池5、6、および、比較例5~8で製造したペロブスカイト膜を有する比較電池1~4について、フォトマスクを覆った状態で測定した電流密度-電圧特性(光電流特性)を示すグラフである。Current density measured with the photomask covered for the batteries 5 and 6 having the perovskite film manufactured in Examples 9 and 10 and the comparative batteries 1 to 4 having the perovskite film manufactured in Comparative Examples 5 to 8− It is a graph which shows a voltage characteristic (photocurrent characteristic). 実施例9、10で製造したペロブスカイト膜を有する電池5、6、および、比較例5~8で製造したペロブスカイト膜を有する比較電池1~4について、光を照射せずに測定した電流密度-電圧特性(暗電流特性)を示すグラフである。For the batteries 5 and 6 having the perovskite film produced in Examples 9 and 10 and the comparative batteries 1 to 4 having the perovskite film produced in Comparative Examples 5 to 8, the current density-voltage measured without irradiating light It is a graph which shows a characteristic (dark current characteristic). 実施例9、10で製造したペロブスカイト膜を有する電池5、6、および、比較例5~8で製造したペロブスカイト膜を有する比較電池1~4の光電変換特性の波長依存性を示すグラフである。6 is a graph showing the wavelength dependence of photoelectric conversion characteristics of batteries 5 and 6 having a perovskite film manufactured in Examples 9 and 10 and comparative batteries 1 to 4 having a perovskite film manufactured in Comparative Examples 5 to 8. FIG. 実施例9、10で製造したペロブスカイト膜を有する電池5、6、および、比較例5~8で製造したペロブスカイト膜を有する比較電池1~4の短絡電流JSCを示すグラフである。 Battery 5,6 having a perovskite membrane prepared in Examples 9, 10, and a graph showing a short-circuit current J SC of comparative battery 1-4 having a perovskite membrane prepared in Comparative Example 5-8. 実施例9、10で製造したペロブスカイト膜を有する電池5、6、および、比較例5~8で製造したペロブスカイト膜を有する比較電池1~4の開放電圧VOCを示すグラフである。6 is a graph showing open circuit voltages V OC of batteries 5 and 6 having a perovskite film manufactured in Examples 9 and 10 and comparative batteries 1 to 4 having a perovskite film manufactured in Comparative Examples 5 to 8. FIG. 実施例9、10で製造したペロブスカイト膜を有する電池5、6、および、比較例5~8で製造したペロブスカイト膜を有する比較電池1~4のfill factor(FF)を示すグラフである。6 is a graph showing fill factor (FF) of batteries 5 and 6 having a perovskite film manufactured in Examples 9 and 10 and comparative batteries 1 to 4 having a perovskite film manufactured in Comparative Examples 5 to 8. FIG. 実施例9、10で製造したペロブスカイト膜を有する電池5、6、および、比較例5~8で製造したペロブスカイト膜を有する比較電池1~4のエネルギー変換効率ηを示すグラフである。6 is a graph showing energy conversion efficiencies η of batteries 5 and 6 having a perovskite film manufactured in Examples 9 and 10 and comparative batteries 1 to 4 having a perovskite film manufactured in Comparative Examples 5 to 8. FIG. 実施例9で製造したペロブスカイト膜を有する電池5の短絡電流JSCのヒストグラムである。It is a histogram of the short-circuit current J SC of the battery 5 having a perovskite membrane prepared in Example 9. 実施例9で製造したペロブスカイト膜を有する電池5の開放電圧VOCのヒストグラムである。10 is a histogram of an open circuit voltage V OC of a battery 5 having a perovskite film manufactured in Example 9. 実施例9で製造したペロブスカイト膜を有する電池5のfill factor(FF)のヒストグラムである。10 is a histogram of fill factor (FF) of a battery 5 having a perovskite film manufactured in Example 9. 実施例9で製造したペロブスカイト膜を有する電池5のエネルギー変換効率ηのヒストグラムである。10 is a histogram of energy conversion efficiency η of a battery 5 having a perovskite film manufactured in Example 9. 実施例9で製造したペロブスカイト膜を有する電池5を連続駆動したときの、太陽電池特性の経時変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of a solar cell characteristic when the battery 5 which has the perovskite film | membrane manufactured in Example 9 is driven continuously. 図29のグラフの0~5時間の範囲を拡大して表示したグラフである。30 is a graph in which the range of 0 to 5 hours of the graph of FIG. 29 is enlarged and displayed. 実施例19で製造した電池7の電流密度-電圧特性(光電流特性、暗電流特性)を示すグラフである。14 is a graph showing current density-voltage characteristics (photocurrent characteristics, dark current characteristics) of a battery 7 manufactured in Example 19. 実施例20で製造した電池8の電流密度-電圧特性(光電流特性、暗電流特性)を示すグラフである。22 is a graph showing current density-voltage characteristics (photocurrent characteristics, dark current characteristics) of the battery 8 manufactured in Example 20. 実施例19で製造した電池7の電流密度-電圧特性(光電流特性、暗電流特性)のヒステリシスを示すグラフである。14 is a graph showing hysteresis of current density-voltage characteristics (photocurrent characteristics and dark current characteristics) of the battery 7 manufactured in Example 19. 実施例19で製造した電池7の光電変換特性の波長依存性を示すグラフである。14 is a graph showing the wavelength dependence of photoelectric conversion characteristics of the battery 7 manufactured in Example 19. 実施例19で製造した電池7と実施例20で製造した電池8の寿命特性試験結果を示すグラフである。It is a graph which shows the lifetime characteristic test result of the battery 7 manufactured in Example 19, and the battery 8 manufactured in Example 20. FIG. 実施例27で製造した電池12の電流密度-電圧特性(光電流特性、暗電流特性)を示すグラフである。42 is a graph showing current density-voltage characteristics (photocurrent characteristics, dark current characteristics) of the battery 12 manufactured in Example 27. 実施例27で製造した電池12の電流密度-電圧特性(光電流特性、暗電流特性)のヒステリシスを示すグラフである。42 is a graph showing hysteresis of current density-voltage characteristics (photocurrent characteristics, dark current characteristics) of the battery 12 manufactured in Example 27. FIG.
 以下において、本発明の内容について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様や具体例に限定されるものではない。なお、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味し、「室温」とは25℃を意味する。また、本発明に用いられる化合物の分子内に存在する水素原子の同位体種は特に限定されず、例えば分子内の水素原子がすべてHであってもよいし、一部または全部がH[重水素(デューテリウム)D]であってもよい。 Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be made based on typical embodiments and specific examples of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments and specific examples. In the present specification, a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit and an upper limit, and “room temperature” means 25 ° C. means. In addition, the isotope species of the hydrogen atom present in the molecule of the compound used in the present invention is not particularly limited. For example, all the hydrogen atoms in the molecule may be 1 H, or a part or all of the hydrogen atoms are 2 H. [Deuterium D] may also be used.
<<ペロブスカイト膜の製造方法>>
 本発明のペロブスカイト膜の製造方法は、第1溶媒を含むペロブスカイト前駆体膜に、第2溶媒と第3溶媒の混合溶媒を接触させることによって、第1溶媒がペロブスカイト前駆体膜から混合溶媒中へ移動することによりペロブスカイト膜を製造する方法であって、第1溶媒は第2溶媒および第3溶媒よりもペロブスカイト前駆体膜の主成分に対する溶解度が大きく、第2溶媒と第3溶媒は第1溶媒に対する溶解度が異なるように規定したものである。
 本発明における「ペロブスカイト前駆体膜」とは、ペロブスカイト型化合物と第1溶媒を含み、膜状をなすものである。ここで、ペロブスカイト型化合物は、ペロブスカイト型結晶構造を形成しうるものである。ペロブスカイト型化合物を構成するイオンは、ペロブスカイト前駆体膜中において塩を形成していてもよいし、遊離イオンとして存在していてもよい。
 本発明における「ペロブスカイト膜」とは、ペロブスカイト前駆体膜中の第1溶媒が、第2溶媒と第3溶媒の混合溶媒中へ移動した結果、ペロブスカイト型化合物の各イオンがペロブスカイト型結晶を形成するように規則的に配置して形成された、ペロブスカイト型結晶構造を有する膜である。ペロブスカイト型結晶構造は、3次元ペロブスカイト構造であってもよいし、2次元ペロブスカイト構造であってもよいし、両方のペロブスカイト構造が複合した複合構造であってもよい。
 また、本発明における「ペロブスカイト前駆体膜の主成分」とは、そのペロブスカイト前駆体膜に含まれるペロブスカイト型化合物のことをいい、第1溶媒における「ペロブスカイト前駆体の主成分に対する溶解度」とは、そのペロブスカイト化合物を第1溶媒に溶解した溶液の25℃における飽和濃度のことをいう。
 本明細書中における「拡散」は、物質が他の物質と混合して行く過程で見られる物質の動きをすべて含む概念である。このため、「拡散」には、分子拡散だけでなく、対流による拡散や乱流拡散も含まれる。また、本明細書中における「拡散定数」は、例えば、溶媒混合時の過渡屈折率変化の光学的評価により決定することができる。
<< Method for Producing Perovskite Film >>
In the method for producing a perovskite film of the present invention, the first solvent is brought into the mixed solvent from the perovskite precursor film by bringing the mixed solvent of the second solvent and the third solvent into contact with the perovskite precursor film containing the first solvent. A method for producing a perovskite film by moving, wherein the first solvent has a higher solubility in the main component of the perovskite precursor film than the second solvent and the third solvent, and the second solvent and the third solvent are the first solvent. It is specified so that the solubility in is different.
The “perovskite precursor film” in the present invention is a film containing a perovskite type compound and a first solvent. Here, the perovskite compound is capable of forming a perovskite crystal structure. The ions constituting the perovskite type compound may form a salt in the perovskite precursor film or may exist as free ions.
In the present invention, the term “perovskite film” means that the first solvent in the perovskite precursor film moves into the mixed solvent of the second solvent and the third solvent, so that each ion of the perovskite compound forms a perovskite crystal. Thus, the film has a perovskite crystal structure and is regularly arranged. The perovskite crystal structure may be a three-dimensional perovskite structure, a two-dimensional perovskite structure, or a composite structure in which both perovskite structures are combined.
The “main component of the perovskite precursor film” in the present invention refers to a perovskite type compound contained in the perovskite precursor film, and “the solubility of the perovskite precursor in the main component” in the first solvent is: The saturation concentration at 25 ° C. of a solution obtained by dissolving the perovskite compound in a first solvent.
In this specification, “diffusion” is a concept that includes all the movements of a substance that are observed in the process of mixing a substance with another substance. For this reason, “diffusion” includes not only molecular diffusion but also diffusion by convection and turbulent diffusion. Further, the “diffusion constant” in the present specification can be determined, for example, by optical evaluation of a transient refractive index change at the time of solvent mixing.
 ここで、一般に、湿式プロセスで形成された液状膜を固体膜に変換する場合、液状膜中の溶媒を、大気中へ拡散(揮発)させて除去する。しかしながら、こうした方法では、溶媒の拡散定数が液状膜や大気の温度でほぼ決まり、その他に、拡散定数を有意に変化させるファクターがないことから、溶媒の拡散定数を広く且つ精密に制御することが難しい。一方、本発明者らが、湿式プロセスで形成されたペロブスカイト膜の膜質について検討を行ったところ、ペロブスカイト膜の膜質には、液状膜(ペロブスカイト前駆体膜)から拡散する溶媒の拡散定数が大きく影響することが判明した。このような点から、液状膜中の溶媒を大気中へ拡散させる方法では、拡散定数を広く且つ精密に制御することが困難であるために、ペロブスカイト膜を良好な膜質で再現性よく形成することができない。
 これに対して、本発明のペロブスカイト膜の製造方法は、ペロブスカイト前駆体膜に、第2溶媒と第3溶媒の混合溶媒を接触させることにより、ペロブスカイト前駆体膜中の第1溶媒を混合溶媒中へ移動させてペロブスカイト膜を製造する方法であり、その際、第1溶媒として、第2溶媒および第3溶媒よりもペロブスカイト前駆体膜の主成分に対する溶解度が大きいものを使用し、且つ、第2溶媒および第3溶媒として、第1溶媒に対する溶解度が互いに異なるものを使用する。ペロブスカイト前駆体膜に含まれる第1溶媒が、第2溶媒および第3溶媒よりもペロブスカイト前駆体膜の主成分に対する溶解度が大きいと、ペロブスカイト前駆体膜と混合溶媒の間では、前駆体膜から混合溶媒中へ第1溶媒が拡散する方が、第2溶媒および第3溶媒が前駆体膜中へ拡散するよりも優位に進行する。その結果、ペロブスカイト前駆体膜における第1溶媒の含有量が減少して、固体状のペロブスカイト膜が形成される。このとき、第1溶媒の混合溶媒中への拡散定数は、各溶媒の温度の他に、第1溶媒~第3溶媒の種類や溶解度、第2溶媒と第3溶媒の混合比率により効果的に変化するため、これらを制御することにより、その拡散定数を広く且つ精密に調整することができる。このため、本発明のペロブスカイト前駆体膜の製造方法によれば、ペロブスカイト前駆体膜から第1溶媒を適切な拡散定数で確実に拡散させることができ、良好な膜質を有するペロブスカイト膜を再現性よく製造することができる。
 以下において、本発明のペロブスカイト膜の製造方法で用いる材料および条件について詳細に説明する。
Here, generally, when converting a liquid film formed by a wet process into a solid film, the solvent in the liquid film is diffused (volatilized) into the atmosphere and removed. However, in such a method, the diffusion constant of the solvent is almost determined by the temperature of the liquid film and the atmosphere, and since there are no other factors that significantly change the diffusion constant, the diffusion constant of the solvent can be controlled widely and precisely. difficult. On the other hand, when the present inventors examined the film quality of the perovskite film formed by the wet process, the diffusion constant of the solvent diffusing from the liquid film (perovskite precursor film) has a great influence on the film quality of the perovskite film. Turned out to be. From this point of view, it is difficult to control the diffusion constant widely and precisely in the method of diffusing the solvent in the liquid film into the atmosphere, so the perovskite film should be formed with good film quality and good reproducibility. I can't.
On the other hand, in the method for producing a perovskite film of the present invention, the first solvent in the perovskite precursor film is brought into contact with the perovskite precursor film by bringing the mixed solvent of the second solvent and the third solvent into contact with the perovskite precursor film. In which a perovskite film having a higher solubility in the main component of the perovskite precursor film than the second solvent and the third solvent is used as the first solvent. As the solvent and the third solvent, those having different solubility in the first solvent are used. When the first solvent contained in the perovskite precursor film has higher solubility in the main component of the perovskite precursor film than the second solvent and the third solvent, the perovskite precursor film and the mixed solvent are mixed from the precursor film. The diffusion of the first solvent into the solvent proceeds more preferentially than the diffusion of the second solvent and the third solvent into the precursor film. As a result, the content of the first solvent in the perovskite precursor film is reduced, and a solid perovskite film is formed. At this time, the diffusion constant of the first solvent into the mixed solvent is effectively determined by the type and solubility of the first to third solvents, the mixing ratio of the second solvent and the third solvent, in addition to the temperature of each solvent. Therefore, by controlling these, the diffusion constant can be adjusted widely and precisely. Therefore, according to the method for producing a perovskite precursor film of the present invention, the first solvent can be reliably diffused from the perovskite precursor film with an appropriate diffusion constant, and a perovskite film having good film quality can be obtained with good reproducibility. Can be manufactured.
Hereinafter, materials and conditions used in the method for producing a perovskite film of the present invention will be described in detail.
<ペロブスカイト前駆体膜>
 上記のように、本発明におけるペロブスカイト前駆体膜は、ペロブスカイト型化合物と第1溶媒を含み、膜状をなすものである。そして、ペロブスカイト型化合物は、ペロブスカイト型結晶構造を形成しうるものである。
 本発明は、例えば有機カチオンと2価の金属イオンとハロゲンイオンからなるイオン化合物からなるペロブスカイト型化合物に対して効果的に適用することができる。このようなペロブスカイト型化合物としては、下記一般式(1)~(4)で表される化合物を挙げることができる。このうち、一般式(1)~(3)で表される化合物は2次元ペロブスカイト構造を形成しうる化合物であり、一般式(4)で表される化合物は3次元ペロブスカイト構造を形成しうる化合物である。
<Perovskite precursor film>
As described above, the perovskite precursor film in the present invention includes a perovskite type compound and a first solvent, and forms a film. The perovskite compound can form a perovskite crystal structure.
The present invention can be effectively applied to, for example, a perovskite type compound composed of an ionic compound composed of an organic cation, a divalent metal ion, and a halogen ion. Examples of such perovskite compounds include compounds represented by the following general formulas (1) to (4). Among these, the compounds represented by the general formulas (1) to (3) are compounds capable of forming a two-dimensional perovskite structure, and the compounds represented by the general formula (4) are compounds capable of forming a three-dimensional perovskite structure. It is.
[一般式(1)で表される化合物]
   ABX    (1)
 一般式(1)において、Aは有機カチオンを表し、Bは2価の金属イオンを表し、Xはハロゲンイオンを表す。2つのA同士および4つのX同士は互いに同じであっても異なっていてもよい。
 一般式(1)で表される化合物は、ペロブスカイト型構造の八面体部分に相当する無機骨格BXが2次元配列してなる無機層と、配向した有機カチオンAが2次元配列してなる有機層とが交互に積層した層状構造を形成しうる。ここで、無機骨格BXは、ハロゲンイオンXを頂点とする八面体の中心に二価の金属イオンBが配置した構造を有し、隣り合う八面体同士で頂点共有する。有機カチオンAは、カチオン性基を無機層側に向けて配向する。そして、各八面体の上下それぞれ4つのカチオン性基を立方晶の頂点とし、各八面体の頂点を立方晶の面心としてペロブスカイト型構造が構成される。
[Compound represented by general formula (1)]
A 2 BX 4 (1)
In the general formula (1), A represents an organic cation, B represents a divalent metal ion, and X represents a halogen ion. Two A's and four X's may be the same or different.
Compound represented by the general formula (1) includes an inorganic layer inorganic framework BX 4 is formed by arranging two-dimensionally corresponding to octahedral portion of the perovskite type structure, organic cations A 2 is oriented formed by arranging two-dimensional A layered structure in which organic layers are alternately stacked can be formed. Here, the inorganic skeleton BX 4 has a structure in which a divalent metal ion B is arranged at the center of an octahedron having the halogen ion X as a vertex, and the adjacent octahedrons share the vertex. The organic cation A is oriented with the cationic group facing the inorganic layer side. Then, a perovskite structure is formed with the upper and lower four cationic groups of each octahedron as the apexes of cubic crystals and the apexes of each octahedron as the face centers of cubic crystals.
 Aで表される有機カチオンは、下記一般式(5)で表されるアンモニウムであることが好ましい。
   R     (5)
 一般式(5)において、Rは水素原子または置換基を表し、4つのRの少なくとも1つは、炭素数が2以上の置換基である。4つのRのうちの、炭素数が2以上の置換基の数は、1または2つであることが好ましく、1つであることがより好ましい。また、アンモニウムを構成する4つのRは、その1つが炭素数2以上の置換基であって、残りは水素原子であることが好ましい。Rのうちの2つ以上が置換基であるとき、複数の置換基同士は互いに同じであっても異なっていてもよい。炭素数が2以上の置換基および他の置換基としては、特に限定されないが、アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基等を挙げることができ、これらの置換基は、さらにアルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、ハロゲン等で置換されていてもよい。炭素数が2以上の置換基の炭素数は、アルキル基では2~30であることが好ましく、2~10であることがより好ましく、2~5であることがさらに好ましい。アリール基では、6~20であることが好ましく、6~18であることがより好ましく、8~10であることがさらに好ましい。ヘテロアリール基では、5~19であることが好ましく、5~17であることがより好ましく、7~9であることがさらに好ましい。ヘテロアリール基が有するヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等を挙げることができる。有機層の厚さは、Rで表される置換基の長軸長(例えば、アルキル基の鎖長)に応じて制御され、これにより、この化合物により構成される機能層の特性を制御することができる。
The organic cation represented by A is preferably ammonium represented by the following general formula (5).
R 4 N + (5)
In the general formula (5), R represents a hydrogen atom or a substituent, and at least one of the four Rs is a substituent having 2 or more carbon atoms. Of the four Rs, the number of substituents having 2 or more carbon atoms is preferably 1 or 2, and more preferably 1. Further, it is preferable that one of four Rs constituting ammonium is a substituent having 2 or more carbon atoms, and the rest are hydrogen atoms. When two or more of R are substituents, the plurality of substituents may be the same as or different from each other. Examples of the substituent having 2 or more carbon atoms and other substituents include, but are not limited to, an alkyl group, an aryl group, a heteroaryl group, and the like. These substituents further include an alkyl group, an aryl group, It may be substituted with a heteroaryl group, halogen or the like. The number of carbon atoms of the substituent having 2 or more carbon atoms is preferably 2 to 30, more preferably 2 to 10, and further preferably 2 to 5 for an alkyl group. In the aryl group, it is preferably 6 to 20, more preferably 6 to 18, and further preferably 8 to 10. The heteroaryl group is preferably 5 to 19, more preferably 5 to 17, and still more preferably 7 to 9. Examples of the hetero atom that the heteroaryl group has include a nitrogen atom, an oxygen atom, and a sulfur atom. The thickness of the organic layer is controlled according to the long axis length of the substituent represented by R (for example, the chain length of the alkyl group), thereby controlling the characteristics of the functional layer composed of this compound. Can do.
 また、Aで表される有機カチオンは、アルキレン基および芳香環の少なくとも一方を有することが好ましく、アルキレン基と芳香環の両方を有することが好ましく、アルキレン基と芳香環が連結した構造を有することがより好ましく、下記一般式(5a)で表されるアンモニウムであることがさらに好ましい。
   Ar(CHn1NH     (5a)
 一般式(5a)において、Arは芳香環を表す。n1は1~20の整数である。
 有機カチオンが有する芳香環は、芳香族炭化水素であってもよいし、芳香族ヘテロ環であってもよいが、芳香族炭化水素であることが好ましい。芳香族ヘテロ環のヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子等を挙げることができる。芳香族炭化水素としては、ベンゼン環および複数のベンゼン環が縮合した構造を有する縮合多環系炭化水素であることが好ましく、ベンゼン環、ナフタレン環、フェナントレン環、アントラセン環、クリセン環、テトラセン環、ペリレン環であることが好ましく、ベンゼン環、ナフタレン環であることが好ましく、ベンゼン環であることがさらに好ましい。芳香族ヘテロ環としては、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピロール環、チオフェン環、フラン環、カルバゾール環、トリアジン環であることが好ましく、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環であることがより好ましく、ピリジン環であることがさらに好ましい。有機カチオンが有する芳香環は、例えばアルキル基、アリール基、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子)等の置換基を有していてもよく、また、芳香環または芳香環に結合する置換基に存在する水素原子は重水素原子であってもよい。
 一般式(5a)のn1は1~20の整数であり、2~10の整数であることが好ましい。
 Aで表される有機カチオンとしては、アンモニウムの他に、ホルムアミジニウム、セシウム等も用いることができる。
The organic cation represented by A preferably has at least one of an alkylene group and an aromatic ring, preferably has both an alkylene group and an aromatic ring, and has a structure in which the alkylene group and the aromatic ring are linked. Is more preferable, and ammonium represented by the following general formula (5a) is more preferable.
Ar (CH 2 ) n1 NH 3 + (5a)
In general formula (5a), Ar represents an aromatic ring. n1 is an integer of 1 to 20.
The aromatic ring of the organic cation may be an aromatic hydrocarbon or an aromatic heterocycle, but is preferably an aromatic hydrocarbon. Examples of the hetero atom of the aromatic heterocycle include a nitrogen atom, an oxygen atom, and a sulfur atom. The aromatic hydrocarbon is preferably a condensed polycyclic hydrocarbon having a structure in which a benzene ring and a plurality of benzene rings are condensed, such as a benzene ring, a naphthalene ring, a phenanthrene ring, an anthracene ring, a chrysene ring, a tetracene ring, A perylene ring is preferable, a benzene ring or a naphthalene ring is preferable, and a benzene ring is more preferable. The aromatic heterocycle is preferably a pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, pyrrole ring, thiophene ring, furan ring, carbazole ring or triazine ring, and a pyridine ring, pyrazine ring, pyrimidine ring or pyridazine ring. And more preferably a pyridine ring. The aromatic ring possessed by the organic cation may have a substituent such as an alkyl group, an aryl group, a halogen atom (preferably a fluorine atom), and is present in the aromatic ring or a substituent bonded to the aromatic ring. The hydrogen atom may be a deuterium atom.
In the general formula (5a), n1 is an integer of 1 to 20, and preferably an integer of 2 to 10.
As the organic cation represented by A, formamidinium, cesium, and the like can be used in addition to ammonium.
 Bで表される2価の金属イオンとしては、Cu2+,Ni2+,Mn2+,Fe2+、Co2+、Pd2+、Ge2+、Sn2+、Pb2+、Eu2+等を挙げることができ、Sn2+、Pb2+であることが好ましく、Sn2+であることがより好ましい。
 Xで表されるハロゲンイオンとしては、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素の各イオンを挙げることができる。3つのXが表すハロゲンイオンは、全て同じであってもよいし、2または3種類のハロゲンイオンの組み合わせであってもよい。好ましいのは、3つのXが全て同じハロゲンイオンの場合であり、3つのXが全てヨウ素イオンであることがより好ましい。
 一般式(1)で表されるペロブスカイト型化合物の好ましい具体例として、[CH(CHn2NH)]SnI(n2=2~17)、(CNHSnI、(CH(CHn3(CH)CHNHSnI[n3=5~8]、(CNHSnI、(C10CHNHSnI及び(CNHSnBr等の錫系ペロブスカイト、[CH(CHn2NH)]PbI(n2=2~17)、(CNHPbI、(CH(CHn3(CH)CHNHPbI[n3=5~8]、(CNHPbI、(C10CHNHPbI及び(CNHPbBr等の鉛系ペロブスカイトを挙げることができる。ただし、本発明において用いることができるペロブスカイト型化合物は、これらの化合物によって限定的に解釈されることはない。
Examples of the divalent metal ion represented by B include Cu 2+ , Ni 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Pd 2+ , Ge 2+ , Sn 2+ , Pb 2+ and Eu 2+. 2+ and Pb 2+ are preferable, and Sn 2+ is more preferable.
Examples of the halogen ion represented by X include fluorine, chlorine, bromine and iodine ions. All three halogen ions represented by X may be the same, or a combination of two or three types of halogen ions. Preference is given to the case where all three X are the same halogen ion, and it is more preferable that all three X are iodine ions.
Preferable specific examples of the perovskite type compound represented by the general formula (1) include [CH 3 (CH 2 ) n 2 NH 3 )] 2 SnI 4 (n2 = 2 to 17), (C 4 H 9 C 2 H 4 NH 3 ) 2 SnI 4 , (CH 3 (CH 2 ) n 3 (CH 3 ) CHNH 3 ) 2 SnI 4 [n3 = 5-8], (C 6 H 5 C 2 H 4 NH 3 ) 2 SnI 4 , ( Tin-based perovskites such as C 10 H 7 CH 2 NH 3 ) 2 SnI 4 and (C 6 H 5 C 2 H 4 NH 3 ) 2 SnBr 4 , [CH 3 (CH 2 ) n 2 NH 3 )] 2 PbI 4 ( n2 = 2 ~ 17), ( C 4 H 9 C 2 H 4 NH 3) 2 PbI 4, (CH 3 (CH 2) n3 (CH 3) CHNH 3) 2 PbI 4 [n3 = 5 ~ 8], ( C 6 H 5 C 2 H 4 NH 3 ) 2 Lead-based perovskites such as PbI 4 , (C 10 H 7 CH 2 NH 3 ) 2 PbI 4 and (C 6 H 5 C 2 H 4 NH 3 ) 2 PbBr 4 may be mentioned. However, the perovskite compound that can be used in the present invention is not limited to these compounds.
[一般式(2)で表される化合物]
   A2 1 n-13n+1    (2)
 一般式(2)のA2は、A1よりも炭素数が大きい有機カチオンを表す。一般式(2)のBおよびXは、一般式(1)のBおよびXとそれぞれ同義であり、一般式(2)のA2は一般式(1)のAと同義である。一般式(2)のA2、B、Xの好ましい範囲と具体例については、一般式(1)のA、B、Xの好ましい範囲と具体例をそれぞれ参照することができる。ここで、2つのA2同士および複数のX同士は、それぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。A1およびBがそれぞれ複数存在するとき、A1同士およびB同士は、それぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。
[Compound represented by formula (2)]
A 2 2 A 1 n−1 B n X 3n + 1 (2)
A 2 in the general formula (2) represents an organic cation having a carbon number larger than that of A 1 . B and X in the general formula (2) have the same meanings as B and X in the general formula (1), respectively. A 2 in the general formula (2) has the same meaning as A in the general formula (1). Regarding preferred ranges and specific examples of A 2 , B, and X in the general formula (2), preferred ranges and specific examples of A, B, and X in the general formula (1) can be referred to, respectively. Here, two A 2 s and a plurality of Xs may be the same as or different from each other. When a plurality of A 1 and B are present, A 1 and B may be the same as or different from each other.
 A1で表される有機カチオンは、A2よりも炭素数が小さい有機カチオンであり、下記一般式(6)で表されるアンモニウムであることが好ましい。
 一般式(6)
   R11
 一般式(6)において、R11は水素原子または置換基を表し、4つのR11の少なくとも1つは置換基である。4つのR11のうちの置換基の数は、1または2つであることが好ましく、1つであることがより好ましい。すなわち、アンモニウムを構成する4つのR11は、その1つが置換基であって、残りは水素原子であることが好ましい。R11のうちの2つ以上が置換基であるとき、複数の置換基同士は互いに同じであっても異なっていてもよい。置換基としては、特に限定されないが、アルキル基やアリール基(フェニル基、ナフチル基等)を挙げることができ、これらの置換基は、さらにアルキル基やアリール基等で置換されていてもよい。置換基の炭素数は、アルキル基では1~30であることが好ましく、1~20であることがより好ましく、1~10であることがさらに好ましい。アリール基では、6~30であることが好ましく、6~20であることがより好ましく、6~10であることがさらに好ましい。
 A1およびA2で表される有機カチオンとしては、アンモニウムの他に、ホルムアミジニウム、セシウム等も用いることができる。
The organic cation represented by A 1 is an organic cation having a carbon number smaller than that of A 2 and is preferably ammonium represented by the following general formula (6).
General formula (6)
R 11 4 N +
In the general formula (6), R 11 represents a hydrogen atom or a substituent, and at least one of the four R 11 is a substituent. The number of substituents in the four R 11 is preferably 1 or 2, and more preferably 1. That is, it is preferable that one of the four R 11 constituting ammonium is a substituent and the remaining is a hydrogen atom. When two or more of R 11 are substituents, the plurality of substituents may be the same as or different from each other. Although it does not specifically limit as a substituent, An alkyl group and an aryl group (A phenyl group, a naphthyl group, etc.) can be mentioned, These substituents may be further substituted by the alkyl group, the aryl group, etc. The number of carbon atoms of the substituent is preferably 1-30, more preferably 1-20, and still more preferably 1-10 for an alkyl group. The aryl group is preferably 6 to 30, more preferably 6 to 20, and still more preferably 6 to 10.
As the organic cation represented by A 1 and A 2 , formamidinium, cesium, and the like can be used in addition to ammonium.
 一般式(2)で表される化合物は、八面体をなす無機骨格B3n+1により構成された無機層と有機カチオンA2により構成された有機層とが交互に積層した層状構造を形成する。nは各無機層における八面体の積層数に対応し、1~100の整数である。nが2以上であるとき、各八面体間の立方晶の頂点に対応する位置に有機カチオンA1が配置する。 The compound represented by the general formula (2) forms a layered structure in which an inorganic layer composed of an inorganic skeleton B n X 3n + 1 forming an octahedron and an organic layer composed of an organic cation A 2 are alternately stacked. . n corresponds to the number of octahedrons laminated in each inorganic layer and is an integer of 1 to 100. When n is 2 or more, the organic cation A 1 is arranged at a position corresponding to the apex of the cubic crystal between each octahedron.
 一般式(2)で表される有機無機ペロブスカイト型化合物の好ましい具体例として、下記一般式(2a)で表される化合物を挙げることができる。
  (CNH(CHNHn-1Sn3n+1   (2a)
 一般式(2a)において、nは1~100の整数であり、好ましくは1~5の整数である。具体的には、(CNHSnI、(CNH(CHNH)Sn、(CNH(CHNHSn10、(CNH(CHNHSn13、(CNH(CHNHSn16を挙げることができる。また、一般式(2)で表される有機無機ペロブスカイト型化合物の好ましい具体例として、(CH(CHNHPbI(n=2~17)、(CNHPbI、(CH(CH(CH)CHNHPbI[n=5~8]、(CNHPbI、(C10CHNHPbI及び(CNHPbBr等も挙げることができる。ただし、本発明において用いることができるペロブスカイト型化合物は、これらの化合物によって限定的に解釈されることはない。
As a preferable specific example of the organic-inorganic perovskite type compound represented by the general formula (2), a compound represented by the following general formula (2a) can be exemplified.
(C 4 H 9 NH 3 ) 2 (CH 3 NH 3 ) n-1 Sn n I 3n + 1 (2a)
In the general formula (2a), n is an integer of 1 to 100, preferably an integer of 1 to 5. Specifically, (C 4 H 9 NH 3 ) 2 SnI 4 , (C 4 H 9 NH 3 ) 2 (CH 3 NH 3 ) Sn 2 I 7 , (C 4 H 9 NH 3 ) 2 (CH 3 NH 3) 2 Sn 3 I 10, a (C 4 H 9 NH 3) 2 (CH 3 NH 3) 3 Sn 4 I 13, (C 4 H 9 NH 3) 2 (CH 3 NH 3) 4 Sn 5 I 16 Can be mentioned. As preferred specific examples of the organic-inorganic perovskite type compound represented by the general formula (2), (CH 3 (CH 2 ) n NH 3 ) 2 PbI 4 (n = 2 to 17), (C 4 H 9 C 2 H 4 NH 3 ) 2 PbI 4 , (CH 3 (CH 2 ) n (CH 3 ) CHNH 3 ) 2 PbI 4 [n = 5-8], (C 6 H 5 C 2 H 4 NH 3 ) 2 PbI 4 can also include like (C 10 H 7 CH 2 NH 3) 2 PbI 4 and (C 6 H 5 C 2 H 4 NH 3) 2 PbBr 4. However, the perovskite compound that can be used in the present invention is not limited to these compounds.
[一般式(3)で表される化合物]
   A2 1 3m+2    (3)
 一般式(3)のA2は、A1よりも炭素数が大きい有機カチオンを表す。一般式(3)のBおよびXは、一般式(1)のBおよびXとそれぞれ同義である。一般式(3)のB、Xの好ましい範囲と具体例については、一般式(1)のB、Xの好ましい範囲と具体例をそれぞれ参照することができる。一般式(3)のA1は一般式(2)のA1と同義である。一般式(3)のA1の好ましい範囲と具体例については、一般式(2)のA1の好ましい範囲と具体例を参照することができる。
 ここで、2つのA2同士および複数のX同士は、それぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。A1およびBがそれぞれ複数存在するとき、A1同士およびB同士は、それぞれ互いに同じであっても異なっていてもよい。
[Compound represented by formula (3)]
A 2 2 A 1 m B m X 3m + 2 (3)
A 2 in the general formula (3) represents an organic cation having a carbon number larger than that of A 1 . B and X in the general formula (3) have the same meanings as B and X in the general formula (1), respectively. Regarding preferred ranges and specific examples of B and X in the general formula (3), preferred ranges and specific examples of B and X in the general formula (1) can be referred to respectively. A 1 in the general formula (3) has the same meaning as A 1 in formula (2). For the preferred range and specific examples of A 1 in the general formula (3), reference can be made to the preferred range and specific examples of A 1 in the general formula (2).
Here, two A 2 s and a plurality of Xs may be the same as or different from each other. When a plurality of A 1 and B are present, A 1 and B may be the same as or different from each other.
 一般式(3)で表される化合物は、無機骨格B3m+2により構成された無機層と有機カチオンA2により構成された有機層とが交互に積層した層状構造を形成する。mは各無機層における積層数に対応し、1~100の整数である。 The compound represented by the general formula (3) forms a layered structure in which an inorganic layer composed of an inorganic skeleton B m X 3m + 2 and an organic layer composed of an organic cation A 2 are alternately stacked. m corresponds to the number of layers in each inorganic layer and is an integer of 1 to 100.
 A2で表される有機カチオンは、A1よりも炭素数が大きい有機カチオンであり、上記一般式(6)で表されるアンモニウムであることが好ましく、下記一般式(7)で表されるアンモニウムであることがより好ましい。
 一般式(7)
   (R12 C=NR13
 一般式(7)において、R12およびR13は、各々独立に水素原子または置換基を表し、各R12は同一であっても異なっていてもよく、また、各R13は同一であっても異なっていてもよい。置換基としては、特に限定されないが、アルキル基、アリール基、アミノ基、ハロゲン原子等を挙げることができ、ここでいうアルキル基、アリール基、アミノ基は、さらにアルキル基、アリール基、アミノ基、ハロゲン原子等で置換されていてもよい。置換基の炭素数は、アルキル基では1~30であることが好ましく、1~20であることがより好ましく、1~10であることがさらに好ましい。アリール基では、6~30であることが好ましく、6~20であることがより好ましく、6~10であることがさらに好ましい。有機層の厚さは、R12で表される置換基の長軸長(例えば、アルキル基の鎖長)に応じて制御され、これにより、この混合物により構成される機能層の特性を制御することができる。R12およびR13の組み合わせとして、例えば、R12としてアミノ基やハロゲン原子を選択して、R13として水素原子やアルキル基を選択して組み合わせることができる。あるいは、R12としてアミノ基やハロゲン原子を選択して、R13として水素原子を選択して組み合わせることができる。
 A2で表される有機カチオンとしては、アンモニウムの他に、ホルムアミジニウム、セシウム等も用いることができる。
The organic cation represented by A 2 is an organic cation having a carbon number larger than that of A 1 , and is preferably ammonium represented by the general formula (6), and is represented by the following general formula (7). More preferably, it is ammonium.
General formula (7)
(R 12 2 C = NR 13 2 ) +
In the general formula (7), R 12 and R 13 each independently represent a hydrogen atom or a substituent, and each R 12 may be the same or different, and each R 13 is the same. May be different. Examples of the substituent include, but are not limited to, an alkyl group, an aryl group, an amino group, a halogen atom, and the like. The alkyl group, aryl group, and amino group mentioned here further include an alkyl group, an aryl group, and an amino group. And may be substituted with a halogen atom or the like. The number of carbon atoms of the substituent is preferably 1-30, more preferably 1-20, and still more preferably 1-10 for an alkyl group. The aryl group is preferably 6 to 30, more preferably 6 to 20, and still more preferably 6 to 10. The thickness of the organic layer is controlled according to the long axis length of the substituent represented by R 12 (for example, the chain length of the alkyl group), thereby controlling the characteristics of the functional layer constituted by this mixture. be able to. As a combination of R 12 and R 13 , for example, an amino group or a halogen atom can be selected as R 12 , and a hydrogen atom or an alkyl group can be selected and combined as R 13 . Alternatively, an amino group or a halogen atom can be selected as R 12 and a hydrogen atom can be selected and combined as R 13 .
As the organic cation represented by A 2 , formamidinium, cesium, and the like can be used in addition to ammonium.
 一般式(3)で表される有機無機ペロブスカイト型化合物の好ましい具体例として、下記一般式(3a)で表される化合物を挙げることができる。
  [NHC(I)=NH(CHNHSn3m+2 (3a)
 一般式(3a)において、mは2~100の整数であり、好ましくは2~5の整数である。具体的には、[NHC(I)=NH(CHNHSn、[NHC(I)=NH(CHNHSn11、[NHC(I)=NH(CHNHSn14を挙げることができる。ただし、本発明において用いることができるペロブスカイト型化合物は、これらの化合物によって限定的に解釈されることはない。
Preferable specific examples of the organic / inorganic perovskite type compound represented by the general formula (3) include a compound represented by the following general formula (3a).
[NH 2 C (I) = NH 2 ] 2 (CH 3 NH 3 ) m Sn m I 3m + 2 (3a)
In the general formula (3a), m is an integer of 2 to 100, preferably an integer of 2 to 5. Specifically, [NH 2 C (I) ═NH 2 ] 2 (CH 3 NH 3 ) 2 Sn 2 I 8 , [NH 2 C (I) ═NH 2 ] 2 (CH 3 NH 3 ) 3 Sn 3 I 11 , [NH 2 C (I) ═NH 2 ] 2 (CH 3 NH 3 ) 4 Sn 4 I 14 may be mentioned. However, the perovskite compound that can be used in the present invention is not limited to these compounds.
 一般式(1)~(3)で表される化合物が形成する無機層および有機層の合計層数は、1~100であることが好ましく、1~50であることがより好ましく、5~20であることがさらに好ましい。 The total number of inorganic layers and organic layers formed by the compounds represented by the general formulas (1) to (3) is preferably 1 to 100, more preferably 1 to 50, and 5 to 20 More preferably.
[一般式(4)で表される化合物]
   A3BX    (4)
 一般式(4)において、A3は有機カチオンを表す。一般式(4)のBおよびXは、一般式(1)のBおよびXとそれぞれ同義である。一般式(4)のB、Xの好ましい範囲と具体例については、一般式(1)のB、Xの好ましい範囲と具体例をそれぞれ参照することができる。さらに、一般式(4)で表される化合物のBはフッ素イオンであることも好ましく、ヨウ素イオンとフッ素イオンの組み合わせであることも好ましい。一般式(4)のA3の好ましい範囲と具体例については、一般式(2)のA1の好ましい範囲と具体例を参照することができる。3つのXは互いに同じであっても異なっていてもよい。
[Compound represented by the general formula (4)]
A 3 BX 3 (4)
In the general formula (4), A 3 represents an organic cation. B and X in the general formula (4) have the same meanings as B and X in the general formula (1), respectively. Regarding preferred ranges and specific examples of B and X in the general formula (4), preferred ranges and specific examples of B and X in the general formula (1) can be referred to respectively. Further, B of the compound represented by the general formula (4) is preferably a fluorine ion, and is preferably a combination of iodine ion and fluorine ion. For the preferred range and specific examples of A 3 in the general formula (4), the preferred range and specific examples of A 1 in the general formula (2) can be referred to. The three Xs may be the same or different from each other.
 一般式(4)で表される化合物は、立方晶系の単位格子を有し、立方晶の各頂点に有機カチオンAが配置し、体心に金属イオンBが配置し、立方晶の各面心にハロゲンイオンXが配置した立方晶ペロブスカイト構造を形成する。ここで、金属イオンBとハロゲンイオンXの無機骨格により八面体が形成される。 The compound represented by the general formula (4) has a cubic unit cell, the organic cation A is arranged at each vertex of the cubic crystal, the metal ion B is arranged at the body center, and each surface of the cubic crystal. A cubic perovskite structure in which halogen ions X are arranged in the center is formed. Here, an octahedron is formed by the inorganic skeleton of metal ions B and halogen ions X.
 一般式(4)で表されるペロブスカイト型化合物の好ましい具体例として、CHNHPbI、CHNHPbCl、CHNHPbBr、CHNHSnI、CHNHSnI3-q(ただし、qは0~2の整数である)、CHNHSnCl、CHNHSnBr、(NHCHSnIを挙げることができ、CHNHPbI、CHNHSnI3-q、(NHCHSnIであることが好ましい。ただし、本発明において用いることができるペロブスカイト型化合物は、これらの化合物によって限定的に解釈されることはない。 Preferred specific examples of the perovskite type compound represented by the general formula (4) include CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbCl 3 , CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 SnI 3 , and CH 3 NH 3. Examples include SnI q F 3-q (where q is an integer of 0 to 2), CH 3 NH 3 SnCl 3 , CH 3 NH 3 SnBr 3 , (NH 2 ) 2 CHSnI 3 , and CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 SnI q F 3-q , (NH 2 ) 2 CHSnI 3 are preferred. However, the perovskite compound that can be used in the present invention is not limited to these compounds.
 以上に挙げたペロブスカイト型化合物のうち好ましいものは、2価の金属イオンとしてSn2+、Pb2+の少なくとも1種を含むもの、有機カチオンとしてメチルアンモニウム、ホルムアミジニウム、セシウムの少なくとも1種を含むもの、ハロゲンイオンとしてI、Fの少なくとも1種を含むものである。また、一般式(1)~一般式(4)で表される化合物の中では、一般式(4)で表される化合物が好ましく、CHNHSnIが最も好ましい。 Among the perovskite compounds listed above, preferred are those containing at least one of Sn 2+ and Pb 2+ as divalent metal ions, and those containing at least one of methylammonium, formamidinium and cesium as organic cations. , Which contains at least one of I and F as a halogen ion. Among the compounds represented by the general formulas (1) to (4), the compound represented by the general formula (4) is preferable, and CH 3 NH 3 SnI 3 is most preferable.
[その他の化合物]
 本発明は、上記以外の一般式で表される有機無機ペロブスカイト型化合物や、無機ペロブスカイト型化合物にも適用することができる。
 例えば、下記の一般式で表されるペロブスカイト型化合物にも本発明を適用することが可能である。下記の一般式において、A、B、Cはそれぞれ有機カチオンまたは無機カチオンを表し、Xはハロゲンアニオンを表し、xは0または1を表す。
 一般式 AX
   例示化合物 BiI 
 一般式 ABX
   例示化合物 AgBiI
 一般式 A BX
   例示化合物(CHCHCHCHNHCuBr
        (F-CNHCuBr  
 一般式 A BX
   例示化合物 AgBiI 
        [NH(CHCH Bi(Cl1-xBr
 一般式 AB
   例示化合物 AgBi
 一般式 A BCX
   例示化合物 CsAgBiBr
         CsAgBiCl
 一般式 A
   例示化合物(CHNHBi9 
         CsBi
        [(NHCH]Bi
        (NHBi
         CsBiBr
        (CHNHSb
 一般式 A BCX
   例示化合物 CsInAgCl
        (CHNHKBiCl
 一般式 ABC
   例示化合物 AgBiS
[Other compounds]
The present invention can also be applied to organic-inorganic perovskite compounds represented by general formulas other than those described above and inorganic perovskite-type compounds.
For example, the present invention can be applied to a perovskite compound represented by the following general formula. In the following general formula, A, B, and C each represent an organic cation or an inorganic cation, X represents a halogen anion, and x represents 0 or 1.
General formula AX 3
Exemplary Compound BiI 3
General formula ABX 4
Exemplary Compound AgBiI 4
General formula A 2 BX 4
Exemplary Compound (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 NH 3 ) 2 CuBr 4
(F—C 8 H 8 NH 3 ) 2 CuBr 4
General formula A 3 BX 6
Exemplified compound Ag 3 BiI 6
[NH 2 (CH 2 CH 3 ) 2 ] 3 Bi (Cl 1-x Br x ) 6
General formula AB 2 X 7
Exemplary compounds AgBi 2 I 7 ,
General formula A 2 BCX 6
Exemplary Compound Cs 2 AgBiBr 6
Cs 2 AgBiCl 6
General formula A 3 B 2 X 9
Exemplary Compound (CH 3 NH 3 ) 3 Bi 2 I 9
Cs 3 Bi 2 I 9
[(NH 2 ) 2 CH] 3 Bi 2 I 9
(NH 4 ) 3 Bi 2 I 9
Cs 3 Bi 2 Br 9
(CH 3 NH 3 ) 3 Sb 2 I 9
General formula A 2 BCX 6
Exemplary Compound Cs 2 InAgCl 6
(CH 3 NH 3 ) 2 KBiCl 6
General formula ABC 2
Exemplary Compound AgBiS 2
 また、ペロブスカイト型化合物は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合せて用いてもよい。好ましい組み合せとして、CHNHSnI、CHNHSnI3-q(ただし、qは0~2の整数である)のうちの2種以上の組み合わせを挙げることができる。 Moreover, a perovskite type compound may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. Preferable combinations include combinations of two or more of CH 3 NH 3 SnI 3 and CH 3 NH 3 SnI q F 3-q (where q is an integer of 0 to 2).
 ペロブスカイト前駆体膜におけるペロブスカイト型化合物の単位面積当たりの量は、1.0x10-6mol/m~1.0x10-2 mol/mであることが好ましく、2.5x10-5 mol/m~2.5x10-3 mol/mであることがより好ましく、1.0x10-4mol/m~3.0x10-4 mol/mであることがさらに好ましい。 The amount per unit area of the perovskite type compound in the perovskite precursor film is preferably 1.0 × 10 −6 mol / m 2 to 1.0 × 10 −2 mol / m 2 , and 2.5 × 10 −5 mol / m 2. It is more preferably from 2.5 × 10 −3 mol / m 2 , and further preferably from 1.0 × 10 −4 mol / m 2 to 3.0 × 10 −4 mol / m 2 .
[第1溶媒]
 第1溶媒は、後述する第2溶媒および第3溶媒よりもペロブスカイト前駆体膜の主成分(ペロブスカイト型化合物)に対する溶解度が大きい溶媒であり、第2溶媒および第3溶媒と相溶性を有する溶媒であることが好ましい。
 第1溶媒のペロブスカイト型化合物に対する溶解度は、1mol/l-solvent以上であることが好ましく、10mol/l-solvent以上であることがより好ましく、100mol/l-solvent以上であることがさらに好ましい。また、第1溶媒のペロブスカイト型化合物に対する溶解度は、第2溶媒および第3溶媒のペロブスカイト型化合物に対する溶解度のうち、大きい方の溶解度との差が2mol/l-solvent以上であることが好ましく、5mol/l-solvent以上であることがより好ましく、10mol/l-solvent以上であることがさらに好ましい。さらに、第1溶媒のペロブスカイト型化合物に対する溶解度は、第2溶媒および第3溶媒のペロブスカイト型化合物に対する溶解度のうち、小さい方の溶解度との差が2mol/l-solvent以上であることが好ましく、10mol/l-solvent以上であることがより好ましく、100mol/l-solvent以上であることがさらに好ましい。
[First solvent]
The first solvent is a solvent having higher solubility in the main component (perovskite type compound) of the perovskite precursor film than the second solvent and the third solvent described later, and is a solvent having compatibility with the second solvent and the third solvent. Preferably there is.
The solubility of the first solvent in the perovskite type compound is preferably 1 mol / l-solvent or more, more preferably 10 mol / l-solvent or more, and further preferably 100 mol / l-solvent or more. The solubility of the first solvent in the perovskite type compound is preferably such that the difference between the solubility of the second solvent and the third solvent in the perovskite type compound is greater than or equal to 2 mol / l-solvent. / l-solvent or more is more preferable, and 10 mol / l-solvent or more is more preferable. Further, the solubility of the first solvent in the perovskite compound is preferably such that the difference between the solubility of the second solvent and the third solvent in the perovskite compound is 2 mol / l-solvent or more. / l-solvent or more is more preferable, and 100 mol / l-solvent or more is more preferable.
 第1溶媒として用いうる溶媒は、第2溶媒および第3溶媒の種類によっても異なるが、ペロブスカイト化合物に対する溶解度が大きく、且つ、広い範囲の有機溶媒と相溶性を有することから、ジメチルスルホキシド(DMSO)、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド(DMF)、γ―ブチロラクトン(GBL)等の極性非プロトン性溶媒を挙げることができ、ジメチルスルホキシド、N-メチル-2-ピロリドンを用いることが好ましい。これらの溶媒は、1種類を単独で用いてもよいし、2種類以上を組み合せて用いてもよい。
 本明細書中において、極性非プロトン性溶媒とは誘電率が10以上のプロトン供与性を有しない溶媒のことをいう。誘電率は、例えば、インピーダンスアナライザーを用いた平行板法により測定することができる。
Although the solvent that can be used as the first solvent varies depending on the types of the second solvent and the third solvent, dimethyl sulfoxide (DMSO) has high solubility in the perovskite compound and is compatible with a wide range of organic solvents. And polar aprotic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide (DMF), and γ-butyrolactone (GBL), and dimethyl sulfoxide and N-methyl-2-pyrrolidone are used. Is preferred. These solvents may be used alone or in combination of two or more.
In this specification, the polar aprotic solvent means a solvent having a dielectric constant of 10 or more and not having a proton donating property. The dielectric constant can be measured, for example, by a parallel plate method using an impedance analyzer.
 ペロブスカイト前駆体膜は、ペロブスカイト型化合物と第1溶媒のみから構成されていてもよいし、この他の成分を含んでいてもよい。この他の成分として、酸化剤、還元剤、第1~3溶媒以外の溶媒等を挙げることができる。 The perovskite precursor film may be composed only of the perovskite type compound and the first solvent, or may contain other components. As other components, there may be mentioned oxidizing agents, reducing agents, solvents other than the first to third solvents, and the like.
 上記のようなペロブスカイト前駆体膜は、基板上に形成されていることが好ましい。基板は、得られるペロブスカイト膜の用途に応じて適宜選択することができる。基板の材料として、例えば、シリコン(Si)、酸化シリコン(SiO)、ガラス、金属、ガリウム砒素等の無機材料、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、芳香族ポリエステル(液晶ポリマー)、ポリイミド(PI)等の樹脂等を挙げることができる。基板は、単層構成であってもよいし、多層構成であってもよい。多層構成である場合、各層は同じ材料で構成されていてもよいし、異なる材料で構成されていてもよい。また、基板として、これらの材料からなる基板の上に、素子の機能膜となる有機層や無機層が形成されたものを用いてもよい。 The perovskite precursor film as described above is preferably formed on a substrate. The substrate can be appropriately selected according to the use of the obtained perovskite film. As the material of the substrate, for example, silicon (Si), silicon oxide (SiO 2 ), glass, metal, inorganic materials such as gallium arsenide, polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), polyethersulfone (PES), Examples thereof include resins such as aromatic polyester (liquid crystal polymer) and polyimide (PI). The substrate may have a single layer configuration or a multilayer configuration. When it is a multilayer structure, each layer may be comprised with the same material, and may be comprised with a different material. In addition, a substrate in which an organic layer or an inorganic layer serving as a functional film of an element is formed on a substrate made of any of these materials may be used.
[ペロブスカイト前駆体膜の形成方法]
 ペロブスカイト前駆体膜は、湿式プロセスにより形成することができる。以下において、湿式プロセスによるペロブスカイト前駆体膜の形成方法について説明する。
 まず、ペロブスカイト型化合物と第1溶媒を含有する溶液を調製する。例えば、一般式(4)で表され、A3が(RN)であるペロブスカイト型化合物(RNBX)は、下記反応式(8)に示すように、ハロゲン化アンモニウムRNXと金属ハロゲン化物BXを第1溶媒中で反応させることにより合成することができる。
  RNX+BX→RNBX    (8)
 反応式(8)において、Rは、上記一般式(5)におけるRと同義であり、B、Xは、一般式(1)のB、Xと同義である。溶液は、この反応の生成物であるペロブスカイト型化合物RNBXかその前駆体のいずれかを含むように調製する。通常は、反応原料であるRNXとBXを第1溶媒に溶解して反応させることにより得られた生成物を含む溶液を用いることができる。
[Method of forming perovskite precursor film]
The perovskite precursor film can be formed by a wet process. Hereinafter, a method for forming a perovskite precursor film by a wet process will be described.
First, a solution containing a perovskite type compound and a first solvent is prepared. For example, a perovskite type compound (R 4 NBX 3 ) represented by the general formula (4) and having A 3 of (R 4 N) + is an ammonium halide R 4 NX as shown in the following reaction formula (8). And a metal halide BX 2 can be synthesized in a first solvent.
R 4 NX + BX 2 → R 4 NBX 3 (8)
In the reaction formula (8), R is synonymous with R in the general formula (5), and B and X are synonymous with B and X in the general formula (1). The solution is prepared to contain either the perovskite type compound R 4 NBX 3 or its precursor, which is the product of this reaction. Usually, a solution containing a product obtained by reacting R 4 NX and BX 2 which are reaction raw materials in a first solvent can be used.
 溶液におけるペロブスカイト型化合物の含有量は、溶液全量に対して5~88質量%であることが好ましく、23~75質量%であることがより好ましく、31~52質量%であることがさらに好ましい。 The content of the perovskite compound in the solution is preferably 5 to 88% by mass, more preferably 23 to 75% by mass, and still more preferably 31 to 52% by mass with respect to the total amount of the solution.
 次に、調製した溶液を支持体表面に塗布、乾燥してペロブスカイト前駆体膜を得る。
 溶液の塗布方法としては、特に制限されず、グラビア塗布法、バー塗布法、印刷法、スプレー法、スピンコート法、ディップ法、ダイコート法等の従来公知の塗布方法を用いることができ、比較的薄い厚さの塗膜を均一に形成できることがらスピンコート法を用いることが好ましい。
Next, the prepared solution is applied to the support surface and dried to obtain a perovskite precursor film.
The application method of the solution is not particularly limited, and conventionally known application methods such as a gravure application method, a bar application method, a printing method, a spray method, a spin coating method, a dip method, and a die coating method can be used. The spin coating method is preferably used because a thin coating film can be uniformly formed.
<第2溶媒と第3溶媒の混合溶媒>
 第2溶媒および第3溶媒は、第1溶媒よりもペロブスカイト前駆体膜の主成分に対する溶解度が小さく、且つ、第1溶媒に対する溶解度が互いに異なる溶媒である。
 第2溶媒と第3溶媒の混合溶媒は、ペロブスカイト前駆体膜に接触させたとき、そのペロブスカイト前駆体膜中の第1溶媒が該混合溶媒中へ移動して受容される受容媒質として機能する。これにより、ペロブスカイト前駆体膜における第1溶媒の含有量が減少して、ペロブスカイト型化合物を構成する各イオンがペロブスカイト型結晶を形成するように配置する。その結果、ペロブスカイト型結晶構造を有するペロブスカイト膜が得られる。すなわち、本発明では、この混合溶媒を、ペロブスカイト膜形成用溶媒として使用する。
 第2溶媒および第3溶媒のペロブスカイト型化合物(ペロブスカイト前駆体膜の主成分)に対する溶解度は、いずれも0.1mol/l-solvent以下であることが好ましく、0.01mol/l-solvent以下であることがより好ましく、0.001mol/l-solvent以下であることがさらに好ましい。
 また、第2溶媒と第3溶媒の組み合わせは、25℃においてペロブスカイト前駆体膜に第2溶媒を接触させたときに第1溶媒が第2溶媒中に拡散する拡散定数kと、25℃においてペロブスカイト前駆体膜に第3溶媒を接触させたときに第1溶媒が第3溶媒中に拡散する拡散定数kの差の絶対値(|k-k|)が1x10-13/s~1x10/sの範囲内となる組合せであることが好ましく、1x10-12/s~1x10/sの範囲内となる組合せであることがより好ましく、1x10-11/s~1x10-2/sの範囲内となる組合せであることがさらに好ましい。
<A mixed solvent of the second solvent and the third solvent>
The second solvent and the third solvent are solvents having lower solubility in the main component of the perovskite precursor film than in the first solvent and different in solubility in the first solvent.
When the mixed solvent of the second solvent and the third solvent is brought into contact with the perovskite precursor film, it functions as a receiving medium in which the first solvent in the perovskite precursor film moves into the mixed solvent and is received. As a result, the content of the first solvent in the perovskite precursor film is reduced, and each ion constituting the perovskite compound is arranged to form a perovskite crystal. As a result, a perovskite film having a perovskite crystal structure is obtained. That is, in the present invention, this mixed solvent is used as a solvent for forming the perovskite film.
The solubility of the second solvent and the third solvent in the perovskite type compound (the main component of the perovskite precursor film) is preferably 0.1 mol / l-solvent or less, and preferably 0.01 mol / l-solvent or less. More preferred is 0.001 mol / l-solvent or less.
Further, the combination of the second solvent and the third solvent includes a diffusion constant k 2 at which the first solvent diffuses into the second solvent when the second solvent is brought into contact with the perovskite precursor film at 25 ° C., and at 25 ° C. When the third solvent is brought into contact with the perovskite precursor film, the absolute value (| k 2 −k 3 |) of the difference of the diffusion constant k 3 in which the first solvent diffuses into the third solvent is 1 × 10 −13 m 2 / A combination that falls within the range of s to 1 × 10 2 m 2 / s is preferable, and a combination that falls within the range of 1 × 10 −12 m 2 / s to 1 × 10 0 m 2 / s is more preferable, and 1 × 10 −11. More preferably, the combination is in the range of m 2 / s to 1 × 10 −2 m 2 / s.
 第2溶媒および第3溶媒として用いうる溶媒は、第1溶媒の種類によっても異なるが、ペロブスカイト化合物に対する溶解度が小さいことから、トルエン、クロロベンゼン、ヘキサン、ベンゼン、キシレン、ヘプタン等の無極性溶媒を挙げることができ、トルエンとヘキサンの組み合わせであることが好ましい。これらの無極性溶媒を、上記の第1溶媒として例示したジメチルスルホキシドまたはN-メチル-2-ピロリドンと組み合わせて用いることにより、ペロブスカイト前駆体膜に含まれる第1溶媒を混合溶媒中へ適切な拡散定数で移動させることができ、良好な膜質を有するペロブスカイト膜を再現性よく得ることができる。また、混合溶媒は、第2溶媒が、トルエン、クロロベンゼンから選ばれる溶媒であり、第3溶媒がヘキサン、シクロヘキサンから選ばれる溶媒であることも好ましい。
 本明細書中において、無極性溶媒とは誘電率が10以下の溶媒のことをいう。誘電率は、例えば、インピーダンスアナライザーを用いた平行板法により測定することができる。
Solvents that can be used as the second solvent and the third solvent vary depending on the type of the first solvent, but include nonpolar solvents such as toluene, chlorobenzene, hexane, benzene, xylene, and heptane because of their low solubility in perovskite compounds. A combination of toluene and hexane is preferred. By using these nonpolar solvents in combination with dimethyl sulfoxide or N-methyl-2-pyrrolidone exemplified as the first solvent, the first solvent contained in the perovskite precursor film is appropriately diffused into the mixed solvent. A perovskite film having good film quality can be obtained with good reproducibility. The mixed solvent is preferably a solvent in which the second solvent is selected from toluene and chlorobenzene, and the third solvent is a solvent selected from hexane and cyclohexane.
In the present specification, a nonpolar solvent means a solvent having a dielectric constant of 10 or less. The dielectric constant can be measured, for example, by a parallel plate method using an impedance analyzer.
 第2溶媒と第3溶媒の混合比率は、ペロブスカイト前駆体膜から混合溶媒中へ移動する第1溶媒の拡散定数を左右するファクターであり、第1溶媒~第3溶媒に用いる溶媒の種類や所望の拡散定数に応じて適宜選択することができる。具体的には、第2溶媒と前記第3溶媒の混合比率は、25℃においてペロブスカイト前駆体膜に混合溶媒を接触させたとき、ペロブスカイト前駆体膜中の第1溶媒が混合溶媒中へ拡散する際の拡散定数が1x10-13/s~1x10/sの範囲内となる比率とすることが好ましく、1x10-12/s~1x10-13/sの範囲内となる比率とすることがより好ましく、1x10-11/s~1x10-2/sの範囲内となる比率とすることがさらに好ましい。例えば、第1溶媒がジメチルスルホキシドやN-メチル-2-ピロリドンのような極性非プロトン性溶媒であり、第2溶媒および第3溶媒が、いずれもトルエンやヘキサンのような無極性溶媒である場合、第2溶媒と第3溶媒の容量での混合比率(第2溶媒:第3溶媒)は、1:0.1~1:10であることが好ましく、1:0.5~1:2であることがより好ましい。また、特に、ペロブスカイト前駆体膜がIとFの両方を含み、且つ、混合溶媒を5~20℃に調整してペロブスカイト前駆体膜に接触させる場合には、第2溶媒:第3溶媒を、好ましくは1:0.6~1:1.5、より好ましくは1:0.7~1:1.3とすることにより、膜質が極めて良好なペロブスカイト膜を形成することができる。
 また、第2溶媒と第3溶媒の混合比率は、後述するペロブスカイト前駆体膜と混合溶媒の接触工程において、時間の経過とともに徐々に変化させてもよい。これにより、ペロブスカイト前駆体膜から混合溶媒中へ移動する第1溶媒の拡散定数を、より精密に制御することができる。
The mixing ratio of the second solvent and the third solvent is a factor that influences the diffusion constant of the first solvent moving from the perovskite precursor film into the mixed solvent. The type of solvent used for the first to third solvents and the desired solvent It can be appropriately selected according to the diffusion constant. Specifically, the mixing ratio of the second solvent and the third solvent is such that when the mixed solvent is brought into contact with the perovskite precursor film at 25 ° C., the first solvent in the perovskite precursor film diffuses into the mixed solvent. The diffusion constant is preferably in the range of 1 × 10 −13 m 2 / s to 1 × 10 2 m 2 / s, and in the range of 1 × 10 −12 m 2 / s to 1 × 10 −13 m 0 / s. More preferably, the ratio is in the range of 1 × 10 −11 m 2 / s to 1 × 10 −2 m 2 / s. For example, when the first solvent is a polar aprotic solvent such as dimethyl sulfoxide or N-methyl-2-pyrrolidone, and the second solvent and the third solvent are both nonpolar solvents such as toluene or hexane The mixing ratio of the second solvent and the third solvent in the volume (second solvent: third solvent) is preferably 1: 0.1 to 1:10, preferably 1: 0.5 to 1: 2. More preferably. In particular, perovskite precursor film is I - and F - include both, and, when adjusting the mixed solvent to 5 ~ 20 ° C. is brought into contact with the perovskite precursor film, second solvent: third solvent Is preferably 1: 0.6 to 1: 1.5, more preferably 1: 0.7 to 1: 1.3, whereby a perovskite film having an extremely good film quality can be formed.
In addition, the mixing ratio of the second solvent and the third solvent may be gradually changed as time passes in the contact step between the perovskite precursor film and the mixed solvent described later. As a result, the diffusion constant of the first solvent moving from the perovskite precursor film into the mixed solvent can be controlled more precisely.
 混合溶媒は、第2溶媒と第3溶媒の2種類の溶媒で構成してもよいし、第4溶媒や第5溶媒等の他の溶媒を追加して、3種類以上の溶媒で構成してもよい。ただし、追加する他の溶媒は、第1溶媒よりもペロブスカイト前駆体膜の主成分に対する溶解度が小さい溶媒であり、混合溶媒を構成する他の溶媒と第1溶媒に対する溶解度が異なる溶媒であることが好ましい。混合溶媒に、さらに他の溶媒を追加することにより、ペロブスカイト前駆体膜から混合溶媒側に移動する第1溶媒の拡散定数を、より精密に制御することができる。 The mixed solvent may be composed of two types of solvents, a second solvent and a third solvent, or may be composed of three or more types of solvents by adding other solvents such as a fourth solvent and a fifth solvent. Also good. However, the other solvent to be added is a solvent having a lower solubility in the main component of the perovskite precursor film than the first solvent, and a solvent having a different solubility in the first solvent from the other solvent constituting the mixed solvent. preferable. By adding another solvent to the mixed solvent, the diffusion constant of the first solvent moving from the perovskite precursor film to the mixed solvent side can be controlled more precisely.
<ペロブスカイト前駆体膜への混合溶媒の接触工程>
 本発明のペロブスカイト前駆体膜の製造方法では、上記のペロブスカイト前駆体膜に、第2溶媒と第3溶媒の混合溶媒を接触させることにより、ペロブスカイト膜を製造する。ペロブスカイト前駆体膜に、第2溶媒と第3溶媒の混合溶媒を接触させると、ペロブスカイト前駆体膜中の第1溶媒が混合溶媒中へ移動して、ペロブスカイト前駆体膜における第1溶媒の含有量が減少する。その結果、ペロブスカイト型化合物を構成する各イオンがペロブスカイト型結晶を形成するように配置し、ペロブスカイト型結晶構造を有するペロブスカイト膜が得られる。このとき、製造されたペロブスカイト膜は、第1溶媒~第3溶媒が完全に除去されていてもよいし、第1溶媒~第3溶媒の少なくとも1種が膜中に残っていてもよい。ペロブスカイト膜の中に第1溶媒~第3溶媒の少なくとも1種が残っている場合の各溶媒の含有量の好ましい範囲については、<<ペロブスカイト膜>>の対応する記載を参照することができる。
<Contact process of mixed solvent to perovskite precursor film>
In the method for producing a perovskite precursor film of the present invention, a perovskite film is produced by bringing a mixed solvent of a second solvent and a third solvent into contact with the perovskite precursor film. When the mixed solvent of the second solvent and the third solvent is brought into contact with the perovskite precursor film, the first solvent in the perovskite precursor film moves into the mixed solvent, and the content of the first solvent in the perovskite precursor film Decrease. As a result, each ion constituting the perovskite type compound is arranged so as to form a perovskite type crystal, and a perovskite film having a perovskite type crystal structure is obtained. At this time, in the manufactured perovskite film, the first to third solvents may be completely removed, or at least one of the first to third solvents may remain in the film. For the preferable range of the content of each solvent when at least one of the first to third solvents remains in the perovskite film, the corresponding description of << perovskite film >> can be referred to.
 ペロブスカイト前駆体膜と混合溶媒を接触させる方法は、特に限定されず、いかなる方法であってもよいが、ペロブスカイト前駆体膜の外表面全体を混合溶媒に接触させうる方法であることが好ましく、ペロブスカイト前駆体膜を混合溶媒の中に浸漬させる浸漬法を好適に用いることができる。浸漬法を用いる場合、混合溶媒の容量は、ペロブスカイト前駆体膜の容量に対して10~1010倍であることが好ましく、10~10倍であることがより好ましく、10~10倍であることがさらに好ましい。 The method for bringing the perovskite precursor film into contact with the mixed solvent is not particularly limited, and any method may be used, but it is preferable that the entire outer surface of the perovskite precursor film be brought into contact with the mixed solvent. An immersion method in which the precursor film is immersed in a mixed solvent can be suitably used. When the immersion method is used, the volume of the mixed solvent is preferably 10 1 to 10 10 times, more preferably 10 4 to 10 8 times, more preferably 10 6 to 10 times the volume of the perovskite precursor film. More preferably, it is 7 times.
 ペロブスカイト前駆体膜に混合溶媒を接触させる時間は、0.1秒~180分であることが好ましい。また、混合溶媒は、ペロブスカイト前駆体膜を接触させている間、攪拌することが好ましい。ペロブスカイト前駆体膜に混合溶媒を接触させる時間の長さを調整することにより、得られるペロブスカイト膜のグレインサイズとグレイン数を制御することができる。例えば、混合溶媒への浸漬時間を短くすることにより、ペロブスカイト膜のグレインサイズが大きて、グレイン数が少なくなるように制御することが可能である。また、混合溶媒への浸漬時間を長くすることにより、ペロブスカイト膜のグレインサイズが小さくて、グレイン数が多くなるように制御することが可能である。
 ペロブスカイト前駆体膜に接触させる混合溶媒の温度は、ペロブスカイト前駆体膜から混合溶媒中に拡散する第1溶媒の拡散定数を指標に設定することが好ましい。具体的には、ペロブスカイト前駆体膜への混合溶媒の接触は、ペロブスカイト前駆体膜中の第1溶媒が混合溶媒中へ拡散する拡散定数が1x10-13/s~1x10/sの範囲内となる温度で行うことが好ましく、拡散定数が1x10-12/s~1x10/sの範囲内となる温度で行うことがより好ましく、拡散定数が1x10-11/s~1x10-2/sの範囲内となる温度で行うことがさらに好ましい。
 また、ペロブスカイト前駆体膜に接触させる混合溶媒の温度は、-50~50℃が好ましく、0~25℃がより好ましく、5~20℃がさらに好ましく、10~15℃が特に好ましい。中でも、混合溶媒の温度を5~20℃、好ましくは10~15℃とすることにより、表面が平滑で密度が高く、ペロブスカイト型結晶が高度に配向したペロブスカイト膜を得ることができる。例えば、第1溶媒がジメチルスルホキシドやN-メチル-2-ピロリドンのような極性非プロトン性溶媒であり、第2溶媒および第3溶媒が、いずれもトルエンやヘキサンのような無極性溶媒である場合にも、-50~50℃で、混合溶媒をペロブスカイト前駆体膜に接触させることが好ましく、特に、上記のより好ましい温度範囲で混合溶媒をペロブスカイト前駆体膜に接触させると、膜質が良好なペロブスカイト膜を効果的に形成することができる。
 ペロブスカイト前駆体膜に接触させる混合溶媒の温度は、ペロブスカイト前駆体膜に混合溶媒を接触させている間、一定に保持してもよいし、時間の経過とともに変化するように制御してもよい。温度変化のパターンは、時間の経過とともに温度が上昇するパターン、時間の経過とともに温度が下降するパターン、温度が上昇した後に下降するパターン、温度が下降した後に上昇するパターン、温度の上昇と下降を交互に繰り返すパターン等が挙げられる。
The time for bringing the mixed solvent into contact with the perovskite precursor film is preferably 0.1 second to 180 minutes. The mixed solvent is preferably stirred while the perovskite precursor film is in contact. By adjusting the length of time for which the mixed solvent is brought into contact with the perovskite precursor film, the grain size and the number of grains of the obtained perovskite film can be controlled. For example, it is possible to control so that the grain size of the perovskite film is large and the number of grains is reduced by shortening the immersion time in the mixed solvent. In addition, by increasing the immersion time in the mixed solvent, it is possible to control the perovskite film so that the grain size is small and the number of grains is large.
The temperature of the mixed solvent brought into contact with the perovskite precursor film is preferably set with the diffusion constant of the first solvent diffusing from the perovskite precursor film into the mixed solvent as an index. Specifically, the contact of the mixed solvent with the perovskite precursor film has a diffusion constant of 1 × 10 −13 m 2 / s to 1 × 10 2 m 2 / s at which the first solvent in the perovskite precursor film diffuses into the mixed solvent. Is preferably performed at a temperature within a range of 1 × 10 −12 m 2 / s to 1 × 10 0 m 2 / s, and a diffusion constant of 1 × 10 −11 m 2 is preferable. It is more preferable to carry out at a temperature in the range of / s to 1 × 10 −2 m 2 / s.
Further, the temperature of the mixed solvent brought into contact with the perovskite precursor film is preferably −50 to 50 ° C., more preferably 0 to 25 ° C., further preferably 5 to 20 ° C., and particularly preferably 10 to 15 ° C. In particular, by setting the temperature of the mixed solvent to 5 to 20 ° C., preferably 10 to 15 ° C., it is possible to obtain a perovskite film having a smooth surface and high density and highly oriented perovskite crystals. For example, when the first solvent is a polar aprotic solvent such as dimethyl sulfoxide or N-methyl-2-pyrrolidone, and the second solvent and the third solvent are both nonpolar solvents such as toluene or hexane In particular, it is preferable to bring the mixed solvent into contact with the perovskite precursor film at −50 to 50 ° C., and in particular, when the mixed solvent is brought into contact with the perovskite precursor film in the above preferable temperature range, the perovskite having good film quality is obtained. A film can be formed effectively.
The temperature of the mixed solvent brought into contact with the perovskite precursor film may be kept constant while the mixed solvent is in contact with the perovskite precursor film, or may be controlled so as to change over time. The temperature change pattern is a pattern in which the temperature rises over time, a pattern in which the temperature falls over time, a pattern that falls after the temperature rises, a pattern that rises after the temperature falls, and a temperature rise and fall Examples include alternately repeating patterns.
 また、<第2の溶媒と第3の溶媒の混合溶媒>の欄で説明したように、ペロブスカイト前駆体膜に混合溶媒を接触させているとき、混合溶媒における第2溶媒と第3溶媒の混合比率を時間の経過とともに徐々に変化させてもよい。混合比率の変化のパターンは、時間の経過とともに第2溶媒の混合比率が徐々に大きくなるパターン、時間の経過とともに第2溶媒の混合比率が徐々に小さくなるパターン、第2溶媒の混合比率が一定値まで大きくなった後に小さくなるパターン、第2溶媒の混合比率が一定値まで小さくなった後に大きくなるパターン、第2溶媒の混合比率が大きくなる過程と小さくなる過程を交互に繰り返すパターン等が挙げられる。
 以上のようにして、ペロブスカイト前駆体膜に混合溶媒を接触させることで得られたペロブスカイト膜には、その後、アニール処理を行ってもよい。アニール処理の温度は、0~200℃であることが好ましく、25~150℃であることがより好ましく、70~100℃であることがさらに好ましい。また、アニール処理条件を調整することにより、得られるペロブスカイト膜のグレインサイズやグレイン数を制御することができる。例えば、アニール処理開始時の温度を高くしたり、アニール処理温度を高めに設定したりすることにより、ペロブスカイト膜のグレインサイズが大きて、グレイン数が少なくなるように制御することが可能である。また、アニール処理開始時の温度を低くしたり、アニール処理温度を低めに設定したりすることにより、ペロブスカイト膜のグレインサイズが小さくて、グレイン数が多くなるように制御することが可能である。
Further, as described in the section of <mixed solvent of second solvent and third solvent>, when the mixed solvent is in contact with the perovskite precursor film, the mixing of the second solvent and the third solvent in the mixed solvent is performed. The ratio may be gradually changed over time. The change pattern of the mixing ratio is a pattern in which the mixing ratio of the second solvent gradually increases with time, a pattern in which the mixing ratio of the second solvent gradually decreases with time, and the mixing ratio of the second solvent is constant. A pattern that decreases after increasing to a value, a pattern that increases after the mixing ratio of the second solvent decreases to a certain value, a pattern that alternately repeats the process of increasing and decreasing the mixing ratio of the second solvent, etc. It is done.
As described above, the perovskite film obtained by bringing the mixed solvent into contact with the perovskite precursor film may be annealed thereafter. The temperature of the annealing treatment is preferably 0 to 200 ° C, more preferably 25 to 150 ° C, and further preferably 70 to 100 ° C. Moreover, the grain size and the number of grains of the obtained perovskite film can be controlled by adjusting the annealing conditions. For example, it is possible to control the perovskite film to have a large grain size and a small number of grains by increasing the temperature at the start of the annealing process or setting the annealing process temperature higher. In addition, it is possible to control the perovskite film to have a small grain size and a large number of grains by lowering the temperature at the start of annealing or setting the annealing temperature lower.
<その他の工程>
 本発明のペロブスカイト膜の製造方法は、上記の<ペロブスカイト前駆体膜への混合溶媒の接触工程>に加えて、さらに他の工程を行ってもよい。他の工程として、混合溶媒に接触させたペロブスカイト前駆体膜に、さらに第4溶媒を接触させる工程を挙げることができる。これにより、ペロブスカイト膜の形成過程を、混合溶媒の接触工程で進行する過程と、第4溶媒の接触工程で進行する過程とに分けることができ、各工程での条件を独立に制御して、各形成過程を最適な条件で進行させることができる。その結果、より膜質に優れたペロブスカイト膜を形成することが可能になる。具体的には、ペロブスカイト膜は核生成過程と核成長過程を経て結晶成長する。よって、例えば混合溶媒の接触工程では主として核生成過程を進行させ、第4溶媒の接触工程では主として各成長過程を進行させることが好ましく、そのようなペロブスカイト膜の形成過程が実現するように、混合溶媒の種類および温度、第4溶媒の種類および温度を選定することが好ましい。
 第4溶媒を接触させる工程で用いる第4溶媒は、混合溶媒に接触させたペロブスカイト前駆体膜にさらに接触させることで、ペロブスカイト膜の膜質を改善するように働くものであればよく、その他には特に制限されないが、第1溶媒よりもペロブスカイト前駆体膜の主成分に対する溶解度が小さいものであることが好ましい。第4溶媒として用いうる溶媒の具体例については、第2溶媒および第3溶媒に用いうる溶媒の具体例を参照することができる。また、その他に、ジエチルエーテル、アニソール等も第4溶媒として好ましく用いることができる。第4溶媒は、第2溶媒および第3溶媒の一方と同じであってもよいし、いずれの溶媒とも異なっていてもよいが、いずれか一方と同じであることが好ましい。第2~4の溶媒の好ましい組み合わせとして、第2溶媒がトルエンまたはクロロベンゼンであって、第3溶媒がヘキサンまたはシクロヘキサンであり、第4溶媒がトルエンまたはクロロベンゼンである組み合わせを挙げることができる。
 第4溶媒は、単独でペロブスカイト前駆体膜に接触させてもよく、他の溶媒と混合してペロブスカイト前駆体膜に接触させてもよい。第4溶媒と混合する溶媒は特に限定されないが、第4溶媒と他の溶媒との混合溶媒は、第2溶媒と第3溶媒の混合溶媒と異なる組成であることが好ましい。
 また、第4溶媒の接触工程を行う場合、第4溶媒の温度を混合溶媒の接触工程における混合溶媒の温度よりも高く設定することが好ましい。これにより、第4溶媒の接触工程で核成長過程が急峻に進行し、膜質がより良好なペロブスカイト膜を形成することができる。
 さらに、本発明のペロブスカイト膜の製造方法では、第4溶媒の接触工程の後にも、溶媒の種類や混合溶媒の組成を変えて、1以上の溶媒接触工程を行うことができる。これにより、ペロブスカイト膜の形成過程をさらに細分化して、それぞれを最適な条件で行うことができ、より一層膜質に優れたペロブスカイト膜を形成することが可能になる。
 ペロブスカイト前駆体膜と第4溶媒を接触させる方法としては、例えばペロブスカイト前駆体膜を第4溶媒の中に浸漬させる浸漬法を用いることができる。以下の説明では、上記の混合溶媒の接触工程を浸漬法により行った後、第4溶媒の接触工程を浸漬法により行うことを「2段階浸漬法」といい、この「2段階浸漬法」と、これに加えて、さらに1以上の溶媒接触工程を浸漬法により行うことを総称して「多段階浸漬法」という。また、上記の混合溶媒の接触工程のみを浸漬法により行うことを「単一浸漬法」という。
<Other processes>
In the method for producing a perovskite film of the present invention, other processes may be performed in addition to the above <contact process of the mixed solvent with the perovskite precursor film>. As another step, a step of bringing the fourth solvent into contact with the perovskite precursor film brought into contact with the mixed solvent can be exemplified. Thereby, the formation process of the perovskite film can be divided into a process that proceeds in the contact process of the mixed solvent and a process that proceeds in the contact process of the fourth solvent, and the conditions in each process are independently controlled, Each forming process can proceed under optimum conditions. As a result, it is possible to form a perovskite film having better film quality. Specifically, the perovskite film grows through a nucleation process and a nucleus growth process. Therefore, for example, it is preferable to proceed mainly with the nucleation process in the contact step of the mixed solvent and to proceed mainly with each growth process in the contact step of the fourth solvent. It is preferable to select the type and temperature of the solvent and the type and temperature of the fourth solvent.
The fourth solvent used in the step of bringing the fourth solvent into contact may be any one that works to improve the film quality of the perovskite film by further contacting the perovskite precursor film in contact with the mixed solvent. Although not particularly limited, it is preferable that the solubility of the perovskite precursor film in the main component is smaller than that of the first solvent. For specific examples of the solvent that can be used as the fourth solvent, reference can be made to specific examples of the solvent that can be used for the second solvent and the third solvent. In addition, diethyl ether, anisole and the like can be preferably used as the fourth solvent. The fourth solvent may be the same as one of the second solvent and the third solvent, or may be different from any of the solvents, but is preferably the same as either one. Preferable combinations of the second to fourth solvents include a combination in which the second solvent is toluene or chlorobenzene, the third solvent is hexane or cyclohexane, and the fourth solvent is toluene or chlorobenzene.
The fourth solvent may be brought into contact with the perovskite precursor film alone, or may be mixed with another solvent and brought into contact with the perovskite precursor film. The solvent mixed with the fourth solvent is not particularly limited, but the mixed solvent of the fourth solvent and the other solvent preferably has a composition different from the mixed solvent of the second solvent and the third solvent.
Moreover, when performing the contact process of a 4th solvent, it is preferable to set the temperature of a 4th solvent higher than the temperature of the mixed solvent in the contact process of a mixed solvent. As a result, the nucleus growth process proceeds rapidly in the fourth solvent contact step, and a perovskite film with better film quality can be formed.
Furthermore, in the method for producing a perovskite film of the present invention, one or more solvent contact steps can be performed after the fourth solvent contact step by changing the type of solvent and the composition of the mixed solvent. As a result, the process of forming the perovskite film can be further subdivided and performed under optimum conditions, and a perovskite film with even better film quality can be formed.
As a method for bringing the perovskite precursor film into contact with the fourth solvent, for example, an immersion method in which the perovskite precursor film is immersed in the fourth solvent can be used. In the following description, performing the contact process of the mixed solvent by the immersion method and then performing the contact process of the fourth solvent by the immersion method is referred to as “two-stage immersion method”. In addition to this, performing one or more solvent contact steps by the dipping method is collectively referred to as “multi-stage dipping method”. Moreover, performing only the contact process of said mixed solvent by an immersion method is called "single immersion method."
<<ペロブスカイト膜>>
 次に、本発明のペロブスカイト膜について説明する。
 本発明のペロブスカイト膜は、本発明のペロブスカイト膜の製造方法で製造されることを特徴とする。本発明のペロブスカイト膜の製造方法の説明、用いる材料および条件の好ましい範囲、具体例については、<<ペロブスカイト膜の製造方法>>の欄を参照することができる。本発明のペロブスカイト膜は、こうしたペロブスカイト膜の製造方法により製造されていることにより、良好な膜質を有し、ペロブスカイト膜毎の膜質の差が小さく抑えられている。このため、このペロブスカイト膜を太陽電池や電子デバイスの機能膜として用いることにより、優れた素子特性を安定に得ることができる。
 本発明のペロブスカイト膜は、製造工程で用いた第1溶媒~第3溶媒が完全に除去されていてもよいが、第1溶媒~第3溶媒のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。ペロブスカイト膜が第1溶媒を含む場合、第1溶媒の含有量は、ペロブスカイト膜の全質量に対する濃度で0超10,000ppm未満であることが好ましい。ペロブスカイト膜が第2溶媒を含む場合、第2溶媒の含有量は、ペロブスカイト膜の全質量に対する濃度で0超5,000ppm未満であることが好ましい。ペロブスカイト膜が第3溶媒を含む場合、第3溶媒の含有量は、ペロブスカイト膜の全質量に対する濃度で0超5,000ppm未満であることが好ましい。
 ペロブスカイト膜の厚さは、該ペロブスカイト膜の用途によっても異なるが、2次元ペロブスカイト型の結晶構造を有する場合で、10nm~500nmであることが好ましく、20nm~200nmであることがより好ましく、50nm~100nmであることがさらに好ましい。また、3次元ペロブスカイト型の結晶構造を有する場合で、10nm~1000nmであることが好ましく、50nm~500nmであることがより好ましく、200nm~400nmであることがさらに好ましい。
<< Perovskite film >>
Next, the perovskite film of the present invention will be described.
The perovskite film of the present invention is manufactured by the method for manufacturing a perovskite film of the present invention. For the explanation of the method for producing the perovskite film of the present invention, the preferred range of materials and conditions to be used, and specific examples, the << Method for producing perovskite film >> column can be referred to. Since the perovskite film of the present invention is manufactured by such a method for manufacturing a perovskite film, the perovskite film has good film quality, and the difference in film quality between the perovskite films is kept small. Therefore, excellent element characteristics can be stably obtained by using this perovskite film as a functional film of a solar cell or an electronic device.
In the perovskite film of the present invention, the first to third solvents used in the production process may be completely removed, but may contain at least one of the first to third solvents. When the perovskite film contains the first solvent, the content of the first solvent is preferably more than 0 and less than 10,000 ppm in terms of the concentration relative to the total mass of the perovskite film. When the perovskite film contains the second solvent, the content of the second solvent is preferably more than 0 and less than 5,000 ppm in terms of the concentration relative to the total mass of the perovskite film. When the perovskite film contains a third solvent, the content of the third solvent is preferably more than 0 and less than 5,000 ppm in terms of the concentration relative to the total mass of the perovskite film.
The thickness of the perovskite film varies depending on the use of the perovskite film, but when it has a two-dimensional perovskite crystal structure, it is preferably 10 nm to 500 nm, more preferably 20 nm to 200 nm, and more preferably 50 nm to More preferably, it is 100 nm. Further, when it has a three-dimensional perovskite crystal structure, it is preferably 10 nm to 1000 nm, more preferably 50 nm to 500 nm, and further preferably 200 nm to 400 nm.
<<太陽電池>>
 次に、本発明の太陽電池について説明する。
 本発明の太陽電池は、本発明のペロブスカイト膜を有することを特徴とする。本発明のペロブスカイト膜の構成については、<<ペロブスカイト膜>>の欄を参照することができる。本発明の太陽電池は、こうしたペロブスカイト膜を有することにより、優れた電池特性を安定に得ることができる。本発明の太陽電池は、光電変換層が本発明のペロブスカイト膜で構成されていることが好ましく、光電変換層が本発明のペロブスカイト膜であって、一般式(4)で表される化合物を含むもので構成されていることがより好ましい。
<< Solar cell >>
Next, the solar cell of the present invention will be described.
The solar cell of the present invention is characterized by having the perovskite film of the present invention. For the structure of the perovskite film of the present invention, the column of << perovskite film >> can be referred to. By having such a perovskite film, the solar cell of the present invention can stably obtain excellent battery characteristics. In the solar cell of the present invention, the photoelectric conversion layer is preferably composed of the perovskite film of the present invention, and the photoelectric conversion layer is the perovskite film of the present invention and includes a compound represented by the general formula (4). More preferably, it is made of a material.
 本発明の太陽電池は、少なくとも透明電極と対向電極、および透明電極と対向電極の間に発電層を形成した構造を有することが好ましい。発電層は、少なくとも光電変換層を含むものであり、光電変換層のみからなるものであってもよいし、光電変換層の他に1層以上の機能層を有するものであってもよい。そのような他の機能層として、正孔捕獲層、電子ブロック層、電子輸送層、正孔ブロック層などを挙げることができる。具体的な光電変換素子の構造例を図1に示す。図1において、1は透明基板、2は透明電極、3は正孔捕獲層、4は光電変換層、5は電子輸送層、6は対向電極を表わす。図1の構成では、透明電極2が正孔を回収する正極として機能し、対向電極6が電子を回収する負極として機能する。また、光電変換素子は、正孔捕獲層3と電子輸送層5が図1に示す位置関係とは逆の位置で配されたものであってもよい。すなわち、透明基板1、透明電極2、電子輸送層5、光電変換層4、正孔捕獲層3および対向電極6が、この順に積層されていてもよい。この場合、透明電極2が電子を回収する負極として機能し、対向電極6が正孔を回収する正極として機能する。
 以下において、光電変換素子の各部材および各層について説明する。
The solar cell of the present invention preferably has a structure in which a power generation layer is formed at least between a transparent electrode and a counter electrode, and between the transparent electrode and the counter electrode. The power generation layer includes at least a photoelectric conversion layer, may be composed of only a photoelectric conversion layer, or may have one or more functional layers in addition to the photoelectric conversion layer. Examples of such other functional layers include a hole capturing layer, an electron blocking layer, an electron transporting layer, and a hole blocking layer. A specific structure example of the photoelectric conversion element is shown in FIG. In FIG. 1, 1 is a transparent substrate, 2 is a transparent electrode, 3 is a hole capture layer, 4 is a photoelectric conversion layer, 5 is an electron transport layer, and 6 is a counter electrode. In the configuration of FIG. 1, the transparent electrode 2 functions as a positive electrode for collecting holes, and the counter electrode 6 functions as a negative electrode for collecting electrons. Further, the photoelectric conversion element may be one in which the hole capturing layer 3 and the electron transporting layer 5 are arranged at positions opposite to the positional relationship shown in FIG. That is, the transparent substrate 1, the transparent electrode 2, the electron transport layer 5, the photoelectric conversion layer 4, the hole capturing layer 3, and the counter electrode 6 may be laminated in this order. In this case, the transparent electrode 2 functions as a negative electrode for collecting electrons, and the counter electrode 6 functions as a positive electrode for collecting holes.
Below, each member and each layer of a photoelectric conversion element are demonstrated.
(透明基板)
 本発明の光電変換素子は、透明基板に支持されていることが好ましい。この透明基板については、特に制限はなく、従来から光電変換素子に慣用されているものであればよく、例えば、ガラス、透明プラスチック、石英などからなるものを用いることができる。透明プラスチックとしては、ポリエチレン・ナフタレート(PEN)、ポリエチレン・テレフタレート(PET)等のポリエステル、ポリカーボネート、ポリオレフィン、ポリイミド、テフロン(登録商標)等を挙げることができる。
(Transparent substrate)
The photoelectric conversion element of the present invention is preferably supported on a transparent substrate. The transparent substrate is not particularly limited as long as it is conventionally used for a photoelectric conversion element. For example, a substrate made of glass, transparent plastic, quartz, or the like can be used. Examples of the transparent plastic include polyesters such as polyethylene naphthalate (PEN) and polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate, polyolefin, polyimide, Teflon (registered trademark), and the like.
(透明電極)
 光電変換素子における透明電極としては、導電性無機化合物、導電性金属酸化物、導電性高分子およびこれらの混合物を電極材料とするものが好ましく用いられる。このような電極材料の具体例としてはCuI等の導電性無機化合物、インジウム錫酸化物(ITO)、フッ素ドープ錫酸化物(FTO)、酸化スズ(SnO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、ガリウムドープ亜鉛酸化物、アルミニウムドープ亜鉛酸化物(AZO)、酸化亜鉛(ZnO)、ニオブドープチタン酸化物等の導電性金属酸化物、ポリアセチレン系、ポリピロール系、ポリチオフェン系、ポリフェニレンビニレン系等の導電性高分子が挙げられる。また、IDIXO(In-ZnO)等非晶質で透明導電膜を作製可能な材料を用いてもよい。透明電極は、これらの電極材料を蒸着やスパッタリング等の方法により、薄膜を形成させ、フォトリソグラフィー法で所望の形状のパターンを形成してもよく、上記電極材料の蒸着やスパッタリング時に所望の形状のマスクを介してパターンを形成してもよい。あるいは、有機導電性化合物のように塗布可能な材料を用いる場合には、印刷方式、コーティング方式等湿式成膜法を用いることもできる。透明導電膜の表面抵抗は15Ω/□以下であることが好ましく、5Ω/□以下であることがさらに好ましい。さらに膜厚は材料にもよるが、通常0.01~10.0μm、好ましくは0.3~1.0μmの範囲から選ばれる。
(Transparent electrode)
As the transparent electrode in the photoelectric conversion element, a material using a conductive inorganic compound, a conductive metal oxide, a conductive polymer and a mixture thereof as an electrode material is preferably used. Specific examples of such electrode materials include conductive inorganic compounds such as CuI, indium tin oxide (ITO), fluorine-doped tin oxide (FTO), tin oxide (SnO 2 ), indium zinc oxide (IZO), Conductive metal oxides such as gallium-doped zinc oxide, aluminum-doped zinc oxide (AZO), zinc oxide (ZnO), and niobium-doped titanium oxide, and conductive properties such as polyacetylene, polypyrrole, polythiophene, and polyphenylene vinylene Examples include polymers. Alternatively, an amorphous material such as IDIXO (In 2 O 3 —ZnO) capable of forming a transparent conductive film may be used. The transparent electrode may be formed by forming a thin film by a method such as vapor deposition or sputtering of these electrode materials, and forming a pattern of a desired shape by a photolithography method. A pattern may be formed through a mask. Or when using the material which can be apply | coated like an organic electroconductivity compound, wet film-forming methods, such as a printing system and a coating system, can also be used. The surface resistance of the transparent conductive film is preferably 15Ω / □ or less, more preferably 5Ω / □ or less. Further, although depending on the material, the film thickness is usually selected from the range of 0.01 to 10.0 μm, preferably 0.3 to 1.0 μm.
(対向電極)
 対向電極としては、透明電極で例示した電極材料の他、金属、合金、炭素材料およびこれらの混合物を電極材料とするものが用いられる。
 電極材料として用いられる金属および合金の具体例としては、アルミニウム、金、銀、白金、銅、タングステン、モリブデン、チタン等の金属および合金が挙げられる。対向電極はこれらの電極材料を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。対向電極の表面抵抗は15Ω/□以下であることが好ましく、5Ω/□以下であることがさらに好ましい。対向電極の膜厚は、通常0.01~2.0μmの範囲から選ばれる。
(Counter electrode)
As the counter electrode, in addition to the electrode material exemplified for the transparent electrode, an electrode material made of a metal, an alloy, a carbon material, or a mixture thereof is used.
Specific examples of metals and alloys used as the electrode material include metals and alloys such as aluminum, gold, silver, platinum, copper, tungsten, molybdenum, and titanium. The counter electrode can be produced by forming a thin film of these electrode materials by a method such as vapor deposition or sputtering. The surface resistance of the counter electrode is preferably 15Ω / □ or less, more preferably 5Ω / □ or less. The thickness of the counter electrode is usually selected from the range of 0.01 to 2.0 μm.
(光電変換層)
 光電変換層は、本発明のペロブスカイト膜により構成されている。光電変換層に透明基板側から光が照射されると、ペロブスカイト膜のペロブスカイト型化合物が光励起して空間的に分離した正孔と電子(キャリア)を生成する。これらキャリアのうち正孔は正孔捕獲層側に拡散して正極へ取り出され、電子は電子輸送層側に拡散して負極へ取り出され、電極間に電位差(起電力)が生じる。
 光電変換層の厚さは、10~1000nmであることが好ましく、100~500nmであることがより好ましく、200~400nmであることがさらに好ましい。これにより、光電変換素子が厚くなり過ぎるのを回避して、十分な発電特性を得ることができる。
(Photoelectric conversion layer)
The photoelectric conversion layer is composed of the perovskite film of the present invention. When the photoelectric conversion layer is irradiated with light from the transparent substrate side, the perovskite type compound of the perovskite film is photoexcited to generate spatially separated holes and electrons (carriers). Of these carriers, holes are diffused to the positive hole capturing layer side and taken out to the positive electrode, and electrons are diffused to the electron transporting layer side and taken out to the negative electrode, resulting in a potential difference (electromotive force) between the electrodes.
The thickness of the photoelectric conversion layer is preferably 10 to 1000 nm, more preferably 100 to 500 nm, and further preferably 200 to 400 nm. Thereby, it is possible to avoid the photoelectric conversion element from becoming too thick and to obtain sufficient power generation characteristics.
(正孔捕獲層)
 正孔捕獲層は光電変換層から注入された正孔を捕獲して正極側に輸送する機能を有する正孔捕獲材料(正孔輸送材料)からなり、単層または複数層設けることができる。また、正孔捕獲材料は、正孔を捕獲、輸送する機能の他、正孔の注入や電子の障壁性を有していてもよい。
 正孔捕獲材料としては、スピロ-OMeTAD(2,2’,7,7’-テトラキス-(N,N-ジ-p-メトキシフェニルアミン)9,9’-スピロビフルオレン))、ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン):ポリ(4-スチレンスルホネート)(PEDOT:PSS)、P3HT(ポリ(3-ヘキシルチオフェン))、PCPDTBT(ポリ[2,1,3-ベンゾチアジアゾール-4,7-ジイル[4,4-ビス(2-エチルヘキシル)-4H-シクロペンタ[2,1-b:3,4-b’]ジチオフェン-2,6-diyl]])、PVK(ポリ(N-ビニルカルバゾール))、HTM-TFSI(1-ヘキシル-3-メチルイミダゾリウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド)、Li-TFSI(リチウムビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド)、tBP(tert-ブチルピリジン)等を挙げることができ、中でも、スピロ-OMeTAD、P3HT、PCPDTBT、PVKを用いることが好ましく、スピロ-OMeTADを用いることがより好ましい。また、正孔捕獲材料として、チオフェニル、フェネレニル(phenalenyl)、ジチアゾリル、ベンゾチアゾリル、ジケトピロロピロリル、エトキシジチオフェニル、アミノ、トリフェニルアミノ、カルボゾリル、エチレンジオキシチオフェニル、ジオキシチオフェニルおよびフルオレニルから選択される1種または2種以上の基を有する有機化合物、ポリマーまたはコポリマーを用いることもでき、さらにCuI、CuBr、CuSCN、CuO、CuO、CIS等の無機正孔輸送材料も用いることができる。
 正孔捕獲層の厚みは、特に制限されないが、0.01~0.5μm程度が好ましい。
(Hole capture layer)
The hole capturing layer is made of a hole capturing material (hole transporting material) having a function of capturing holes injected from the photoelectric conversion layer and transporting them to the positive electrode side, and can be provided as a single layer or a plurality of layers. In addition to the function of capturing and transporting holes, the hole capturing material may have hole injection and electron barrier properties.
As a hole capturing material, spiro-OMeTAD (2,2 ′, 7,7′-tetrakis- (N, N-di-p-methoxyphenylamine) 9,9′-spirobifluorene)), poly (3 , 4-ethylenedioxythiophene): poly (4-styrenesulfonate) (PEDOT: PSS), P3HT (poly (3-hexylthiophene)), PCPDTBT (poly [2,1,3-benzothiadiazole-4,7- Diyl [4,4-bis (2-ethylhexyl) -4H-cyclopenta [2,1-b: 3,4-b ′] dithiophene-2,6-diyl]]), PVK (poly (N-vinylcarbazole)) ), HTM-TFSI (1-hexyl-3-methylimidazolium bis (trifluoromethylsulfonyl) imide), Li-TFSI (lithium bis (trifluoro) (Romethanesulfonyl) imide), tBP (tert-butylpyridine) and the like. Among them, spiro-OMeTAD, P3HT, PCPDTBT, and PVK are preferably used, and spiro-OMeTAD is more preferably used. Also, as hole-capturing materials, from thiophenyl, phenenyl, dithiazolyl, benzothiazolyl, diketopyrrolopyrrolyl, ethoxydithiophenyl, amino, triphenylamino, carbozolyl, ethylenedioxythiophenyl, dioxythiophenyl and fluorenyl Organic compounds, polymers or copolymers having one or more selected groups can also be used, and inorganic hole transport materials such as CuI, CuBr, CuSCN, Cu 2 O, CuO, CIS, etc. can also be used. it can.
The thickness of the hole capturing layer is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 0.5 μm.
(電子輸送層)
 電子輸送層は、光電変換層から注入された電子を負極側へ輸送する機能を有する材料からなり、単層または複数層設けることができる。電子輸送材料は、電子を輸送する機能の他、正孔を阻止する機能を有していてもよい。
 電子輸送材料としては、フラーレン、ペリレン、フラーレンまたはペリレンの誘導体、ポリ{[N,N’-ビス(2-オクチルドデシル)-ナフタレン-1,4,5,8-ビス(ジカルボキシイミド)-2,6-ジイル]-alt-5,50-(2,20-ビチオフェン)}(P(NDI2OD-T2))等を挙げることができ、各種電解質も用いることができる。
 また、電子輸送材料として、TiO、WO、ZnO、Nb、Ta、SrTiO等の金属酸化物や、これら金属酸化物にドナーを添加したドナー添加金属酸化物を用いてもよい。また、TiOを採用する場合には、その結晶形態はアナターゼ型であることが好ましい。電子輸送材料に用いる金属酸化物は、多孔質構造を有することが好ましく、細孔サイズがナノオーダーである多孔質構造を有することがより好ましい。これにより、電子輸送層自体の表面積が大きくなるとともに、その上に光電変換層を形成した場合には、電子輸送層との界面における光電変換層の表面積も大きくなる。その結果、光電変換層から電子輸送層への電子の注入効率が高くなり、光電変換効率を向上させることができる。多孔質構造としては、例えば粒状体、線状体(線状体:針状、チューブ状、柱状等)等が集合し、全体として多孔質状をなした構造を挙げることができる。多孔質構造は、電子輸送層の全体に亘っている必要はなく、例えば、負極側の部分を平滑構造、光電変換層側の部分を多孔質構造とすることも可能である。光電変換層の表面積の拡大を期待して電子輸送層を多孔質構造とする場合、電子輸送層を光電変換層よりも透明電極側に配することが好ましい。これにより、多孔質構造の電子輸送層を形成した後、その上に光電変換層を形成する製造手順になるため、電子輸送層の表面形状を反映した光電変換層、すなわち表面積の広い光電変換層を容易に得ることができる。
 電子輸送層の厚みは、特に制限されないが、0.01~0.5μm程度が好ましい。
(Electron transport layer)
The electron transport layer is made of a material having a function of transporting electrons injected from the photoelectric conversion layer to the negative electrode side, and can be provided as a single layer or a plurality of layers. The electron transport material may have a function of blocking holes in addition to a function of transporting electrons.
As an electron transport material, fullerene, perylene, fullerene or a derivative of perylene, poly {[N, N′-bis (2-octyldodecyl) -naphthalene-1,4,5,8-bis (dicarboximide) -2 , 6-Diyl] -alt-5,50- (2,20-bithiophene)} (P (NDI2OD-T2)) and the like, and various electrolytes can also be used.
Further, as an electron transport material, metal oxides such as TiO 2 , WO 3 , ZnO, Nb 2 O 5 , Ta 2 O 5 , and SrTiO 3 , and donor-added metal oxides obtained by adding a donor to these metal oxides are used. May be. When TiO 2 is employed, the crystal form is preferably anatase type. The metal oxide used for the electron transport material preferably has a porous structure, and more preferably has a porous structure with a pore size in the nano order. Thereby, the surface area of the electron transport layer itself increases, and when the photoelectric conversion layer is formed thereon, the surface area of the photoelectric conversion layer at the interface with the electron transport layer also increases. As a result, the efficiency of electron injection from the photoelectric conversion layer to the electron transport layer is increased, and the photoelectric conversion efficiency can be improved. Examples of the porous structure include a structure in which a granular body, a linear body (a linear body: a needle shape, a tube shape, a column shape, etc.) are aggregated to form a porous shape as a whole. The porous structure does not need to extend over the entire electron transport layer. For example, the negative electrode side portion may have a smooth structure and the photoelectric conversion layer side portion may have a porous structure. When the electron transport layer has a porous structure in expectation of an increase in the surface area of the photoelectric conversion layer, it is preferable to dispose the electron transport layer closer to the transparent electrode than the photoelectric conversion layer. As a result, after forming the electron transport layer having a porous structure, it becomes a production procedure for forming a photoelectric conversion layer thereon, so a photoelectric conversion layer reflecting the surface shape of the electron transport layer, that is, a photoelectric conversion layer having a large surface area. Can be easily obtained.
The thickness of the electron transport layer is not particularly limited, but is preferably about 0.01 to 0.5 μm.
(正孔ブロック層)
 正孔ブロック層は、必要に応じて電子輸送層と負極の間に設けられる。正孔ブロック層とは広い意味では電子輸送層の機能を有する。正孔ブロック層は電子を負極に輸送しつつ、正孔が負極へ到達することを阻止する役割があり、これにより透明電極と対向電極の間に大きな起電力を生じさせることができる。正孔ブロック層の材料としては、上記の電子輸送層の材料の中から、HOMO準位が電子輸送層を構成する材料のHOMO準位よりも深いものを選択して用いることができる。
(Hole blocking layer)
The hole blocking layer is provided between the electron transport layer and the negative electrode as necessary. The hole blocking layer has a function of an electron transport layer in a broad sense. The hole blocking layer has a role of blocking holes from reaching the negative electrode while transporting electrons to the negative electrode, and can thereby generate a large electromotive force between the transparent electrode and the counter electrode. As the material for the hole blocking layer, a material having a HOMO level deeper than the HOMO level of the material constituting the electron transport layer can be selected from the materials for the electron transport layer described above.
(電子ブロック層)
 電子ブロック層は、必要に応じて正孔捕獲層と正極の間に設けられる。電子ブロック層とは、広い意味では正孔を輸送する機能を有する。電子ブロック層は正孔を正極に輸送しつつ、電子が正極へ到達することを阻止する役割があり、これにより透明電極と対向電極の間に大きな起電力を生じさせることができる。電子ブロック層の材料としては、上記の正孔捕獲層の材料から、LUMO準位が正孔輸送層を構成する材料のLUMO準位よりも浅いものを選択して用いることができる。
(Electronic block layer)
The electron blocking layer is provided between the hole capturing layer and the positive electrode as necessary. The electron blocking layer has a function of transporting holes in a broad sense. The electron blocking layer has a role of blocking electrons from reaching the positive electrode while transporting holes to the positive electrode, thereby generating a large electromotive force between the transparent electrode and the counter electrode. As a material for the electron block layer, a material having a LUMO level shallower than the LUMO level of the material constituting the hole transport layer can be selected and used from the material for the hole trapping layer.
 以上の光電変換素子を作製する際、発電層を構成する各機能層の製膜方法は特に限定されず、ドライプロセス、ウェットプロセスのどちらで作製してもよい。 When producing the above photoelectric conversion elements, the method for forming each functional layer constituting the power generation layer is not particularly limited, and may be produced by either a dry process or a wet process.
 この光電変換素子は、太陽光等の光を透明基板側から照射すると、光電変換層に含まれるペロブスカイト型化合物が励起されてキャリアを発生する。キャリアのうち正孔は正極側に輸送されて正極に取り出され、電子は負極側に輸送されて負極に取り出され、正極と負極の間に起電力が生じる。起電力が生じた正極と負極の間を導体で接続することにより、正極から負極に流れる電流を得ることができる。 When this photoelectric conversion element is irradiated with light such as sunlight from the transparent substrate side, the perovskite type compound contained in the photoelectric conversion layer is excited to generate carriers. Of the carriers, holes are transported to the positive electrode side and taken out to the positive electrode, and electrons are transported to the negative electrode side and taken out to the negative electrode. An electromotive force is generated between the positive electrode and the negative electrode. A current flowing from the positive electrode to the negative electrode can be obtained by connecting a conductor between the positive electrode and the negative electrode where the electromotive force is generated.
 本発明の光電変換素子は、単一の素子として用いてもよいし、複数の素子を積層したタンデム型としてもよい。タンデム型とすることにより、高い変換効率を実現することができる。また、特性が異なる素子を積層することにより、積層した素子全体での特性を緻密に制御することができ、用途にあった最適な特性を実現することができる。 The photoelectric conversion element of the present invention may be used as a single element or a tandem type in which a plurality of elements are stacked. By using a tandem type, high conversion efficiency can be realized. In addition, by stacking elements having different characteristics, the characteristics of the stacked elements as a whole can be precisely controlled, and optimal characteristics suitable for the application can be realized.
 以下に合成例および実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下に示す材料、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。なお、ペロブスカイト膜の評価は、X線回折装置[λ=1.54Å(CuKα)](リガク社製:UltimaIV)、分光蛍光計(日本分光社製:FP-6500)を用いて行い、太陽電池の評価は、ソーラーシミュレータ(分光計器:OTENTO-SAN III)、測定システム(システム・エンジニア社製:OSA-11)、ソースメータ(ケースレー社製:2400シリーズ)を用いて行った。 Hereinafter, the features of the present invention will be described more specifically with reference to synthesis examples and examples. The following materials, processing details, processing procedures, and the like can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below. The perovskite film was evaluated using an X-ray diffractometer [λ = 1.54Å (CuKα)] (Rigaku Corp .: Ultimate IV) and a spectrofluorimeter (JASCO Corp .: FP-6500). Was evaluated using a solar simulator (spectrometer: OTENTO-SAN III), a measurement system (manufactured by System Engineers: OSA-11), and a source meter (manufactured by Keithley: 2400 series).
[ペロブスカイト膜の製造と評価]
(実施例1)
 ヨウ化錫(SnI)とヨウ化メチルアンモニウム(CHNHI)を、それぞれ1Mの濃度でジメチルスルホキシド(DMSO)に溶解して前駆体溶液を調製した。
 一方、膜厚100nmのインジウム・スズ酸化物(ITO)からなる正極が形成されたガラス基板の上に、スピンコート法により、PEDOT:PSS(ヘレウス社製、Clevious 4083)を30~50nmの厚さで製膜し、200℃でアニール処理することにより正孔捕獲層となるPEDOT:PSS層を形成した。このPEDOT:PSS層を形成した基板を、窒素で置換されたグローブボックス内に搬入した。そして、調製した前駆体溶液を孔径0.45μmのフィルターを通してPEDOT:PSS層の上に滴下し、基板を500rpmで10秒間回転させた後、8000rpmで30秒間回転させてスピンコートすることにより、ペロブスカイト前駆体膜を製膜した。
 次に、超脱水トルエン(第2溶媒)と超脱水ヘキサン(第3溶媒)を1:1の容量比で混合した混合溶媒(浸漬槽)を、クールプレート上で10~15℃になるように温度調整した。この混合溶媒を攪拌しながら、該混合溶媒中にペロブスカイト前駆体膜を形成した基板を2分間浸漬した。その後、基板を取り出し、100℃のアニール処理を5分間行うことにより、ペロブスカイト膜を製造した。
 また、これとは別に、前駆体溶液をスピンコートする際、基板を500rpmで10秒間回転させた後、6000rpmで30秒間回転させたこと以外は、上記と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
[Production and evaluation of perovskite films]
Example 1
A precursor solution was prepared by dissolving tin iodide (SnI 2 ) and methylammonium iodide (CH 3 NH 3 I) in dimethyl sulfoxide (DMSO) at a concentration of 1M.
On the other hand, PEDOT: PSS (manufactured by Heraeus, Clevious 4083) is formed to a thickness of 30 to 50 nm on a glass substrate on which a positive electrode made of indium tin oxide (ITO) having a thickness of 100 nm is formed by spin coating. And a PEDOT: PSS layer to be a hole trapping layer was formed by annealing at 200 ° C. The substrate on which this PEDOT: PSS layer was formed was carried into a glove box substituted with nitrogen. Then, the prepared precursor solution was dropped on the PEDOT: PSS layer through a filter having a pore diameter of 0.45 μm, and the substrate was rotated at 500 rpm for 10 seconds, and then rotated at 8000 rpm for 30 seconds, and spin coated to form perovskite. A precursor film was formed.
Next, a mixed solvent (immersion tank) in which ultra-dehydrated toluene (second solvent) and ultra-dehydrated hexane (third solvent) are mixed at a volume ratio of 1: 1 is set to 10 to 15 ° C. on a cool plate. The temperature was adjusted. While stirring the mixed solvent, the substrate on which the perovskite precursor film was formed was immersed in the mixed solvent for 2 minutes. Thereafter, the substrate was taken out and annealed at 100 ° C. for 5 minutes to produce a perovskite film.
Separately from this, a perovskite film was produced in the same manner as described above except that when the precursor solution was spin-coated, the substrate was rotated at 500 rpm for 10 seconds and then rotated at 6000 rpm for 30 seconds.
(実施例2~4)
 前駆体溶液を調製する際、ジメチルスルホキシドにヨウ化錫を1Mの濃度で溶解する代わりに、ヨウ化錫とフッ化錫(SnF)を合計量で1Mとなるように溶解すること以外は、実施例1と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。前駆体溶液の具体的な組成を表1に示す。
(Examples 2 to 4)
When preparing the precursor solution, instead of dissolving tin iodide in dimethyl sulfoxide at a concentration of 1M, except that tin iodide and tin fluoride (SnF 2 ) are dissolved in a total amount of 1M, A perovskite film was produced in the same manner as in Example 1. The specific composition of the precursor solution is shown in Table 1.
(実施例5、6)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する溶媒(浸漬槽)において、超脱水トルエン:超脱水ヘキサン(容量比)を1:1.3または1:1.5としたこと以外は、実施例1と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
(Examples 5 and 6)
Except that the super-dehydrated toluene: super-dehydrated hexane (volume ratio) was set to 1: 1.3 or 1: 1.5 in the solvent (immersion tank) in which the perovskite precursor film was immersed, the same as in Example 1. A perovskite film was produced.
(実施例7、8)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する溶媒(浸漬槽)において、超脱水トルエン:超脱水ヘキサン(容量比)を1:1.3または1:1.5としたこと以外は、実施例3と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
(Examples 7 and 8)
Except that the super-dehydrated toluene: super-dehydrated hexane (volume ratio) was 1: 1.3 or 1: 1.5 in the solvent (immersion tank) for immersing the perovskite precursor film, it was the same as in Example 3. A perovskite film was produced.
(比較例1)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する溶媒(浸漬槽)として、超脱水トルエンと超脱水ヘキサンの混合溶媒を用いる代わりに、超脱水トルエンを単独で用いたこと以外は実施例1と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
(Comparative Example 1)
A perovskite film was used in the same manner as in Example 1 except that a super-dehydrated toluene and ultra-dehydrated hexane were used instead of a mixed solvent of ultra-dehydrated toluene and ultra-dehydrated hexane as a solvent (immersion tank) for immersing the perovskite precursor film. Manufactured.
(比較例2)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する溶媒(浸漬槽)として、超脱水トルエンと超脱水ヘキサンの混合溶媒を用いる代わりに、超脱水ヘキサンを単独で用いたこと以外は実施例1と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
(Comparative Example 2)
A perovskite membrane was prepared in the same manner as in Example 1 except that a super-dehydrated hexane and a super-dehydrated hexane were used instead of a mixed solvent of ultra-dehydrated toluene and ultra-dehydrated hexane as a solvent (immersion tank) for immersing the perovskite precursor film. Manufactured.
(比較例3)
 前駆体溶液の溶媒として、ジメチルスルホキシドの代わりに、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)を用いて、なおかつ、ペロブスカイト前駆体膜を形成した基板を浸漬する溶媒(浸漬槽)として、超脱水トルエンと超脱水ヘキサンの混合溶媒を用いる代わりに、超脱水トルエンを単独で用いたこと以外は実施例1と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
(Comparative Example 3)
As a solvent for the precursor solution, N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) is used instead of dimethyl sulfoxide, and as a solvent (immersion tank) for immersing the substrate on which the perovskite precursor film is formed, ultra-dehydrated toluene A perovskite membrane was produced in the same manner as in Example 1 except that ultra-dehydrated toluene was used alone instead of using a mixed solvent of ultra-dehydrated hexane.
(比較例4)
 ペロブスカイト前駆体膜を形成した基板を浸漬する溶媒(浸漬槽)として、超脱水トルエンと超脱水ヘキサンの混合溶媒を用いる代わりに、超脱水ヘキサンを単独で用いたこと以外は実施例5と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
 各実施例および各比較例で用いた前駆体溶液および浸漬槽の組成を表1に示す。
(Comparative Example 4)
As in Example 5, except that a super-dehydrated toluene and ultra-dehydrated hexane mixed solvent was used as a solvent (immersion tank) for immersing the substrate on which the perovskite precursor film was formed, instead of using a mixed solvent of ultra-dehydrated toluene and ultra-dehydrated hexane. A perovskite film was manufactured.
Table 1 shows the composition of the precursor solution and immersion bath used in each example and each comparative example.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 実施例1、3、5~8および各比較例で形成したペロブスカイト前駆体膜およびペロブスカイト膜を目視で観察した。ここで、ペロブスカイト前駆体膜とペロブスカイト膜は、暗色変化を指標として判別した。また、実施例3で形成されたペロブスカイト膜表面を走査型電子顕微鏡および原子間力顕微鏡で観察し、算術平均粗さRaと十点平均粗さRzを求めた。実施例3において、前駆体溶液のスピンコート時の回転数を8000rpmにして製造したペロブスカイト膜の走査型電子顕微鏡写真(倍率20000倍)を図2(a)に示し、原子間力顕微鏡写真(倍率100、000)を図2(b)に示す。実施例3において、前駆体溶液のスピンコート時の回転数を6000rpmにして製造したペロブスカイト膜の走査型電子顕微鏡写真(倍率20000倍)を図3(a)に示し、原子間力顕微鏡写真(倍率100、000)を図3(b)に示す。
 実施例1と比較例1、2と比較例3、4を比較すると、浸漬槽にトルエンを単独で用いた比較例1、3では、基板を浸漬槽に浸漬した後、ペロブスカイト前駆体膜が瞬時にペロブスカイト膜に変換した。また、浸漬槽にヘキサンを単独で用いた比較例2、4では、ペロブスカイト前駆体膜がペロブスカイト膜に変換するのに30秒以上を要した。これに対して、浸漬槽にトルエン:ヘキサン=1:1の混合溶媒を用いた実施例1では、基板を浸漬した後、5~10秒程度の適切な時間でペロブスカイト前駆体膜がペロブスカイト膜に変換し、形成されたペロブスカイト膜は、各比較例で形成されたペロブスカイト膜に比べて良好な膜質を有していた。
 次に、前駆体溶液の組成は同じで、浸漬槽の組成を変えた実施例1、5、6、または、実施例3、7、8を比較すると、いずれも良好な膜質を有するペロブスカイト膜が形成されたが、ハロゲン化錫としてSnIのみを用いた実施例1、5、6のうちでは、トルエン:ヘキサンを1:1.5とした実施例6において、より膜質が良好なペロブスカイト膜を得ることができた。一方、ハロゲン化錫としてSnIとSnFを用いた実施例3、7、8のうちでは、トルエン:ヘキサンを1:1とした実施例3において、より膜質が良好なペロブスカイト膜を得ることができた。なお、こうした傾向は、前駆体溶液をスピンコートする際の回転数を8000rpmまたは6000rpmのいずれとした場合にも同様であった。
 また、原子間力顕微鏡による観察から、実施例3で形成されたペロブスカイト膜の算術平均粗さRaおよびRzは、前駆体溶液のスピンコート回転数を8000rpmとした場合でRaが5.52nm、Rzが76.93nmであり、前駆体溶液のスピンコート回転数を6000rpmとした場合でRaが3.02nm、Rzが48.33nmであり、平滑な表面を得ることができた。
The perovskite precursor films and the perovskite films formed in Examples 1, 3, 5 to 8 and each comparative example were visually observed. Here, the perovskite precursor film and the perovskite film were distinguished using dark color change as an index. Further, the surface of the perovskite film formed in Example 3 was observed with a scanning electron microscope and an atomic force microscope, and an arithmetic average roughness Ra and a ten-point average roughness Rz were obtained. In Example 3, the scanning electron micrograph (magnification 20000 times) of the perovskite film produced at a spin coating speed of 8000 rpm in the precursor solution is shown in FIG. 100,000) is shown in FIG. In Example 3, a scanning electron micrograph (magnification 20000 times) of the perovskite film produced at a spin-coating speed of the precursor solution of 6000 rpm is shown in FIG. 100,000) is shown in FIG.
Comparing Example 1 with Comparative Examples 1 and 2 and Comparative Examples 3 and 4, in Comparative Examples 1 and 3 where toluene was used alone in the immersion tank, the perovskite precursor film was instantaneously immersed after the substrate was immersed in the immersion tank. Converted to a perovskite film. Further, in Comparative Examples 2 and 4 in which hexane was used alone in the immersion bath, it took 30 seconds or more for the perovskite precursor film to be converted into the perovskite film. On the other hand, in Example 1 using a mixed solvent of toluene: hexane = 1: 1 in the immersion tank, the perovskite precursor film was converted into the perovskite film in an appropriate time of about 5 to 10 seconds after the substrate was immersed. The perovskite film formed by the conversion had better film quality than the perovskite film formed in each comparative example.
Next, when the compositions of the precursor solutions are the same and Examples 1, 5, and 6 or Examples 3, 7, and 8 in which the composition of the immersion bath is changed are compared, the perovskite films having good film quality are obtained. Of the examples 1, 5 and 6 that were formed but only SnI 2 was used as the tin halide, the perovskite film having better film quality was obtained in Example 6 in which toluene: hexane was 1: 1.5. I was able to get it. On the other hand, in Examples 3, 7 and 8 using SnI 2 and SnF 2 as tin halides, it is possible to obtain a perovskite film with better film quality in Example 3 where toluene: hexane is 1: 1. did it. This tendency was the same when the number of revolutions when spin-coating the precursor solution was 8000 rpm or 6000 rpm.
Further, from the observation with an atomic force microscope, the arithmetic average roughnesses Ra and Rz of the perovskite film formed in Example 3 are Ra when the spin coating rotational speed of the precursor solution is 8000 rpm, Ra is 5.52 nm, Rz Was 76.93 nm, and when the spin coating rotational speed of the precursor solution was 6000 rpm, Ra was 3.02 nm and Rz was 48.33 nm, and a smooth surface could be obtained.
[混合溶媒の温度および混合比による影響]
(実施例9)
 前駆体溶液を調製する際、ジメチルスルホキシドにヨウ化錫を1Mの濃度で溶解する代わりに、ヨウ化錫とフッ化錫を、それらの合計量が1Mとなり、ヨウ化錫とフッ化錫の配合比(SnI:SnF)が80mol%:20mol%となるように溶解し、また、ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する混合溶媒(浸漬槽)の温度を13℃に調整したこと以外は、実施例1と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
[Effects of mixed solvent temperature and mixing ratio]
Example 9
When preparing the precursor solution, instead of dissolving tin iodide in dimethyl sulfoxide at a concentration of 1M, tin iodide and tin fluoride are combined in a total amount of 1M, and tin iodide and tin fluoride are mixed. Examples were dissolved except that the ratio (SnI 2 : SnF 2 ) was 80 mol%: 20 mol%, and the temperature of the mixed solvent (immersion tank) in which the perovskite precursor film was immersed was adjusted to 13 ° C. A perovskite film was produced in the same manner as in Example 1.
(比較例5)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する溶媒(浸漬槽)として、超脱水トルエンと超脱水ヘキサンの混合溶媒を用いる代わりに、超脱水トルエンを単独で用いたこと以外は実施例9と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
(Comparative Example 5)
A perovskite membrane was prepared in the same manner as in Example 9 except that ultra-dehydrated toluene was used alone instead of a mixed solvent of ultra-dehydrated toluene and ultra-dehydrated hexane as a solvent (immersion tank) for immersing the perovskite precursor film. Manufactured.
(比較例6)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する溶媒(浸漬槽)として、超脱水トルエンと超脱水ヘキサンの混合溶媒を用いる代わりに、超脱水ヘキサンを単独で用いたこと以外は実施例9と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
(Comparative Example 6)
A perovskite membrane was prepared in the same manner as in Example 9 except that a super-dehydrated hexane was used alone instead of a mixed solvent of ultra-dehydrated toluene and ultra-dehydrated hexane as a solvent (immersion tank) for immersing the perovskite precursor film. Manufactured.
(実施例10)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する混合溶媒(浸漬槽)の温度を、25℃に調整したこと以外は、実施例9と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
(Example 10)
A perovskite film was produced in the same manner as in Example 9 except that the temperature of the mixed solvent (immersion tank) in which the perovskite precursor film was immersed was adjusted to 25 ° C.
(比較例7)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する溶媒(浸漬槽)として、超脱水トルエンと超脱水ヘキサンの混合溶媒を用いる代わりに、超脱水トルエンを単独で用いたこと以外は実施例10と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
(Comparative Example 7)
A perovskite membrane was prepared in the same manner as in Example 10 except that a super-dehydrated toluene and ultra-dehydrated hexane were used instead of a mixed solvent of ultra-dehydrated toluene and ultra-dehydrated hexane as a solvent (immersion tank) for immersing the perovskite precursor film Manufactured.
(比較例8)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する溶媒(浸漬槽)として、超脱水トルエンと超脱水ヘキサンの混合溶媒を用いる代わりに、超脱水ヘキサンを単独で用いたこと以外は実施例10と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
 実施例9、10および比較例5~8で用いた前駆体溶液および浸漬槽の組成、ペロブスカイト膜を浸漬する際の浸漬槽の温度を表2に示す。
(Comparative Example 8)
A perovskite membrane was prepared in the same manner as in Example 10 except that a super-dehydrated hexane and a super-dehydrated hexane were used instead of a mixed solvent of ultra-dehydrated toluene and ultra-dehydrated hexane as a solvent (immersion tank) for immersing the perovskite precursor film. Manufactured.
Table 2 shows the composition of the precursor solution and immersion bath used in Examples 9 and 10 and Comparative Examples 5 to 8, and the temperature of the immersion bath when the perovskite film is immersed.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 実施例9、10および比較例5~8において、浸漬槽に浸漬している間のペロブスカイト前駆体膜にガラス基板側から可視光(532nm)を入射し、その透過光強度の時間変化を測定した結果を図4に示す。また、各実施例および各比較例で製造したペロブスカイト膜の走査型電子顕微鏡写真(倍率5000倍)および原子間力顕微鏡写真(挿入図、倍率100000倍)を図5に示し、各ペロブスカイト膜の膜厚および原子間力顕微鏡観察による二乗平均平方根粗さRqを表3に示す。各実施例および各比較例で製造したペロブスカイト膜の光学濃度スペクトルを図6に示し、X線回折スペクトルを図7に示す。図7(a)はペロブスカイト膜毎のX線回折スペクトルを別々に並べたものであり、図7(b)は、図7(a)のX線回折スペクトルの縦軸目盛を対数目盛に変換し、その対数スペクトルを重ねて表示したものである。 In Examples 9 and 10 and Comparative Examples 5 to 8, visible light (532 nm) was incident on the perovskite precursor film while being immersed in the immersion bath from the glass substrate side, and the temporal change in the transmitted light intensity was measured. The results are shown in FIG. In addition, scanning electron micrographs (magnification 5000 times) and atomic force micrographs (inset, magnification 100000 times) of the perovskite films produced in the examples and comparative examples are shown in FIG. Table 3 shows the root mean square roughness Rq by thickness and atomic force microscope observation. The optical density spectrum of the perovskite film produced in each example and each comparative example is shown in FIG. 6, and the X-ray diffraction spectrum is shown in FIG. FIG. 7 (a) shows X-ray diffraction spectra arranged separately for each perovskite film, and FIG. 7 (b) shows the X-ray diffraction spectrum of FIG. 7 (a) converted into a logarithmic scale. The logarithmic spectrum is superimposed and displayed.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 表3に示すように、浸漬槽にトルエンとヘキサンの混合溶媒を用いた実施例9、10のペロブスカイト膜は、それぞれ、浸漬槽にトルエン単独を用いること以外は同様にして製造された比較例5または7のペロブスカイト膜、浸漬槽にヘキサン単独を用いること以外は同様にして製造された比較例6または8のペロブスカイト膜と比べて表面粗さRqが小さく、良好な膜質を有していた。
 ただし、実施例9と実施例10を比較すると、浸漬槽の温度を13℃に調整した実施例9のペロブスカイト膜の方が、浸漬槽の温度を25℃に調整した実施例10のペロブスカイト膜よりも表面粗さRqが小さく、基板への被覆率が高いものであった(図5の走査型電子顕微鏡写真参照)。
 また、図6から、浸漬槽の温度を13℃に調整した実施例9のペロブスカイト膜の方が、浸漬槽の温度を25℃に調整した実施例10のペロブスカイト膜よりも短波長領域での光学濃度が高い傾向が認められた。実施例10のペロブスカイト膜で短波長領域の光学濃度が低くなっているのは、膜密度の揺らぎに起因する短波長光の散乱損失の影響であると考えられる。これに比べて、実施例9のペロブスカイト膜は、短波長領域の光学濃度が高く、膜厚も薄いことから、より高い密度で形成されていることが示唆された。
 さらに、図7から、いずれのX線回折スペクトルからもペロブスカイト型結晶構造に由来する回折ピークが確認されたが、浸漬槽にトルエンとヘキサンの混合溶媒を用い、且つ、その浸漬槽の温度を13℃に調整した実施例9のペロブスカイト膜で観測された、(001)面、(002)面、(003)面に由来する回折ピークは、他のペロブスカイト膜で観測された回折ピークに比べて遥かに強度が大きいものであった。このことから、実施例9のペロブスカイト膜は、ペロブスカイト型結晶が高度に配向していることが示された。
 また、図4は、浸漬槽に浸漬している間のペロブスカイト前駆体膜の透過光強度の変化を示すものであり、ここでの透過光強度は、ペロブスカイト前駆体膜からペロブスカイト膜への変換度合いの指標になる。具体的には、縦軸で示す透過光強度が1であるとき、ペロブスカイト前駆体膜は変換前の状態であり、透過光強度が概ね0で一定になったとき、ペロブスカイト前駆体膜が完全にペロブスカイト膜に変換したことを意味する。図4を見ると、上記の実施例1と比較例1~4の比較から得られた結果と同じ傾向の結果が得られていることがわかる。すなわち、浸漬槽にトルエンを単独で用いた比較例5、7では、ペロブスカイト前駆体膜が比較的速い速度でペロブスカイト膜に変換し、浸漬槽にヘキサンを単独で用いた比較例6、8では、ペロブスカイト前駆体膜がペロブスカイト膜に変換するのに30秒以上を要した。これに対して、浸漬槽にトルエンとヘキサンの混合溶媒を用いた実施例9では、10~15秒の適切な時間でペロブスカイト前駆体膜がペロブスカイト膜へ変換した。一方、実施例10では、トルエンを単独で用いた比較例7に比べれば変換速度が僅かに小さいものの、実施例9に比べて、ペロブスカイト前駆体膜からペロブスカイト膜への変換が速く進行する。
 以上のことから、ペロブスカイト前駆体膜から浸漬槽への第1溶媒の拡散速度を制御してペロブスカイト膜の形成速度を最適化し、より膜質に優れたペロブスカイト膜を得るためには、浸漬槽の温度制御が重要であり、浸漬槽の温度を5~20℃に調整することが好ましく、10~15℃に調整することがより好ましいことがわかった。
As shown in Table 3, each of the perovskite membranes of Examples 9 and 10 using a mixed solvent of toluene and hexane in the immersion tank was manufactured in the same manner except that toluene alone was used in the immersion tank. Alternatively, the surface roughness Rq was smaller than that of the perovskite film of Comparative Example 6 or 8 manufactured in the same manner except that hexane alone was used in the perovskite film of No. 7 and the immersion tank, and the film quality was good.
However, when Example 9 and Example 10 are compared, the perovskite membrane of Example 9 in which the temperature of the immersion bath is adjusted to 13 ° C. is more than the perovskite membrane of Example 10 in which the temperature of the immersion bath is adjusted to 25 ° C. Also, the surface roughness Rq was small and the coverage on the substrate was high (see scanning electron micrograph in FIG. 5).
Further, from FIG. 6, the perovskite film of Example 9 in which the temperature of the immersion bath was adjusted to 13 ° C. was optical in the shorter wavelength region than the perovskite film of Example 10 in which the temperature of the immersion bath was adjusted to 25 ° C. A tendency of high concentration was observed. The low optical density in the short wavelength region in the perovskite film of Example 10 is considered to be due to the scattering loss of short wavelength light due to fluctuations in the film density. In comparison, the perovskite film of Example 9 has a high optical density in the short wavelength region and a thin film thickness, suggesting that it is formed with a higher density.
Further, from FIG. 7, a diffraction peak derived from the perovskite type crystal structure was confirmed from any X-ray diffraction spectrum. A mixed solvent of toluene and hexane was used for the immersion tank, and the temperature of the immersion tank was 13 The diffraction peaks derived from the (001) plane, the (002) plane, and the (003) plane observed in the perovskite film of Example 9 adjusted to ° C. are far more than the diffraction peaks observed in other perovskite films. The strength was high. From this, it was shown that the perovskite-type crystal of Example 9 is highly oriented.
FIG. 4 shows the change in the transmitted light intensity of the perovskite precursor film during immersion in the immersion bath, where the transmitted light intensity is the degree of conversion from the perovskite precursor film to the perovskite film. It becomes an indicator. Specifically, when the transmitted light intensity indicated by the vertical axis is 1, the perovskite precursor film is in a state before conversion, and when the transmitted light intensity becomes substantially constant at 0, the perovskite precursor film is completely This means that it has been converted to a perovskite film. Referring to FIG. 4, it can be seen that results having the same tendency as the results obtained from the comparison between Example 1 and Comparative Examples 1 to 4 are obtained. That is, in Comparative Examples 5 and 7 using toluene alone in the immersion tank, the perovskite precursor film was converted to a perovskite film at a relatively fast rate, and in Comparative Examples 6 and 8 using hexane alone in the immersion tank, It took 30 seconds or more for the perovskite precursor film to be converted into a perovskite film. In contrast, in Example 9 in which a mixed solvent of toluene and hexane was used in the immersion tank, the perovskite precursor film was converted to a perovskite film in an appropriate time of 10 to 15 seconds. On the other hand, in Example 10, although the conversion rate is slightly lower than that in Comparative Example 7 using toluene alone, the conversion from the perovskite precursor film to the perovskite film proceeds faster than in Example 9.
From the above, in order to optimize the formation rate of the perovskite film by controlling the diffusion rate of the first solvent from the perovskite precursor film to the immersion tank, and to obtain a perovskite film with better film quality, the temperature of the immersion tank It was found that control is important, and the temperature of the immersion bath is preferably adjusted to 5 to 20 ° C, more preferably adjusted to 10 to 15 ° C.
(実施例11~14)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する混合溶媒(浸漬槽)の混合比を、表4に示すように変えたこと以外は、実施例9と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
(Examples 11 to 14)
A perovskite film was produced in the same manner as in Example 9 except that the mixing ratio of the mixed solvent (immersion tank) in which the perovskite precursor film was immersed was changed as shown in Table 4.
(実施例15~18)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する混合溶媒(浸漬槽)の混合比を、表4に示すように変えたこと以外は、実施例10と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
 実施例11~18で用いた前駆体溶液および浸漬槽の組成、ペロブスカイト膜を浸漬する際の浸漬槽の温度を表4に示し、実施例9~18で製造したペロブスカイト膜をデジタルカメラで撮影した写真を図8に示す。
(Examples 15 to 18)
A perovskite film was produced in the same manner as in Example 10 except that the mixing ratio of the mixed solvent (immersion tank) in which the perovskite precursor film was immersed was changed as shown in Table 4.
The precursor solution used in Examples 11 to 18, the composition of the immersion bath, and the temperature of the immersion bath when dipping the perovskite membrane are shown in Table 4, and the perovskite membrane produced in Examples 9 to 18 was photographed with a digital camera. A photograph is shown in FIG.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 図8のペロブスカイト膜の写真は、暗色が濃いもの程光散乱が少なく、膜が緻密で膜質が良好であることを示す。図8を見ると、浸漬槽にトルエンとヘキサンの混合溶媒を用いた実施例9~18のペロブスカイト膜の写真は、いずれも濃い暗色を呈しており、膜質が良好なペロブスカイト膜が形成されていることを確認することができた。特に、浸漬槽の温度を13℃にして製造した実施例9、11~14のペロブスカイト膜は、浸漬槽の温度を25℃にして製造した実施例10、15~18のペロブスカイト膜よりも写真の暗色が濃く、また、トルエンとヘキサンの混合比が1:1に近づく程、写真の暗色が濃くなって膜質がより良好になる傾向が認められた。このことから、浸漬槽の温度を5~20℃に調整してペロブスカイト膜を製造する場合には、第2溶媒:第3溶媒(容量比)を1:0.6~1:1.5、好ましくは1:0.7~1:1.3とすることにより、膜質が一層優れたペロブスカイト膜が得られることがわかった。 The photograph of the perovskite film in FIG. 8 shows that the darker the color, the less light scattering, the denser the film, and the better the film quality. Referring to FIG. 8, the photographs of the perovskite films of Examples 9 to 18 using a mixed solvent of toluene and hexane in the immersion tank all show a dark dark color, and a perovskite film with good film quality is formed. I was able to confirm that. In particular, the perovskite membranes of Examples 9 and 11 to 14 manufactured at a dipping bath temperature of 13 ° C. were photographed more than the perovskite membranes of Examples 10 and 15 to 18 manufactured at a dipping bath temperature of 25 ° C. The darker the color was, and the closer the mixing ratio of toluene and hexane was to 1: 1, the darker the color of the photograph and the better the film quality. Therefore, when the perovskite film is produced by adjusting the temperature of the immersion bath to 5 to 20 ° C., the second solvent: third solvent (volume ratio) is 1: 0.6 to 1: 1.5, It was found that a perovskite film with better film quality can be obtained by setting the ratio to 1: 0.7 to 1: 1.3.
[アニール条件による影響]
(実施例19)
 ヨウ化錫が1Mとなり、ヨウ化錫とフッ化錫の配合モル比(SnI:SnF)が100:15となるようにジメチルスルホキシドに溶解するとともに、そのジメチルスルホキシドに、ヨウ化ホルムアミジニウム((NHCHI)を1Mの濃度で溶解して前駆体溶液を調製した。
 次に、膜厚100nmのITOからなる正極と、膜厚30nmのPEDOT:PSS層を形成したガラス基板を用意した。そして、調製した前駆体溶液を、孔径0.45μmのフィルターを通してPEDOT:PSS層の上に滴下し、基板を6000rpmで30秒間回転させてスピンコートすることにより、ペロブスカイト前駆体膜を製膜した。
 次に、超脱水トルエン(第2溶媒)と超脱水ヘキサン(第3溶媒)を1:5の容量比で混合した混合溶媒(浸漬槽)を7℃に温度調整し、この混合溶媒を攪拌しながら、該混合溶媒中にペロブスカイト前駆体膜を形成した基板を3分間浸漬した。その後、浸漬槽から基板を取り出し、70℃のアニール処理を20分間行うことにより、ペロブスカイト膜を200nmの厚さで得た。
[Effect of annealing conditions]
(Example 19)
It is dissolved in dimethyl sulfoxide so that tin iodide becomes 1M, and the mixing molar ratio of tin iodide and tin fluoride (SnI 2 : SnF 2 ) is 100: 15. A precursor solution was prepared by dissolving ((NH 2 ) 2 CHI) at a concentration of 1M.
Next, a glass substrate on which a positive electrode made of ITO having a thickness of 100 nm and a PEDOT: PSS layer having a thickness of 30 nm were formed was prepared. Then, the prepared precursor solution was dropped onto the PEDOT: PSS layer through a filter having a pore diameter of 0.45 μm, and the substrate was rotated at 6000 rpm for 30 seconds to spin coat, thereby forming a perovskite precursor film.
Next, the temperature of a mixed solvent (immersion tank) in which ultra-dehydrated toluene (second solvent) and ultra-dehydrated hexane (third solvent) are mixed at a volume ratio of 1: 5 is adjusted to 7 ° C., and the mixed solvent is stirred. Then, the substrate on which the perovskite precursor film was formed was immersed in the mixed solvent for 3 minutes. Thereafter, the substrate was taken out from the dipping bath and annealed at 70 ° C. for 20 minutes to obtain a perovskite film with a thickness of 200 nm.
(実施例20)
 浸漬槽から基板を取り出し、室温で10分静置した後、室温から70℃まで緩やかに昇温させた後、70℃で20分間アニール処理を行うことにより、ペロブスカイト膜を200nmの厚さで得たこと以外は、実施例19と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
(Example 20)
After removing the substrate from the immersion bath and allowing to stand at room temperature for 10 minutes, the temperature was gradually raised from room temperature to 70 ° C., and then annealed at 70 ° C. for 20 minutes to obtain a perovskite film with a thickness of 200 nm. A perovskite film was produced in the same manner as in Example 19 except that.
 実施例19と実施例20で用いた前駆体溶液、浸漬槽の組成、ペロブスカイト膜を浸漬する際の浸漬槽の温度、アニール処理条件を表5に示し、各実施例で製造したペロブスカイト膜の走査型電子顕微鏡写真(倍率10000倍)を図9に示す。 Table 5 shows the precursor solution used in Example 19 and Example 20, the composition of the immersion bath, the temperature of the immersion bath when dipping the perovskite film, and the annealing treatment conditions. Scanning of the perovskite film manufactured in each example FIG. 9 shows a scanning electron micrograph (magnification 10,000 times).
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
 図9を見ると、70℃で20分間アニール処理した実施例19のペロブスカイト膜はグレインサイズが大きい一方で、室温から70℃まで昇温しながらアニール処理した実施例20のペロブスカイト膜はグレインサイズが小さいことが確認された。このことから、アニール処理開始時の温度を高くしたり、アニール処理温度を高めに設定したりすることにより、ペロブスカイト膜のグレインサイズが大きて、グレイン数が少なくなるように調整することができることがわかった。また、アニール処理開始時の温度を低くしたり、アニール処理温度を低めに設定したりすることにより、ペロブスカイト膜のグレインサイズが小さくて、グレイン数が多くなるように調整することができることがわかった。 Referring to FIG. 9, the perovskite film of Example 19 annealed at 70 ° C. for 20 minutes has a large grain size, while the perovskite film of Example 20 annealed while raising the temperature from room temperature to 70 ° C. has a grain size. It was confirmed to be small. From this, it is possible to increase the grain size of the perovskite film and reduce the number of grains by increasing the temperature at the start of annealing or setting the annealing temperature higher. all right. It was also found that the grain size of the perovskite film can be reduced and the number of grains can be increased by lowering the temperature at the start of annealing or setting the annealing temperature lower. .
[浸漬時間による影響]
(実施例21~23)
 ヨウ化錫が1Mとなり、ヨウ化錫とフッ化錫の配合モル比(SnI:SnF)が100:15となるようにジメチルスルホキシドに溶解するとともに、そのジメチルスルホキシドに、ヨウ化ホルムアミジニウム((NHCHI)を1Mの濃度で溶解して前駆体溶液を調製した。
 次に、膜厚100nmのITOからなる正極と、膜厚30nmのPEDOT:PSS層を形成したガラス基板を用意した。そして、調製した前駆体溶液を、孔径0.45μmのフィルターを通してPEDOT:PSS層の上に滴下し、基板を6000rpmで30秒間回転させてスピンコートすることにより、ペロブスカイト前駆体膜を製膜した。
 次に、超脱水トルエン(第2溶媒)と超脱水ヘキサン(第3溶媒)を1:5の容量比で混合した混合溶媒(浸漬槽)を7℃に温度調整し、この混合溶媒を攪拌しながら、該混合溶媒中にペロブスカイト前駆体膜を形成した基板を表6に記載される時間だけ浸漬した。その後、浸漬槽から基板を取り出し、70℃のアニール処理を2~4分間行うことにより、ペロブスカイト膜を200nmの厚さで得た。
 各実施例で用いた前駆体溶液、浸漬槽の組成、ペロブスカイト膜を浸漬する際の浸漬槽の温度と浸漬時間を表6に示し、各実施例で製造したペロブスカイト膜の走査型電子顕微鏡写真(倍率10000倍)を図10に示す。
[Effect of immersion time]
(Examples 21 to 23)
It is dissolved in dimethyl sulfoxide so that tin iodide becomes 1M, and the mixing molar ratio of tin iodide and tin fluoride (SnI 2 : SnF 2 ) is 100: 15. A precursor solution was prepared by dissolving ((NH 2 ) 2 CHI) at a concentration of 1M.
Next, a glass substrate on which a positive electrode made of ITO having a thickness of 100 nm and a PEDOT: PSS layer having a thickness of 30 nm were formed was prepared. Then, the prepared precursor solution was dropped onto the PEDOT: PSS layer through a filter having a pore diameter of 0.45 μm, and the substrate was rotated at 6000 rpm for 30 seconds to spin coat, thereby forming a perovskite precursor film.
Next, the temperature of a mixed solvent (immersion tank) in which ultra-dehydrated toluene (second solvent) and ultra-dehydrated hexane (third solvent) are mixed at a volume ratio of 1: 5 is adjusted to 7 ° C., and the mixed solvent is stirred. However, the substrate on which the perovskite precursor film was formed was immersed in the mixed solvent for the time shown in Table 6. Thereafter, the substrate was taken out of the immersion bath and annealed at 70 ° C. for 2 to 4 minutes to obtain a perovskite film with a thickness of 200 nm.
Table 6 shows the precursor solution used in each example, the composition of the dipping bath, the temperature of the dipping bath and the dipping time when dipping the perovskite membrane, and a scanning electron micrograph of the perovskite membrane manufactured in each example ( The magnification is 10,000 times).
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 図10を見ると、前駆体溶液への浸漬時間を2分、3分、4分と長くして行くにつれ、ペロブスカイト膜のグレインサイズが小さくなることが確認された。このことから、前駆体溶液への浸漬時間を短くすることにより、ペロブスカイト膜のグレインサイズが大きて、グレイン数が少なくなるように調整することができることがわかった。また、前駆体溶液への浸漬時間を長くすることにより、ペロブスカイト膜のグレインサイズが小さくて、グレイン数が多くなるように調整することができることがわかった。 Referring to FIG. 10, it was confirmed that the grain size of the perovskite film became smaller as the immersion time in the precursor solution was increased to 2 minutes, 3 minutes, and 4 minutes. From this, it was found that the grain size of the perovskite film can be increased and the number of grains can be reduced by shortening the immersion time in the precursor solution. It was also found that the grain size of the perovskite film can be reduced and the number of grains can be increased by increasing the immersion time in the precursor solution.
[2段階浸漬法を用いて製造したペロブスカイト膜の評価]
(実施例24)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する浸漬槽において、超脱水トルエン:超脱水ヘキサン(容量比)を1:2.5としたこと以外は、実施例19と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
[Evaluation of perovskite films produced using a two-step dipping method]
(Example 24)
A perovskite film was produced in the same manner as in Example 19 except that the super-dehydrated toluene: super-dehydrated hexane (volume ratio) was set to 1: 2.5 in the immersion tank in which the perovskite precursor film was immersed.
(実施例25)
 この実施例では、2段階浸漬法を用いてペロブスカイト膜を製造した。
 まず、実施例24と同様の条件で、ペロブスカイト前駆体膜を形成し、このペロブスカイト前駆体膜を形成した基板を、超脱水トルエン:超脱水ヘキサン=1:2.5の混合溶媒(第1浸漬槽)中に浸漬して浸漬処理を行った。次に、基板を第1浸漬槽から取り出し、25℃に調整した超脱水トルエン(第2浸漬槽)中に浸漬して、超脱水トルエンを攪拌しながら2分間浸漬処理を行った。その後、基板を第2浸漬槽から取り出し、70℃のアニール処理を20分間行うことにより、ペロブスカイト膜を製造した。
(Example 25)
In this example, a perovskite film was manufactured using a two-step dipping method.
First, a perovskite precursor film was formed under the same conditions as in Example 24, and a substrate on which this perovskite precursor film was formed was mixed with a super-dehydrated toluene: super-dehydrated hexane = 1: 2.5 mixed solvent (first immersion). Immersion was carried out by dipping in a tank. Next, the substrate was taken out from the first immersion tank, immersed in ultra-dehydrated toluene (second immersion tank) adjusted to 25 ° C., and immersed for 2 minutes while stirring the ultra-dehydrated toluene. Thereafter, the substrate was taken out from the second immersion bath and annealed at 70 ° C. for 20 minutes to produce a perovskite film.
(実施例26)
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する浸漬槽において、超脱水トルエン:超脱水ヘキサン(容量比)を1:1.7としたこと以外は、実施例24と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
(Example 26)
A perovskite film was produced in the same manner as in Example 24 except that the super-dehydrated toluene: super-dehydrated hexane (volume ratio) was set to 1: 1.7 in the immersion tank in which the perovskite precursor film was immersed.
(実施例27)
 この実施例では、2段階浸漬法を用いてペロブスカイト膜を製造した。
 ペロブスカイト前駆体膜を浸漬する浸漬槽において、超脱水トルエン:超脱水ヘキサン(容量比)を1:1.7としたこと以外は、実施例25と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
 各実施例で用いた前駆体溶液、第1浸漬槽および第2浸漬槽の組成、ペロブスカイト膜を浸漬する際の浸漬槽の温度、浸漬法の種類を表7に示し、各実施例で製造したペロブスカイト膜の走査型電子顕微鏡写真(倍率10000倍)を図11に示す。
(Example 27)
In this example, a perovskite film was manufactured using a two-step dipping method.
A perovskite film was produced in the same manner as in Example 25 except that the super-dehydrated toluene: super-dehydrated hexane (volume ratio) was set to 1: 1.7 in the immersion tank in which the perovskite precursor film was immersed.
Table 7 shows the precursor solution used in each example, the composition of the first and second immersion tanks, the temperature of the immersion tank when dipping the perovskite film, and the type of immersion method. FIG. 11 shows a scanning electron micrograph (magnification 10,000 times) of the perovskite film.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
 図11から、浸漬処理を2段階で行った実施例25、27のペロブスカイト膜の方が、1回の浸漬処理で形成した実施例24、26のペロブスカイト膜よりも緻密に形成されていることがわかる。このことから、複数の浸漬槽を用いて浸漬処理を多段階で行うことにより、より良質な(被覆率の高い)ペロブスカイト膜が得られることがわかった。 From FIG. 11, it can be seen that the perovskite films of Examples 25 and 27 in which the immersion treatment was performed in two stages were formed more densely than the perovskite films in Examples 24 and 26 formed by a single immersion process. Recognize. From this, it was found that a perovskite film with better quality (high coverage) can be obtained by performing the immersion treatment in multiple stages using a plurality of immersion tanks.
[太陽電池の製造と評価]
 実施例3において、前駆体溶液のスピンコート回転数を6000rpmにして製造したペロブスカイト膜を準備した。このペロブスカイト膜の上に、真空蒸着法にて、1x10-4Paの真空度で2層の有機層と電極を形成した。まず、ペロブスカイト膜の上に、C60を30nmの厚さで蒸着し、その上に、BCPを10nmの厚さで蒸着することで2層の有機層を形成した。さらに、その上に、Agを100nmの厚さで蒸着して電極を形成した。得られた積層体(基板/ITO正極/PEDOT:PSS層/ペロブスカイト膜/C60層/BCP層/Ag負極)をガラス封止管内に収容し、UV硬化樹脂で封止することにより太陽電池とした。また、これとは別に、同様の条件で合計6素子23セル個の太陽電池を製造した。
 製造した各電池にAM1.5の疑似太陽光を100mW/cm放射照度で照射し、短絡電流Jsc、開放電圧Voc、FF(fill factor)、エネルギー変換効率ηを測定した。その結果、短絡電流Jscは16.64±0.92mA/cm、開放電圧Vocは0.44±0.01V、FFは0.40±0.04、エネルギー変換効率ηは2.96±0.34%であり、非常に安定な特性を得ることができた。
[Manufacture and evaluation of solar cells]
In Example 3, a perovskite film manufactured by setting the spin coat rotational speed of the precursor solution to 6000 rpm was prepared. On the perovskite film, two organic layers and an electrode were formed at a vacuum degree of 1 × 10 −4 Pa by a vacuum deposition method. First, on the perovskite layer, by depositing a C 60 to a thickness of 30 nm, was formed thereon an organic layer of the two layers by depositing a thickness of 10nm and BCP. Furthermore, Ag was vapor-deposited with a thickness of 100 nm thereon to form an electrode. The obtained laminate (substrate / ITO positive electrode / PEDOT: PSS layer / perovskite film / C60 layer / BCP layer / Ag negative electrode) was accommodated in a glass sealing tube and sealed with a UV curable resin to obtain a solar cell. . Separately, a total of 23 solar cells with 6 elements were manufactured under the same conditions.
Each manufactured battery was irradiated with AM1.5 pseudo-sunlight at 100 mW / cm 2 irradiance, and short-circuit current Jsc, open-circuit voltage Voc, FF (fill factor), and energy conversion efficiency η were measured. As a result, the short-circuit current Jsc is 16.64 ± 0.92 mA / cm 2 , the open circuit voltage Voc is 0.44 ± 0.01 V, the FF is 0.40 ± 0.04, and the energy conversion efficiency η is 2.96 ± 0. It was .34%, and a very stable characteristic could be obtained.
 また、実施例1~4で製造したペロブスカイト膜についても、上記と同様の条件で、C60、BCP、Agを順に蒸着し、得られた積層体(基板/ITO正極/PEDOT:PSS層/ペロブスカイト膜/C60層/BCP層/Ag負極)をガラス封止管内に収容し、UV硬化樹脂で封止することにより太陽電池(電池1、2-a、2-b、3~5)とした。なお、実施例1~4で製造したペロブスカイト膜のうち、太陽電池の製造に供したものは、前駆体溶液のスピンコートの際、基板の回転数を8000rpmに設定したペロブスカイト膜である。
 作製した各太陽電池にAM1.5の疑似太陽光を100mW/cm放射照度で照射し、太陽電池特性を評価した。また、各太陽電池の光入射面をフォトマスク(t0.2mmステンレス製マスク(黒クローム処理)、開口1.8x1.8mm)で覆った場合についても、同様の光照射条件で太陽電池特性を評価した。
 各電池をフォトマスクで覆わずに電流密度-電圧特性を測定した結果を図12に示し、用いたペロブスカイト膜の実施例番号と太陽電池特性を表8に示す。電池をフォトマスクで覆った状態で電流密度-電圧特性を測定した結果を図13に示し、光電変換特性の波長依存性IPCEを測定した結果を図14に示し、太陽電池特性を表8に示す。各図および表8中、電池2-a、電池2-bは、それぞれ、実施例2で作製したペロブスカイト膜のうち、変換効率の最大のもの、最少のものを用いた太陽電池である。
For the perovskite films produced in Examples 1 to 4, C 60 , BCP, and Ag were sequentially deposited under the same conditions as described above, and the resulting laminate (substrate / ITO positive electrode / PEDOT: PSS layer / perovskite). Membrane / C60 layer / BCP layer / Ag negative electrode) was housed in a glass sealing tube and sealed with a UV curable resin to obtain solar cells (batteries 1, 2-a, 2-b, 3-5). Of the perovskite films manufactured in Examples 1 to 4, the one used for manufacturing the solar cell is a perovskite film in which the number of revolutions of the substrate is set to 8000 rpm when the precursor solution is spin-coated.
Each produced solar cell was irradiated with AM1.5 pseudo-sunlight at 100 mW / cm 2 irradiance, and the solar cell characteristics were evaluated. Moreover, also when the light incident surface of each solar cell is covered with a photomask (t0.2 mm stainless steel mask (black chrome treatment), opening 1.8 × 1.8 mm 2 ), the solar cell characteristics are obtained under the same light irradiation conditions. evaluated.
The results of measuring the current density-voltage characteristics without covering each battery with a photomask are shown in FIG. 12, and the example numbers and solar cell characteristics of the perovskite films used are shown in Table 8. FIG. 13 shows the results of measuring the current density-voltage characteristics with the battery covered with a photomask, FIG. 14 shows the results of measuring the wavelength-dependent IPCE of the photoelectric conversion characteristics, and Table 8 shows the solar cell characteristics. . In each figure and Table 8, the battery 2-a and the battery 2-b are solar cells using the perovskite films having the highest conversion efficiency and the lowest perovskite films produced in Example 2, respectively.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 図12~14および表8から、各実施例で作製した電池は、いずれも優れた太陽電池特性を有することがわかった。 12 to 14 and Table 8, it was found that all the batteries produced in each example had excellent solar cell characteristics.
[温度制御による太陽電池特性への影響]
 前駆体溶液としてヨウ化鉛メチルアンモニウム(MAPbI)のN-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶液(濃度1M)を用いて、実施例1と同じ方法にしたがってペロブスカイト前駆体膜を製膜した。次に、クールプレート上で25℃になるように温度調整したトルエンを攪拌し、その中にペロブスカイト前駆体膜を形成した基板を2分間浸漬した。その後、基板を取り出し、100℃のアニール処理を5分間行うことにより、ペロブスカイト膜を製造した。
 また、これとは別に、クールプレート上で15℃になるように温度調整したトルエンを用いたこと以外は、上記と同様にしてペロブスカイト膜を製造した。
 これらのペロブスカイト膜を用いて、上記の[太陽電池の製造と評価]に記載したのと同じ方法により積層体(基板/ITO正極/PEDOT:PSS層/ペロブスカイト膜/C60層/BCP層/Ag負極)を形成し、ガラス封止管内に収容し、UV硬化樹脂で封止することにより太陽電池とした。各温度のトルエンを用いて製膜したペロブスカイト膜を有する太陽電池は、それぞれ4素子ずつ製造した。
 25℃のトルエンを用いて製膜したペロブスカイト膜を有する太陽電池の電流密度-電圧特性を測定した結果を図15に示し、15℃のトルエンを用いて製膜したペロブスカイト膜を有する太陽電池の電流密度-電圧特性を測定した結果を図16に示す。図15と図16の比較から明らかなように、ペロブスカイト前駆体膜に接触させる溶媒の温度を制御することによって、発電効率が高い太陽電池を再現性良く安定に製造することができることが確認された。この結果は、ペロブスカイト前駆体膜に接触させる溶媒の温度を制御することによって、拡散速度を制御し、ペロブスカイト膜の形成速度を最適化することができたためである。
[Influence on solar cell characteristics by temperature control]
Using a N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution (concentration 1M) of lead methylammonium iodide (MAPbI 3 ) as a precursor solution, a perovskite precursor film was formed in the same manner as in Example 1. Next, toluene whose temperature was adjusted to 25 ° C. on a cool plate was stirred, and the substrate on which the perovskite precursor film was formed was immersed in it for 2 minutes. Thereafter, the substrate was taken out and annealed at 100 ° C. for 5 minutes to produce a perovskite film.
Separately, a perovskite film was produced in the same manner as described above except that toluene whose temperature was adjusted to 15 ° C. on a cool plate was used.
Using these perovskite films, a laminate (substrate / ITO positive electrode / PEDOT: PSS layer / perovskite film / C60 layer / BCP layer / Ag negative electrode) was produced in the same manner as described in [Production and evaluation of solar cells] above. ), Housed in a glass sealing tube, and sealed with a UV curable resin to obtain a solar cell. Four solar cells each having a perovskite film formed using toluene at each temperature were manufactured.
The results of measuring the current density-voltage characteristics of a solar cell having a perovskite film formed using toluene at 25 ° C. are shown in FIG. 15, and the current of the solar cell having a perovskite film formed using toluene at 15 ° C. is shown in FIG. The results of measuring the density-voltage characteristics are shown in FIG. As is clear from the comparison between FIG. 15 and FIG. 16, it was confirmed that by controlling the temperature of the solvent brought into contact with the perovskite precursor film, a solar cell with high power generation efficiency can be stably produced with high reproducibility. . This result is because the formation rate of the perovskite film can be optimized by controlling the diffusion rate by controlling the temperature of the solvent in contact with the perovskite precursor film.
 また、実施例9、10、比較例5~8で製造したペロブスカイト膜についても、上記の[太陽電池の製造と評価]に記載したのと同じ方法により積層体(基板/ITO正極/PEDOT:PSS層/ペロブスカイト膜/C60層/BCP層/Ag負極)を形成してガラス封止管内に収容し、UV硬化樹脂で封止することにより太陽電池(電池5、6、比較電池1~4)とした。各太陽電池で用いたペロブスカイト膜の実施例番号を表9に示す。また、これとは別に、電池5、6、比較電池1~4と同様の条件で、電池5については4セルの素子を6個、電池6、比較電池1~4については、4セルの電池を各1個、または2個製造した。
 製造した各太陽電池に、上記の[太陽電池の製造と評価]に記載したのと同じ条件で疑似太陽光を照射し、太陽電池特性を評価した。
 各太陽電池をフォトマスクで覆わずに電流密度-電圧特性(光電流特性)を測定した結果を図17に示し、各太陽電池をフォトマスクで覆った状態で電流密度-電圧特性(光電流特性)を測定した結果を図18に示し、疑似太陽光を照射せずに電流密度-電圧特性(暗電流特性)を測定した結果を図19に示す。また、各太陽電池の光電変換特性(IPCE)の波長依存性を図20に示し、短絡電流JSC、開放電圧VOC、曲線因子FF、エネルギー変換効率ηを図21~24および表9に示す。また、電池5の太陽電池特性のバラツキを表すヒストグラムを図25~28に示し、電池5を連続駆動したときの太陽電池特性の経時変化を図29、30に示す。図30は、図29のグラフの0~5時間の範囲を拡大して表示したグラフである。
The perovskite films produced in Examples 9 and 10 and Comparative Examples 5 to 8 were also laminated (substrate / ITO positive electrode / PEDOT: PSS) by the same method as described in [Production and evaluation of solar cells] above. Layer / perovskite film / C60 layer / BCP layer / Ag negative electrode) and housed in a glass sealing tube, and sealed with a UV curable resin to form solar cells ( batteries 5 and 6, comparative batteries 1 to 4) did. Table 9 shows an example number of the perovskite film used in each solar cell. Separately, under the same conditions as the batteries 5 and 6 and the comparative batteries 1 to 4, the battery 5 has 6 elements of 4 cells, and the battery 6 and the comparative batteries 1 to 4 have 4 cells. One or two of each was produced.
Each manufactured solar cell was irradiated with simulated sunlight under the same conditions as described in [Manufacturing and Evaluation of Solar Cell] above, and the solar cell characteristics were evaluated.
FIG. 17 shows the results of measuring the current density-voltage characteristics (photocurrent characteristics) without covering each solar cell with a photomask, and the current density-voltage characteristics (photocurrent characteristics) with each solar cell covered with a photomask. ) Is shown in FIG. 18, and the result of measuring the current density-voltage characteristic (dark current characteristic) without irradiating the pseudo-sunlight is shown in FIG. FIG. 20 shows the wavelength dependence of photoelectric conversion characteristics (IPCE) of each solar cell, and FIG. 21 to FIG. 24 and Table 9 show the short circuit current JSC , the open circuit voltage V OC , the fill factor FF, and the energy conversion efficiency η. . In addition, histograms showing variations in the solar cell characteristics of the battery 5 are shown in FIGS. 25 to 28, and changes with time in the solar cell characteristics when the battery 5 is continuously driven are shown in FIGS. FIG. 30 is a graph in which the range of 0 to 5 hours of the graph of FIG. 29 is enlarged and displayed.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
 図17~30および表9から、実施例9、10のペロブスカイト膜を用いて製造した電池5、6は、いずれも十分な太陽電池特性を有することがわかった。特に、実施例9のペロブスカイト膜(浸漬槽の温度を13℃にして製造したペロブスカイト膜)を用いた電池5では、非常に優れた太陽電池特性が得られるとともに、特性のバラツキや連続駆動時の特性劣化が小さく抑えられ、安定な特性を得ることができた。Sn系太陽電池で、このように太陽電池特性の劣化が抑えられていることは画期的であり、本発明の製造方法により、長時間駆動が望めるSn系太陽電池の実現が可能になることも確認することができた。 17 to 30 and Table 9, it was found that batteries 5 and 6 produced using the perovskite films of Examples 9 and 10 have sufficient solar cell characteristics. In particular, in the battery 5 using the perovskite film of Example 9 (perovskite film manufactured at a dipping bath temperature of 13 ° C.), very excellent solar cell characteristics can be obtained, as well as variations in characteristics and during continuous driving. The characteristic deterioration was suppressed to a small level and stable characteristics could be obtained. It is epoch-making that the degradation of the solar cell characteristics is suppressed in this way in the Sn-based solar cell, and the manufacturing method of the present invention makes it possible to realize an Sn-based solar cell that can be driven for a long time. Could also be confirmed.
[アニール条件を変えて製造した太陽電池の評価]
 実施例19で製造したペロブスカイト膜の上に、上記の[太陽電池の製造と評価]に記載したのと同様の条件で、C60、BCP、Agを順に蒸着し、得られた積層体(基板/ITO正極/PEDOT:PSS層/ペロブスカイト膜/C60層/BCP層/Ag負極)をガラス封止管内に収容し、UV硬化樹脂で封止することにより太陽電池(電池7)とした。また、これとは別に、電池7と同様の条件で3個の太陽電池(いずれも「電池7」と称する)を製造した。
 製造した各電池に、上記の[太陽電池の製造と評価]に記載したのと同じ条件で疑似太陽光を照射し、太陽電池特性を評価した。4個の電池7について疑似太陽光を照射して測定した電流密度-電圧特性(光電流特性)と疑似太陽光を照射せずに測定した電流密度-電圧特性(暗電流特性)を図31に示す。また、4個の電池7の中で電流密度が最大であった電池の電流密度-電圧特性のヒステリシスを測定した結果を図33に示し、光電変換特性(IPCE)の波長依存性を測定した結果を図34に示し、短絡電流Jsc、開放電圧Voc、FF(fill factor)、エネルギー変換効率η、直列抵抗Rs、並列抵抗Rshを表10に示す。また、1kΩの抵抗を含む閉回路を作成して、AM1.5の疑似太陽光を100mW/cm放射照度で照射し続けて、短絡電流Jsc、開放電圧Voc、FF(fill factor)、エネルギー変換効率ηの変化を測定した寿命特性試験結果を図35に示す。
 同様にして、実施例20で製造したペロブスカイト膜を用いて製造した太陽電池(「電池8」と称する)も製造した。4個の電池8について疑似太陽光を照射して測定した電流密度-電圧特性(光電流特性)と疑似太陽光を照射せずに測定した電流密度-電圧特性(暗電流特性)を図32に示す。光電変換特性(IPCE)の波長依存性を測定した結果を図34に示し、寿命特性試験結果を図35に示し、短絡電流Jsc、開放電圧Voc、FF(fill factor)、エネルギー変換効率η、直列抵抗Rs、並列抵抗Rshを表10に示す。
[Evaluation of solar cells manufactured with different annealing conditions]
On the perovskite film produced in Example 19, C 60 , BCP, and Ag were sequentially deposited under the same conditions as described in [Production and evaluation of solar cells] above, and the resulting laminate (substrate / ITO positive electrode / PEDOT: PSS layer / perovskite film / C60 layer / BCP layer / Ag negative electrode) were housed in a glass sealing tube and sealed with a UV curable resin to obtain a solar cell (battery 7). Separately, three solar cells (all referred to as “battery 7”) were manufactured under the same conditions as battery 7.
Each manufactured battery was irradiated with simulated sunlight under the same conditions as described in [Manufacturing and Evaluation of Solar Cell] above, and the solar cell characteristics were evaluated. FIG. 31 shows current density-voltage characteristics (photocurrent characteristics) measured by irradiating pseudo-sunlight for four batteries 7 and current density-voltage characteristics (dark current characteristics) measured without irradiating pseudo-sunlight. Show. FIG. 33 shows the result of measuring the hysteresis of the current density-voltage characteristic of the battery having the maximum current density among the four batteries 7, and the result of measuring the wavelength dependence of the photoelectric conversion characteristic (IPCE). FIG. 34 shows the short circuit current Jsc, the open circuit voltage Voc, the FF (fill factor), the energy conversion efficiency η, the series resistance Rs, and the parallel resistance Rsh. Moreover, a closed circuit including a resistance of 1 kΩ is created, and AM1.5 pseudo-sunlight is continuously irradiated at 100 mW / cm 2 irradiance, and short circuit current Jsc, open circuit voltage Voc, FF (fill factor), energy conversion FIG. 35 shows the life characteristic test result obtained by measuring the change in efficiency η.
Similarly, a solar cell (referred to as “battery 8”) manufactured using the perovskite film manufactured in Example 20 was also manufactured. FIG. 32 shows current density-voltage characteristics (photocurrent characteristics) measured by irradiating pseudo-sunlight for four batteries 8 and current density-voltage characteristics (dark current characteristics) measured without irradiating pseudo-sunlight. Show. FIG. 34 shows the result of measuring the wavelength dependence of photoelectric conversion characteristics (IPCE), FIG. 35 shows the result of life characteristic test, short circuit current Jsc, open circuit voltage Voc, FF (fill factor), energy conversion efficiency η, series Table 10 shows the resistance Rs and the parallel resistance Rsh.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 図31~35および表10から、ペロブスカイト膜がホルムアミジニウムを含む電池も、優れた太陽電池特性を有しており、光によって劣化せず、特にエネルギー変換効率が高いことがわかった。また、70℃で20分間アニール処理して得たペロブスカイト膜を用いた電池7の方が、室温から70℃まで20分かけて昇温しながらアニール処理して得たペロブスカイト膜を用いた電池8よりも一段と性能(Jscが)が良くなっていることが確認された。 31 to 35 and Table 10, it was found that the battery in which the perovskite film contains formamidinium also has excellent solar cell characteristics, is not deteriorated by light, and has particularly high energy conversion efficiency. In addition, the battery 7 using the perovskite film obtained by annealing at 70 ° C. for 20 minutes has the battery 8 using the perovskite film obtained by annealing while raising the temperature from room temperature to 70 ° C. over 20 minutes. It was confirmed that the performance (Jsc) is much better than that.
[2段階浸漬法を用いてペロブスカイト膜を形成した太陽電池の評価]
 実施例24~27で製造したペロブスカイト膜の上に、上記の[太陽電池の製造と評価]に記載したのと同様の条件で、C60、BCP、Agを順に蒸着し、得られた積層体(基板/ITO正極/PEDOT:PSS層/ペロブスカイト膜/C60層/BCP層/Ag負極)をガラス封止管内に収容し、UV硬化樹脂で封止することにより太陽電池(電池9~12)とした。また、これとは別に、電池9~12と同様の条件で、それぞれ3個の太陽電池(いずれも「電池9~12」と称する)を製造した。各電池で用いたペロブスカイト膜の実施例番号と各実施例で用いた浸漬槽法の種類を表11に示す。
[Evaluation of solar cell with perovskite film formed using two-step dipping method]
On the perovskite films produced in Examples 24 to 27, C 60 , BCP, and Ag were sequentially deposited under the same conditions as described in [Production and evaluation of solar cells] above, and the resulting laminate was obtained. (Substrate / ITO positive electrode / PEDOT: PSS layer / perovskite film / C60 layer / BCP layer / Ag negative electrode) is housed in a glass sealing tube and sealed with a UV curable resin to form solar cells (batteries 9 to 12). did. Separately, three solar cells (all referred to as “batteries 9 to 12”) were manufactured under the same conditions as those of the batteries 9 to 12. Table 11 shows the example number of the perovskite film used in each battery and the type of immersion bath method used in each example.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
 製造した各電池に、上記の[太陽電池の製造と評価]に記載したのと同じ条件で疑似太陽光を照射し、太陽電池特性を評価した。短絡電流Jsc、開放電圧Voc、FF(fill factor)、エネルギー変換効率ηについて、電池10の測定値から電池9の測定値を減算した値および電池12の測定値から電池11の測定値を減算した値を表12に示す。表12中、「ΔJsc」、「ΔVoc」、「ΔFF」、「Δη」は、それぞれ短絡電流Jsc、開放電圧Voc、FF(fill factor)、エネルギー変換効率ηの各電池間の差を表し、「-」は、その欄の特性値については測定を行っていないことを表す。また、4個の電池12について疑似太陽光を照射して測定した電流密度-電圧特性(光電流特性)と疑似太陽光を照射せずに測定した電流密度-電圧特性(暗電流特性)を図36に示し、4個の電池12の中で電流密度が最大であった電池の電流密度-電圧特性のヒステリシスを測定した結果を図37に示し、短絡電流Jsc、開放電圧Voc、FF(fill factor)、エネルギー変換効率η、直列抵抗Rs、並列抵抗Rshを表13に示す。 Each manufactured battery was irradiated with simulated sunlight under the same conditions as described in [Manufacturing and Evaluation of Solar Cell] above, and the solar cell characteristics were evaluated. For the short circuit current Jsc, open circuit voltage Voc, FF (fill factor), and energy conversion efficiency η, the measured value of the battery 9 is subtracted from the measured value of the battery 10 and the measured value of the battery 12 is subtracted from the measured value of the battery 12. Values are shown in Table 12. In Table 12, “ΔJsc”, “ΔVoc”, “ΔFF”, and “Δη” represent differences between the respective batteries in the short-circuit current Jsc, the open-circuit voltage Voc, FF (fill factor), and the energy conversion efficiency η, respectively. “-” Indicates that the characteristic value in the column is not measured. Also, current density-voltage characteristics (photocurrent characteristics) measured by irradiating pseudo-sunlight for four batteries 12 and current density-voltage characteristics (dark current characteristics) measured without irradiating pseudo-sunlight are shown. 36 shows the result of measuring the hysteresis of the current density-voltage characteristic of the battery having the maximum current density among the four batteries 12, and shows the result of measuring the short-circuit current Jsc, the open-circuit voltage Voc, FF (fill factor). ), Energy conversion efficiency η, series resistance Rs, parallel resistance Rsh are shown in Table 13.
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
 表12に示すように、2段階浸漬法を用いてペロブスカイト膜を形成した電池10、12は、単一浸漬法を用いてペロブスカイト膜を形成した電池9、11よりも一段と優れた電池特性を有していた。このことから、多段階の浸漬処理を行ってペロブスカイト膜を形成することにより、太陽電池特性をより向上できることがわかった。 As shown in Table 12, the batteries 10 and 12 in which the perovskite film was formed by using the two-stage immersion method had battery characteristics much better than the batteries 9 and 11 in which the perovskite film was formed by using the single immersion method. Was. From this, it was found that the solar cell characteristics can be further improved by forming a perovskite film by performing multi-stage immersion treatment.
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000014
 本発明のペロブスカイト膜の製造方法によれば、良好な膜質を有するペロブスカイト膜を再現性よく製造することができるため、優れた素子特性を有する太陽電池や電子デバイスを安定に供給することができる。このため、本発明は産業上の利用可能性が高い。 According to the method for producing a perovskite film of the present invention, a perovskite film having good film quality can be produced with good reproducibility, so that a solar cell or an electronic device having excellent element characteristics can be stably supplied. For this reason, this invention has high industrial applicability.
 1 透明基板
 2 透明電極
 3 正孔捕獲層
 4 光電変換層
 5 電子輸送層
 6 対向電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Transparent substrate 2 Transparent electrode 3 Hole capture layer 4 Photoelectric conversion layer 5 Electron transport layer 6 Counter electrode

Claims (28)

  1. 第1溶媒を含むペロブスカイト前駆体膜に、第2溶媒と第3溶媒の混合溶媒を接触させることによって、前記第1溶媒が前記ペロブスカイト前駆体膜から前記混合溶媒中へ移動することによりペロブスカイト膜を製造する方法であって、
     前記第1溶媒は前記第2溶媒および前記第3溶媒よりも前記ペロブスカイト前駆体膜の主成分に対する溶解度が大きく、
     前記第2溶媒と前記第3溶媒は前記第1溶媒に対する溶解度が異なる、ペロブスカイト膜の製造方法。
    By contacting the perovskite precursor film containing the first solvent with the mixed solvent of the second solvent and the third solvent, the first solvent moves from the perovskite precursor film into the mixed solvent, thereby changing the perovskite film. A method of manufacturing comprising:
    The first solvent is more soluble in the main component of the perovskite precursor film than the second solvent and the third solvent,
    The method for producing a perovskite film, wherein the second solvent and the third solvent have different solubility in the first solvent.
  2. 前記ペロブスカイト前駆体膜が基板上に形成されている、請求項1に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to claim 1, wherein the perovskite precursor film is formed on a substrate.
  3. 前記ペロブスカイト前駆体膜を前記混合溶媒中に浸漬する、請求項1または2に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to claim 1 or 2, wherein the perovskite precursor film is immersed in the mixed solvent.
  4. 前記混合溶媒における前記第2溶媒と前記第3溶媒の混合比率を、25℃において前記ペロブスカイト前駆体膜に前記混合溶媒を接触させたときに前記ペロブスカイト前駆体膜中の前記第1溶媒が前記混合溶媒中へ拡散する拡散定数が1x10-13/s~ 1x10/s の範囲内となる比率とする、請求項1~3のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The mixing ratio of the second solvent and the third solvent in the mixed solvent is such that the first solvent in the perovskite precursor film is mixed when the mixed solvent is brought into contact with the perovskite precursor film at 25 ° C. The method for producing a perovskite film according to any one of claims 1 to 3, wherein a diffusion constant for diffusing into the solvent is a ratio in a range of 1 x 10 -13 m 2 / s to 1 x 10 2 m 2 / s.
  5. 前記ペロブスカイト前駆体膜中の前記第1溶媒が前記混合溶媒中へ拡散する拡散定数が、
    1x10-13/s~1x10/sの範囲内となる温度で、前記混合溶媒を前記ペロブスカイト前駆体膜に接触させる、請求項1~4のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
    A diffusion constant by which the first solvent in the perovskite precursor film diffuses into the mixed solvent is:
    The perovskite film according to any one of claims 1 to 4, wherein the mixed solvent is brought into contact with the perovskite precursor film at a temperature in a range of 1x10 -13 m 2 / s to 1x10 2 m 2 / s. Manufacturing method.
  6. 25℃において前記ペロブスカイト前駆体膜に前記第2溶媒を接触させたときに前記第1溶媒が前記第2溶媒中に拡散する拡散定数kと、25℃において前記ペロブスカイト前駆体膜に前記第3溶媒を接触させたときに前記第1溶媒が前記第3溶媒中に拡散する拡散定数kとの差の絶対値(|k-k|)が1x10-13/s~1x10-13/sの範囲内にある、請求項1~5のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 A diffusion constant k 2 in which the first solvent diffuses into the second solvent when the second solvent is brought into contact with the perovskite precursor film at 25 ° C., and the third percolation to the perovskite precursor film at 25 ° C. The absolute value (| k 2 −k 3 |) of the difference from the diffusion constant k 3 in which the first solvent diffuses into the third solvent when contacting with the solvent is 1 × 10 −13 m 2 / s to 1 × 10 −. The method for producing a perovskite film according to any one of claims 1 to 5, which is in a range of 13 m 2 / s.
  7. 前記第1溶媒が、ジメチルスルホキシド、N-メチル-2-ピロリドンまたはジメチルホルムアミド、γ―ブチロラクトンである、請求項1~6のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to any one of claims 1 to 6, wherein the first solvent is dimethyl sulfoxide, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, or γ-butyrolactone.
  8. 前記第2溶媒と前記第3溶媒が、トルエン、クロロベンゼン、ヘキサンまたはシクロヘキサンである(ただし、第2溶媒と第3溶媒は異なる溶媒である)、請求項1~7のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 8. The method according to claim 1, wherein the second solvent and the third solvent are toluene, chlorobenzene, hexane, or cyclohexane (provided that the second solvent and the third solvent are different solvents). A method for producing a perovskite film.
  9. 前記第2溶媒が、トルエンまたはクロロベンゼンであって、前記第3溶媒がヘキサンまたはシクロヘキサンである、請求項1~7のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to any one of claims 1 to 7, wherein the second solvent is toluene or chlorobenzene, and the third solvent is hexane or cyclohexane.
  10. 前記ペロブスカイト前駆体膜が、下記一般式(4)で表されるペロブスカイト型化合物を含む、請求項1~9のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。
       A3BX    (4)
    [一般式(4)において、A3は有機カチオンを表し、Bは2価の金属イオンを表し、Xはハロゲンイオンを表す。3つのX同士は互いに同じであっても異なっていてもよい。]
    The method for producing a perovskite film according to any one of claims 1 to 9, wherein the perovskite precursor film contains a perovskite type compound represented by the following general formula (4).
    A 3 BX 3 (4)
    [In the general formula (4), A 3 represents an organic cation, B represents a divalent metal ion, and X represents a halogen ion. The three Xs may be the same as or different from each other. ]
  11. 前記ペロブスカイト前駆体膜がPb、Snのうちの少なくとも1種を含む、請求項1~10のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to any one of claims 1 to 10, wherein the perovskite precursor film contains at least one of Pb and Sn.
  12. ・前記ペロブスカイト前駆体膜がヨウ化メチルアンモニウム、ヨウ化ホルムアミジン、ヨウ化セシウムのうちの少なくとも1種を含む、請求項1~11のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to any one of claims 1 to 11, wherein the perovskite precursor film contains at least one of methylammonium iodide, formamidine iodide, and cesium iodide.
  13. 前記ペロブスカイト前駆体膜がIおよびFの少なくとも1種を含む、請求項1~12のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to any one of claims 1 to 12, wherein the perovskite precursor film contains at least one of I and F.
  14. 前記ペロブスカイト前駆体膜への前記混合溶媒の接触を0.1秒~180分行う、請求項1~13のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to any one of claims 1 to 13, wherein the mixed solvent is contacted with the perovskite precursor film for 0.1 second to 180 minutes.
  15. 前記ペロブスカイト前駆体膜に前記混合溶媒を接触させているとき、前記混合溶媒の温度を時間とともに変化させる、請求項1~14のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to any one of claims 1 to 14, wherein when the mixed solvent is in contact with the perovskite precursor film, the temperature of the mixed solvent is changed with time.
  16. 前記ペロブスカイト前駆体膜に前記混合溶媒を接触させた後、得られたペロブスカイト膜に、0~200℃でアニール処理を行う、請求項1~15のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to any one of claims 1 to 15, wherein after the mixed solvent is brought into contact with the perovskite precursor film, the obtained perovskite film is annealed at 0 to 200 ° C. .
  17. 前記ペロブスカイト前駆体膜に前記混合溶媒を接触させた後、前記混合溶媒を接触させたペロブスカイト前駆体膜に第4溶媒を接触させる、請求項1~15のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The perovskite film according to any one of claims 1 to 15, wherein after the mixed solvent is brought into contact with the perovskite precursor film, a fourth solvent is brought into contact with the perovskite precursor film in contact with the mixed solvent. Production method.
  18. 前記第4溶媒が、前記第1溶媒よりも前記ペロブスカイト前駆体膜の主成分に対する溶解度が小さい、請求項17に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to claim 17, wherein the fourth solvent is less soluble in the main component of the perovskite precursor film than the first solvent.
  19. 前記第4溶媒が、前記第2溶媒および前記第3溶媒の一方と同じ溶媒である、請求項17または18に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to claim 17 or 18, wherein the fourth solvent is the same solvent as one of the second solvent and the third solvent.
  20. 前記第2溶媒がトルエンまたはクロロベンゼンであって、前記第3溶媒がヘキサンまたはシクロヘキサンであり、前記第4溶媒がトルエンまたはクロロベンゼンである、請求項17に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to claim 17, wherein the second solvent is toluene or chlorobenzene, the third solvent is hexane or cyclohexane, and the fourth solvent is toluene or chlorobenzene.
  21. 前記第4溶媒の温度が前記混合溶媒の温度よりも高い、請求項17~20のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The method for producing a perovskite film according to any one of claims 17 to 20, wherein a temperature of the fourth solvent is higher than a temperature of the mixed solvent.
  22. 前記ペロブスカイト前駆体膜に前記第4溶媒を接触させた後、得られたペロブスカイト膜に、0~200℃でアニール処理を行う、請求項17~21のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜の製造方法。 The production of a perovskite film according to any one of claims 17 to 21, wherein the perovskite precursor film is contacted with the fourth solvent, and then the obtained perovskite film is annealed at 0 to 200 ° C. Method.
  23. 請求項1~22のいずれか1項に記載の製造方法で製造されるペロブスカイト膜。 A perovskite film produced by the production method according to any one of claims 1 to 22.
  24. 前記第1溶媒を0超10,000ppm未満の濃度で含む、請求項23に記載のペロブスカイト膜。 24. The perovskite film according to claim 23, wherein the first solvent is contained at a concentration of more than 0 and less than 10,000 ppm.
  25. 前記第2溶媒を0超5,000ppm未満の濃度で含む、請求項23または24に記載のペロブスカイト膜。 The perovskite film according to claim 23 or 24, comprising the second solvent at a concentration of more than 0 and less than 5,000 ppm.
  26. 前記第3溶媒を0超5,000ppm未満の濃度で含む、請求項23~25のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜。 The perovskite film according to any one of claims 23 to 25, which contains the third solvent at a concentration of more than 0 and less than 5,000 ppm.
  27. 請求項23~26のいずれか1項に記載のペロブスカイト膜を有する太陽電池。 A solar cell comprising the perovskite film according to any one of claims 23 to 26.
  28. 第1溶媒を含むペロブスカイト前駆体膜に接触させる溶媒であって、前記接触を行うことによって、接触させた溶媒中に前記第1溶媒が前記ペロブスカイト前駆体膜から移動することによりペロブスカイト膜を製造することができる、ペロブスカイト膜形成用溶媒であって、
     前記ペロブスカイト膜形成用溶媒は、少なくとも第2溶媒と第3溶媒を含む2種以上の溶媒の混合物であって、
     前記第1溶媒は前記第2溶媒および前記第3溶媒よりも前記ペロブスカイト前駆体膜の主成分に対する溶解度が大きく、
     前記第2溶媒と前記第3溶媒は前記第1溶媒に対する溶解度が異なる、ペロブスカイト膜形成用溶媒。
    A solvent to be contacted with a perovskite precursor film containing a first solvent, wherein the first solvent moves from the perovskite precursor film into the contacted solvent by the contact, thereby producing a perovskite film. A perovskite film forming solvent, which can be
    The perovskite film forming solvent is a mixture of two or more solvents including at least a second solvent and a third solvent,
    The first solvent is more soluble in the main component of the perovskite precursor film than the second solvent and the third solvent,
    The perovskite film-forming solvent, wherein the second solvent and the third solvent have different solubility in the first solvent.
PCT/JP2017/013266 2016-03-30 2017-03-30 Perovskite film production method, perovskite film, solar battery and perovskite film forming solvent WO2017170869A1 (en)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016068206 2016-03-30
JP2016-068206 2016-03-30
JP2017-004657 2017-01-13
JP2017004657A JP2019133966A (en) 2016-03-30 2017-01-13 Manufacturing method of perovskite film, perovskite film, solar cell, and solvent for forming perovskite film

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017170869A1 true WO2017170869A1 (en) 2017-10-05

Family

ID=59964689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/013266 WO2017170869A1 (en) 2016-03-30 2017-03-30 Perovskite film production method, perovskite film, solar battery and perovskite film forming solvent

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2017170869A1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019208011A (en) * 2018-05-28 2019-12-05 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solar cell
JP2020013982A (en) * 2018-07-10 2020-01-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solar cell
WO2020105207A1 (en) * 2018-11-20 2020-05-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solar battery
JP2021523552A (en) * 2019-04-11 2021-09-02 浙江大学Zhejiang University Two-dimensional hybrid perovskite solar cell with inverted thick film that is insensitive to film thickness and its manufacturing method
US11282700B2 (en) 2019-04-17 2022-03-22 University Of Kentucky Research Foundation Method for manufacturing perovskite-based devices in ambient air
CN115652404A (en) * 2022-10-25 2023-01-31 四川大学 Method for preparing high-quality cesium bismuth iodine single crystal
WO2023120428A1 (en) * 2021-12-20 2023-06-29 シチズン時計株式会社 Photoelectric conversion element

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015099412A1 (en) * 2013-12-23 2015-07-02 한국화학연구원 Precursor of inorganic/organic hybrid perovskite compound

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015099412A1 (en) * 2013-12-23 2015-07-02 한국화학연구원 Precursor of inorganic/organic hybrid perovskite compound

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FENG HAO ET AL.: "Controllable Perovskite Crystallization at a Gas-Solid Interface for Hole Conductor-Free Solar Cells with Steady Power Conversion Efficiency over 10%", JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, vol. 136, no. 46, 2014, pages 16411 - 16419, XP055334638, DOI: doi:10.1021/ja509245x *
NAM JOONG JEON ET AL.: "Solvent engineering for high-performance inorganic-organic hybrid perovskite solar cells", NATURE MATERIALS, vol. 13, no. 9, 6 July 2014 (2014-07-06), Macmillan Publishers Limited, pages 897 - 903, XP055158705, DOI: doi:10.1038/nmat4014 *
TAKAMICHI YOKOYAMA ET AL.: "Overcoming Short- Circuit in Lead-Free CH 3NH3SnI3 Perovskite Solar Cells via Kinetically Controlled Gas- Solid Reaction Film Fabrication Process", JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY LETTERS, vol. 7, no. 5, 15 February 2016 (2016-02-15), pages 776 - 782, XP055602396 *
YUNLONG GUO ET AL.: "Chemical Pathways Connecting Lead(II) Iodide and Perovskite via Polymeric Plumbate(II) Fiber", JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, vol. 137, no. 50, 2015, pages 15907 - 15914, XP055393417, DOI: doi:10.1021/jacs.5b10599 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019208011A (en) * 2018-05-28 2019-12-05 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solar cell
JP7270136B2 (en) 2018-05-28 2023-05-10 パナソニックIpマネジメント株式会社 solar cell
US11626527B2 (en) 2018-07-10 2023-04-11 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Solar cell
JP2020013982A (en) * 2018-07-10 2020-01-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solar cell
JP7304517B2 (en) 2018-07-10 2023-07-07 パナソニックIpマネジメント株式会社 solar cell
WO2020105207A1 (en) * 2018-11-20 2020-05-28 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solar battery
JPWO2020105207A1 (en) * 2018-11-20 2021-11-25 パナソニックIpマネジメント株式会社 Solar cell
JP7357247B2 (en) 2018-11-20 2023-10-06 パナソニックIpマネジメント株式会社 solar cells
JP2021523552A (en) * 2019-04-11 2021-09-02 浙江大学Zhejiang University Two-dimensional hybrid perovskite solar cell with inverted thick film that is insensitive to film thickness and its manufacturing method
JP7102022B2 (en) 2019-04-11 2022-07-19 浙江大学 Two-dimensional hybrid perovskite solar cell with inverted thick film that is insensitive to film thickness and its manufacturing method
US11282700B2 (en) 2019-04-17 2022-03-22 University Of Kentucky Research Foundation Method for manufacturing perovskite-based devices in ambient air
WO2023120428A1 (en) * 2021-12-20 2023-06-29 シチズン時計株式会社 Photoelectric conversion element
CN115652404A (en) * 2022-10-25 2023-01-31 四川大学 Method for preparing high-quality cesium bismuth iodine single crystal
CN115652404B (en) * 2022-10-25 2023-05-26 四川大学 Method for preparing high-quality cesium bismuth iodine monocrystal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017170869A1 (en) Perovskite film production method, perovskite film, solar battery and perovskite film forming solvent
Feng et al. Record efficiency stable flexible perovskite solar cell using effective additive assistant strategy
Wang et al. Materials toward the upscaling of perovskite solar cells: progress, challenges, and strategies
Miyasaka et al. Perovskite solar cells: can we go organic‐free, lead‐free, and dopant‐free?
Ke et al. Ethylenediammonium-based “hollow” Pb/Sn perovskites with ideal band gap yield solar cells with higher efficiency and stability
Cui et al. Color-tuned perovskite films prepared for efficient solar cell applications
Benesperi et al. The researcher's guide to solid-state dye-sensitized solar cells
Jeon et al. Hybrid perovskites: effective crystal growth for optoelectronic applications
Kim et al. Organolead halide perovskite: new horizons in solar cell research
Docampo et al. Lessons learned: from dye‐sensitized solar cells to all‐solid‐state hybrid devices
Yen et al. Large grained perovskite solar cells derived from single-crystal perovskite powders with enhanced ambient stability
Mahapatra et al. Recent progress in perovskite solar cells: challenges from efficiency to stability
Schwartz et al. Air Stable, High‐Efficiency, Pt‐Based Halide Perovskite Solar Cells with Long Carrier Lifetimes
Shen et al. Improved reproducibility for perovskite solar cells with 1 cm2 active area by a modified two-step process
Watthage et al. Evolution of perovskite solar cells
López-Fraguas et al. Optical characterization of lead-free Cs2SnI6 double perovskite fabricated from degraded and reconstructed CsSnI3 films
Mahmud et al. Single vs mixed organic cation for low temperature processed perovskite solar cells
KR101857052B1 (en) Perovskite, manufacturing method of same and solar cell including same
JP6689100B2 (en) Mixture, functional layer, photoelectric conversion element and perovskite stabilizer
WO2017009688A1 (en) Perovskite thin film production method and optoelectronic device
Wang et al. High-performance and stable mesoporous perovskite solar cells via well-crystallized FA0. 85MA0. 15Pb (I0. 8Br0. 2) 3
Ngo et al. Spray-pyrolyzed ZnO as electron selective contact for long-term stable planar CH3NH3PbI3 perovskite solar cells
Wu et al. Solvent-mediated intragranular-coarsening of CH3NH3PbI3 thin films toward high-performance perovskite photovoltaics
Lee et al. Indene-C60 bisadduct electron-transporting material with the high LUMO level enhances open-circuit voltage and efficiency of tin-based perovskite solar cells
Becker et al. Recent progress in the solution-based sequential deposition of planar perovskite solar cells

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17775403

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17775403

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP