WO2019198159A1 - 光吸収層、光電変換素子、及び太陽電池 - Google Patents

光吸収層、光電変換素子、及び太陽電池 Download PDF

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浩司 細川
澤田 拓也
明徳 小此木
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花王株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a light absorption layer, a photoelectric conversion element having the light absorption layer, and a solar cell having the photoelectric conversion element.
  • Photoelectric conversion elements that convert light energy into electrical energy are used in solar cells, photosensors, copiers, and the like.
  • photoelectric conversion elements solar cells that use sunlight, which is inexhaustible clean energy, have attracted attention.
  • General silicon solar cells cannot be expected to greatly reduce costs because they use ultra-high purity silicon and are manufactured by “dry processes” such as epitaxial crystal growth under high vacuum. Therefore, a solar cell manufactured by a “wet process” such as a coating process is expected as a next-generation solar cell that can be obtained at low cost.
  • Quantum dot solar cells are a next-generation solar cell that can be manufactured by a “wet process”.
  • a quantum dot is an inorganic nanoparticle having a particle size of about 20 nm or less, and exhibits physical properties different from those of a bulk body due to the manifestation of the quantum size effect. For example, it is known that the band gap energy increases (absorption wavelength becomes shorter) as the quantum dot particle size decreases, and lead sulfide (PbS) having a particle size of about 3 nm and a band gap energy of about 1.2 eV. ) It has been reported that quantum dots are used in quantum dot solar cells (ACS Nano 2014, 8, 614-622).
  • perovskite solar cell uses, for example, a photoelectric conversion using a perovskite compound (CH 3 NH 3 PbI 3 ) composed of a cation such as methylammonium and a metal halide salt such as lead iodide (PbI 2 ) as a light absorption layer.
  • a perovskite compound CH 3 NH 3 PbI 3
  • a metal halide salt such as lead iodide (PbI 2 )
  • PbI 2 lead iodide
  • the chemical and physical properties of perovskite compounds vary depending on the composition of cationic species, halogen elements, metal elements, and the like. For example, by doping cesium into methylammonium as a cation species, the thickness of the perovskite film is increased and the amount of light absorption is increased, so that the conversion efficiency is improved (Nano Energy 2014, 7, 80-85).
  • the present invention relates to a photoelectric conversion element excellent in photoelectric conversion efficiency, a light absorption layer for forming a solar cell, a photoelectric conversion element having the light absorption layer, and a solar cell.
  • the inventors In order to improve the photoelectric conversion efficiency in the near-infrared light region, the inventors have increased the amount of quantum dots to be combined with a perovskite compound (for example, CH 3 NH 3 PbI 3 ).
  • a perovskite compound for example, CH 3 NH 3 PbI 3
  • the low perovskite raw material for example, PbI 2
  • PbI 2 the subject that photoelectric conversion efficiency fell was discovered.
  • the present inventors use a perovskite compound containing two or more kinds of cation species, so that even when the amount of quantum dots to be combined is increased, the perovskite raw material hardly remains, and excellent photoelectric conversion efficiency is obtained. It has been found that a light-absorbing layer can be obtained.
  • quantum dots are dispersed in a matrix of one or more perovskite compounds selected from a compound represented by the following general formula (1) and a compound represented by the following general formula (2).
  • RMX 3 (1) (In the formula, R is two or more kinds of monovalent cations, M is a divalent metal cation, and X is a halogen anion.)
  • R 1 , R 2 and R 3 are each independently a monovalent cation, and at least two of R 1 , R 2 and R 3 are different monovalent cations, and R 1 , R 2 , and R 3 are each a monovalent inorganic cation, M is a divalent metal cation, X is a halogen anion, and n is an integer of 1 to 10.
  • the perovskite raw material for example, PbI 2
  • PbI 2 a perovskite raw material
  • a perovskite compound (for example, CH 3 NH 3 PbI 3 ) crystallizes from a mixed solution of a metal halide salt (for example, PbI 2 ), which is a perovskite raw material, and a halogenated cation (for example, CH 3 NH 3 I).
  • a metal halide salt for example, PbI 2
  • a halogenated cation for example, CH 3 NH 3 I
  • halogenated cations eg, CH 3 NH 3 I and CsI
  • two or more cationic species eg, CH 3 NH 3 + and Cs +
  • a perovskite raw material for example, PbI 2
  • a light absorption layer that exhibits excellent photoelectric conversion efficiency is obtained.
  • the presence of two or more cations at the interface between the perovskite and the quantum dot causes crystal structure distortion (crystal lattice mismatch) between the perovskite and the quantum dot, and suppresses carrier movement from the perovskite to the quantum dot. Therefore, there is a possibility that the photoelectric conversion efficiency is improved.
  • the content of quantum dots is increased, the content of the perovskite raw material with low photoelectric conversion performance is low, and the photoelectric conversion efficiency is excellent.
  • a battery can be obtained.
  • the present inventors have found a method for producing a light absorption layer by a wet process by utilizing a quantum dot solid having a specific ligand.
  • the present invention includes at least one perovskite selected from a compound represented by the following general formula (1) and a compound represented by the following general formula (2), including the following step 1, step 2 and step 3.
  • the present invention relates to a method for producing a light absorption layer in which quantum dots are dispersed in a compound matrix.
  • Step 1 Step of obtaining a quantum dot solid containing a halogen element-containing substance as a ligand by exchanging the organic ligand of the quantum dot containing the organic ligand with a halogen element-containing substance
  • Step 2 One or more substances selected from the quantum dot solid obtained in step 1, the compound represented by the following general formula (1), the compound represented by the following general formula (2), and a precursor thereof.
  • Step 3 Step of obtaining a light dispersion layer from the dispersion obtained in Step 2 (Step 3) of obtaining a dispersion by mixing a solution or a mixed solution containing RMX 3 (1)
  • R is two or more kinds of monovalent cations
  • M is a divalent metal cation
  • X is a halogen anion.
  • R 1 , R 2 and R 3 are each independently a monovalent cation, and at least two of R 1 , R 2 and R 3 are different monovalent cations, and R 1 , R 2 , and R 3 are each a monovalent inorganic cation
  • M is a divalent metal cation
  • X is a halogen anion
  • n is an integer of 1 to 10.
  • the light absorption layer of the present invention includes, as a light absorber, one or more perovskite compounds selected from a compound represented by the following general formula (1) and a compound represented by the following general formula (2), and the perovskite compound: Containing quantum dots dispersed in a matrix.
  • the light absorption layer of this invention may contain light absorbers other than the above in the range which does not impair the effect of this invention.
  • R is two or more kinds of monovalent cations, M is a divalent metal cation, and X is a halogen anion.
  • R 1 , R 2 and R 3 are each independently a monovalent cation, and at least two of R 1 , R 2 and R 3 are different monovalent cations, and R 1 , R 2 , and R 3 are each a monovalent inorganic cation
  • M is a divalent metal cation
  • X is a halogen anion
  • n is an integer of 1 to 10.
  • the perovskite compound is preferably a compound represented by the general formula (1) from the viewpoint of achieving both improvement in durability and improvement in photoelectric conversion efficiency.
  • R is two or more kinds of monovalent cations, and examples thereof include inorganic cations of Group 1 elements of the periodic table and organic cations.
  • examples of the inorganic cation of the Group 1 element of the periodic table include Li + , Na + , K + , Rb + , and Cs + . From the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency, it is preferably at least one selected from K + , Rb + and Cs + , more preferably at least one selected from Rb + and Cs + , and more preferably Cs + .
  • the ammonium ion which may have a substituent, and the phosphonium ion which may have a substituent are mentioned, for example. There is no particular limitation on the substituent.
  • ammonium ion examples include alkylammonium ions, formamidinium ions, and arylammonium ions.
  • the alkylammonium ions and formamidinium are preferable. 1 or more selected from um ions, more preferably 1 or more selected from monoalkyl ammonium ions and formamidinium ions, and more preferably methyl ammonium ions, ethyl ammonium ions, butyl ammonium ions and formamidinium ions. Or more, and more preferably methylammonium ion.
  • the combination of two or more kinds of cations may be any of inorganic cation and inorganic cation, organic cation and organic cation, or inorganic cation and organic cation, and there is no particular limitation, but the photoelectric conversion efficiency is improved and the durability is improved. From the viewpoint of cost reduction, it is preferably a combination of an inorganic cation and an organic cation, more preferably one or more selected from K + , Rb + , and Cs + , and 1 selected from alkylammonium ions and formamidinium ions.
  • a combination of one or more species more preferably one or more types selected from Rb + and Cs + and one or more types selected from methylammonium ion, ethylammonium ion, butylammonium ion and formamidinium ion, and even more preferably the Cs + and Mechiruanmoniu It is a combination of ion.
  • the most abundant monovalent cation is not particularly limited, but is preferably an organic cation from the viewpoint of improvement in photoelectric conversion efficiency, improvement in durability, and cost reduction.
  • the minimum monovalent cation is preferably an inorganic cation.
  • the minimum molar ratio of the monovalent cation to the whole monovalent cation is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, from the viewpoint of improvement in photoelectric conversion efficiency, improvement in durability, and cost reduction. More preferably 0.08 or more, still more preferably 0.09 or more, preferably 0.4 or less, more preferably 0.3 or less, still more preferably 0.2 or less, still more preferably 0.15 or less. It is.
  • the molar ratio of the most contained monovalent cation to the whole monovalent cation is preferably 0.3 or more, more preferably 0.5 or more, and still more preferably 0.8 or more. More preferably, it is 0.85 or more, Preferably it is 0.99 or less, More preferably, it is 0.95 or less, More preferably, it is 0.93 or less, More preferably, it is 0.91 or less.
  • R 1 , R 2 , and R 3 are each independently a monovalent cation, and at least two of R 1 , R 2 , and R 3 are different monovalent cations, and R 1 , R 2 And at least one of R 3 is a monovalent inorganic cation.
  • monovalent cations include inorganic cations of Group 1 elements of the periodic table and organic cations.
  • examples of the inorganic cation of the Group 1 element of the periodic table include Li + , Na + , K + , Rb + , and Cs + .
  • the photoelectric conversion efficiency it is preferably at least one selected from K + , Rb + and Cs + , more preferably at least one selected from Rb + and Cs + , and more preferably Cs + .
  • the ammonium ion which may have a substituent and the phosphonium ion which may have a substituent are mentioned, for example.
  • the substituent There is no particular limitation on the substituent.
  • the ammonium ion that may have a substituent include alkylammonium ions, formamidinium ions, and arylammonium ions. From the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency, the alkylammonium ions and formamidinium are preferable.
  • One or more selected from um ions more preferably one or more selected from monoalkyl ammonium ions and formamidinium ions, and more preferably methyl ammonium ions, ethyl ammonium ions, butyl ammonium ions, hexyl ammonium ions, Octyl ammonium ion, decyl ammonium ion, dodecyl ammonium ion, tetradecyl ammonium ion, hexadecyl ammonium ion, and octadecyl ammonium ion At least one element selected from the Ion, even more preferably methyl ammonium ion.
  • the combination of R 1 , R 2 , and R 3 may be any of inorganic cation and inorganic cation and inorganic cation, inorganic cation and inorganic cation and organic cation, or inorganic cation, organic cation and organic cation.
  • inorganic cation and inorganic cation preferably a combination of an inorganic cation, an inorganic cation and an organic cation, or a combination of an inorganic cation, an organic cation and an organic cation, more preferably an inorganic cation.
  • an organic cation and an organic cation preferably a combination of an inorganic cation, an organic cation and an organic cation.
  • N is an integer of 1 or more and 10 or less, and preferably 1 or more and 4 or less from the viewpoint of achieving both improvement in durability and improvement in photoelectric conversion efficiency.
  • the M is a divalent metal cation, for example, Pb 2+ , Sn 2+ , Hg 2+ , Cd 2+ , Zn 2+ , Mn 2+ , Cu 2+ , Ni 2+ , Fe 2+ , Co 2+ , Pd 2+ , Ge 2+ , Y 2+ , Eu 2+ and the like.
  • M is preferably Pb 2+ , Sn 2+ , or Ge 2+ , more preferably Pb 2+ , or Sn 2+ , and even more preferably Pb 2+. It is.
  • X is a halogen anion, and examples thereof include a fluorine anion, a chlorine anion, a bromine anion, and an iodine anion.
  • X is preferably a chlorine anion, bromine anion, or iodine anion, more preferably a bromine anion or iodine anion, and still more preferably an iodine anion, from the viewpoint of improving photoelectric conversion efficiency.
  • Examples of the compound represented by the general formula (1) for example, Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 PbCl 3, Cs 0.1 (CH 3 NH 3) 0.9 PbBr 3, Cs 0 .1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 PbBrI 2 , Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 PbBr 2 I, Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 PbI 3 , Cs 0. 1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 SnCl 3 , Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 SnBr 3 , Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 SnI 3 and the like.
  • Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 PbBr 3 and Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) are preferable from the viewpoints of improvement in photoelectric conversion efficiency, improvement in durability, and cost reduction.
  • Examples of the compound represented by the general formula (2) include Cs 0.1 (C 12 H 25 NH 3 ) 1.9 PbI 4 , Cs 0.1 (C 12 H 25 NH 3 ) 1.9 ( CH 3 NH 3) Pb 2 I 7, Cs 0.1 (C 12 H 25 NH 3) 1.9 (CH 3 NH 3) 2 Pb 3 I 10, Cs 0.1 (C 12 H 25 NH 3) 1 .9 (CH 3 NH 3 ) Pb 2 Br 7 and Cs 0.1 (C 12 H 25 NH 3 ) 1.9 (CH 3 NH 3 ) 2 Pb 3 Br 10 .
  • Cs 0.1 (C 12 H 25 NH 3 ) 1.9 PbI 4 , Cs 0.1 (C 12 H) are preferable from the viewpoints of improvement in photoelectric conversion efficiency, improvement in durability, and cost reduction.
  • the band gap energy of the perovskite compound is preferably 1.0 eV or more, more preferably 1.3 eV or more, and even more preferably 1.5 eV or more. From the viewpoint of improving (current), it is preferably 3.0 eV or less, more preferably 2.0 eV or less, and still more preferably 1.7 eV or less.
  • the band gap energy of a perovskite compound and a quantum dot can be calculated
  • the amount of the perovskite raw material (metal halide salt) in the light absorption layer can be semi-quantitatively determined by powder X-ray diffraction (XRD) analysis.
  • the ratio of the strongest peak intensity of the metal halide salt to the strongest peak intensity of the perovskite compound is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, still more preferably 0.1 or more, from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency. Preferably, it is 1 or less, more preferably 0.7 or less, and still more preferably 0.4 or less.
  • the crystallite diameter of the perovskite compound in the light absorption layer is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, and further preferably 27 nm or more from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency, and from the same viewpoint, preferably 1000 nm or less. is there.
  • the crystallite diameter of the light absorption layer in the range of 100 nm or less can be measured by the method described in Examples described later.
  • the crystallite diameter in the range exceeding 100 nm cannot be measured by the method described in Examples described later, it does not exceed the thickness of the light absorption layer.
  • the perovskite compound can be produced, for example, from a perovskite compound precursor as described below.
  • a precursor of the perovskite compound for example, when the perovskite compound is a compound represented by the above general formula (1), a combination of a compound represented by MX 2 and a compound represented by two or more types of RX may be used. Can be mentioned.
  • the perovskite compound is a compound represented by the general formula (2), a compound represented by MX 2 , a compound represented by R 1 X, a compound represented by R 2 X, and R 3 X
  • the combination with 2 or more types of compounds chosen from the compound represented is mentioned.
  • Perovskite compounds in the light absorption layer include, for example, elemental analysis, infrared (IR) spectrum, Raman spectrum, nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum, X-ray diffraction (XRD) pattern, absorption spectrum, emission spectrum, electron microscope observation, and It can be identified by conventional methods such as electron diffraction.
  • Quantum dots are inorganic nanoparticles having a crystal structure with a particle size of about 20 nm or less, and exhibiting physical properties different from those of bulk bodies due to the manifestation of the quantum size effect.
  • known ones can be used without particular limitation. However, from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency in the near-infrared light region by complementing the band gap energy that the perovskite compound does not have, 0.2 eV or more. It is preferable to use a perovskite compound having a band gap energy lower than the band gap energy.
  • a quantum dot may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types from which band gap energy differs.
  • the band gap energy less than the band gap energy of the perovskite compounds that is the upper limit of the band gap energy of the quantum dots means two or more kinds of perovskite compounds. It is the band gap energy less than the maximum value of the band gap energy of.
  • the preferred embodiment of the quantum dot is a preferred embodiment common to the light absorption layer and its raw material.
  • the band gap energy of the quantum dots is preferably 0.8 eV or more, more preferably 0.9 eV or more, and further preferably 1.0 eV or more from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency (voltage). From the viewpoint of improving (current), it is preferably 1.6 eV or less, more preferably 1.5 eV or less, still more preferably 1.4 eV or less, and still more preferably 1.3 eV or less.
  • the particle size and type of the quantum dots are determined by electron microscope observation, electron beam diffraction, and X-ray diffraction (XRD) patterns
  • the correlation between the particle size and the band gap energy for example, ACS (Nano, 2014, 8, 6363-6371)
  • the band gap energy can also be calculated.
  • the difference between the band gap energy of the perovskite compound and the band gap energy of the quantum dots is preferably 0.2 eV or more, more preferably 0.3 eV or more, and still more preferably 0.4 eV or more, from the viewpoint of improving photoelectric conversion efficiency. More preferably, it is 0.5 eV or more, preferably 2.0 eV or less, more preferably 1.5 eV or less, still more preferably 1.0 eV or less, still more preferably 0.8 eV or less, and still more preferably 0.8 eV or less. 7 eV or less.
  • the particle size of the quantum dots is not particularly limited, but is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, and still more preferably from the viewpoint of developing the quantum effect and improving the dispersibility, structural stability, and photoelectric conversion efficiency. It is 3 nm or more, preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less, and further preferably 5 nm or less.
  • the particle size of the quantum dots can be measured by a conventional method such as XRD (X-ray diffraction) crystallite size analysis or transmission electron microscope observation.
  • the quantum dots having the band gap energy include metal oxides and metal chalcogenides (for example, sulfides, selenides, tellurides, and the like). Specifically, PbS, PbSe, PbTe, CdS, CdSe, CdTe, Sb 2 S 3 , Bi 2 S 3 , Ag 2 S, Ag 2 Se, Ag 2 Te, Au 2 S, Au 2 Se, Au 2 Te, Cu 2 S, Cu 2 Se, Cu 2 Te, Fe 2 S, Fe 2 Se, Fe 2 Te, In 2 S 3 , SnS, SnSe, SnTe, CuInS 2 , CuInSe 2 , CuInTe 2 , EuS, EuSe, EuTe, and the like. From the viewpoint of excellent durability (oxidation resistance) and photoelectric conversion efficiency, the quantum dots preferably contain a Pb element, more preferably contain PbS or PbSe, and more preferably contain PbS.
  • the quantum dot is preferably a quantum dot containing a halogen element-containing substance as a ligand, or an organic compound, from the viewpoints of dispersibility in a light absorption layer and a dispersion, ease of production, cost, and excellent performance expression.
  • a quantum dot containing a halogen element-containing substance as a ligand may be included.
  • Examples of the organic compound that is the ligand include a carboxy group-containing compound, an amino group-containing compound, a thiol group-containing compound, and a phosphino group-containing compound.
  • carboxy group-containing compound examples include oleic acid, stearic acid, palmitic acid, myristic acid, lauric acid, and capric acid.
  • amino group-containing compound examples include oleylamine, stearylamine, palmitylamine, myristylamine, laurylamine, caprylamine, octylamine, hexylamine, and butylamine.
  • thiol group-containing compound examples include ethanethiol, ethanedithiol, benzenethiol, benzenedithiol, decanethiol, decanedithiol, and mercaptopropionic acid.
  • Examples of the phosphino group-containing compound include trioctylphosphine and tributylphosphine.
  • the organic ligand is preferably a carboxy group-containing compound or an amino group-containing compound, more preferably a carboxy group-containing compound, from the viewpoints of quantum dot production ease, dispersion stability, versatility, cost, and excellent performance expression.
  • a compound more preferably a fatty acid having 8 or more carbon atoms, still more preferably a fatty acid having 12 or more carbon atoms, and still more preferably oleic acid.
  • the molar ratio of the organic ligand to the metal elements that make up the quantum dot improves the dispersibility of the quantum dot in the light absorption layer or in the dispersion liquid, resulting in superior performance.
  • the halogen element of the halogen element-containing substance that is the ligand is not particularly limited, and examples thereof include fluorine, chlorine, bromine, and iodine.
  • the halogen element is preferably iodine or bromine, more preferably iodine, from the viewpoints of manufacturability of quantum dots, dispersion stability, versatility, cost, and excellent performance.
  • halogen element-containing substance that is the ligand examples include iodine, ammonium iodide, methylammonium iodide, and the like, and ease of production of quantum dots, dispersion stability, versatility, cost, and excellent performance expression From the viewpoint of the above, iodine is preferable.
  • the atomic ratio of the halogen element to the metal element constituting the quantum dot is not particularly limited, the viewpoint of improving the dispersibility of the quantum dot in the light absorption layer or the dispersion, and the carrier transfer from the perovskite compound to the quantum dot From the viewpoint of suppression, it is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, still more preferably 0.3 or more, preferably 1 or less, more preferably 0.8 or less, still more preferably 0.7 or less. It is.
  • the quantum dots of the light absorption layer are, for example, elemental analysis, infrared (IR) spectrum, Raman spectrum, nuclear magnetic resonance (NMR) spectrum, X-ray diffraction (XRD) pattern, absorption spectrum, emission spectrum, small angle X-ray scattering, It can be identified by conventional methods such as electron microscope observation and electron beam diffraction.
  • a preferable combination of the perovskite compound and the quantum dot is preferably a combination of compounds containing the same metal element from the viewpoint of uniform dispersibility, durability, and photoelectric conversion efficiency of the quantum dot.
  • Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 PbBr 3 and PbS Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 PbI 3 and PbS, Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 PbBr 3 and PbSe, Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 PbI 3 and PbSe can be mentioned, and a combination of Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 PbI 3 and PbS is preferable.
  • the light absorption layer of the present invention preferably has an intermediate band.
  • the intermediate band is an energy level formed by the interaction between the quantum dots in the band gap of the perovskite compound, and exists in the energy position near the conduction band lower end and / or the valence band upper end of the quantum dot.
  • the intermediate band is formed, for example, by regularly arranging quantum dots at a high density in a matrix of a perovskite compound.
  • the content ratio of the quantum dots with respect to the total content of the perovskite compound and the quantum dots in the light absorption layer forms an intermediate band in the light absorption layer by reducing the distance between the quantum dots and causing the quantum dots to interact.
  • it is preferably 7.5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, still more preferably 15% by mass or more, and still more preferably 17% by mass or more.
  • it is preferably 40% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and further preferably 25% by mass or less. .
  • the distance between the quantum dot particles in the light absorption layer is such that the quantum dots interact with each other to form an intermediate band in the light absorption layer, improving the quantum efficiency of the two-stage light absorption and increasing the photoelectric conversion efficiency.
  • the thickness is preferably 10 nm or less, more preferably 6 nm or less, and still more preferably 4.5 nm or less.
  • the particle density of the quantum dots in the light absorption layer forms an intermediate band in the light absorption layer by interacting between the quantum dots, improves the quantum efficiency of two-stage light absorption, and improves the photoelectric conversion efficiency.
  • the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 700 nm of the light absorption layer is 2 from the intermediate band to the conduction band of the perovskite compound after the electrons photoexcited from the valence band of the perovskite compound to the conduction band move to the intermediate band. It is inferred to correspond to the quantum efficiency with stepped light absorption.
  • the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 700 nm of the light absorption layer is preferably 0.1% or more, more preferably 0.5% or more, and further preferably 1% or more, from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency.
  • the difference in external quantum efficiency ( ⁇ EQE) at 900 nm of the light absorption layer corresponds to the quantum efficiency in which electrons photoexcited from the valence band of the perovskite compound to the intermediate band are further absorbed in two steps into the conduction band of the perovskite compound.
  • the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 900 nm of the light absorption layer is preferably 0.01% or more, more preferably 0.03% or more, and further preferably 0.05% or more from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency. .
  • the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 1100 nm of the light absorption layer corresponds to the quantum efficiency in which the electrons photoexcited from the valence band of the quantum dot to the intermediate band are further absorbed into the conduction band of the perovskite compound in two steps. I guess that.
  • the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 1100 nm of the light absorption layer is preferably 0.005% or more, more preferably 0.01% or more, and further preferably 0.02% or more from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency. .
  • the energy difference between the valence band and the intermediate band of the perovskite compound is preferably 1.0 eV or more, more preferably 1.2 eV or more, still more preferably 1.3 eV or more, from the viewpoint of improving photoelectric conversion efficiency.
  • it is 2.0 eV or less, More preferably, it is 1.6 eV or less, More preferably, it is 1.4 eV or less.
  • the energy difference between the intermediate band and the conduction band of the perovskite compound is preferably 0.1 eV or more, more preferably 0.2 eV or more, and further preferably 0.3 eV or more, from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency. , Preferably 1.5 eV or less, more preferably 0.8 eV or less, still more preferably 0.6 eV or less.
  • the external quantum efficiency (EQE) at 500 nm of the light absorption layer is derived from the light absorption of the perovskite compound.
  • the EQE at 500 nm of the light absorption layer is preferably 10% or more, more preferably 30% or more, and further preferably 40% or more, from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency.
  • the external quantum efficiency (EQE) at 500 nm of the light absorption layer may be lower than that of a perovskite compound alone that does not contain quantum dots.
  • EQE external quantum efficiency
  • the energy levels of the valence band upper end and the conduction band lower end of the quantum dot exist in the band gap of the perovskite compound, carriers (electrons, holes) generated by light absorption of the perovskite compound are It is presumed that the 500 nm EQE is lowered by the carrier movement to the quantum dots.
  • the EQE ratio of the light absorption layer of the present invention to the 500 nm EQE of the light absorption layer of the perovskite compound alone is preferably 0.1 or more, more preferably 0.3 or more, and still more preferably 0, from the viewpoint of improving photoelectric conversion efficiency. .55 or more.
  • the external quantum efficiency (EQE) at 900 nm of the light absorption layer is derived from the light absorption of the quantum dots.
  • the EQE at 900 nm of the light absorption layer is preferably 0.1% or more, more preferably 1% or more, and further preferably 1.5% or more from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency.
  • the thickness of the light absorption layer is not particularly limited, but is preferably 30 nm or more, more preferably 50 nm or more, and still more preferably 80 nm or more from the viewpoint of increasing light absorption and improving photoelectric conversion efficiency. From the viewpoint of improving the efficiency of photoelectric conversion by improving the carrier transfer efficiency to the layer or the electron transport agent layer, it is preferably 1000 nm or less, more preferably 800 nm or less, still more preferably 600 nm or less, and still more preferably 500 nm or less.
  • the thickness of the light absorption layer can be measured by a measuring method such as electron microscope observation of the film cross section.
  • the surface smoothness of the light absorption layer is preferably 100 nm or more, more preferably 200 nm or more, still more preferably 300 nm or more, and still more preferably 400 nm or more, from the viewpoint of improving the strength of the hole transport agent (HTM) layer. From the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency, it is preferably 1000 nm or less, more preferably 800 nm or less, and still more preferably 700 nm or less.
  • the coverage of the light absorbing layer with respect to the porous layer is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, still more preferably 30% or more, and still more preferably 40%. More preferably, it is 50% or more and 100% or less.
  • the absorbance ratio (QD / P) of the quantum dots (QD) to the perovskite compound (P) in the light absorption layer is preferably 0.3 or less, more preferably 0.2, from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency (voltage). Hereinafter, it is more preferably 0.1 or less, and still more preferably 0.
  • the absorbance ratio (QD / P) in the light absorption layer is determined from the absorption spectrum of the light absorption layer measured by the method described in the examples below, and at least one perovskite of the maximum absorbance of at least one quantum dot. It is the ratio to the absorbance of the compound.
  • the absorbance of at least one kind of quantum dot and the absorbance of at least one kind of perovskite compound are respectively obtained as the absorbance at the absorption peak position when they are measured alone.
  • the emission peak energy in the light absorption layer is preferably set to 0. 0 when the light absorption layer is excited with light that is greater than the band gap energy of the quantum dots and less than the band gap energy of the perovskite. 2 eV or more, more preferably 0.4 eV or more, still more preferably 0.6 eV or more, still more preferably 0.8 eV or more.
  • preferably 1.4 eV or less is preferably it is 1.3 eV or less, More preferably, it is 1.2 eV or less, More preferably, it is 1.1 eV or less.
  • the difference between the emission peak energy in the light absorption layer and the band gap energy of the perovskite compound is preferably 0.2 eV or more, more preferably 0.4 eV, and still more preferably 0.5 eV or more from the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency. , Preferably 1.5 eV or less, more preferably 1.0 eV or less, still more preferably 0.7 eV or less.
  • the difference between the emission peak energy in the light absorption layer and the band gap energy of the quantum dots is preferably 1.0 eV or less, more preferably 0.5 eV or less, and even more preferably 0.3 eV or less, from the viewpoint of improving photoelectric conversion efficiency. Even more preferably, it is 0 eV.
  • the method for producing the light absorption layer is not particularly limited, and for example, a so-called wet process method in which a dispersion liquid containing the perovskite compound and / or precursor thereof and the quantum dots is applied onto a substrate and dried is suitable. It is mentioned in. From the viewpoints of ease of production, cost, storage stability of the dispersion, and improvement in photoelectric conversion efficiency, a production method including the following step 1, step 2 and step 3 is preferred.
  • Step 1 Step of obtaining a quantum dot solid containing a halogen element-containing substance as a ligand by exchanging the organic ligand of the quantum dot containing the organic ligand with a halogen element-containing substance
  • Step 2 One or more substances selected from the quantum dot solid obtained in step 1, the compound represented by the general formula (1), the compound represented by the general formula (2), and a precursor thereof.
  • step 3 step of obtaining a light dispersion layer from the dispersion obtained in step 2 (step 3) of obtaining a dispersion by mixing a solution or a mixed solution containing
  • quantum dots may be synthesized using a hydrophobic organic compound having a relatively large molecular size, such as oleic acid, as a ligand in order to control the particle size of the quantum dots, suppress aggregation, and improve dispersibility. is there.
  • the quantum dots exhibit excellent dispersibility in non- (low) polar organic solvents such as toluene, but are poorly dispersible in polar organic solvents such as N, N-dimethylformamide and methanol. Therefore, when the solvent in which the perovskite compound and / or its precursor is dispersed or dissolved is a polar organic solvent, it is necessary to disperse the quantum dots in the polar organic solvent. Coordination is preferred.
  • the quantum dot ligand preferably contains one or more halogen elements selected from iodine, ammonium iodide, methylammonium iodide, bromine, ammonium bromide, methylammonium bromide, and the like.
  • a substance is mentioned, More preferably, it is an iodine or a bromine, More preferably, it is an iodine.
  • the method of exchanging the ligand in the dispersion is preferable, and the quantum dot dispersion containing the organic ligand and the raw material solution of the halogen element-containing material are mixed at room temperature (25 ° C.) without stirring and over time.
  • the method of exchanging the ligand by standing still is more preferable.
  • the raw materials for halogen-containing substances used for ligand exchange include methylammonium iodide (methylamine hydroiodide), ammonium iodide, iodine, methylammonium bromide (methylamine hydrobromide), Preferred examples include ammonium bromide and bromine. From the viewpoints of ease of production, cost, storage stability of the dispersion, and improvement in photoelectric conversion efficiency, methylammonium iodide (methylamine hydroiodide is preferred.
  • Ammonium iodide, methylammonium bromide (methylamine hydrobromide), and ammonium bromide more preferably methylammonium iodide (methylamine hydroiodide), and One or more selected from methylammonium bromide (methylamine hydroiodide), more preferably Of methyl bromide (methylamine hydroiodide).
  • the amount of halogen element-containing material used for ligand exchange is determined based on the moles of halogen element with respect to the organic compound on the surface of the quantum dot from the viewpoints of ease of production, cost, storage stability of the dispersion, and improvement of photoelectric conversion efficiency.
  • the ratio is preferably 0.1 or more, more preferably 1 or more, still more preferably 1.5 or more, preferably 10 or less, more preferably 8 or less, and still more preferably 5 or less.
  • the solvent used for ligand exchange from the viewpoint of ease of production, cost, storage stability of the dispersion, improvement of photoelectric conversion efficiency, etc., preferably a solvent capable of dispersing quantum dots and a halogen element-containing material raw material are used. It is a mixed solvent with the solvent to be dissolved.
  • the dispersion solvent of the quantum dots is preferably one or more non- (low) polar organic solvents selected from toluene, hexane, and octane, and more preferably toluene.
  • the solvent for dissolving the halogen element-containing material is preferably one or more aprotic polar organic solvents selected from N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, ⁇ -butyrolactone, and the like, more preferably N, N-dimethyl. Formamide.
  • the quantum dot solid content concentration in the quantum dot dispersion liquid to be mixed at the time of ligand exchange is preferably 10 mg / mL or more from the viewpoint of ease of production, cost, storage stability of the dispersion liquid, and improvement of photoelectric conversion efficiency.
  • it is 50 mg / mL or more, More preferably, it is 80 mg / mL or more,
  • the halogen element-containing substance raw material concentration in the halogen element-containing substance raw material solution to be mixed at the time of ligand exchange is preferably 0.01 mol from the viewpoint of ease of production, cost, storage stability of the dispersion, and improvement of photoelectric conversion efficiency.
  • / L or more more preferably 0.1 mol / L or more, still more preferably 0.2 mol / L or more, preferably 1 mol / L or less, more preferably 0.5 mol / L or less, still more preferably 0.3 mol / L or less. It is.
  • the mixing method of the quantum dot dispersion liquid and the halogen element-containing material raw material solution at the time of ligand exchange is not particularly limited as long as it is a method of mixing over a long time without stirring. From the viewpoints of cost, storage stability of the dispersion, and improvement in photoelectric conversion efficiency, the continuous method or the dropping method (semi-continuous method) is preferable, and the dropping method is more preferable.
  • the continuous method may be a method of mixing a halogen element-containing material raw material solution with a quantum dot dispersion liquid or a method of mixing a quantum dot dispersion liquid with a halogen element-containing material raw material solution.
  • a method of mixing a halogen element-containing material raw material solution with the quantum dot dispersion liquid is preferable.
  • the mixing speed is preferably 25 ⁇ l / second or less, more preferably 5 ⁇ l / second or less, still more preferably 3 ⁇ l / second or less, from the viewpoints of ease of production, cost, storage stability of the dispersion, and improvement in photoelectric conversion efficiency. Is 0.2 ⁇ l / second or more, more preferably 0.4 ⁇ l / second or more, and still more preferably 1.5 ⁇ l / second or more.
  • the dropping method may be a method of dropping the halogen element-containing material raw material solution into the quantum dot dispersion liquid or a method of dropping the quantum dot dispersion liquid into the halogen element-containing material raw material solution. From the viewpoint of storage stability and photoelectric conversion efficiency improvement, a method of dropping a halogen element-containing material raw material solution into the quantum dot dispersion liquid is preferable.
  • the dropping speed is preferably 1 drop / 1 second or less, more preferably 1 drop / 5 seconds or less, and still more preferably 1 drop from the viewpoint of ease of production, cost, storage stability of the dispersion, and improvement in photoelectric conversion efficiency. / 8 seconds or less, preferably 1 drop / 100 seconds or more, more preferably 1 drop / 50 seconds or more, and further preferably 1 drop / 15 seconds or more.
  • the mixing time of the quantum dot dispersion liquid and the halogen element-containing material raw material solution is preferably 0.1 hours from the viewpoints of ease of production, cost, storage stability of the dispersion liquid, and improvement of photoelectric conversion efficiency. More preferably, it is 1 hour or longer, more preferably 10 hours or longer, preferably 100 hours or shorter, more preferably 48 hours or shorter, still more preferably 24 hours or shorter.
  • a method for obtaining a quantum dot solid having an organic compound and a halogen element-containing substance as a ligand is to add a washing solvent to the mixed dispersion liquid of the quantum dot dispersion and the halogen element-containing substance raw material solution.
  • a method of obtaining a quantum dot solid through a step of removing the organic compound, excess halogen element-containing material raw material, and solvent which have been coordinated on the surface of the quantum dot by filtration is preferable.
  • the washing solvent is preferably an organic solvent in which any of the quantum dots before and after ligand exchange is difficult to disperse and an organic compound and a halogen-containing substance are soluble, ease of production, cost, storage stability of the dispersion, From the viewpoint of improving the photoelectric conversion efficiency, an alcohol solvent is more preferable, and methanol is more preferable.
  • the amount of the cleaning solvent is preferably 0.1 or more, more preferably 0.5 or more, and still more preferably as the volume ratio of the cleaning solvent to the amount of the mixed dispersion of the quantum dot dispersion and the halogen element-containing material raw material solution. 1 or more, preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and still more preferably 2 or less.
  • the filter pore size during filtration is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.2 ⁇ m or more, preferably 1 ⁇ m or less, more Preferably it is 0.5 micrometer or less.
  • the filter material is preferably hydrophobic, and more preferably polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • the dispersion liquid containing 1 or more types chosen from the said perovskite compound and its precursor, and a quantum dot through the process (process 2) of mixing a liquid mixture.
  • the dispersion liquid containing the perovskite compound and / or its precursor and the quantum dots is preferably a solvent from the viewpoints of film formability, cost, storage stability, and excellent performance (for example, photoelectric conversion characteristics). contains.
  • the solvent include esters (methyl formate, ethyl formate, etc.), ketones ( ⁇ -butyrolactone, N-methyl-2-pyrrolidone, acetone, dimethyl ketone, diisobutyl ketone, etc.), ethers (diethyl ether, Methyl-tert-butyl ether, dimethoxymethane, 1,4-dioxane, tetrahydrofuran, etc.), alcohols (methanol, ethanol, 2-propanol, tert-butanol, methoxypropanol, diacetone alcohol, cyclohexanol, 2-fluoroethanol, 2 , 2,2-trifluoroethanol, 2,2,3,3-tetrafluor
  • the solvent of the dispersion is preferably a polar solvent, more preferably a ketone, an amide solvent, and dimethyl sulfoxide from the viewpoints of film formability, cost, storage stability, and excellent performance (for example, photoelectric conversion characteristics). And at least one solvent selected from the group consisting of amide solvents, still more preferably N, N-dimethylformamide.
  • the metal concentration of the perovskite compound and / or the precursor thereof in the dispersion is preferably 0.1 mol / from the viewpoint of film forming property, cost, storage stability, and excellent performance (for example, photoelectric conversion characteristics).
  • the solid content concentration of the quantum dots in the dispersion is preferably 1 mg / mL or more, more preferably 10 mg, from the viewpoints of film formability, cost, storage stability, and excellent performance (for example, photoelectric conversion characteristics).
  • / ML or more more preferably 50 mg / mL or more, preferably 100 mg / mL or less, more preferably 80 mg / mL or less, still more preferably 60 mg / mL or less.
  • the method for preparing the dispersion is not particularly limited, but the mixing temperature is preferably 0 ° C. or higher, more preferably 10 ° C. or higher, from the viewpoints of manufacturability, cost, storage stability of the dispersion, and improvement in photoelectric conversion efficiency. Further, it is preferably 20 ° C. or higher, preferably 50 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or lower, still more preferably 30 ° C. or lower. From the same viewpoint, the mixing time is preferably more than 0 hour, more preferably 0.1 hour or more, preferably 72 hours or less, more preferably 24 hours or less, and further preferably 1 hour or less.
  • the dispersion is preferably filtered to remove coarse particles.
  • the filter pore size during filtration is The thickness is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.2 ⁇ m or more, preferably 1 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or less.
  • the filter material is preferably hydrophobic, and more preferably polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • the step of obtaining the light absorption layer from the dispersion obtained in step 2 is preferably a wet process such as coating (coating) the dispersion obtained in step 2 on the substrate.
  • a gravure coating method Bar coating method, printing method, spray method, spin coating method, dipping method, die coating method, etc., and preferably spin from the viewpoint of production ease, cost, and excellent performance (for example, photoelectric conversion characteristics).
  • It is a coating method.
  • the maximum rotational speed of the spin coating method is preferably 500 rpm or more, more preferably 1000 rpm or more, still more preferably 2000 rpm or more, and preferably 6000 rpm or less, more preferably from the viewpoint of excellent performance (for example, photoelectric conversion characteristics).
  • drying method in the wet process examples include thermal drying, airflow drying, vacuum drying, and the like from the viewpoints of manufacturability, cost, and excellent performance (for example, photoelectric conversion characteristics), and preferably thermal drying. It is.
  • the temperature of the thermal drying is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, further preferably 100 ° C. or higher, from the viewpoint of developing excellent performance (for example, photoelectric conversion characteristics). Therefore, it is preferably 200 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or lower, and still more preferably 120 ° C. or lower.
  • the heat drying time is preferably 1 minute or more, more preferably 5 minutes or more, and even more preferably 10 minutes or more from the viewpoint of developing excellent performance (for example, photoelectric conversion characteristics). Therefore, it is preferably 120 minutes or less, more preferably 60 minutes or less, and still more preferably 30 minutes or less.
  • the photoelectric conversion element of this invention has the said light absorption layer.
  • the configuration other than the light absorption layer is not particularly limited, and the configuration of a known photoelectric conversion element can be applied.
  • the photoelectric conversion element of this invention can be manufactured by a well-known method except the said light absorption layer.
  • FIG. 1 is only an example and is not limited to the mode shown in FIG.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the structure of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • the photoelectric conversion element 1 has a structure in which a transparent substrate 2, a transparent conductive layer 3, a blocking layer 4, a porous layer 5, a light absorption layer 6, and a hole transport layer 7 are sequentially stacked.
  • the transparent electrode substrate on the light 10 incident side is composed of a transparent substrate 2 and a transparent conductive layer 3, and the transparent conductive layer 3 is bonded to an electrode (negative electrode) 9 serving as a terminal for electrical connection with an external circuit.
  • the hole transport layer 7 is joined to an electrode (positive electrode) 8 serving as a terminal for electrical connection with an external circuit.
  • the material of the transparent substrate 2 may be any material as long as it has strength, durability, and light transmittance, and synthetic resin and glass can be used.
  • synthetic resin include thermoplastic resins such as polyethylene naphthalate (PEN) film, polyethylene terephthalate (PET), polyester, polycarbonate, polyolefin, polyimide, and fluororesin.
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PET polyethylene terephthalate
  • polyester polycarbonate
  • polyolefin polyimide
  • fluororesin fluororesin
  • Examples of the material of the transparent conductive layer 3 include tin-added indium oxide (ITO), fluorine-added tin oxide (FTO), tin oxide (SnO 2 ), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), and high Examples thereof include a polymer material having conductivity.
  • Examples of the polymer material include polyacetylene-based, polypyrrole-based, polythiophene-based, and polyphenylene vinylene-based polymer materials.
  • a carbon-based thin film having high conductivity can be used as the material of the transparent conductive layer 3.
  • Examples of the method for forming the transparent conductive layer 3 include a sputtering method, a vapor deposition method, and a method of applying a dispersion.
  • Examples of the material of the blocking layer 4 include titanium oxide, aluminum oxide, silicon oxide, niobium oxide, tungsten oxide, tin oxide, and zinc oxide.
  • Examples of the method for forming the blocking layer 4 include a method in which the above material is directly sputtered onto the transparent conductive layer 3 and a spray pyrolysis method. Moreover, the method of apply
  • Examples of the coating method include a gravure coating method, a bar coating method, a printing method, a spray method, a spin coating method, a dip method, and a die coating method.
  • the porous layer 5 is a layer having a function of supporting the light absorption layer 6 on the surface thereof. In order to increase the light absorption efficiency in the solar cell, it is preferable to increase the surface area of the portion that receives light. By providing the porous layer 5, the surface area of the portion that receives light can be increased.
  • Examples of the material for the porous layer 5 include metal oxides, metal chalcogenides (for example, sulfides and selenides), compounds having a perovskite crystal structure (excluding the light absorber), silicon oxides, and the like. (For example, silicon dioxide and zeolite), and carbon nanotubes (including carbon nanowires and carbon nanorods).
  • the metal oxide examples include titanium, tin, zinc, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, aluminum, and an oxide of tantalum.
  • the metal chalcogenide examples thereof include zinc sulfide, zinc selenide, cadmium sulfide, and cadmium selenide.
  • Examples of the compound having a perovskite crystal structure include strontium titanate, calcium titanate, barium titanate, lead titanate, barium zirconate, barium stannate, lead zirconate, strontium zirconate, strontium tantalate, niobate
  • Examples include potassium, bismuth ferrate, strontium barium titanate, barium lanthanum titanate, calcium titanate, sodium titanate, and bismuth titanate.
  • the material for forming the porous layer 5 is preferably used as fine particles, more preferably as a dispersion containing fine particles.
  • the method for forming the porous layer 5 include a wet method, a dry method, and other methods (for example, a method described in Chemical Review, Vol. 110, page 6595 (2010)). In these methods, it is preferable to fire after applying a dispersion (paste) to the surface of the blocking layer 4. Fine particles can be brought into close contact with each other by firing.
  • the coating method include a gravure coating method, a bar coating method, a printing method, a spray method, a spin coating method, a dip method, and a die coating method.
  • the light absorption layer 6 is the light absorption layer of the present invention described above.
  • the formation method of the light absorption layer 6 is not particularly limited.
  • a dispersion liquid containing the perovskite compound and / or its precursor and the quantum dots is prepared, and the dispersion liquid prepared on the surface of the porous layer 5 is prepared.
  • a method using a so-called wet process in which coating and drying are performed is preferable.
  • the formation method of the light absorption layer 6 is preferably a production method including the above-described step 1, step 2 and step 3 from the viewpoints of ease of production, cost, storage stability of the dispersion, and improvement of photoelectric conversion efficiency.
  • Examples of the material for the hole transport layer 7 include carbazole derivatives, polyarylalkane derivatives, phenylenediamine derivatives, arylamine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorene derivatives, hydrazone derivatives, stilbene derivatives, silazane derivatives, aromatic Group tertiary amine compounds, styrylamine compounds, aromatic dimethylidin compounds, porphyrin compounds, phthalocyanine compounds, polythiophene derivatives, polypyrrole derivatives, and polyparaphenylene vinylene derivatives.
  • Examples of the method for forming the hole transport layer 7 include a coating method and a vacuum deposition method. Examples of the coating method include a gravure coating method, a bar coating method, a printing method, a spray method, a spin coating method, a dip method, and a die coating method.
  • Examples of the material of the electrode (positive electrode) 8 and the electrode (negative electrode) 9 include metals such as aluminum, gold, silver, and platinum; tin-added indium oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), and zinc oxide (ZnO). Conductive metal oxides such as: organic conductive materials such as conductive polymers; carbon-based materials such as nanotubes. Examples of the method for forming the electrode (positive electrode) 8 and the electrode (negative electrode) 9 include a vacuum deposition method, a sputtering method, and a coating method.
  • the solar cell of this invention has the said photoelectric conversion element.
  • the configuration other than the light absorption layer is not particularly limited, and a known solar cell configuration can be applied.
  • the solar cell of the present invention may be an intermediate band solar cell.
  • R is two or more kinds of monovalent cations
  • M is a divalent metal cation
  • X is a halogen anion.
  • R 1 , R 2 And R 3 Are each independently a monovalent cation, R 1 , R 2 And R 3 At least two of which are different monovalent cations, R 1 , R 2 And R 3 At least one of them is a monovalent inorganic cation
  • M is a divalent metal cation
  • X is a halogen anion
  • n is an integer of 1 or more and 10 or less.
  • the R is an inorganic cation of a group 1 element of the periodic table and an organic cation, and the inorganic cation of the group 1 element of the periodic table is preferably K + , Rb + And Cs + One or more selected from R, more preferably Rb + And Cs + One or more selected from Cs, more preferably Cs +
  • the organic cation is preferably one or more selected from an ammonium ion which may have a substituent and a phosphonium ion which may have a substituent, and has the substituent.
  • the ammonium ion which may be preferably one or more selected from alkylammonium ions, formamidinium ions and arylammonium ions, more preferably one or more selected from alkylammonium ions and formamidinium ions, More preferably, it is at least one selected from monoalkylammonium ions and formamidinium ions, and even more preferably at least one selected from methylammonium ions, ethylammonium ions, butylammonium ions, and formamidinium ions.
  • Ri and further still more preferably methyl ammonium ion, ⁇ 1> or light absorbing layer according to ⁇ 2>.
  • the R is preferably a combination of an inorganic cation and an organic cation, more preferably K + , Rb + And Cs + A combination of one or more selected from alkylammonium ions and formamidinium ions, more preferably Rb. + And Cs + A combination of one or more selected from methylammonium ion, ethylammonium ion, butylammonium ion and formamidinium ion, more preferably Cs. +
  • ⁇ 5> The light absorbing layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 4>, wherein in R, the most abundant monovalent cation is an organic cation, and the least monovalent cation is an inorganic cation.
  • the molar ratio of the minimum monovalent cation to the total monovalent cation is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, still more preferably 0.08 or more, and still more preferably 0.09 or more.
  • the molar ratio of the most contained monovalent cation to the whole monovalent cation is preferably 0.3 or more, more preferably 0.5 or more, still more preferably 0.8 or more, and even more preferably 0.85 or more.
  • it is 0.99 or less, More preferably, it is 0.95 or less, More preferably, it is 0.93 or less, More preferably, it is 0.91 or less,
  • the molar ratio of the smallest monovalent cation to the whole monovalent cation is 0.01 or more and 0.4 or less, and the molar ratio of the most contained monovalent cation to the whole monovalent cation is: 0.3 or more and 0.99 or less, More preferably, the molar ratio of the smallest monovalent cation to the whole monovalent cation is 0.05 or more and 0.3 or less, and the molar ratio of the most contained monovalent cation to the whole monovalent cation is 0.5 or more and 0.95 or less, More preferably, the molar ratio of the smallest monovalent cation to the whole monovalent cation is 0.08 or more and 0.2 or less, and the molar ratio of the most contained monovalent cation to the whole monovalent cation is 0.8 to 0.93, More preferably, the molar ratio of the smallest monovalent cation to the whole monovalent cation is 0.09 or more and 0.15 or less, and the molar ratio of the smallest mono
  • R 1 , R 2 And R 3 Is an inorganic cation of a group 1 element of the periodic table and an organic cation, and the inorganic cation of the group 1 element of the periodic table is preferably K + , Rb + And Cs + One or more selected from R, more preferably Rb + And Cs + One or more selected from Cs, more preferably Cs +
  • the organic cation is preferably one or more selected from an ammonium ion which may have a substituent and a phosphonium ion which may have a substituent, and has the substituent.
  • the ammonium ion which may be preferably one or more selected from alkylammonium ions, formamidinium ions and arylammonium ions, more preferably one or more selected from alkylammonium ions and formamidinium ions, More preferably, it is at least one selected from monoalkylammonium ions and formamidinium ions, still more preferably methylammonium ions, ethylammonium ions, butylammonium ions, hexylammonium ions, octylammonium ions.
  • ⁇ 1> to ⁇ 7> which is one or more selected from ON, decyl ammonium ion, dodecyl ammonium ion, tetradecyl ammonium ion, hexadecyl ammonium ion, and octadecyl ammonium ion, and more preferably methyl ammonium ion.
  • ON decyl ammonium ion
  • dodecyl ammonium ion dodecyl ammonium ion
  • tetradecyl ammonium ion hexadecyl ammonium ion
  • octadecyl ammonium ion preferably methyl ammonium ion.
  • the light absorption layer of any one of these.
  • R 1 , R 2 And R 3 Is preferably an inorganic cation, an inorganic cation, and an organic cation, or a combination of an inorganic cation, an organic cation, and an organic cation, and more preferably a combination of an inorganic cation, an organic cation, and an organic cation, and any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>
  • R 1 Is an alkylammonium ion or formamidinium ion
  • the R 2 Is K + , Rb + Or Cs +
  • the M is preferably Pb 2+ , Sn 2+ Or Ge 2+ And more preferably Pb 2+ Or Sn 2+ And more preferably Pb 2+
  • the compound represented by the general formula (1) is preferably Cs.
  • the ratio of the strongest peak intensity of the metal halide salt to the strongest peak intensity of the perovskite compound is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, still more preferably 0.1 or more, preferably 1 or less.
  • the light absorbing layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 16>, which is preferably 0.7 or less, more preferably 0.4 or less.
  • the band gap energy of the perovskite compound is 1.0 eV or more and 3.0 eV or less
  • the ratio of the strongest peak intensity of the metal halide salt to the strongest peak intensity of the perovskite compound is 0.01 or more and 1 or less.
  • the band gap energy of the perovskite compound is 1.3 eV or more and 2.0 eV or less, and the ratio of the strongest peak intensity of the metal halide salt to the strongest peak intensity of the perovskite compound is 0.05 or more and 0.7 And More preferably, the band gap energy of the perovskite compound is 1.5 eV or more and 1.7 eV or less, and the ratio of the strongest peak intensity of the metal halide salt to the strongest peak intensity of the perovskite compound is 0.1 or more and 0.4
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 15>, wherein: ⁇ 19>
  • the crystallite size of the perovskite compound in the light absorption layer is preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, still more preferably 27 nm or more, and preferably 1000 nm or less, ⁇ 1> to ⁇ 18>
  • ⁇ 20> The light absorption layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 19>, wherein a band gap energy of the quantum dots is 0.2 eV or more and less than a band gap energy of the perovskite compound.
  • the band gap energy of the quantum dots is preferably 0.8 eV or more, more preferably 0.9 eV or more, further preferably 1.0 eV or more, preferably 1.6 eV or less, more preferably 1.5 eV or less,
  • the band gap energy of the perovskite compound is 1.0 eV or more and 3.0 eV or less, and the band gap energy of the quantum dots is 0.8 eV or more and 1.6 eV or less, More preferably, the band gap energy of the perovskite compound is 1.3 eV or more and 2.0 eV or less, and the band gap energy of the quantum dots is 0.9 eV or more and 1.5 eV or less, More preferably, the band gap energy of the perovskite compound is 1.5 eV or more and 1.7 eV or less, and the band gap energy of the quantum dots is 1.0 eV or more and 1.4 eV or less, More preferably, the band gap energy of the perovskite compound is 1.5 eV or more and 1.7 eV or less, and the band gap energy of the quantum dots is 1.0 eV or more and 1.3 eV or less, ⁇ 1> to ⁇ 21> The light absorption layer of any one of 21 .
  • the difference between the band gap energy of the perovskite compound and the band gap energy of the quantum dots is preferably 0.2 eV or more, more preferably 0.3 eV or more, still more preferably 0.4 eV or more, and even more preferably 0.5 eV. Or more, preferably 2.0 eV or less, more preferably 1.5 eV or less, still more preferably 1.0 eV or less, still more preferably 0.8 eV or less, still more preferably 0.7 eV or less, ⁇ 1>
  • the light absorbing layer according to any one of to ⁇ 22>.
  • the band gap energy of the perovskite compound is 1.0 eV or more and 3.0 eV or less
  • the band gap energy of the quantum dots is 0.8 eV or more and 1.6 eV or less
  • the band gap energy of the perovskite compound is
  • the band gap energy of the quantum dots is 0.2 eV or more and 2.0 eV or less
  • the band gap energy of the perovskite compound is 1.3 eV or more and 2.0 eV or less
  • the band gap energy of the quantum dot is 0.9 eV or more and 1.5 eV or less
  • the band gap energy of the perovskite compound is The difference between the energy and the band gap energy of the quantum dots is 0.3 eV or more and 1.0 eV or less
  • the band gap energy of the perovskite compound is 1.5 eV or more and 1.7 eV or less
  • the band gap energy of the quantum dots is 1.0 eV or more and 1.4
  • the particle size of the quantum dots is preferably 1 nm or more, more preferably 2 nm or more, further preferably 3 nm or more, preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less, and further preferably 5 nm or less.
  • ⁇ 26> The light absorption layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 25>, wherein the quantum dots include a metal oxide or a metal chalcogenide.
  • the quantum dots preferably include a Pb element, more preferably include PbS or PbSe, and further preferably include PbS.
  • the quantum dots include quantum dots containing a halogen element-containing substance as a ligand, or quantum dots containing an organic compound and a halogen element-containing substance as a ligand.
  • the light absorption layer described in 1. ⁇ 29> The organic compound as the ligand is preferably a carboxy group-containing compound or an amino group-containing compound, more preferably a carboxy group-containing compound, more preferably a fatty acid having 8 or more carbon atoms, and still more preferably a fatty acid having 12 or more carbon atoms.
  • the light absorbing layer according to ⁇ 28> more preferably oleic acid.
  • the molar ratio of the organic compound that is the ligand to the metal element constituting the quantum dot is preferably 0.001 or more, more preferably 0.005 or more, still more preferably 0.01 or more, and preferably 0.00.
  • the light absorption layer according to ⁇ 28> or ⁇ 29> which is 6 or less, more preferably 0.1 or less, and still more preferably 0.05 or less.
  • ⁇ 32> The light absorption layer according to any one of ⁇ 28> to ⁇ 30>, wherein the halogen element-containing substance that is the ligand is iodine.
  • the atomic ratio of the halogen element to the metal element constituting the quantum dot is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more, still more preferably 0.3 or more, preferably 1 or less, more preferably 0.
  • the light absorbing layer according to any one of ⁇ 28> to ⁇ 32> which is 0.8 or less, more preferably 0.7 or less.
  • the combination of the perovskite compound and the quantum dot is Cs 0.1 (CH 3 NH 3 ) 0.9 PbI 3
  • the content ratio of the quantum dots to the total content of the perovskite compound and the quantum dots in the light absorption layer is preferably 7.5% by mass or more, more preferably 10% by mass or more, still more preferably 15% by mass or more, and still more.
  • the light according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 35> which is preferably 17% by mass or more, preferably 40% by mass or less, more preferably 30% by mass or less, and still more preferably 25% by mass or less.
  • the distance between the particles of the quantum dots in the light absorption layer is preferably 10 nm or less, more preferably 6 nm or less, and further preferably 4.5 nm or less, ⁇ 1> to ⁇ 36> Light absorption layer.
  • the particle density of the quantum dots in the light absorption layer is preferably 1 ⁇ 10 10 Piece / cm 2 Or more, more preferably 1 ⁇ 10 11 Piece / cm 2 Or more, more preferably 1 ⁇ 10 12 Piece / cm 2 More preferably, 2.2 ⁇ 10 12 Piece / cm 2 Or more, preferably 1 ⁇ 10 14 Piece / cm 2 Or less, more preferably 1 ⁇ 10 13 Piece / cm 2 Or less, more preferably 5 ⁇ 10 12 Piece / cm 2
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 37>, which is as follows.
  • the content ratio of the quantum dots with respect to the total content of the perovskite compound and the quantum dots in the light absorption layer is 7.5% by mass or more and 40% by mass or less, and between the particles of the quantum dots in the light absorption layer.
  • the distance is 10 nm or less, More preferably, the content ratio of the quantum dots with respect to the total content of the perovskite compound and the quantum dots in the light absorption layer is 10% by mass or more and 30% by mass or less, and between the quantum dot particles in the light absorption layer.
  • the distance is 6 nm or less, More preferably, the content ratio of the quantum dots with respect to the total content of the perovskite compound and the quantum dots in the light absorption layer is 15% by mass or more and 25% by mass or less, and between the quantum dot particles in the light absorption layer.
  • the distance is 4.5 nm or less, More preferably, the content ratio of the quantum dots with respect to the total content of the perovskite compound and the quantum dots in the light absorption layer is 17% by mass or more and 25% by mass or less, and between the particles of the quantum dots in the light absorption layer.
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 38>, wherein the distance is 4.5 nm or less.
  • the content ratio of the quantum dots with respect to the total content of the perovskite compound and the quantum dots in the light absorption layer is 7.5% by mass or more and 40% by mass or less
  • the particle density of the quantum dots in the light absorption layer Is 1 ⁇ 10 10 Piece / cm 2 1 ⁇ 10 or more 14 Piece / cm 2
  • the content ratio of the quantum dots to the total content of the perovskite compound and the quantum dots in the light absorption layer is 10% by mass or more and 30% by mass or less
  • the particle density of the quantum dots in the light absorption layer is 1 ⁇ 10 11 Piece / cm 2 1 ⁇ 10 or more 13 Piece / cm 2
  • the content ratio of the quantum dots to the total content of the perovskite compound and the quantum dots in the light absorption layer is 15% by mass or more and 25% by mass or less
  • the particle density of the quantum dots in the light absorption layer is 1 ⁇ 10 12 Piece / cm 2 5 ⁇ 10 or more 12 Piece
  • the particle density of the quantum dots in the light absorption layer is 1 ⁇ 10 10 Piece / cm 2 1 ⁇ 10 or more 14 Piece / cm 2
  • the content ratio of the quantum dots with respect to the total content of the perovskite compound and the quantum dots in the light absorption layer is 10% by mass or more and 30% by mass or less, and between the quantum dot particles in the light absorption layer.
  • the distance is 6 nm or less, and the particle density of the quantum dots in the light absorption layer is 1 ⁇ 10 11 Piece / cm 2 1 ⁇ 10 or more 13 Piece / cm 2 And More preferably, the content ratio of the quantum dots with respect to the total content of the perovskite compound and the quantum dots in the light absorption layer is 15% by mass or more and 25% by mass or less, and between the quantum dot particles in the light absorption layer.
  • the distance is 4.5 nm or less, and the particle density of the quantum dots in the light absorption layer is 1 ⁇ 10 12 Piece / cm 2 5 ⁇ 10 or more 12 Piece / cm 2 And More preferably, the content ratio of the quantum dots with respect to the total content of the perovskite compound and the quantum dots in the light absorption layer is 17% by mass or more and 25% by mass or less, and between the quantum dot particles in the light absorption layer.
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 38>, wherein: ⁇ 42>
  • the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 700 nm of the light absorption layer is preferably 0.1% or more, more preferably 0.5% or more, and further preferably 1% or more, from ⁇ 1> to ⁇ 41>
  • the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 900 nm of the light absorption layer is preferably 0.01% or more, more preferably 0.03% or more, and further preferably 0.05% or more.
  • ⁇ 1> to ⁇ 42 > The light absorption layer of any one of>.
  • ⁇ 44> The external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 1100 nm of the light absorption layer is preferably 0.005% or more, more preferably 0.01% or more, and further preferably 0.02% or more.
  • the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 700 nm of the light absorption layer is 0.1% or more, and the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 900 nm of the light absorption layer is 0.01% or more.
  • the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 1100 nm of the light absorption layer is 0.005% or more, More preferably, the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 700 nm of the light absorption layer is 0.5% or more, and the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 900 nm of the light absorption layer is 0.03% or more.
  • the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 1100 nm of the light absorption layer is 0.01% or more, More preferably, the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 700 nm of the light absorption layer is 1% or more, and the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 900 nm of the light absorption layer is 0.05% or more,
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 44>, wherein an external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at 1100 nm of the light absorption layer is 0.02% or more.
  • the energy difference between the valence band and the intermediate band of the perovskite compound is preferably 1.0 eV or more, more preferably 1.2 eV or more, still more preferably 1.3 eV or more, preferably 2.0 eV or less, more
  • the energy difference between the intermediate band and the conduction band of the perovskite compound is preferably 0.1 eV or more, more preferably 0.2 eV or more, still more preferably 0.3 eV or more, preferably 1.5 eV or less, more preferably The light absorbing layer according to any one of ⁇ 35> to ⁇ 46>, wherein is 0.8 eV or less, more preferably 0.6 eV or less.
  • the energy difference between the valence band and the intermediate band of the perovskite compound is 1.0 eV or more and 2.0 eV or less, and the energy difference between the intermediate band and the conduction band of the perovskite compound is 0.1 eV.
  • the energy difference between the valence band and the intermediate band of the perovskite compound is 1.2 eV or more and 1.6 eV or less, and the energy difference between the intermediate band and the conduction band of the perovskite compound is 0. 2 eV or more and 0.8 eV or less, More preferably, the energy difference between the valence band and the intermediate band of the perovskite compound is 1.3 eV or more and 1.4 eV or less, and the energy difference between the intermediate band and the conduction band of the perovskite compound is 0.
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 35> to ⁇ 47>, which is 3 eV or more and 0.6 eV or less.
  • the external quantum efficiency (EQE) at 500 nm of the light absorption layer is preferably 10% or more, more preferably 30% or more, and still more preferably 40% or more, ⁇ 1> to ⁇ 48> Light absorption layer.
  • the EQE ratio of the light absorption layer to the 500 nm EQE of the light absorption layer of the perovskite compound alone is preferably 0.1 or more, more preferably 0.3 or more, and further preferably 0.55 or more.
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 49>.
  • the external quantum efficiency (EQE) at 500 nm of the light absorption layer is 10% or more, and the EQE ratio of the light absorption layer to the 500 nm EQE of the light absorption layer of the perovskite compound alone is 0.1 or more.
  • the external quantum efficiency (EQE) at 500 nm of the light absorption layer is 30% or more, and the EQE ratio of the light absorption layer to the 500 nm EQE of the light absorption layer of the perovskite compound alone is preferably 0.3.
  • the external quantum efficiency (EQE) at 500 nm of the light absorption layer is 40% or more, and the EQE ratio of the light absorption layer to the 500 nm EQE of the light absorption layer of the perovskite compound alone is preferably 0.55.
  • the external quantum efficiency (EQE) at 900 nm of the light absorption layer is preferably 0.1% or more, more preferably 1% or more, and further preferably 1.5% or more, any one of ⁇ 1> to ⁇ 51>
  • the external quantum efficiency (EQE) at 500 nm of the light absorption layer is 10% or more, and the external quantum efficiency (EQE) at 900 nm of the light absorption layer is 0.1% or more, More preferably, the external quantum efficiency (EQE) at 500 nm of the light absorption layer is 30% or more, and the external quantum efficiency (EQE) at 900 nm of the light absorption layer is 1% or more. More preferably, the external quantum efficiency (EQE) at 500 nm of the light absorption layer is 40% or more, and the external quantum efficiency (EQE) at 900 nm of the light absorption layer is 1.5% or more.
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 52>.
  • the external quantum efficiency (EQE) at 500 nm of the light absorption layer is 10% or more, and the EQE ratio of the light absorption layer to the 500 nm EQE of the light absorption layer of the perovskite compound alone is 0.1 or more.
  • the external quantum efficiency (EQE) at 900 nm of the light absorption layer is 0.1% or more, More preferably, the external quantum efficiency (EQE) at 500 nm of the light absorption layer is 30% or more, and the EQE ratio of the light absorption layer to the 500 nm EQE of the light absorption layer of the perovskite compound alone is 0.3 or more.
  • the external quantum efficiency (EQE) at 900 nm of the light absorption layer is 1% or more, More preferably, the external quantum efficiency (EQE) at 500 nm of the light absorption layer is 40% or more, and the EQE ratio of the light absorption layer to the 500 nm EQE of the light absorption layer of the perovskite compound alone is 0.55 or more.
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 53>, wherein an external quantum efficiency (EQE) at 900 nm of the light absorption layer is 1.5% or more.
  • the thickness of the light absorption layer is preferably 30 nm or more, more preferably 50 nm or more, still more preferably 80 nm or more, preferably 1000 nm or less, more preferably 800 nm or less, still more preferably 600 nm or less, still more preferably 500 nm or less.
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 54>, wherein ⁇ 56>
  • the surface smoothness of the light absorption layer is preferably 100 nm or more, more preferably 200 nm or more, still more preferably 300 nm or more, still more preferably 400 nm or more, preferably 1000 nm or less, more preferably 800 nm or less, still more preferably 700 nm.
  • the coverage of the light absorbing layer to the porous layer is preferably 10% or more, more preferably 20% or more, still more preferably 30% or more, still more preferably 40% or more, and still more preferably 50% or more,
  • the absorbance ratio (QD / P) of the quantum dots (QD) to the perovskite compound (P) in the light absorption layer is preferably 0.3 or less, more preferably 0.2 or less, still more preferably 0.1 or less, and even more.
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 57>, which is preferably 0. ⁇ 59>
  • the emission peak energy in the light absorption layer is preferably 0.2 eV or more, more preferably 0.4 eV or more, and more preferably 0.4 eV or more, when the light absorption layer is excited with light that is greater than or equal to the band gap energy of the quantum dots and less than the band gap energy of the perovskite.
  • it is 0.6 eV or more, more preferably 0.8 eV or more, preferably 1.4 eV or less, more preferably 1.3 eV or less, still more preferably 1.2 eV or less, even more preferably 1.1 eV or less.
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 58>. ⁇ 60> The difference between the emission peak energy in the light absorption layer and the band gap energy of the perovskite compound is preferably 0.2 eV or more, more preferably 0.4 eV, still more preferably 0.5 eV or more, preferably 1.5 eV or less.
  • the difference between the emission peak energy in the light absorption layer and the band gap energy of the quantum dots is preferably 1.0 eV or less, more preferably 0.5 eV or less, still more preferably 0.3 eV or less, and even more preferably 0 eV.
  • the light absorption layer according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 60>.
  • the difference between the emission peak energy in the light absorption layer and the band gap energy of the perovskite compound is 0.2 eV or more and 1.5 eV or less, and the difference between the emission peak energy in the light absorption layer and the band gap energy of the quantum dots.
  • the difference between the emission peak energy in the light absorption layer and the band gap energy of the perovskite compound is 0.4 eV or more and 1.0 eV or less, and the difference between the emission peak energy in the light absorption layer and the band gap energy of the quantum dots is The difference is 0.5 eV or less, More preferably, the difference between the emission peak energy in the light absorption layer and the band gap energy of the perovskite compound is 0.5 eV or more and 0.7 eV or less, and the difference between the emission peak energy in the light absorption layer and the band gap energy of the quantum dots is The difference is 0.3 eV or less, More preferably, the difference between the emission peak energy in the light absorption layer and the band gap energy of the perovskite compound is 0.5 eV or more and 0.7 eV or less, and the emission peak energy in the light absorption layer and the band gap energy of the quantum dots are The light absorption layer according to any one of ⁇ 1
  • One or more perovskite compounds selected from the compound represented by the general formula (1) and the compound represented by the general formula (2) and / or a precursor thereof, and a halogen element-containing substance are contained as a ligand.
  • the dispersion contains a solvent, and the solvent is preferably a polar solvent, more preferably at least one selected from ketones, amide solvents, and dimethyl sulfoxide, more preferably an amide solvent, still more preferably.
  • the dispersion according to ⁇ 63> which is N, N-dimethylformamide.
  • the solid content concentration of the quantum dots in the dispersion is preferably 1 mg / mL or more, more preferably 10 mg / mL or more, still more preferably 50 mg / mL or more, preferably 100 mg / mL or less, more preferably 80 mg.
  • ⁇ 66> A light absorption layer obtained from the dispersion liquid according to any one of ⁇ 63> to ⁇ 65>.
  • Step 1 Step of obtaining a quantum dot solid containing a halogen element-containing substance as a ligand by exchanging the organic ligand of the quantum dot containing an organic ligand with a halogen element-containing substance
  • Step 2 One or more kinds selected from the quantum dot solid obtained in Step 1, a compound represented by the following general formula (1), a compound represented by the following general formula (2), and a precursor thereof Step of obtaining a dispersion by mixing a solution containing a substance or a mixture
  • Step 3 Step of obtaining a light absorption layer from the dispersion obtained in Step 2 RMX 3 (1)
  • R is two or more kinds of monovalent cations
  • M is a divalent metal cation
  • X is a halogen anion.
  • R 1 , R 2 And R 3 Are each independently a monovalent cation, R 1 , R 2 And R 3 At least two
  • ⁇ 68> The method for producing a light absorption layer according to ⁇ 67>, wherein the halogen element of the halogen element-containing substance is preferably iodine or bromine, more preferably iodine.
  • the method of ligand exchange of the organic ligand of the quantum dot containing the organic ligand to the halogen-containing material is preferably a method of ligand exchange in the dispersion, more preferably including the organic ligand.
  • the raw material of the halogen-containing material used for ligand exchange is preferably methylammonium iodide (methylamine hydroiodide), ammonium iodide, methylammonium bromide (methylamine hydrobromide), and One or more selected from ammonium bromide, more preferably one or more selected from methylammonium iodide (methylamine hydroiodide) and methylammonium bromide (methylamine hydroiodide),
  • the method for producing a light-absorbing layer according to any one of ⁇ 67> to ⁇ 69>, further preferably methylammonium iodide (methylamine hydroiodide).
  • the mixing amount of the halogen element-containing material raw material used for ligand exchange is preferably 0.1 or more, more preferably 1 or more, and still more preferably 1.5 as the molar ratio of the halogen element to the organic compound on the surface of the quantum dots.
  • the solvent used for the ligand exchange is a mixed solvent of a solvent that favorably disperses the quantum dots and a solvent that dissolves the halogen element-containing material raw material, and the dispersion solvent of the quantum dots is preferably toluene, hexane, and octane.
  • One or more non- (low) polar organic solvents selected from: more preferably toluene, and the solvent for dissolving the halogen element-containing material is preferably N, N-dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, and ⁇ -butyrolactone.
  • the method for producing a light absorption layer according to any one of ⁇ 69> to ⁇ 71> which is one or more selected aprotic polar organic solvents, more preferably N, N-dimethylformamide.
  • the quantum dot solid content concentration in the quantum dot dispersion mixed at the time of ligand exchange is preferably 10 mg / mL or more, more preferably 50 mg / mL or more, still more preferably 80 mg / mL or more, preferably 1000 mg / mL or less.
  • the method for producing a light absorption layer according to any one of ⁇ 69> to ⁇ 72> more preferably 500 mg / mL or less, and still more preferably 200 mg / mL or less.
  • the halogen element-containing substance raw material concentration in the halogen element-containing substance raw material solution mixed at the time of ligand exchange is preferably 0.01 mol / L or more, more preferably 0.1 mol / L or more, and further preferably 0.2 mol / L.
  • the mixing method of the quantum dot dispersion and the halogen element-containing material raw material solution at the time of ligand exchange is preferably a continuous method or a dropping method (semi-continuous method), more preferably a dropping method, ⁇ 69> to ⁇ 74.
  • the continuous method is a method of mixing a halogen element-containing material raw material solution into a quantum dot dispersion, and the mixing speed is preferably 25 ⁇ l / second or less, more preferably 5 ⁇ l / second or less, and even more preferably 3 ⁇ l / second or less.
  • the method for producing a light absorption layer according to ⁇ 75> preferably 0.2 ⁇ l / second or more, more preferably 0.4 ⁇ l / second or more, and further preferably 1.5 ⁇ l / second or more.
  • the dropping method is a method of dropping a halogen element-containing material raw material solution into a quantum dot dispersion, and the dropping rate is preferably 1 drop / 1 second or less, more preferably 1 drop / 5 seconds or less, and even more preferably 1 Drops / 8 seconds or less, preferably 1 drop / 100 seconds or more, more preferably 1 drop / 50 seconds or more, and further preferably 1 drop / 15 seconds or more,
  • the method for producing a light absorption layer according to ⁇ 75> is a method of dropping a halogen element-containing material raw material solution into a quantum dot dispersion, and the dropping rate is preferably 1 drop / 1 second or less, more preferably 1 drop / 5 seconds or less, and even more preferably 1 Drops / 8
  • the time for standing after mixing the quantum dot dispersion and the halogen element-containing material solution is preferably 0.1 hour or more, more preferably 1 hour or more, still more preferably 10 hours or more, preferably 100 hours or less,
  • a method of obtaining a quantum dot solid having an organic compound and a halogen element-containing substance as a ligand is obtained by adding a washing solvent to the mixed dispersion of the quantum dot dispersion liquid and the halogen element-containing substance raw material solution.
  • the washing solvent is preferably an organic solvent in which any of the quantum dots before and after ligand exchange is difficult to disperse and an organic compound and a halogen-containing substance are soluble, more preferably an alcohol solvent, and even more preferably methanol.
  • the amount of the washing solvent is preferably 0.1 or more, more preferably 0.5 or more, and still more preferably as a volume ratio of the washing solvent to the amount of the mixed dispersion of the quantum dot dispersion and the halogen element-containing material raw material solution. Is 1 or more, preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and even more preferably 2 or less, The method for producing a light-absorbing layer according to ⁇ 79> or ⁇ 80>.
  • the filter pore diameter at the time of filtration is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.2 ⁇ m or more, preferably 1 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or less.
  • any one of ⁇ 79> to ⁇ 81> The manufacturing method of the light absorption layer of description.
  • ⁇ 83> The method for producing a light absorption layer according to any one of ⁇ 79> to ⁇ 82>, wherein the filter material at the time of filtration is preferably hydrophobic, more preferably polytetrafluoroethylene (PTFE).
  • PTFE polytetrafluoroethylene
  • ⁇ 84> The method for producing a light absorption layer according to any one of ⁇ 67> to ⁇ 83>, wherein the dispersion containing the perovskite compound and / or precursor thereof and the quantum dots contains a solvent.
  • the solvent is preferably a polar solvent, more preferably at least one selected from ketones, amide solvents, and dimethyl sulfoxide, more preferably an amide solvent, still more preferably N, N-dimethylformamide.
  • a polar solvent more preferably at least one selected from ketones, amide solvents, and dimethyl sulfoxide, more preferably an amide solvent, still more preferably N, N-dimethylformamide.
  • the metal concentration of the perovskite compound and / or its precursor in the dispersion is preferably 0.1 mol / L or more, more preferably 0.2 mol / L or more, still more preferably 0.3 mol / L or more, The method for producing a light absorption layer according to ⁇ 84> or ⁇ 85>, preferably 1.5 mol / L or less, more preferably 1.0 mol / L or less, and still more preferably 0.5 mol / L or less.
  • the solid content concentration of the quantum dots in the dispersion is preferably 1 mg / mL or more, more preferably 10 mg / mL or more, still more preferably 50 mg / mL or more, preferably 100 mg / mL or less, more preferably 80 mg.
  • the metal concentration of the perovskite compound and / or precursor thereof in the dispersion is 0.1 mol / L or more and 1.5 mol / L or less, and the solid content concentration of the quantum dots in the dispersion is 1 mg / mL or more and 100 mg / mL or less, More preferably, the metal concentration of the perovskite compound and / or precursor thereof in the dispersion is 0.2 mol / L or more and 1.0 mol / L or less, and the solid content concentration of the quantum dots in the dispersion Is 10 mg / mL or more and 80 mg / mL or less, More preferably, the metal concentration of the perovskite compound and / or precursor thereof in the dispersion is 0.3 mol / L or more and 0.5 mol / L or less, and the solid content concentration of the quantum dots in the dispersion Is a method for producing a light-absorbing layer according to any one of ⁇ 84> to ⁇ 87
  • the mixing temperature in preparing the dispersion is preferably 0 ° C. or higher, more preferably 10 ° C. or higher, still more preferably 20 ° C. or higher, preferably 50 ° C. or lower, more preferably 40 ° C. or lower, and still more preferably.
  • the mixing time in preparing the dispersion is preferably more than 0 hour, more preferably 0.1 hour or more, preferably 72 hours or less, more preferably 24 hours or less, and even more preferably 1 hour or less.
  • the mixing temperature when preparing the dispersion is 0 ° C. or more and 50 ° C. or less, and the mixing time is more than 0 hour and 72 hours or less, More preferably, the mixing temperature when preparing the dispersion is 10 ° C. or more and 40 ° C. or less, and the mixing time is 0.1 hours or more and 24 hours or less, More preferably, the mixing temperature when preparing the dispersion is 20 ° C. or higher and 30 ° C.
  • the filter pore size during filtration is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.2 ⁇ m or more, preferably 1 ⁇ m or less, more preferably 0.5 ⁇ m or less.
  • ⁇ 93> The method 3 for producing a light-absorbing layer according to any one of ⁇ 67> to ⁇ 92>, wherein the step 3 is preferably a wet process, more preferably a spin coating method.
  • the maximum rotational speed of the spin coating method is preferably 500 rpm or more, more preferably 1000 rpm or more, further preferably 2000 rpm or more, preferably 6000 rpm or less, more preferably 5000 rpm or less, and further preferably 4000 rpm or less, ⁇ 93
  • ⁇ 95> The method for producing a light absorption layer according to ⁇ 93> or ⁇ 94>, wherein in the spin coating method, a poor solvent is dropped during spin coating.
  • the drying method in the wet process is heat drying, and the temperature of the heat drying is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, still more preferably 100 ° C. or higher, preferably 200 ° C. or lower, more preferably. 150 ° C. or lower, more preferably 120 ° C.
  • the heat drying time is preferably 1 minute or longer, more preferably 5 minutes or longer, still more preferably 10 minutes or longer, preferably 120 minutes or shorter, more preferably
  • ⁇ 99> ⁇ The solar cell which has a photoelectric conversion element as described in ⁇ 98>.
  • Xenon lamp white light is used as a light source (PEC-L01, manufactured by Pexel Technologies Co., Ltd.), and a light irradiation area of 0.0363 cm 2 (2 mm square) with light intensity (100 mW / cm 2 ) equivalent to sunlight (AM1.5).
  • a light source PEC-L01, manufactured by Pexel Technologies Co., Ltd.
  • a light irradiation area 0.0363 cm 2 (2 mm square) with light intensity (100 mW / cm 2 ) equivalent to sunlight (AM1.5).
  • PECK2400-N manufactured by Pexel Technologies Co., Ltd.
  • scanning speed 0.1 V / sec (0.01 V step)
  • waiting time after voltage setting 50 msec measurement integration time
  • the IV curve of the cell was measured under the conditions of 50 msec, start voltage of ⁇ 0.1 V, and end voltage of 1.1 V.
  • the light intensity was corrected with a silicon reference (BS-520, 0.5714 mA).
  • External quantum efficiency (EQE) spectrum was measured by a direct current method using a spectral sensitivity measuring device (CEP-2000MLR manufactured by Spectrometer Co., Ltd.) under a mask with a light irradiation area of 0.0363 cm 2 in a wavelength range of 300 to 1200 nm. Went.
  • An EQE having a wavelength of 500 nm derived from the light absorption of the perovskite compound and an EQE of 900 nm derived from the light absorption of the quantum dot were determined.
  • the ratio of the EQE of the quantum dot composite cell to the EQE of the perovskite single cell was calculated.
  • the external quantum efficiency difference is measured by measuring the quantum efficiency (EQE) with or without infrared bias light irradiation using an optical chopper in a spectral sensitivity measurement apparatus (CEP-1500, manufactured by Spectrometer Co., Ltd.).
  • the difference ( ⁇ EQE) between the EQE when the bias light was irradiated and the EQE when the infrared bias light was not irradiated was determined.
  • Infrared bias light that passed through a 850 nm and 1400 nm long pass filter through a xenon lamp and AM1.5 filter pseudo solar light source was used.
  • the modulation frequency of the infrared chopper was 5 Hz.
  • Measurement was performed by an alternating current method in a wavelength range of 300 to 1300 nm under a mask having a light irradiation area of 0.0361 cm 2 .
  • the external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) at wavelengths of 700 nm, 900 nm, and 1100 nm was determined.
  • the absorption spectrum of the light absorption layer was measured using a UV-Vis spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation, SolidSpec-3700), a scan speed medium speed, a sample pitch of 1 nm, and a slit in the sample before applying the hole transport agent.
  • the range of 300 to 1600 nm was measured under the conditions of a width of 20 and a detector unit integrating sphere. Background measurement was performed with an FTO (Fluorine-doped tin oxide) substrate (Asahi Glass Fabrictech Co., Ltd., 25 ⁇ 25 ⁇ 1.8 mm).
  • the absorption spectrum of the PbS quantum dot dispersion was measured in the same manner using a 1 cm square quartz cell in a dispersion having a PbS quantum dot solid concentration of 0.1 mg / mL.
  • PbS quantum dots coordinated with oleic acid hexane was used as a dispersion solvent
  • PbS quantum dots coordinated with iodine N, N-dimethylformamide (DMF) was used as a dispersion solvent.
  • Horizontal axis wavelength ⁇
  • vertical axis Absorption spectrum of absorbance A is converted into a horizontal axis: energy h ⁇
  • vertical axis ( ⁇ h ⁇ ) 1/2 ( ⁇ : extinction coefficient), and a straight line is formed at the portion where the absorption rises. Fitting was performed, and the intersection of the straight line and the base line was defined as the band gap energy.
  • the emission spectrum of the PbS quantum dot dispersion was measured using a near-infrared fluorescence spectrometer (Fluorolog, manufactured by HORIBA, Ltd.) using a 1 cm square tetrahedral transparent cell in a hexane dispersion having a PbS quantum dot solid concentration of 0.1 mg / mL. ), An excitation wavelength of 800 nm, excitation light slit width of 10 nm, emission slit width of 15 nm, uptake time of 0.1 sec, integration twice average, dark offset on were measured in the range of 850 to 1550 nm.
  • ⁇ X-ray diffraction analysis> For the crystallite size of the perovskite compound in the light absorption layer, a powder X-ray diffractometer (manufactured by Rigaku Corporation, MiniFlex600, light source CuK ⁇ , tube voltage 40 kV, tube current 15 mA) is used in the sample before applying the hole transport agent.
  • a powder X-ray diffractometer manufactured by Rigaku Corporation, MiniFlex600, light source CuK ⁇ , tube voltage 40 kV, tube current 15 mA
  • the concentration of oleic acid in the PbS quantum dot solid is heavy toluene (Sigma Aldrich Japan GK, 99 atom% D, containing TMS 0.03 vol%) solvent, iodine coordinated
  • dibromomethane manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • a heavy DMF manufactured by Tokyo Chemical Industry, 99.5 atom% D
  • NMR nuclear magnetic resonance
  • the measurement was performed under the conditions of a resonance frequency of 400 Hz, a delay time of 60 seconds, and a total of 32 times.
  • concentration of oleic acid in the PbS quantum dot solid is determined from the ratio of the integrated value of vinyl proton of oleic acid (5.5 ppm vs. TMS) to the integrated value of dibromomethane (3.9 ppm vs. TMS). It was.
  • the concentration of oleic acid in the PbS quantum dot solid is obtained from the ratio of the integrated value of methyl proton of oleic acid (0.8 ppm vs. TMS) to the integrated value of dibromomethane (3.9 ppm vs. TMS). It was.
  • the Pb / S / I / N atomic ratio in the PbS quantum dot solid was quantified by photoelectron spectroscopy (ESCA) in the PbS quantum dot solid on the glass substrate.
  • ESCA device manufactured by ULVAC-PHI, PHI Quantera SXM
  • X-ray source monochromated AlK ⁇ 25 W, 15 kV
  • beam diameter 100 ⁇ m
  • measurement range 1 mm 2 path energy 112 eV
  • step 0.2 eV charging correction neutralizer
  • ESCA measurement was performed under the conditions of Ar + irradiation, photoelectron extraction angle of 45 °, binding energy correction C1s (284.8 eV), and the composition was determined from the Pb4f, S2p, I3d, and N1s peaks.
  • the Pb / S / I / N atomic ratio 1 / 0.58 / 0/0, from the X-ray diffraction results, the crystallite diameter is 3.0 nm, from the absorption spectrum, the absorption edge wavelength is 1050 nm, and the absorption peak wavelength is 980 nm (fixed) From the emission spectrum, the emission peak wavelength was 1050 nm (excitation wavelength: 800 nm).
  • Example 1 The following steps (1) to (7) were sequentially performed to produce a cell.
  • Etching and cleaning of FTO substrate A part of a 25 mm square glass substrate with fluorine-doped tin oxide (FTO) (Asahi Glass Fabrictech Co., Ltd., 25 ⁇ 25 ⁇ 1.8 mm, hereinafter referred to as FTO substrate) is Zn powder. And 2 mol / L hydrochloric acid aqueous solution. Ultrasonic cleaning was performed in this order for 10 minutes each with 1% by weight neutral detergent, acetone, 2-propanol (IPA), and ion-exchanged water.
  • FTO substrate fluorine-doped tin oxide
  • IPA 2-propanol
  • the FTO substrate was immersed in an aqueous solution (50 mM) of titanium chloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and heated at 70 ° C. for 30 minutes. After washing with water and drying, a dense TiO 2 (cTiO 2 ) layer was formed by firing at 500 ° C. for 20 minutes (temperature rising 15 minutes).
  • aqueous solution 50 mM of titanium chloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and heated at 70 ° C. for 30 minutes.
  • cTiO 2 dense TiO 2
  • the coating solution was spin-coated on the mTiO 2 layer using a spin coater (manufactured by Mikasa Co., Ltd., MS-100) (500 rpm ⁇ 5 sec, slope 5 sec, 1000 rpm ⁇ 40 sec, slope 5 sec, 3000 rpm ⁇ 50 sec).
  • a spin coater manufactured by Mikasa Co., Ltd., MS-100
  • 1 mL of toluene dehydrated, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
  • it was dried on a hot plate at 100 ° C. for 10 minutes to form a light absorption layer.
  • the formation of the perovskite compound was confirmed by X-ray diffraction pattern, absorption spectrum and electron microscope observation, and the presence of quantum dots was confirmed by fluorescence spectrum and electron microscope observation.
  • the HTM solution was filtered through a PTFE filter having a pore size of 0.45 ⁇ m.
  • the HTM solution was spin-coated on the above light absorption layer using a spin coater (Mikasa Corporation, MS-100) (4000 rpm ⁇ 30 sec). Immediately after spin coating, it was dried on a hot plate at 70 ° C. for 30 minutes. After drying, wipe the FTO contact part and the entire back of the substrate with a cotton swab soaked in ⁇ -butyrolactone (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and then dry it on a hot plate at 70 ° C. for several minutes. A transport layer was formed.
  • Gold electrode deposition Using a vacuum deposition apparatus (VTR-060M / ERH, manufactured by ULVAC-KIKO Co., Ltd.), 100 nm of gold was deposited on the hole transport layer under vacuum (4-5 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa). The gold electrode was formed by vapor deposition (deposition rate: 8 to 9 mm / sec).
  • Example 1 In the formation of the light absorption layer of Example 1 (5), the amount of PbS quantum dot solid coordinated with iodine was changed from 0.122 g to 0.085 g without adding cesium iodide, and PbS and perovskite were changed. A light absorption layer was formed in the same manner as in Example 1 except that the mass ratio of PbS to the total content of PbS (PbS equivalent blending amount) was 15% by mass, and a cell was produced.
  • the light absorption layer of Example 1 using the perovskite compound containing two kinds of cations is more perovskite raw material (PbI) than the light absorption layer of Comparative Example 1 using the perovskite compound containing one kind of cations. It can be seen that the remaining amount of 2 ) is small and the photoelectric conversion efficiency is excellent.
  • the light absorption layer of Example 1 shows that an external quantum efficiency difference ( ⁇ EQE) is detected, two-stage light absorption occurs, and it has an intermediate band.
  • the light absorption layer and the photoelectric conversion element of the present invention can be suitably used as a constituent member of a next-generation solar cell.
  • Photoelectric conversion element 2 Transparent substrate 3: Transparent conductive layer 4: Blocking layer 5: Porous layer 6: Light absorption layer 7: Hole transport layer 8: Electrode (positive electrode) 9: Electrode (negative electrode) 10: Light

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Abstract

本発明は、光電変換効率に優れる光電変換素子及び太陽電池を形成するための光吸収層、当該光吸収層を有する光電変換素子及び太陽電池に関する。本発明の光吸収層は、下記一般式(1)で表される化合物及び下記一般式(2)で表される化合物から選ばれる1種以上のペロブスカイト化合物のマトリックス中に、量子ドットが分散しているものである。 RMX (1) (式中、Rは2種以上の1価のカチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンである。) R n-13n+1 (2) (式中、R、R、及びRはそれぞれ独立に1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも2つは異なる1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも1つは1価の無機カチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンであり、nは1以上10以下の整数である。)

Description

光吸収層、光電変換素子、及び太陽電池
 本発明は、光吸収層、該光吸収層を有する光電変換素子、及び該光電変換素子を有する太陽電池に関する。
 光エネルギーを電気エネルギーに変える光電変換素子は、太陽電池、光センサー、複写機などに利用されている。特に、環境・エネルギー問題の観点から、無尽蔵のクリーンエネルギーである太陽光を利用する光電変換素子(太陽電池)が注目されている。
 一般的なシリコン太陽電池は、超高純度のシリコンを利用すること、高真空下でのエピタキシャル結晶成長などの「ドライプロセス」により製造していること、などから、大きなコストダウンが期待できない。そこで、塗布プロセスなどの「ウェットプロセス」により製造される太陽電池が、低コストで得られる次世代太陽電池として期待されている。
 「ウェットプロセス」により製造可能な次世代太陽電池として、量子ドット太陽電池がある。量子ドットとは、粒径が約20nm以下の無機ナノ粒子であり、量子サイズ効果の発現により、バルク体とは異なる物性を示すものである。例えば、量子ドットの粒径の減少に伴い、バンドギャップエネルギーが増大(吸収波長が短波長化)することが知られており、粒径約3nmでバンドギャップエネルギー約1.2eVの硫化鉛(PbS)量子ドットを量子ドット太陽電池に用いることが報告されている(ACS Nano 2014,8,614-622)。
 また、次世代太陽電池の最有力候補として、近年の光電変換効率の急増が報告されている、ペロブスカイト太陽電池がある。このペロブスカイト太陽電池は、例えば、メチルアンモニウムなどのカチオンとヨウ化鉛(PbI)などのハロゲン化金属塩から構成されるペロブスカイト化合物(CHNHPbI)を光吸収層に用いた光電変換素子を具備する(J.Am.Chem.Soc.2009,131,6050-6051)。カチオン種、ハロゲン元素、金属元素などの組成によりペロブスカイト化合物の化学的、物理的特性が変化することが知られている。例えば、カチオン種としてメチルアンモニウムにセシウムをドープすることにより、ペロブスカイト膜の膜厚が増大し、光吸収量が増大するため、変換効率が向上することが報告されている(Nano Energy 2014,7,80-85)。
 更に、ペロブスカイト化合物が光吸収しない近赤外光領域の光電変換を発現させるために、近赤外光を吸収するPbS量子ドットを複合したペロブスカイト太陽電池が報告されている(WO2018/025445)。
 本発明は、光電変換効率に優れる光電変換素子及び太陽電池を形成するための光吸収層、当該光吸収層を有する光電変換素子及び太陽電池に関する。
 本発明者らは、近赤外光領域の光電変換効率を向上させるために、ペロブスカイト化合物(例えば、CHNHPbI)に複合させる量子ドットの量を増大させた場合、光電変換性能の低いペロブスカイト原料(例えば、PbI)が残存し、結果として光電変換効率が低下する課題を見出した。
 そして、本発明者らは、2種以上のカチオン種を含むペロブスカイト化合物を用いることにより、複合させる量子ドットの量を増大させた場合でも、ペロブスカイト原料が残存しにくくなり、優れた光電変換効率を発現する光吸収層が得られることを見出した。
 すなわち、本発明は、下記一般式(1)で表される化合物及び下記一般式(2)で表される化合物から選ばれる1種以上のペロブスカイト化合物のマトリックス中に、量子ドットが分散している光吸収層、に関する。
 RMX    (1)
(式中、Rは2種以上の1価のカチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンである。)
 R n-13n+1    (2)
(式中、R、R、及びRはそれぞれ独立に1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも2つは異なる1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも1つは1価の無機カチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンであり、nは1以上10以下の整数である。)
 2種以上のカチオン種(例えば、CHNH とCs)を含むペロブスカイト化合物を光吸収層の形成材料として用いることにより、複合させる量子ドットの量を増大させた場合でも、ペロブスカイト原料(例えば、PbI)が残存しにくくなり、優れた光電変換効率を発現する光吸収層が得られる。その理由は定かではないが、以下のように推察される。ペロブスカイト原料であるハロゲン化金属塩(例えば、PbI)とハロゲン化カチオン(例えば、CHNHI)の混合溶液から、ペロブスカイト化合物(例えば、CHNHPbI)が結晶析出する。前記混合溶液中に量子ドットが共存すると、ハロゲン化金属塩とハロゲン化カチオンとの反応が阻害され、ペロブスカイト化合物の結晶析出が抑制されるため、ペロブスカイト原料(例えば、PbI)が残存すると推察される。本発明のように、2種以上のカチオン種(例えば、CHNH とCs)を含む2種以上のハロゲン化カチオン(例えば、CHNHIとCsI)を用いると、ハロゲン化金属塩との反応適応性が拡大するとともに、ペロブスカイト化合物の結晶構造が安定化する結果、ペロブスカイト原料(例えば、PbI)が残存しにくくなり、優れた光電変換効率を発現する光吸収層が得られると推察される。更に、ペロブスカイトと量子ドットとの界面に2種以上のカチオンが存在することにより、ペロブスカイトと量子ドットとの結晶構造のひずみ(結晶格子のミスマッチ)が起こり、ペロブスカイトから量子ドットへのキャリア移動が抑制されるため、光電変換効率が向上した可能性も考えられる。
 本発明によれば、量子ドットの含有量を増大させた場合であっても、光電変換性能の低いペロブスカイト原料の含有量が少なく、光電変換効率に優れる、光吸収層、光電変換素子、及び太陽電池を得ることができる。
 また本発明者らは、特定の配位子を有する量子ドット固体を利用することにより、ウェットプロセスで光吸収層を製造する方法を見出した。
 すなわち、本発明は、次の工程1、工程2及び工程3を含む、下記一般式(1)で表される化合物及び下記一般式(2)で表される化合物から選ばれる1種以上のペロブスカイト化合物のマトリックス中に、量子ドットが分散している光吸収層の製造方法、に関する。
(工程1)有機配位子を含む量子ドットの該有機配位子を、ハロゲン元素含有物質へ配位子交換して、ハロゲン元素含有物質を配位子として含む量子ドット固体を得る工程
(工程2)工程1で得られた量子ドット固体と、下記一般式(1)で表される化合物、下記一般式(2)で表される化合物、及びその前駆体から選ばれる1種以上の物質を含む溶液又は混合液とを混合して分散液を得る工程
(工程3)工程2で得られた分散液から光吸収層を得る工程
 
 RMX    (1)
(式中、Rは2種以上の1価のカチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンである。)
 R n-13n+1    (2)
(式中、R、R、及びRはそれぞれ独立に1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも2つは異なる1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも1つは1価の無機カチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンであり、nは1以上10以下の整数である。)
本発明の光電変換素子の構造の一例を示す概略断面図である。
発明の詳細な説明
<光吸収層>
 本発明の光吸収層は、光吸収剤として、下記一般式(1)で表される化合物及び下記一般式(2)で表される化合物から選ばれる1種以上のペロブスカイト化合物、及び前記ペロブスカイト化合物のマトリックス中に分散された量子ドットを含有する。なお、本発明の光吸収層は、本発明の効果を損なわない範囲で前記以外の光吸収剤を含有していてもよい。
 RMX    (1)
(式中、Rは2種以上の1価のカチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンである。)
 R n-13n+1    (2)
(式中、R、R、及びRはそれぞれ独立に1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも2つは異なる1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも1つは1価の無機カチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンであり、nは1以上10以下の整数である。)
 前記ペロブスカイト化合物は、耐久性の向上と光電変換効率の向上とを両立する観点から、好ましくは前記一般式(1)で表される化合物である。
 前記Rは2種以上の1価のカチオンであり、例えば、周期表第一族元素の無機カチオン、及び有機カチオンが挙げられる。周期表第一族元素の無機カチオンとしては、例えば、Li、Na、K、Rb、及びCsが挙げられる。光電変換効率の向上の観点から、好ましくはK、Rb、及びCsから選ばれる1種以上であり、より好ましくはRb、及びCsから選ばれる1種以上であり、更に好ましくはCsである。有機カチオンとしては、例えば、置換基を有していてもよいアンモニウムイオン、及び置換基を有していてもよいホスホニウムイオンが挙げられる。置換基に特段の制限はない。置換基を有していてもよいアンモニウムイオンとしては、例えば、アルキルアンモニウムイオン、ホルムアミジニウムイオン及びアリールアンモニウムイオンが挙げられ、光電変換効率の向上の観点から、好ましくはアルキルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上であり、より好ましくはモノアルキルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上であり、更に好ましくはメチルアンモニウムイオン、エチルアンモニウムイオン、ブチルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上であり、より更に好ましくはメチルアンモニウムイオンである。
 2種以上のカチオンの組み合わせとしては、無機カチオンと無機カチオン、有機カチオンと有機カチオン、又は無機カチオンと有機カチオンのいずれでも良く、特段の制限は無いが、光電変換効率の向上、耐久性の向上、及びコスト低減の観点から、好ましくは無機カチオンと有機カチオンの組み合わせ、より好ましくはK、Rb、及びCsから選ばれる1種以上と、アルキルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上の組み合わせ、更に好ましくはRb、及びCsから選ばれる1種以上と、メチルアンモニウムイオン、エチルアンモニウムイオン、ブチルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上の組み合わせ、より更に好ましくはCsとメチルアンモニウムイオンの組み合わせである。
 前記Rにおいて、最も多く含まれる1価のカチオンは特に制限されないが、光電変換効率の向上、耐久性の向上、及びコスト低減の観点から、好ましくは有機カチオンである。一方、前記Rにおいて、最少の1価のカチオンは、好ましくは無機カチオンである。1価のカチオン全体に対する最少の1価のカチオンのモル比は、光電変換効率の向上、耐久性の向上、及びコスト低減の観点から、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.08以上、より更に好ましくは0.09以上であり、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下、更に好ましくは0.2以下、より更に好ましくは0.15以下である。また、1価のカチオン全体に対する最も多く含まれる1価のカチオンのモル比は、同様の観点から、好ましくは0.3以上、より好ましくは0.5以上、更に好ましくは0.8以上、より更に好ましくは0.85以上であり、好ましくは0.99以下、より好ましくは0.95以下、更に好ましくは0.93以下、より更に好ましくは0.91以下である。
 前記R、R、及びRはそれぞれ独立に1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも2つは異なる1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも1つは1価の無機カチオンである。1価のカチオンとしては、例えば、周期表第一族元素の無機カチオン、及び有機カチオンが挙げられる。周期表第一族元素の無機カチオンとしては、例えば、Li、Na、K、Rb、及びCsが挙げられる。光電変換効率の向上の観点から、好ましくはK、Rb、及びCsから選ばれる1種以上であり、より好ましくはRb、及びCsから選ばれる1種以上であり、更に好ましくはCsである。有機カチオンとしては、例えば、置換基を有していてもよいアンモニウムイオン、及び置換基を有していてもよいホスホニウムイオンが挙げられる。置換基に特段の制限はない。置換基を有していてもよいアンモニウムイオンとしては、例えば、アルキルアンモニウムイオン、ホルムアミジニウムイオン及びアリールアンモニウムイオンが挙げられ、光電変換効率の向上の観点から、好ましくはアルキルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上であり、より好ましくはモノアルキルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上であり、更に好ましくはメチルアンモニウムイオン、エチルアンモニウムイオン、ブチルアンモニウムイオン、ヘキシルアンモニウムイオン、オクチルアンモニウムイオン、デシルアンモニウムイオン、ドデシルアンモニウムイオン、テトラデシルアンモニウムイオン、ヘキサデシルアンモニウムイオン、及びオクタデシルアンモニウムイオンから選ばれる1種以上であり、より更に好ましくはメチルアンモニウムイオンである。
 前記R、R、及びRの組み合わせとしては、無機カチオンと無機カチオンと無機カチオン、無機カチオンと無機カチオンと有機カチオン、又は無機カチオンと有機カチオンと有機カチオンのいずれでも良く、特段の制限は無いが、光電変換効率の向上、耐久性の向上、及びコスト低減の観点から、好ましくは無機カチオンと無機カチオンと有機カチオン、又は無機カチオンと有機カチオンと有機カチオンの組み合わせ、より好ましくは無機カチオンと有機カチオンと有機カチオンの組み合わせである。
 前記nは1以上10以下の整数であり、耐久性の向上と光電変換効率の向上とを両立する観点から、好ましくは1以上4以下である。
 前記Mは2価の金属カチオンであり、例えば、Pb2+、Sn2+、Hg2+、Cd2+、Zn2+、Mn2+、Cu2+、Ni2+、Fe2+、Co2+、Pd2+、Ge2+、Y2+、及びEu2+などが挙げられる。前記Mは、耐久性(耐湿性)及び光電変換効率に優れる観点から、好ましくはPb2+、Sn2+、又はGe2+であり、より好ましくはPb2+、又はSn2+であり、更に好ましくはPb2+である。
 前記Xはハロゲンアニオンであり、例えば、フッ素アニオン、塩素アニオン、臭素アニオン、及びヨウ素アニオンが挙げられる。前記Xは、光電変換効率向上の観点から、好ましくは塩素アニオン、臭素アニオン、又はヨウ素アニオン、より好ましくは臭素アニオン、又はヨウ素アニオン、更に好ましくはヨウ素アニオンである。
 前記一般式(1)で表される化合物としては、例えば、Cs0.1(CHNH0.9PbCl、Cs0.1(CHNH0.9PbBr、Cs0.1(CHNH0.9PbBrI、Cs0.1(CHNH0.9PbBrI、Cs0.1(CHNH0.9PbI、Cs0.1(CHNH0.9SnCl、Cs0.1(CHNH0.9SnBr、及びCs0.1(CHNH0.9SnIなどが挙げられる。これらのうち、光電変換効率の向上、耐久性の向上、及びコスト低減の観点から、好ましくはCs0.1(CHNH0.9PbBr、及びCs0.1(CHNH0.9PbIから選ばれる1種以上であり、より好ましくはCs0.1(CHNH0.9PbIである。
 前記一般式(2)で表される化合物としては、例えば、Cs0.1(C1225NH1.9PbI、Cs0.1(C1225NH1.9(CHNH)Pb、Cs0.1(C1225NH1.9(CHNHPb10、Cs0.1(C1225NH1.9(CHNH)PbBr、及びCs0.1(C1225NH1.9(CHNHPbBr10などが挙げられる。これらのうち、光電変換効率の向上、耐久性の向上、及びコスト低減の観点から、好ましくはCs0.1(C1225NH1.9PbI、Cs0.1(C1225NH1.9(CHNH)Pb、及びCs0.1(C1225NH1.9(CHNHPb10から選ばれる1種以上であり、より好ましくはCs0.1(C1225NH1.9PbI、及びCs0.1(C1225NH1.9(CHNH)Pbから選ばれる1種以上である。
 前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーは、光電変換効率(電圧)を向上させる観点から、好ましくは1.0eV以上、より好ましくは1.3eV以上、更に好ましくは1.5eV以上であり、光電変換効率(電流)を向上させる観点から、好ましくは3.0eV以下、より好ましくは2.0eV以下、更に好ましくは1.7eV以下である。なお、ペロブスカイト化合物及び量子ドットのバンドギャップエネルギーは、後述する実施例に記載の方法で、25℃で測定した吸収スペクトルから求めることができる。吸収スペクトルから求めたバンドギャップエネルギーに対応する波長を吸収端波長という。
 光吸収層のペロブスカイト原料(ハロゲン化金属塩)の量は、粉末X線回折(XRD)解析から半定量できる。ペロブスカイト化合物の最強ピーク強度に対するハロゲン化金属塩の最強ピーク強度の比は、光電変換効率を向上させる観点から、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.1以上であり、好ましくは1以下、より好ましくは0.7以下、更に好ましくは0.4以下である。
 光吸収層のペロブスカイト化合物の結晶子径は、光電変換効率を向上させる観点から、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上、更に好ましくは27nm以上であり、同様の観点から、好ましくは1000nm以下である。なお、光吸収層の100nm以下の範囲の結晶子径は、後述する実施例に記載の方法で測定することができる。また、100nmを超える範囲の結晶子径は、後述する実施例に記載の方法等で測定することはできないが、光吸収層の厚さを超えることはない。
 前記ペロブスカイト化合物は、例えば、後述のようにペロブスカイト化合物の前駆体から製造することができる。ペロブスカイト化合物の前駆体としては、例えば、ペロブスカイト化合物が前記一般式(1)で表される化合物の場合、MXで表される化合物と、2種以上のRXで表される化合物との組合せが挙げられる。また、ペロブスカイト化合物が前記一般式(2)で表される化合物の場合、MXで表される化合物と、RXで表される化合物、RXで表される化合物及びRXで表される化合物から選ばれる2種以上の化合物との組合せが挙げられる。
 光吸収層のペロブスカイト化合物は、例えば、元素分析、赤外(IR)スペクトル、ラマンスペクトル、核磁気共鳴(NMR)スペクトル、X線回折(XRD)パターン、吸収スペクトル、発光スペクトル、電子顕微鏡観察、及び電子線回折などの常法により同定することができる。
 量子ドットとは、粒径が約20nm以下の、結晶構造を有する無機ナノ粒子であり、量子サイズ効果の発現により、バルク体とは異なる物性を示すものである。前記量子ドットは公知のものを特に制限なく用いることができるが、前記ペロブスカイト化合物が有しないバンドギャップエネルギーを補完して、近赤外光領域の光電変換効率を向上させる観点から、0.2eV以上前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギー未満のバンドギャップエネルギーを有するものを用いることが好ましい。量子ドットは、1種単独で用いてもよく、バンドギャップエネルギーが異なる2種以上を併用してもよい。なお、バンドギャップエネルギーの異なる2種以上のペロブスカイト化合物を用いる場合、量子ドットのバンドギャップエネルギーの前記上限である「ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギー未満のバンドギャップエネルギー」とは、2種以上のペロブスカイト化合物の有するバンドギャップエネルギーの最大値未満のバンドギャップエネルギーのことである。以下、特に断らない限り、量子ドットの好ましい態様は、光吸収層とその原料とに共通の好ましい態様である。
 前記量子ドットのバンドギャップエネルギーは、光電変換効率(電圧)を向上させる観点から、好ましくは0.8eV以上、より好ましくは0.9eV以上、更に好ましくは1.0eV以上であり、光電変換効率(電流)を向上させる観点から、好ましくは1.6eV以下、より好ましくは1.5eV以下、更に好ましくは1.4eV以下、より更に好ましくは1.3eV以下である。
 前記量子ドットについては、例えば、電子顕微鏡観察、電子線回折、及びX線回折(XRD)パターンなどにより量子ドットの粒径及び種類が決まれば、粒径とバンドギャップエネルギーとの相関(例えば、ACS Nano,2014,8,6363-6371)から、バンドギャップエネルギーを算出することもできる。
 前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーと前記量子ドットのバンドギャップエネルギーとの差は、光電変換効率向上の観点から、好ましくは0.2eV以上、より好ましくは0.3eV以上、更に好ましくは0.4eV以上、より更に好ましくは0.5eV以上であり、好ましくは2.0eV以下、より好ましくは1.5eV以下、更に好ましくは1.0eV以下、より更に好ましくは0.8eV以下、より更に好ましくは0.7eV以下である。
 前記量子ドットの粒径は特に制限されないが、量子効果を発現させる観点、並びに分散性、構造安定性及び光電変換効率を向上させる観点から、好ましくは1nm以上、より好ましくは2nm以上、更に好ましくは3nm以上であり、好ましくは20nm以下、より好ましくは10nm以下、更に好ましくは5nm以下である。前記量子ドットの粒径は、XRD(X線回折)の結晶子径解析や透過型電子顕微鏡観察などの常法によって測定することができる。
 前記バンドギャップエネルギーを有する量子ドットとしては、例えば、金属酸化物、金属カルコゲナイド(例えば、硫化物、セレン化物、及びテルル化物など)が挙げられ、具体的には、PbS、PbSe、PbTe、CdS、CdSe、CdTe、Sb23、Bi23、Ag2S、Ag2Se、Ag2Te、Au2S、Au2Se、Au2Te、Cu2S、Cu2Se、Cu2Te、Fe2S、Fe2Se、Fe2Te、In23、SnS、SnSe、SnTe、CuInS2、CuInSe2、CuInTe2、EuS、EuSe、及びEuTeなどが挙げられる。前記量子ドットは、耐久性(耐酸化性)及び光電変換効率に優れる観点から、好ましくはPb元素を含み、より好ましくはPbS又はPbSeを含み、更に好ましくはPbSを含む。
 前記量子ドットは、光吸収層及び分散液中における分散性、製造容易性、コスト、優れた性能発現などの観点から、好ましくはハロゲン元素含有物質を配位子として含む量子ドット、又は有機化合物とハロゲン元素含有物質とを配位子として含む量子ドットを含んでも良い。
 前記配位子である有機化合物(以下、有機配位子ともよぶ)としては、例えば、カルボキシ基含有化合物、アミノ基含有化合物、チオール基含有化合物、及びホスフィノ基含有化合物などが挙げられる。
 カルボキシ基含有化合物としては、例えば、オレイン酸、ステアリン酸、パルミチン酸、ミリスチン酸、ラウリン酸、及びカプリン酸などが挙げられる。
 アミノ基含有化合物としては、例えば、オレイルアミン、ステアリルアミン、パルミチルアミン、ミリスチルアミン、ラウリルアミン、カプリルアミン、オクチルアミン、ヘキシルアミン、及びブチルアミンなどが挙げられる。
 チオール基含有化合物としては、例えば、エタンチオール、エタンジチオール、ベンゼンチオール、ベンゼンジチオール、デカンチオール、デカンジチオール、及びメルカプトプロピオン酸などが挙げられる。
 ホスフィノ基含有化合物としては、例えば、トリオクチルホスフィン、及びトリブチルホスフィンなどが挙げられる。
 前記有機配位子は、量子ドットの製造容易性、分散安定性、汎用性、コスト、優れた性能発現などの観点から、好ましくはカルボキシ基含有化合物又はアミノ基含有化合物、より好ましくはカルボキシ基含有化合物、更に好ましくは炭素数8以上の脂肪酸、より更に好ましくは炭素数12以上の脂肪酸、より更に好ましくはオレイン酸である。
 量子ドットに有機配位子が含まれる場合、量子ドットを構成する金属元素に対する有機配位子のモル比は、光吸収層中や分散液中の量子ドットの分散性を向上させ、優れた性能を発現させる観点から、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.005以上、更に好ましくは0.01以上であり、好ましくは0.6以下、より好ましくは0.1以下、更に好ましくは0.05以下である。
 前記配位子であるハロゲン元素含有物質のハロゲン元素は特に制限されず、例えば、フッ素、塩素、臭素、及びヨウ素が挙げられる。前記ハロゲン元素は、量子ドットの製造容易性、分散安定性、汎用性、コスト、優れた性能発現などの観点から、好ましくはヨウ素又は臭素であり、より好ましくはヨウ素である。
 前記配位子であるハロゲン元素含有物質としては、例えば、ヨウ素、ヨウ化アンモニウム、ヨウ化メチルアンモニウムなどが挙げられ、量子ドットの製造容易性、分散安定性、汎用性、コスト、優れた性能発現などの観点から、好ましくはヨウ素である。
 前記量子ドットを構成する金属元素に対するハロゲン元素の原子比は特に制限されないが、光吸収層中や分散液中の量子ドットの分散性を向上させる観点、及びペロブスカイト化合物から量子ドットへのキャリア移動を抑制する観点から、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、更に好ましくは0.3以上であり、好ましくは1以下、より好ましくは0.8以下、更に好ましくは0.7以下である。
 光吸収層の量子ドットは、例えば、元素分析、赤外(IR)スペクトル、ラマンスペクトル、核磁気共鳴(NMR)スペクトル、X線回折(XRD)パターン、吸収スペクトル、発光スペクトル、小角X線散乱、電子顕微鏡観察、及び電子線回折などの常法により同定することができる。
 前記ペロブスカイト化合物と前記量子ドットの好ましい組み合わせとしては、量子ドットの均一分散性、耐久性、及び光電変換効率の観点から、好ましくは同じ金属元素を含む化合物の組み合わせであり、例えば、Cs0.1(CHNH0.9PbBrとPbS、Cs0.1(CHNH0.9PbIとPbS、Cs0.1(CHNH0.9PbBrとPbSe、Cs0.1(CHNH0.9PbIとPbSeなどが挙げられ、好ましくはCs0.1(CHNH0.9PbIとPbSの組み合わせである。
 本発明の光吸収層は、中間バンドを有することが好ましい。中間バンドとは、ペロブスカイト化合物のバンドギャップ内に量子ドット間の相互作用により形成されるエネルギー準位であり、量子ドットの伝導帯下端近傍及び/又は価電子帯上端近傍のエネルギー位置に存在する。中間バンドは、例えば、ペロブスカイト化合物のマトリックス中に量子ドットを高密度に規則配列することにより形成される。ペロブスカイト化合物のバンドギャップ内に中間バンドが存在すると、例えば、ペロブスカイト化合物の価電子帯から中間バンドへ光励起した電子が、更に中間バンドからペロブスカイト化合物の伝導帯へ光励起するといった2段階光吸収が起こる。従って、中間バンドの存在は、2段階光吸収の量子効率、すなわち、実施例に記載の外部量子効率差(ΔEQE)を測定することにより確認することができる。
 前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、量子ドット間距離を小さくして量子ドット間で相互作用させることにより光吸収層中に中間バンドを形成し、2段階光吸収の量子効率を向上させる観点から、好ましくは7.5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上、より更に好ましくは17質量%以上であり、成膜性と、ペロブスカイト化合物から量子ドットへのキャリア移動を抑制し光電変換効率を向上させる観点から、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは25質量%以下である。
 前記光吸収層中における量子ドットの粒子間の距離は、量子ドット間で相互作用させることにより光吸収層中に中間バンドを形成し、2段階光吸収の量子効率を向上させて光電変換効率を向上させる観点から、好ましくは10nm以下、より好ましくは6nm以下、更に好ましくは4.5nm以下である。
 前記光吸収層中における量子ドットの粒子密度は、量子ドット間で相互作用させることにより光吸収層中に中間バンドを形成し、2段階光吸収の量子効率を向上させて光電変換効率を向上させる観点から、好ましくは1×1010個/cm以上、より好ましくは1×1011個/cm以上、更に好ましくは1×1012個/cm以上、より更に好ましくは2.2×1012個/cm以上であり、成膜性と、ペロブスカイト化合物から量子ドットへのキャリア移動を抑制し光電変換効率を向上させる観点から、好ましくは1×1014個/cm以下、より好ましくは1×1013個/cm以下、更に好ましくは5×1012個/cm以下である。
 本発明において、光吸収層の700nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、ペロブスカイト化合物の価電子帯から伝導帯へ光励起した電子が、中間バンドへ移動後、中間バンドからペロブスカイト化合物の伝導帯へ2段階光吸収した量子効率に相当すると推察される。光吸収層の700nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、光電変換効率向上の観点から、好ましくは0.1%以上、より好ましくは0.5%以上、更に好ましくは1%以上である。
 本発明において、光吸収層の900nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、ペロブスカイト化合物の価電子帯から中間バンドへ光励起した電子が、更にペロブスカイト化合物の伝導帯へ2段階光吸収した量子効率に相当すると推察される。光吸収層の900nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、光電変換効率向上の観点から、好ましくは0.01%以上、より好ましくは0.03%以上、更に好ましくは0.05%以上である。
 本発明において、光吸収層の1100nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、量子ドットの価電子帯から中間バンドへ光励起した電子が、更にペロブスカイト化合物の伝導帯へ2段階光吸収した量子効率に相当すると推察される。光吸収層の1100nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、光電変換効率向上の観点から、好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.01%以上、更に好ましくは0.02%以上である。
 ペロブスカイト化合物の価電子帯と中間バンドとの間のエネルギー差は、光電変換効率向上の観点から、好ましくは1.0eV以上、より好ましくは1.2eV以上、更に好ましくは1.3eV以上であり、好ましくは2.0eV以下、より好ましくは1.6eV以下、更に好ましくは1.4eV以下である。
 また、中間バンドとペロブスカイト化合物の伝導帯との間のエネルギー差は、光電変換効率向上の観点から、好ましくは0.1eV以上、より好ましくは0.2eV以上、更に好ましくは0.3eV以上であり、好ましくは1.5eV以下、より好ましくは0.8eV以下、更に好ましくは0.6eV以下である。
 本発明において、光吸収層の500nmにおける外部量子効率(EQE)は、ペロブスカイト化合物の光吸収に由来する。光吸収層の500nmにおけるEQEは、光電変換効率向上の観点から、好ましくは10%以上、より好ましくは30%以上、更に好ましくは40%以上である。
 本発明において、光吸収層の500nmにおける外部量子効率(EQE)は、量子ドットを含まないペロブスカイト化合物単独に比べて低い場合がある。その場合、ペロブスカイト化合物のバンドギャップ内に量子ドットの価電子帯上端と伝導帯下端のエネルギー準位が存在していることから、ペロブスカイト化合物の光吸収により生成したキャリア(電子、正孔)が、量子ドットへキャリア移動することにより、500nmのEQEが低下すると推察される。ペロブスカイト化合物単独の光吸収層の500nmのEQEに対する本発明の光吸収層のEQE比は、光電変換効率向上の観点から、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.3以上、更に好ましくは0.55以上である。
 本発明において、光吸収層の900nmにおける外部量子効率(EQE)は、量子ドットの光吸収に由来する。光吸収層の900nmにおけるEQEは、光電変換効率向上の観点から、好ましくは0.1%以上、より好ましくは1%以上、更に好ましくは1.5%以上である。
 光吸収層の厚さは特に制限されないが、光吸収を大きくして光電変換効率を向上させる観点から、好ましくは30nm以上、より好ましくは50nm以上、更に好ましくは80nm以上であり、正孔輸送剤層や電子輸送剤層へのキャリア移動効率を向上させて光電変換効率を向上させる観点から、好ましくは1000nm以下、より好ましくは800nm以下、更に好ましくは600nm以下、より更に好ましくは500nm以下である。なお、光吸収層の厚さは、膜断面の電子顕微鏡観察などの測定方法で測定できる。
 光吸収層の表面平滑性は、正孔輸送剤(HTM)層の強度を向上させる観点から、好ましくは100nm以上、より好ましくは200nm以上、更に好ましくは300nm以上、より更に好ましくは400nm以上であり、光電変換効率向上の観点から、好ましくは1000nm以下、より好ましくは800nm以下、更に好ましくは700nm以下である。
 光吸収層の多孔質層に対する被覆率は、光電変換効率(電流)を向上させる観点から、好ましくは10%以上、より好ましくは20%以上、更に好ましくは30%以上、より更に好ましくは40%以上、より更に好ましくは50%以上であり、100%以下である。
 光吸収層における量子ドット(QD)のペロブスカイト化合物(P)に対する吸光度比(QD/P)は、光電変換効率(電圧)を向上させる観点から、好ましくは0.3以下、より好ましくは0.2以下、更に好ましくは0.1以下、より更に好ましくは0である。なお、光吸収層における吸光度比(QD/P)は、下記実施例の記載の方法で測定した光吸収層の吸収スペクトルから、少なくとも1種の量子ドットの吸光度の最大値の少なくとも1種のペロブスカイト化合物の吸光度に対する比率である。ここで、少なくとも1種の量子ドットの吸光度と少なくとも1種のペロブスカイト化合物の吸光度は、それぞれ、それらを単独で測定した場合の吸収ピーク位置における吸光度として得られる。
 光吸収層における発光ピークエネルギーは、光電変換効率(電圧)を向上させる観点から、量子ドットのバンドギャップエネルギー以上且つペロブスカイトのバンドギャップエネルギー未満の光で光吸収層を励起した時、好ましくは0.2eV以上、より好ましくは0.4eV以上、更に好ましくは0.6eV以上、より更に好ましくは0.8eV以上であり、光電変換効率(電流)を向上させる観点から、好ましくは1.4eV以下、より好ましくは1.3eV以下、更に好ましくは1.2eV以下、より更に好ましくは1.1eV以下である。
 光吸収層における発光ピークエネルギーとペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーとの差は、光電変換効率向上の観点から、好ましくは0.2eV以上、より好ましくは0.4eV、更に好ましくは0.5eV以上であり、好ましくは1.5eV以下、より好ましくは1.0eV以下、更に好ましくは0.7eV以下である。
 光吸収層における発光ピークエネルギーと量子ドットのバンドギャップエネルギーとの差は、光電変換効率向上の観点から、好ましくは1.0eV以下、より好ましくは0.5eV以下、更に好ましくは0.3eV以下、より更に好ましくは0eVである。
<光吸収層の製造方法>
 光吸収層の製造方法は特に制限されず、例えば、前記ペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体と、前記量子ドットとを含む分散液を基板上に塗布し、乾燥する、いわゆるウェットプロセスによる方法が好適に挙げられる。製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率の向上などの観点から、次の工程1、工程2及び工程3を含む製造方法が好ましい。
(工程1)有機配位子を含む量子ドットの該有機配位子を、ハロゲン元素含有物質へ配位子交換して、ハロゲン元素含有物質を配位子として含む量子ドット固体を得る工程
(工程2)工程1で得られた量子ドット固体と、前記一般式(1)で表される化合物、前記一般式(2)で表される化合物、及びその前駆体から選ばれる1種以上の物質を含む溶液又は混合液とを混合して分散液を得る工程
(工程3)工程2で得られた分散液から光吸収層を得る工程
 有機配位子を含む量子ドットの該有機配位子を、ハロゲン元素含有物質へ配位子交換して、ハロゲン元素含有物質を配位子として含む量子ドット固体を得る工程(工程1)は、ペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体と量子ドットとを含む分散液の分散性を向上させる観点や光吸収層中のキャリア移動速度を向上させて光電変換効率を向上させる観点から好ましい。
 一般に、量子ドットの粒径制御、凝集抑制、分散性向上などのために、オレイン酸などの比較的分子サイズが大きく疎水的な有機化合物を配位子として用いて量子ドットが合成される場合がある。この場合、量子ドットは、トルエンなどの非(低)極性有機溶媒に対しては優れた分散性を示すが、N,N-ジメチルホルムアミド、メタノールなどの極性有機溶媒に対して分散性は悪い。従って、ペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体を分散又は溶解させる溶媒が極性有機溶媒である場合、量子ドットを極性有機溶媒に分散させる必要が有り、極性有機溶媒と相溶性の高い物質を量子ドットに配位させることが好ましい。また、オレイン酸などの比較的分子サイズが大きく疎水的な有機化合物は、導電性が低く光吸収層中のキャリアの拡散を阻害する。従って、光吸収層中のキャリア移動速度を向上させ光電変換効率を向上させる観点から、比較的分子サイズの小さい物質を量子ドットに配位させることが好ましい。以上の観点から、量子ドットの配位子としては、好ましくはヨウ素、ヨウ化アンモニウム、ヨウ化メチルアンモニウム、臭素、臭化アンモニウム、及び臭化メチルアンモニウムなどから選択される1種以上のハロゲン元素含有物質が挙げられ、より好ましくはヨウ素又は臭素であり、更に好ましくはヨウ素である。
 有機配位子を含む量子ドットの該有機配位子をハロゲン元素含有物質へ配位子交換する方法としては、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、分散液中で配位子交換する方法が好ましく、有機配位子を含む量子ドット分散液とハロゲン元素含有物質の原料溶液とを室温(25℃)、無撹拌下、時間をかけて混合後、静置することにより、配位子交換する方法がより好ましい。
 配位子交換に使用するハロゲン元素含有物質の原料としては、ヨウ化メチルアンモニウム(メチルアミンヨウ化水素酸塩)、ヨウ化アンモニウム、ヨウ素、臭化メチルアンモニウム(メチルアミン臭化水素酸塩)、臭化アンモニウム、及び臭素などが好適に挙げられるが、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、好ましくはヨウ化メチルアンモニウム(メチルアミンヨウ化水素酸塩)、ヨウ化アンモニウム、臭化メチルアンモニウム(メチルアミン臭化水素酸塩)、及び臭化アンモニウムから選択される1種以上、より好ましくはヨウ化メチルアンモニウム(メチルアミンヨウ化水素酸塩)、及び臭化メチルアンモニウム(メチルアミンヨウ化水素酸塩)から選択される1種以上、更に好ましくはヨウ化メチルアンモニウム(メチルアミンヨウ化水素酸塩)である。
 配位子交換に使用するハロゲン元素含有物質原料の混合量は、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、量子ドット表面の有機化合物に対するハロゲン元素のモル比として、好ましくは0.1以上、より好ましくは1以上、更に好ましくは1.5以上、好ましくは10以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは5以下である。
 配位子交換に使用する溶媒としては、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、好ましくは量子ドットを良好に分散させる溶媒とハロゲン元素含有物質原料を溶解させる溶媒との混合溶媒である。量子ドットの分散溶媒は、好ましくはトルエン、ヘキサン、及びオクタンなどから選択される1種以上の非(低)極性有機溶媒、より好ましくはトルエンである。ハロゲン元素含有物質原料の溶解溶媒は、好ましくはN,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、及びγ-ブチロラクトンなどから選択される1種以上の非プロトン性極性有機溶媒、より好ましくはN,N-ジメチルホルムアミドである。
 配位子交換時に混合する量子ドット分散液中の量子ドット固形分濃度は、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、好ましくは10mg/mL以上、より好ましくは50mg/mL以上、更に好ましくは80mg/mL以上、好ましくは1000mg/mL以下、より好ましくは500mg/mL以下、更に好ましくは200mg/mL以下である。
 配位子交換時に混合するハロゲン元素含有物質原料溶液中のハロゲン元素含有物質原料濃度は、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、好ましくは0.01mol/L以上、より好ましくは0.1mol/L以上、更に好ましくは0.2mol/L以上、好ましくは1mol/L以下、より好ましくは0.5mol/L以下、更に好ましくは0.3mol/L以下である。
 配位子交換時の量子ドット分散液とハロゲン元素含有物質原料溶液との混合方法は、無撹拌下で、時間を掛けて混合する方法であれば特に限定されるものではないが、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、好ましくは連続法又は滴下法(半連続法)、より好ましくは滴下法である。
 連続法としては、量子ドット分散液にハロゲン元素含有物質原料溶液を混合する方法でも、ハロゲン元素含有物質原料溶液に量子ドット分散液を混合する方法でも良いが、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、量子ドット分散液にハロゲン元素含有物質原料溶液を混合する方法が好ましい。混合速度は、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、好ましくは25μl/秒以下、より好ましくは5μl/秒以下、更に好ましくは3μl/秒以下、好ましくは0.2μl/秒以上、より好ましくは0.4μl/秒以上、更に好ましくは1.5μl/秒以上である。
 滴下法としては、量子ドット分散液にハロゲン元素含有物質原料溶液を滴下する方法でも、ハロゲン元素含有物質原料溶液に量子ドット分散液を滴下する方法でも良いが、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、量子ドット分散液にハロゲン元素含有物質原料溶液を滴下する方法が好ましい。滴下速度は、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、好ましくは1滴/1秒以下、より好ましくは1滴/5秒以下、更に好ましくは1滴/8秒以下、好ましくは1滴/100秒以上、より好ましくは1滴/50秒以上、更に好ましくは1滴/15秒以上である。
 量子ドット分散液とハロゲン元素含有物質原料溶液とを混合後、静置する時間は、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、好ましくは0.1時間以上、より好ましくは1時間以上、更に好ましくは10時間以上、好ましくは100時間以下、より好ましくは48時間以下、更に好ましくは24時間以下である。
 配位子交換後、有機化合物とハロゲン元素含有物質とを配位子とする量子ドット固体を得る方法としては、量子ドット分散液とハロゲン元素含有物質原料溶液との混合分散液に洗浄溶媒を添加し、ろ過して、量子ドット表面に配位していた有機化合物や過剰のハロゲン元素含有物質原料、溶媒を除去する工程を経て、量子ドット固体を得る方法が好ましい。洗浄溶媒は、配位子交換前後のいずれの量子ドットも分散しにくく、且つ、有機化合物、ハロゲン元素含有物質が可溶な有機溶媒が好ましく、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、より好ましくはアルコール溶媒、更に好ましくはメタノールである。洗浄溶媒の量は、量子ドット分散液とハロゲン元素含有物質原料溶液との混合分散液の量に対する洗浄溶媒の体積比として、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.5以上、更に好ましくは1以上、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは2以下である。製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、ろ過時のフィルター孔径は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.2μm以上、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下である。フィルター材質は、好ましくは疎水性のもの、より好ましくはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である。
 工程1で得られた量子ドット固体と、前記一般式(1)で表される化合物、前記一般式(2)で表される化合物、及びその前駆体から選ばれる1種以上の物質を含む溶液又は混合液とを混合する工程(工程2)を経て、前記ペロブスカイト化合物およびその前駆体から選ばれる1種以上と量子ドットとを含む分散液を得ることが好ましい。
 前記ペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体と、前記量子ドットとを含む分散液は、成膜性、コスト、保存安定性、優れた性能(例えば、光電変換特性)発現の観点から、好ましくは溶剤を含有する。溶剤としては、例えば、エステル類(メチルホルメート、エチルホルメートなど)、ケトン類(γ-ブチロラクトン、N-メチル-2-ピロリドン、アセトン、ジメチルケトン、ジイソブチルケトンなど)、エーテル類(ジエチルエーテル、メチル-tert-ブチルエーテル、ジメトキシメタン、1,4-ジオキサン、テトラヒドロフランなど)、アルコール類(メタノール、エタノール、2-プロパノール、tert-ブタノール、メトキシプロパノール、ジアセトンアルコール、シクロヘキサノール、2-フルオロエタノール、2,2,2-トリフルオロエタノール、2,2,3,3-テトラフルオロ-1-プロパノールなど)、グリコールエーテル(セロソルブ)類、アミド系溶剤(N,N-ジメチルホルムアミド、アセトアミド、N,N-ジメチルアセトアミドなど)、ニトリル系溶剤(アセトニトリル、イソブチロニトリル、プロピオニトリル、メトキシアセトニトリルなど)、カーボネート系(エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートなど)、ハロゲン化炭化水素(塩化メチレン、ジクロロメタン、クロロホルムなど)、炭化水素、及びジメチルスルホキシドなどが挙げられる。
 前記分散液の溶剤は、成膜性、コスト、保存安定性、優れた性能(例えば、光電変換特性)発現の観点から、好ましくは極性溶剤、より好ましくはケトン類、アミド系溶剤、及びジメチルスルホキシドから選ばれる少なくとも1種の溶剤、更に好ましくはアミド系溶剤、より更に好ましくはN,N-ジメチルホルムアミドである。
 前記分散液中の前記ペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体の金属濃度は、成膜性、コスト、保存安定性、優れた性能(例えば、光電変換特性)発現の観点から、好ましくは0.1mol/L以上、より好ましくは0.2mol/L以上、更に好ましくは0.3mol/L以上であり、好ましくは1.5mol/L以下、より好ましくは1.0mol/L以下、更に好ましくは0.5mol/L以下である。
 前記分散液中の前記量子ドットの固形分濃度は、成膜性、コスト、保存安定性、優れた性能(例えば、光電変換特性)発現の観点から、好ましくは1mg/mL以上、より好ましくは10mg/mL以上、更に好ましくは50mg/mL以上であり、好ましくは100mg/mL以下、より好ましくは80mg/mL以下、更に好ましくは60mg/mL以下である。
 前記分散液の調製方法は特に限定されないが、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、混合温度は、好ましくは0℃以上、より好ましくは10℃以上、更に好ましくは20℃以上であり、好ましくは50℃以下、より好ましくは40℃以下、更に好ましくは30℃以下である。また、同様の観点から、混合時間は、好ましくは0時間超、より好ましくは0.1時間以上であり、好ましくは72時間以下、より好ましくは24時間以下、更に好ましくは1時間以下である。
 前記分散液は、粗大粒子を除去するためにろ過されたものであることが好ましく、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、ろ過時のフィルター孔径は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.2μm以上、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下である。フィルター材質は、好ましくは疎水性のもの、より好ましくはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である。
 工程2で得られた分散液から光吸収層を得る工程(工程3)は、工程2で得られた分散液を基板上に塗布(コーティング)するなどのウェットプロセスが好ましく、例えば、グラビア塗布法、バー塗布法、印刷法、スプレー法、スピンコーティング法、ディップ法、及びダイコート法などが挙げられ、製造容易性、コスト、優れた性能(例えば、光電変換特性)発現の観点から、好ましくはスピンコーティング法である。スピンコーティング法の最大回転数は、優れた性能(例えば、光電変換特性)発現の観点から、好ましくは500rpm以上、より好ましくは1000rpm以上、更に好ましくは2000rpm以上であり、好ましくは6000rpm以下、より好ましくは5000rpm以下、更に好ましくは4000rpm以下である。また、製造容易性、コスト、光電変換特性向上などの観点から、スピンコート中に貧溶媒を滴下してペロブスカイト化合物の結晶析出速度を向上させる方法が好ましく、前記貧溶媒としてトルエン又はクロロベンゼンが好ましい。
 前記ウェットプロセスにおける乾燥方法としては、製造容易性、コスト、優れた性能(例えば、光電変換特性)発現などの観点から、例えば、熱乾燥、気流乾燥、真空乾燥などが挙げられ、好ましくは熱乾燥である。熱乾燥の温度は、優れた性能(例えば、光電変換特性)発現の観点から、好ましくは60℃以上、より好ましくは80℃以上、更に好ましくは100℃以上であり、同様の観点及びコストの観点から、好ましくは200℃以下、より好ましくは150℃以下、更に好ましくは120℃以下である。熱乾燥の時間は、優れた性能(例えば、光電変換特性)発現の観点から、好ましくは1分以上、より好ましくは5分以上、更に好ましくは10分以上であり、同様の観点及びコストの観点から、好ましくは120分以下、より好ましくは60分以下、更に好ましくは30分以下である。
<光電変換素子>
 本発明の光電変換素子は、前記光吸収層を有するものである。本発明の光電変換素子において、前記光吸収層以外の構成は特に制限されず、公知の光電変換素子の構成を適用することができる。また、本発明の光電変換素子は、前記光吸収層以外は公知の方法で製造することができる。
 以下、本発明の光電変換素子の構成と製造方法を図1に基づいて説明するが、図1は一例にすぎず、図1に示す態様に限定されるものではない。
 図1は、本発明の光電変換素子の構造の一例を示す概略断面図である。光電変換素子1は、透明基板2、透明導電層3、ブロッキング層4、多孔質層5、光吸収層6、及び正孔輸送層7が順次積層された構造を有する。光10入射側の透明電極基板は、透明基板2と透明導電層3から構成されており、透明導電層3は外部回路と電気的につなげるための端子となる電極(負極)9に接合している。また、正孔輸送層7は外部回路と電気的につなげるための端子となる電極(正極)8に接合している。
 透明基板2の材料としては、強度、耐久性、光透過性があればよく、合成樹脂及びガラスなどを使用できる。合成樹脂としては、例えば、ポリエチレンナフタレート(PEN)フィルムなどの熱可塑性樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)、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、及びフッ素樹脂などが挙げられる。強度、耐久性、コストなどの観点から、ガラス基板を用いることが好ましい。
 透明導電層3の材料としては、例えば、スズ添加酸化インジウム(ITO)、フッ素添加酸化スズ(FTO)、酸化スズ(SnO2)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)、及び高い導電性を有する高分子材料などが挙げられる。高分子材料としては、例えば、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の高分子材料が挙げられる。また、透明導電層3の材料として、高い導電性を有する炭素系薄膜を用いることもできる。透明導電層3の形成方法としては、スパッタ法、蒸着法、及び分散物を塗布する方法などが挙げられる。
 ブロッキング層4の材料としては、例えば、酸化チタン、酸化アルミ、酸化ケイ素、酸化ニオブ、酸化タングステン、酸化錫、及び酸化亜鉛などが挙げられる。ブロッキング層4の形成方法としては、上記材料を透明導電層3に直接スパッタする方法、及びスプレーパイロリシス法などが挙げられる。また、上記材料を溶媒に溶解した溶液、又は金属酸化物の前駆体である金属水酸化物を溶解した溶液を透明導電層3上に塗布し、乾燥し、必要に応じて焼成する方法が挙げられる。塗布方法としては、グラビア塗布法、バー塗布法、印刷法、スプレー法、スピンコーティング法、ディップ法、及びダイコート法などが挙げられる。
 多孔質層5は、その表面に光吸収層6を担持する機能を有する層である。太陽電池において光吸収効率を高めるためには、光を受ける部分の表面積を大きくすることが好ましい。多孔質層5を設けることにより、光を受ける部分の表面積を大きくすることができる。
 多孔質層5の材料としては、例えば、金属酸化物、金属カルコゲナイド(例えば、硫化物、及びセレン化物など)、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物(ただし、前記光吸収剤を除く)、ケイ素酸化物(例えば、二酸化ケイ素及びゼオライト)、及びカーボンナノチューブ(カーボンナノワイヤ及びカーボンナノロッドなどを含む)などが挙げられる。
 金属酸化物としては、例えば、チタン、スズ、亜鉛、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、アルミニウム、及びタンタルの酸化物などが挙げられ、金属カルコゲナイドとしては、例えば、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、硫化カドミウム、及びセレン化カドミウムなどが挙げられる。
 ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物としては、例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸バリウム、スズ酸バリウム、ジルコン酸鉛、ジルコン酸ストロンチウム、タンタル酸ストロンチウム、ニオブ酸カリウム、鉄酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸バリウムランタン、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、及びチタン酸ビスマスなどが挙げられる。
 多孔質層5の形成材料は、好ましくは微粒子として用いられ、より好ましくは微粒子を含有する分散物として用いられる。多孔質層5の形成方法としては、例えば、湿式法、乾式法、その他の方法(例えば、Chemical  Review,第110巻,6595頁(2010年刊)に記載の方法)が挙げられる。これらの方法において、ブロッキング層4の表面に分散物(ペースト)を塗布した後に、焼成することが好ましい。焼成により、微粒子同士を密着させることができる。塗布方法としては、グラビア塗布法、バー塗布法、印刷法、スプレー法、スピンコーティング法、ディップ法、及びダイコート法などが挙げられる。
 光吸収層6は前述の本発明の光吸収層である。光吸収層6の形成方法は特に制限されず、例えば、前記ペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体と、前記量子ドットとを含む分散液を調製し、多孔質層5の表面に調製した分散液を塗布し、乾燥する、いわゆるウェットプロセスによる方法が好適に挙げられる。光吸収層6の形成方法は、製造容易性、コスト、分散液の保存安定性、光電変換効率向上などの観点から、前述の工程1、工程2及び工程3を含む製造方法が好ましい。
 正孔輸送層7の材料としては、例えば、カルバゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、芳香族ジメチリディン系化合物、ポルフィリン系化合物、フタロシアニン系化合物、ポリチオフェン誘導体、ポリピロール誘導体、及びポリパラフェニレンビニレン誘導体などが挙げられる。正孔輸送層7の形成方法としては、例えば、塗布法、及び真空蒸着法などが挙げられる。塗布方法としては、例えば、グラビア塗布法、バー塗布法、印刷法、スプレー法、スピンコーティング法、ディップ法、及びダイコート法などが挙げられる。
 電極(正極)8及び電極(負極)9の材料としては、例えば、アルミニウム、金、銀、白金などの金属;スズ添加酸化インジウム(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、酸化亜鉛(ZnO)などの導電性金属酸化物;導電性高分子などの有機系導電材料;ナノチューブなどの炭素系材料が挙げられる。電極(正極)8及び電極(負極)9の形成方法としては、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、及び塗布法などが挙げられる。
<太陽電池>
 本発明の太陽電池は、前記光電変換素子を有するものである。本発明の太陽電池において、前記光吸収層以外の構成は特に制限されず、公知の太陽電池の構成を適用することができる。本発明の太陽電池は、中間バンド型太陽電池であってもよい。
 以下に、本発明及び本発明の好ましい実施態様を示す。
<1>
 下記一般式(1)で表される化合物及び下記一般式(2)で表される化合物から選ばれる1種以上のペロブスカイト化合物のマトリックス中に、量子ドットが分散している光吸収層。 
 RMX    (1)
(式中、Rは2種以上の1価のカチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンである。)
 R n-13n+1    (2)
(式中、R、R、及びRはそれぞれ独立に1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも2つは異なる1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも1つは1価の無機カチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンであり、nは1以上10以下の整数である。)
<2>
 前記ペロブスカイト化合物は、好ましくは前記一般式(1)で表される化合物である、<1>に記載の光吸収層。
<3>
 前記Rは、周期表第一族元素の無機カチオン、及び有機カチオンであり、前記周期表第一族元素の無機カチオンは、好ましくはK、Rb、及びCsから選ばれる1種以上であり、より好ましくはRb、及びCsから選ばれる1種以上であり、更に好ましくはCsであり、前記有機カチオンは、好ましくは置換基を有していてもよいアンモニウムイオン、及び置換基を有していてもよいホスホニウムイオンから選ばれる1種以上であり、前記置換基を有していてもよいアンモニウムイオンは、好ましくはアルキルアンモニウムイオン、ホルムアミジニウムイオン及びアリールアンモニウムイオンから選ばれる1種以上であり、より好ましくはアルキルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上であり、更に好ましくはモノアルキルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上であり、より更に好ましくはメチルアンモニウムイオン、エチルアンモニウムイオン、ブチルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上であり、より更に好ましくはメチルアンモニウムイオンである、<1>又は<2>に記載の光吸収層。
<4>
 前記Rは、好ましくは無機カチオンと有機カチオンの組み合わせ、より好ましくはK、Rb、及びCsから選ばれる1種以上と、アルキルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上の組み合わせ、更に好ましくはRb、及びCsから選ばれる1種以上と、メチルアンモニウムイオン、エチルアンモニウムイオン、ブチルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上の組み合わせ、より更に好ましくはCsとメチルアンモニウムイオンの組み合わせである、<1>又は<2>に記載の光吸収層。
<5>
 前記Rにおいて、最も多く含まれる1価のカチオンは有機カチオンであり、最少の1価のカチオンは無機カチオンである、<1>~<4>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<6>
 1価のカチオン全体に対する最少の1価のカチオンのモル比は、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.08以上、より更に好ましくは0.09以上であり、好ましくは0.4以下、より好ましくは0.3以下、更に好ましくは0.2以下、より更に好ましくは0.15以下であり、
 1価のカチオン全体に対する最も多く含まれる1価のカチオンのモル比は、好ましくは0.3以上、より好ましくは0.5以上、更に好ましくは0.8以上、より更に好ましくは0.85以上であり、好ましくは0.99以下、より好ましくは0.95以下、更に好ましくは0.93以下、より更に好ましくは0.91以下である、<5>に記載の光吸収層。
<7>
 好ましくは、1価のカチオン全体に対する最少の1価のカチオンのモル比は、0.01以上0.4以下であり、1価のカチオン全体に対する最も多く含まれる1価のカチオンのモル比は、0.3以上0.99以下であり、
 より好ましくは、1価のカチオン全体に対する最少の1価のカチオンのモル比は、0.05以上0.3以下であり、1価のカチオン全体に対する最も多く含まれる1価のカチオンのモル比は、0.5以上0.95以下であり、
 更に好ましくは、1価のカチオン全体に対する最少の1価のカチオンのモル比は、0.08以上0.2以下であり、1価のカチオン全体に対する最も多く含まれる1価のカチオンのモル比は、0.8以上0.93以下であり、
 より更に好ましくは、1価のカチオン全体に対する最少の1価のカチオンのモル比は、0.09以上0.15以下であり、1価のカチオン全体に対する最も多く含まれる1価のカチオンのモル比は、0.85以上0.91以下である、<5>に記載の光吸収層。
<8>
 前記R、R、及びRは、周期表第一族元素の無機カチオン、及び有機カチオンであり、前記周期表第一族元素の無機カチオンは、好ましくはK、Rb、及びCsから選ばれる1種以上であり、より好ましくはRb、及びCsから選ばれる1種以上であり、更に好ましくはCsであり、前記有機カチオンは、好ましくは置換基を有していてもよいアンモニウムイオン、及び置換基を有していてもよいホスホニウムイオンから選ばれる1種以上であり、前記置換基を有していてもよいアンモニウムイオンは、好ましくはアルキルアンモニウムイオン、ホルムアミジニウムイオン及びアリールアンモニウムイオンから選ばれる1種以上であり、より好ましくはアルキルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上であり、更に好ましくはモノアルキルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上であり、より更に好ましくはメチルアンモニウムイオン、エチルアンモニウムイオン、ブチルアンモニウムイオン、ヘキシルアンモニウムイオン、オクチルアンモニウムイオン、デシルアンモニウムイオン、ドデシルアンモニウムイオン、テトラデシルアンモニウムイオン、ヘキサデシルアンモニウムイオン、及びオクタデシルアンモニウムイオンから選ばれる1種以上であり、より更に好ましくはメチルアンモニウムイオンである、<1>~<7>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<9>
 前記R、R、及びRは、好ましくは無機カチオンと無機カチオンと有機カチオン、又は無機カチオンと有機カチオンと有機カチオンの組み合わせ、より好ましくは無機カチオンと有機カチオンと有機カチオンの組み合わせである、<1>~<8>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<10>
 前記Rは、アルキルアンモニウムイオン又はホルムアミジニウムイオンであり、前記Rは、K、Rb、又はCsである、<1>~<9>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<11>
 前記nは、好ましくは1以上4以下である、<1>~<10>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<12>
 前記Mは、好ましくはPb2+、Sn2+、又はGe2+であり、より好ましくはPb2+、又はSn2+であり、更に好ましくはPb2+である、<1>~<11>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<13>
 前記Xは、好ましくは塩素アニオン、臭素アニオン、又はヨウ素アニオン、より好ましくは臭素アニオン、又はヨウ素アニオン、更に好ましくはヨウ素アニオンである、<1>~<12>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<14>
 前記一般式(1)で表される化合物は、好ましくはCs0.1(CHNH0.9PbBr、及びCs0.1(CHNH0.9PbIから選ばれる1種以上であり、より好ましくはCs0.1(CHNH0.9PbIである、<1>~<13>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<15>
 前記一般式(2)で表される化合物は、好ましくはCs0.1(C1225NH1.9PbI、Cs0.1(C1225NH1.9(CHNH)Pb、及びCs0.1(C1225NH1.9(CHNHPb10から選ばれる1種以上であり、より好ましくはCs0.1(C1225NH1.9PbI、及びCs0.1(C1225NH1.9(CHNH)Pbから選ばれる1種以上である、<1>~<14>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<16>
 前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーは、好ましくは1.0eV以上、より好ましくは1.3eV以上、更に好ましくは1.5eV以上であり、好ましくは3.0eV以下、より好ましくは2.0eV以下、更に好ましくは1.7eV以下である、<1>~<15>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<17>
 ペロブスカイト化合物の最強ピーク強度に対するハロゲン化金属塩の最強ピーク強度の比は、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.1以上であり、好ましくは1以下、より好ましくは0.7以下、更に好ましくは0.4以下である、<1>~<16>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<18>
 好ましくは、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーは、1.0eV以上3.0eV以下であり、ペロブスカイト化合物の最強ピーク強度に対するハロゲン化金属塩の最強ピーク強度の比は、0.01以上1以下であり、
 より好ましくは、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーは、1.3eV以上2.0eV以下であり、ペロブスカイト化合物の最強ピーク強度に対するハロゲン化金属塩の最強ピーク強度の比は、0.05以上0.7以下であり、
 更に好ましくは、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーは、1.5eV以上1.7eV以下であり、ペロブスカイト化合物の最強ピーク強度に対するハロゲン化金属塩の最強ピーク強度の比は、0.1以上0.4以下である、<1>~<15>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<19>
 光吸収層のペロブスカイト化合物の結晶子径は、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上、更に好ましくは27nm以上であり、好ましくは1000nm以下である、<1>~<18>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<20>
 前記量子ドットのバンドギャップエネルギーは、0.2eV以上前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギー未満である、<1>~<19>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<21>
 前記量子ドットのバンドギャップエネルギーは、好ましくは0.8eV以上、より好ましくは0.9eV以上、更に好ましくは1.0eV以上であり、好ましくは1.6eV以下、より好ましくは1.5eV以下、更に好ましくは1.4eV以下、より更に好ましくは1.3eV以下である、<1>~<20>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<22>
 好ましくは、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーは、1.0eV以上3.0eV以下であり、前記量子ドットのバンドギャップエネルギーは、0.8eV以上1.6eV以下であり、
 より好ましくは、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーは、1.3eV以上2.0eV以下であり、前記量子ドットのバンドギャップエネルギーは、0.9eV以上1.5eV以下であり、
 更に好ましくは、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーは、1.5eV以上1.7eV以下であり、前記量子ドットのバンドギャップエネルギーは、1.0eV以上1.4eV以下であり、
 より更に好ましくは、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーは、1.5eV以上1.7eV以下であり、前記量子ドットのバンドギャップエネルギーは、1.0eV以上1.3eV以下である、<1>~<21>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<23>
 前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーと前記量子ドットのバンドギャップエネルギーとの差は、好ましくは0.2eV以上、より好ましくは0.3eV以上、更に好ましくは0.4eV以上、より更に好ましくは0.5eV以上であり、好ましくは2.0eV以下、より好ましくは1.5eV以下、更に好ましくは1.0eV以下、より更に好ましくは0.8eV以下、より更に好ましくは0.7eV以下である、<1>~<22>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<24>
 好ましくは、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーは、1.0eV以上3.0eV以下であり、前記量子ドットのバンドギャップエネルギーは、0.8eV以上1.6eV以下であり、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーと前記量子ドットのバンドギャップエネルギーとの差は、0.2eV以上2.0eV以下であり、
 より好ましくは、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーは、1.3eV以上2.0eV以下であり、前記量子ドットのバンドギャップエネルギーは、0.9eV以上1.5eV以下であり、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーと前記量子ドットのバンドギャップエネルギーとの差は、0.3eV以上1.0eV以下であり、
 更に好ましくは、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーは、1.5eV以上1.7eV以下であり、前記量子ドットのバンドギャップエネルギーは、1.0eV以上1.4eV以下であり、前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーと前記量子ドットのバンドギャップエネルギーとの差は、0.4eV以上0.7eV以下である、<1>~<23>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<25>
 前記量子ドットの粒径は、好ましくは1nm以上、より好ましくは2nm以上、更に好ましくは3nm以上であり、好ましくは20nm以下、より好ましくは10nm以下、更に好ましくは5nm以下である、<1>~<24>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<26>
 前記量子ドットは、金属酸化物又は金属カルコゲナイドを含む、<1>~<25>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<27>
 前記量子ドットは、好ましくはPb元素を含み、より好ましくはPbS又はPbSeを含み、更に好ましくはPbSを含む、<1>~<26>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<28>
 前記量子ドットは、ハロゲン元素含有物質を配位子として含む量子ドット、又は有機化合物とハロゲン元素含有物質とを配位子として含む量子ドットを含む、<1>~<27>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<29>
 前記配位子である有機化合物は、好ましくはカルボキシ基含有化合物又はアミノ基含有化合物、より好ましくはカルボキシ基含有化合物、更に好ましくは炭素数8以上の脂肪酸、より更に好ましくは炭素数12以上の脂肪酸、より更に好ましくはオレイン酸である、<28>に記載の光吸収層。
<30>
 量子ドットを構成する金属元素に対する前記配位子である有機化合物のモル比は、好ましくは0.001以上、より好ましくは0.005以上、更に好ましくは0.01以上であり、好ましくは0.6以下、より好ましくは0.1以下、更に好ましくは0.05以下である、<28>又は<29>に記載の光吸収層。
<31>
 前記配位子であるハロゲン元素含有物質のハロゲン元素は、好ましくはヨウ素又は臭素であり、より好ましくはヨウ素である、<28>~<30>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<32>
 前記配位子であるハロゲン元素含有物質は、ヨウ素である、<28>~<30>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<33>
 前記量子ドットを構成する金属元素に対するハロゲン元素の原子比は、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、更に好ましくは0.3以上であり、好ましくは1以下、より好ましくは0.8以下、更に好ましくは0.7以下である、<28>~<32>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<34>
 前記ペロブスカイト化合物と前記量子ドットの組み合わせは、Cs0.1(CHNH0.9PbIとPbSの組み合わせである、<1>~<33>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<35>
 前記光吸収層は、中間バンドを有する、<1>~<34>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<36>
 前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、好ましくは7.5質量%以上、より好ましくは10質量%以上、更に好ましくは15質量%以上、より更に好ましくは17質量%以上であり、好ましくは40質量%以下、より好ましくは30質量%以下、更に好ましくは25質量%以下である、<1>~<35>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<37>
 前記光吸収層中における量子ドットの粒子間の距離は、好ましくは10nm以下、より好ましくは6nm以下、更に好ましくは4.5nm以下である、<1>~<36>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<38>
 前記光吸収層中における量子ドットの粒子密度は、好ましくは1×1010個/cm以上、より好ましくは1×1011個/cm以上、更に好ましくは1×1012個/cm以上、より更に好ましくは2.2×1012個/cm以上であり、好ましくは1×1014個/cm以下、より好ましくは1×1013個/cm以下、更に好ましくは5×1012個/cm以下である、<1>~<37>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<39>
 好ましくは、前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、7.5質量%以上40質量%以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子間の距離は、10nm以下であり、
 より好ましくは、前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、10質量%以上30質量%以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子間の距離は、6nm以下であり、
 更に好ましくは、前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、15質量%以上25質量%以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子間の距離は、4.5nm以下であり、
 より更に好ましくは、前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、17質量%以上25質量%以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子間の距離は、4.5nm以下である、<1>~<38>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<40>
 好ましくは、前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、7.5質量%以上40質量%以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子密度は、1×1010個/cm以上1×1014個/cm以下であり、
 より好ましくは、前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、10質量%以上30質量%以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子密度は、1×1011個/cm以上1×1013個/cm以下であり、
 更に好ましくは、前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、15質量%以上25質量%以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子密度は、1×1012個/cm以上5×1012個/cm以下であり、
 より更に好ましくは、前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、17質量%以上25質量%以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子密度は、2.2×1012個/cm以上5×1012個/cm以下である、<1>~<38>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<41>
 好ましくは、前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、7.5質量%以上40質量%以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子間の距離は、10nm以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子密度は、1×1010個/cm以上1×1014個/cm以下であり、
 より好ましくは、前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、10質量%以上30質量%以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子間の距離は、6nm以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子密度は、1×1011個/cm以上1×1013個/cm以下であり、
 更に好ましくは、前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、15質量%以上25質量%以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子間の距離は、4.5nm以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子密度は、1×1012個/cm以上5×1012個/cm以下であり、
 より更に好ましくは、前記光吸収層中におけるペロブスカイト化合物と量子ドットの合計含有量に対する量子ドットの含有割合は、17質量%以上25質量%以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子間の距離は、4.5nm以下であり、前記光吸収層中における量子ドットの粒子密度は、2.2×1012個/cm以上5×1012個/cm以下である、<1>~<38>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<42>
 前記光吸収層の700nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、好ましくは0.1%以上、より好ましくは0.5%以上、更に好ましくは1%以上である、<1>~<41>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<43>
 前記光吸収層の900nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、好ましくは0.01%以上、より好ましくは0.03%以上、更に好ましくは0.05%以上である、<1>~<42>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<44>
 前記光吸収層の1100nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、好ましくは0.005%以上、より好ましくは0.01%以上、更に好ましくは0.02%以上である、<1>~<43>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<45>
 好ましくは、前記光吸収層の700nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、0.1%以上であり、前記光吸収層の900nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、0.01%以上であり、前記光吸収層の1100nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、0.005%以上であり、
 より好ましくは、前記光吸収層の700nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、0.5%以上であり、前記光吸収層の900nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、0.03%以上であり、前記光吸収層の1100nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、0.01%以上であり、
 更に好ましくは、前記光吸収層の700nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、1%以上であり、前記光吸収層の900nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、0.05%以上であり、前記光吸収層の1100nmにおける外部量子効率差(ΔEQE)は、0.02%以上である、<1>~<44>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<46>
 ペロブスカイト化合物の価電子帯と中間バンドとの間のエネルギー差は、好ましくは1.0eV以上、より好ましくは1.2eV以上、更に好ましくは1.3eV以上であり、好ましくは2.0eV以下、より好ましくは1.6eV以下、更に好ましくは1.4eV以下である、<35>~<45>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<47>
 中間バンドとペロブスカイト化合物の伝導帯との間のエネルギー差は、好ましくは0.1eV以上、より好ましくは0.2eV以上、更に好ましくは0.3eV以上であり、好ましくは1.5eV以下、より好ましくは0.8eV以下、更に好ましくは0.6eV以下である、<35>~<46>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<48>
 好ましくは、ペロブスカイト化合物の価電子帯と中間バンドとの間のエネルギー差は、1.0eV以上2.0eV以下であり、中間バンドとペロブスカイト化合物の伝導帯との間のエネルギー差は、0.1eV以上1.5eV以下であり、
 より好ましくは、ペロブスカイト化合物の価電子帯と中間バンドとの間のエネルギー差は、1.2eV以上1.6eV以下であり、中間バンドとペロブスカイト化合物の伝導帯との間のエネルギー差は、0.2eV以上0.8eV以下であり、
 更に好ましくは、ペロブスカイト化合物の価電子帯と中間バンドとの間のエネルギー差は、1.3eV以上1.4eV以下であり、中間バンドとペロブスカイト化合物の伝導帯との間のエネルギー差は、0.3eV以上0.6eV以下である、<35>~<47>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<49>
 光吸収層の500nmにおける外部量子効率(EQE)は、好ましくは10%以上、より好ましくは30%以上、更に好ましくは40%以上である、<1>~<48>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<50>
 ペロブスカイト化合物単独の光吸収層の500nmのEQEに対する前記光吸収層のEQE比は、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.3以上、更に好ましくは0.55以上である、<1>~<49>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<51>
 好ましくは、光吸収層の500nmにおける外部量子効率(EQE)は、10%以上であり、ペロブスカイト化合物単独の光吸収層の500nmのEQEに対する前記光吸収層のEQE比は、0.1以上であり、
 より好ましくは、光吸収層の500nmにおける外部量子効率(EQE)は、30%以上であり、ペロブスカイト化合物単独の光吸収層の500nmのEQEに対する前記光吸収層のEQE比は、好ましくは0.3以上であり、
 更に好ましくは、光吸収層の500nmにおける外部量子効率(EQE)は、40%以上であり、ペロブスカイト化合物単独の光吸収層の500nmのEQEに対する前記光吸収層のEQE比は、好ましくは0.55以上である、<1>~<50>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<52>
 光吸収層の900nmにおける外部量子効率(EQE)は、好ましくは0.1%以上、より好ましくは1%以上、更に好ましくは1.5%以上である、<1>~<51>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<53>
 好ましくは、光吸収層の500nmにおける外部量子効率(EQE)は、10%以上であり、光吸収層の900nmにおける外部量子効率(EQE)は、0.1%以上であり、
 より好ましくは、光吸収層の500nmにおける外部量子効率(EQE)は、30%以上であり、光吸収層の900nmにおける外部量子効率(EQE)は、1%以上であり、
 更に好ましくは、光吸収層の500nmにおける外部量子効率(EQE)は、40%以上であり、光吸収層の900nmにおける外部量子効率(EQE)は、1.5%以上である、<1>~<52>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<54>
 好ましくは、光吸収層の500nmにおける外部量子効率(EQE)は、10%以上であり、ペロブスカイト化合物単独の光吸収層の500nmのEQEに対する前記光吸収層のEQE比は、0.1以上であり、光吸収層の900nmにおける外部量子効率(EQE)は、0.1%以上であり、
 より好ましくは、光吸収層の500nmにおける外部量子効率(EQE)は、30%以上であり、ペロブスカイト化合物単独の光吸収層の500nmのEQEに対する前記光吸収層のEQE比は、0.3以上であり、光吸収層の900nmにおける外部量子効率(EQE)は、1%以上であり、
 更に好ましくは、光吸収層の500nmにおける外部量子効率(EQE)は、40%以上であり、ペロブスカイト化合物単独の光吸収層の500nmのEQEに対する前記光吸収層のEQE比は、0.55以上であり、光吸収層の900nmにおける外部量子効率(EQE)は、1.5%以上である、<1>~<53>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<55>
 光吸収層の厚さは、好ましくは30nm以上、より好ましくは50nm以上、更に好ましくは80nm以上であり、好ましくは1000nm以下、より好ましくは800nm以下、更に好ましくは600nm以下、より更に好ましくは500nm以下である、<1>~<54>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<56>
 光吸収層の表面平滑性は、好ましくは100nm以上、より好ましくは200nm以上、更に好ましくは300nm以上、より更に好ましくは400nm以上であり、好ましくは1000nm以下、より好ましくは800nm以下、更に好ましくは700nm以下である、<1>~<55>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<57>
 光吸収層の多孔質層に対する被覆率は、好ましくは10%以上、より好ましくは20%以上、更に好ましくは30%以上、より更に好ましくは40%以上、より更に好ましくは50%以上であり、100%以下である、<1>~<56>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<58>
 光吸収層における量子ドット(QD)のペロブスカイト化合物(P)に対する吸光度比(QD/P)は、好ましくは0.3以下、より好ましくは0.2以下、更に好ましくは0.1以下、より更に好ましくは0である、<1>~<57>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<59>
 光吸収層における発光ピークエネルギーは、量子ドットのバンドギャップエネルギー以上且つペロブスカイトのバンドギャップエネルギー未満の光で光吸収層を励起した時、好ましくは0.2eV以上、より好ましくは0.4eV以上、更に好ましくは0.6eV以上、より更に好ましくは0.8eV以上であり、好ましくは1.4eV以下、より好ましくは1.3eV以下、更に好ましくは1.2eV以下、より更に好ましくは1.1eV以下である、<1>~<58>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<60>
 光吸収層における発光ピークエネルギーとペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーとの差は、好ましくは0.2eV以上、より好ましくは0.4eV、更に好ましくは0.5eV以上であり、好ましくは1.5eV以下、より好ましくは1.0eV以下、更に好ましくは0.7eV以下である、<1>~<59>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<61>
 光吸収層における発光ピークエネルギーと量子ドットのバンドギャップエネルギーとの差は、好ましくは1.0eV以下、より好ましくは0.5eV以下、更に好ましくは0.3eV以下、より更に好ましくは0eVである、<1>~<60>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<62>
 好ましくは、光吸収層における発光ピークエネルギーとペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーとの差は、0.2eV以上1.5eV以下であり、光吸収層における発光ピークエネルギーと量子ドットのバンドギャップエネルギーとの差は、1.0eV以下であり、
 より好ましくは、光吸収層における発光ピークエネルギーとペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーとの差は、0.4eV以上1.0eV以下であり、光吸収層における発光ピークエネルギーと量子ドットのバンドギャップエネルギーとの差は、0.5eV以下であり、
 更に好ましくは、光吸収層における発光ピークエネルギーとペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーとの差は、0.5eV以上0.7eV以下であり、光吸収層における発光ピークエネルギーと量子ドットのバンドギャップエネルギーとの差は、0.3eV以下であり、
 より更に好ましくは、光吸収層における発光ピークエネルギーとペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーとの差は、0.5eV以上0.7eV以下であり、光吸収層における発光ピークエネルギーと量子ドットのバンドギャップエネルギーとの差は、0eV以下である、<1>~<61>のいずれか1項に記載の光吸収層。
<63>
 前記一般式(1)で表される化合物及び前記一般式(2)で表される化合物から選ばれる1種以上のペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体と、ハロゲン元素含有物質を配位子として含む量子ドットとを含有する、<1>~<62>のいずれかに記載の光吸収層を製造するための分散液。
<64>
 前記分散液は、溶剤を含有し、前記溶剤は、好ましくは極性溶剤、より好ましくはケトン類、アミド系溶剤、及びジメチルスルホキシドから選ばれる少なくとも1種、更に好ましくはアミド系溶剤、より更に好ましくはN,N-ジメチルホルムアミドである、<63>に記載の分散液。
<65>
 前記分散液中の前記量子ドットの固形分濃度は、好ましくは1mg/mL以上、より好ましくは10mg/mL以上、更に好ましくは50mg/mL以上であり、好ましくは100mg/mL以下、より好ましくは80mg/mL以下、更に好ましくは60mg/mL以下である、<63>又は<64>に記載の分散液。
<66>
 <63>~<65>のいずれかに記載の分散液から得られる光吸収層。
<67>
 次の工程1、工程2及び工程3を含む、下記一般式(1)で表される化合物及び下記一般式(2)で表される化合物から選ばれる1種以上のペロブスカイト化合物のマトリックス中に、量子ドットが分散している光吸収層の製造方法。
(工程1)有機配位子を含む量子ドットの該有機配位子を、ハロゲン元素含有物質へ配位子交換して、ハロゲン元素含有物質を配位子として含む量子ドット固体を得る工程
(工程2)工程1で得られた量子ドット固体と、下記一般式(1)で表される化合物、下記一般式(2)で表される化合物、及びその前駆体から選ばれる1種以上の物質を含む溶液又は混合液とを混合して分散液を得る工程
(工程3)工程2で得られた分散液から光吸収層を得る工程
 
 RMX    (1)
(式中、Rは2種以上の1価のカチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンである。)
 R n-13n+1    (2)
(式中、R、R、及びRはそれぞれ独立に1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも2つは異なる1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも1つは1価の無機カチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンであり、nは1以上10以下の整数である。)
<68>
 前記ハロゲン元素含有物質のハロゲン元素は、好ましくはヨウ素又は臭素であり、より好ましくはヨウ素である、<67>に記載の光吸収層の製造方法。
<69>
 有機配位子を含む量子ドットの該有機配位子をハロゲン元素含有物質へ配位子交換する方法は、好ましくは分散液中で配位子交換する方法、より好ましくは有機配位子を含む量子ドット分散液とハロゲン元素含有物質の原料溶液とを室温(25℃)、無撹拌下、時間をかけて混合後、静置することにより、配位子交換する方法である、<67>又は<68>に記載の光吸収層の製造方法。
<70>
 配位子交換に使用するハロゲン元素含有物質の原料は、好ましくはヨウ化メチルアンモニウム(メチルアミンヨウ化水素酸塩)、ヨウ化アンモニウム、臭化メチルアンモニウム(メチルアミン臭化水素酸塩)、及び臭化アンモニウムから選択される1種以上、より好ましくはヨウ化メチルアンモニウム(メチルアミンヨウ化水素酸塩)、及び臭化メチルアンモニウム(メチルアミンヨウ化水素酸塩)から選択される1種以上、更に好ましくはヨウ化メチルアンモニウム(メチルアミンヨウ化水素酸塩)である、<67>~<69>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<71>
 配位子交換に使用するハロゲン元素含有物質原料の混合量は、量子ドット表面の有機化合物に対するハロゲン元素のモル比として、好ましくは0.1以上、より好ましくは1以上、更に好ましくは1.5以上、好ましくは10以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは5以下である、<67>~<70>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<72>
 配位子交換に使用する溶媒は、量子ドットを良好に分散させる溶媒とハロゲン元素含有物質原料を溶解させる溶媒との混合溶媒であり、量子ドットの分散溶媒は、好ましくはトルエン、ヘキサン、及びオクタンから選択される1種以上の非(低)極性有機溶媒、より好ましくはトルエンであり、ハロゲン元素含有物質原料の溶解溶媒は、好ましくはN,N-ジメチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、及びγ-ブチロラクトンから選択される1種以上の非プロトン性極性有機溶媒、より好ましくはN,N-ジメチルホルムアミドである、<69>~<71>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<73>
 配位子交換時に混合する量子ドット分散液中の量子ドット固形分濃度は、好ましくは10mg/mL以上、より好ましくは50mg/mL以上、更に好ましくは80mg/mL以上、好ましくは1000mg/mL以下、より好ましくは500mg/mL以下、更に好ましくは200mg/mL以下である、<69>~<72>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<74>
 配位子交換時に混合するハロゲン元素含有物質原料溶液中のハロゲン元素含有物質原料濃度は、好ましくは0.01mol/L以上、より好ましくは0.1mol/L以上、更に好ましくは0.2mol/L以上、好ましくは1mol/L以下、より好ましくは0.5mol/L以下、更に好ましくは0.3mol/L以下である、<69>~<73>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<75>
 配位子交換時の量子ドット分散液とハロゲン元素含有物質原料溶液との混合方法は、好ましくは連続法又は滴下法(半連続法)、より好ましくは滴下法である、<69>~<74>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<76>
 前記連続法は、量子ドット分散液にハロゲン元素含有物質原料溶液を混合する方法であり、混合速度は、好ましくは25μl/秒以下、より好ましくは5μl/秒以下、更に好ましくは3μl/秒以下、好ましくは0.2μl/秒以上、より好ましくは0.4μl/秒以上、更に好ましくは1.5μl/秒以上である、<75>に記載の光吸収層の製造方法。
<77>
 前記滴下法は、量子ドット分散液にハロゲン元素含有物質原料溶液を滴下する方法であり、滴下速度は、好ましくは1滴/1秒以下、より好ましくは1滴/5秒以下、更に好ましくは1滴/8秒以下、好ましくは1滴/100秒以上、より好ましくは1滴/50秒以上、更に好ましくは1滴/15秒以上である、<75>に記載の光吸収層の製造方法。
<78>
 量子ドット分散液とハロゲン元素含有物質原料溶液とを混合後、静置する時間は、好ましくは0.1時間以上、より好ましくは1時間以上、更に好ましくは10時間以上、好ましくは100時間以下、より好ましくは48時間以下、更に好ましくは24時間以下である、<69>~<77>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<79>
 配位子交換後、有機化合物とハロゲン元素含有物質とを配位子とする量子ドット固体を得る方法は、量子ドット分散液とハロゲン元素含有物質原料溶液との混合分散液に洗浄溶媒を添加し、ろ過して、量子ドット表面に配位していた有機化合物や過剰のハロゲン元素含有物質原料、溶媒を除去する工程を経て、量子ドット固体を得る方法である、<67>~<78>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<80>
 前記洗浄溶媒は、好ましくは配位子交換前後のいずれの量子ドットも分散しにくく、且つ、有機化合物、ハロゲン元素含有物質が可溶な有機溶媒、より好ましくはアルコール溶媒、更に好ましくはメタノールである、<79>に記載の光吸収層の製造方法。
<81>
 前記洗浄溶媒の量は、量子ドット分散液とハロゲン元素含有物質原料溶液との混合分散液の量に対する洗浄溶媒の体積比として、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.5以上、更に好ましくは1以上、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは2以下である、<79>又は<80>に記載の光吸収層の製造方法。
<82>
 ろ過時のフィルター孔径は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.2μm以上、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下である、<79>~<81>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<83>
 ろ過時のフィルター材質は、好ましくは疎水性のもの、より好ましくはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である、<79>~<82>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<84>
 前記ペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体と、前記量子ドットとを含む分散液は、溶剤を含有する、<67>~<83>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<85>
 前記溶剤は、好ましくは極性溶剤、より好ましくはケトン類、アミド系溶剤、及びジメチルスルホキシドから選ばれる少なくとも1種、更に好ましくはアミド系溶剤、より更に好ましくはN,N-ジメチルホルムアミドである、<84>に記載の光吸収層の製造方法。
<86>
 前記分散液中の前記ペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体の金属濃度は、好ましくは0.1mol/L以上、より好ましくは0.2mol/L以上、更に好ましくは0.3mol/L以上であり、好ましくは1.5mol/L以下、より好ましくは1.0mol/L以下、更に好ましくは0.5mol/L以下である、<84>又は<85>に記載の光吸収層の製造方法。
<87>
 前記分散液中の前記量子ドットの固形分濃度は、好ましくは1mg/mL以上、より好ましくは10mg/mL以上、更に好ましくは50mg/mL以上であり、好ましくは100mg/mL以下、より好ましくは80mg/mL以下、更に好ましくは60mg/mL以下である、<84>~<86>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<88>
 好ましくは、前記分散液中の前記ペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体の金属濃度は、0.1mol/L以上1.5mol/L以下であり、前記分散液中の前記量子ドットの固形分濃度は、1mg/mL以上100mg/mL以下であり、
 より好ましくは、前記分散液中の前記ペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体の金属濃度は、0.2mol/L以上1.0mol/L以下であり、前記分散液中の前記量子ドットの固形分濃度は、10mg/mL以上80mg/mL以下であり、
 更に好ましくは、前記分散液中の前記ペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体の金属濃度は、0.3mol/L以上0.5mol/L以下であり、前記分散液中の前記量子ドットの固形分濃度は、50mg/mL以上60mg/mL以下である、<84>~<87>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<89>
 前記分散液を調製する際の混合温度は、好ましくは0℃以上、より好ましくは10℃以上、更に好ましくは20℃以上であり、好ましくは50℃以下、より好ましくは40℃以下、更に好ましくは30℃以下である、<67>~<88>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<90>
 前記分散液を調製する際の混合時間は、好ましくは0時間超、より好ましくは0.1時間以上であり、好ましくは72時間以下、より好ましくは24時間以下、更に好ましくは1時間以下である、<67>~<89>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<91>
 好ましくは、前記分散液を調製する際の混合温度は、0℃以上50℃以下であり、混合時間は、0時間超72時間以下であり、
 より好ましくは、前記分散液を調製する際の混合温度は、10℃以上40℃以下であり、混合時間は、0.1時間以上24時間以下であり、
 更に好ましくは、前記分散液を調製する際の混合温度は、20℃以上30℃以下であり、混合時間は、0.1時間以上1時間以下である、<67>~<90>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<92>
 前記分散液は、ろ過されたものであり、ろ過時のフィルター孔径は、好ましくは0.1μm以上、より好ましくは0.2μm以上、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.5μm以下であり、ろ過時のフィルター材質は、好ましくは疎水性のもの、より好ましくはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)である、<67>~<91>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<93>
 前記工程3は、好ましくはウェットプロセスであり、より好ましくはスピンコーティング法である、<67>~<92>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<94>
 前記スピンコーティング法の最大回転数は、好ましくは500rpm以上、より好ましくは1000rpm以上、更に好ましくは2000rpm以上であり、好ましくは6000rpm以下、より好ましくは5000rpm以下、更に好ましくは4000rpm以下である、<93>に記載の光吸収層の製造方法。
<95>
 前記スピンコーティング法において、スピンコート中に貧溶媒を滴下する、<93>又は<94>に記載の光吸収層の製造方法。
<96>
 前記貧溶媒は、トルエン又はクロロベンゼンである、<95>に記載の光吸収層の製造方法。
<97>
 前記ウェットプロセスにおける乾燥方法は、熱乾燥であり、熱乾燥の温度は、好ましくは60℃以上、より好ましくは80℃以上、更に好ましくは100℃以上であり、好ましくは200℃以下、より好ましくは150℃以下、更に好ましくは120℃以下であり、熱乾燥の時間は、好ましくは1分以上、より好ましくは5分以上、更に好ましくは10分以上であり、好ましくは120分以下、より好ましくは60分以下、更に好ましくは30分以下である、<93>~<96>のいずれか1項に記載の光吸収層の製造方法。
<98>
 <1>~<62>及び<66>のいずれか1項に記載の光吸収層を有する光電変換素子。
<99>
 <98>に記載の光電変換素子を有する太陽電池。
 以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明する。表中に特に示さない限り、各成分の含有量は質量%を示す。また、評価・測定方法は以下のとおりである。なお、特に断らない限り、実施、測定は25℃で行った。
<I-V曲線>
 キセノンランプ白色光を光源(ペクセル・テクノロジーズ株式会社製、PEC-L01)とし、太陽光(AM1.5)相当の光強度(100mW/cm)にて、光照射面積0.0363cm(2mm角)のマスク下、I-V特性計測装置(ペクセル・テクノロジーズ株式会社製、PECK2400-N)を用いて走査速度0.1V/sec(0.01V step)、電圧設定後待ち時間50msec、測定積算時間50msec、開始電圧-0.1V、終了電圧1.1Vの条件でセルのI-V曲線を測定した。なお、シリコンリファレンス(BS-520、0.5714mA)で光強度補正を行った。I-V曲線から短絡電流密度(mA/cm)、開放電圧(V)、フィルファクター(FF)、及び変換効率(%)を求めた。
<外部量子効率>
 外部量子効率(EQE)スペクトルは、分光感度測定装置(分光計器株式会社製、CEP-2000MLR)を用い、光照射面積0.0363cmのマスク下、300~1200nmの波長範囲にて直流法で測定を行った。ペロブスカイト化合物の光吸収に由来する波長500nmのEQEと量子ドットの光吸収に由来する900nmのEQEを求めた。なお、ペロブスカイト化合物の光吸収に由来する500nmのEQEにおいて、ペロブスカイト単独セルのEQEに対する量子ドット複合セルのEQEの比を算出した。
<外部量子効率差>
 外部量子効率差(ΔEQE)は、分光感度測定装置(分光計器株式会社製、CEP-1500)において、光学チョッパーを用いて赤外バイアス光照射の有無で量子効率(EQE)を測定し、赤外バイアス光照射時のEQEと赤外バイアス光非照射時のEQEとの差(ΔEQE)を求めた。キセノンランプとAM1.5フィルターの擬似太陽光源を850nmと1400nmのロングパスフィルターに通した赤外バイアス光を用いた。赤外チョッパーの変調周波数は、5Hzとした。光照射面積0.0361cmのマスク下、300~1300nmの波長範囲にて交流法で測定を行った。波長700nm、900nm、及び1100nmの外部量子効率差(ΔEQE)を求めた。
<吸収スペクトル>
 光吸収層の吸収スペクトルは、正孔輸送剤を塗布する前の試料において、UV-Vis分光光度計(株式会社島津製作所製、SolidSpec-3700)を用い、スキャンスピード中速、サンプルピッチ1nm、スリット幅20、検出器ユニット積分球の条件で300~1600nmの範囲を測定した。FTO(Fluorine-doped tin oxide)基板(旭硝子ファブリテック株式会社製、25×25×1.8mm)でバックグラウンド測定を行った。 
 PbS量子ドット分散液の吸収スペクトルは、PbS量子ドット固体0.1mg/mLの濃度の分散液において、1cm角石英セルを用いて、同様に測定した。なお、オレイン酸が配位したPbS量子ドットの場合はヘキサンを分散溶媒とし、ヨウ素が配位したPbS量子ドットの場合はN,N-ジメチルホルムアミド(DMF)を分散溶媒とした。 
 横軸;波長λ、縦軸;吸光度Aの吸収スペクトルを、横軸;エネルギーhν、縦軸;(αhν)1/2(α;吸光係数)のスペクトルに変換し、吸収の立ち上がる部分に直線をフィッティングし、その直線とベースラインとの交点をバンドギャップエネルギーとした。
<発光スペクトル>
 PbS量子ドット分散液の発光スペクトルは、PbS量子ドット固体0.1mg/mLの濃度のヘキサン分散液において、1cm角四面透明セルを用いて、近赤外蛍光分光計(株式会社堀場製作所製、Fluorolog)を用い、励起波長800nm、励起光スリット幅10nm、発光スリット幅15nm、取り込み時間0.1sec、積算2回平均、ダークオフセットオンの条件で850~1550nmの範囲を測定した。
<X線回折解析>
 光吸収層のペロブスカイト化合物の結晶子径は、正孔輸送剤を塗布する前の試料において、粉末X線回折装置(株式会社リガク製、MiniFlex600、光源CuKα、管電圧40kV、管電流15mA)を用い、サンプリング幅0.02°、走査速度20°/min、ソーラースリット(入射)5.0°、発散スリット1.250°、縦発散13.0mm、散乱スリット13.0mm、ソーラースリット(反射)5.0°、受光スリット13.0mmの条件で5~60°の範囲を測定した。ペロブスカイト化合物の結晶子径は、解析ソフト(PDXL、ver.2.6.1.2)を用いてペロブスカイト化合物の最強ピーク(2θ=14°)において算出した。ペロブスカイト化合物の最強ピーク(2θ=14°)強度に対するヨウ化鉛(PbI)の最強ピーク(2θ=12°)強度の比を算出した。 
 PbS量子ドットの結晶子径(粒径)は、ガラスホルダー上のPbS量子ドット固体において、同様に測定し、解析ソフト(PDXL、ver.2.6.1.2)を用いてPbSのcubic(220)ピーク(2θ=42°)において算出した。
<PbS量子ドット固体の組成>
 PbS量子ドット固体中のPb濃度は、PbS量子ドット固体を硝酸/過酸化水素混合溶液に完全溶解後、高周波誘導結合プラズマ発光分光(ICP)分析により定量した。 
 PbS量子ドット固体中のオレイン酸濃度は、オレイン酸が配位したPbS量子ドットの場合は、重トルエン(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製、99atom%D、TMS0.03vol%含有)溶媒、ヨウ素が配位したPbS量子ドットの場合は、重DMF(東京化成製、99.5atom%D)溶媒中、ジブロモメタン(和光純薬株式会社製)を内部標準物質として用い、プロトン(H)核磁気共鳴(NMR)法により定量した。NMR装置(アジレント社製、VNMRS400)を用い、共鳴周波数400HHz、遅延時間60秒、積算32回の条件で測定した。重トルエン溶媒の場合、ジブロモメタン(3.9ppm vs.TMS)の積分値に対するオレイン酸のビニルプロトン(5.5ppm vs.TMS)の積分値の比からPbS量子ドット固体中のオレイン酸濃度を求めた。重DMF溶媒の場合、ジブロモメタン(3.9ppm vs.TMS)の積分値に対するオレイン酸のメチルプロトン(0.8ppm vs.TMS)の積分値の比からPbS量子ドット固体中のオレイン酸濃度を求めた。 
 PbS量子ドット固体中のPb/S/I/N原子比は、ガラス基板上のPbS量子ドット固体において、光電子分光法(ESCA)により定量した。ESCA装置(アルバックファイ社製、PHI Quantera SXM)を用い、X線源単色化AlKα(25W,15kV)、ビーム径100μm、測定範囲1mm、パスエネルギー112eV、ステップ0.2eV、帯電補正ニュウトラライザーおよびAr照射、光電子取出し角度45°、結合エネルギー補正C1s(284.8eV)の条件でESCA測定し、Pb4f、S2p、I3d、N1sピークから組成を求めた。
<オレイン酸が配位したPbS量子ドットの合成>
 酸化鉛(和光純薬工業株式会社製)0.45g、オクタデセン(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製)10g、オレイン酸(シグマ アルドリッチ ジャパン合同会社製)1.34gを50mL三口フラスコに入れ、80℃で2時間撹拌することにより、Pb源溶液を調製した。反応系内を真空ポンプにより脱気、窒素ガス置換後、更に110℃で30分撹拌した。一方、1,1,1,3,3,3-ヘキサメチルジシラチアン(東京化成工業株式会社製)210μLをオクタデセン4mLに溶解し、S源溶液を調製した。110℃、撹拌、窒素ガス下、シリンジを用いてS源溶液をPb源溶液に一気に注入し、オレイン酸が配位したPbS量子ドットを生成させた。大過剰のアセトンを添加して反応を停止後、遠心分離(日立工機株式会社製、CR21GIII、R15Aローター、2500rpm、2分)により上澄みを除去、沈殿物を減圧乾燥させることにより、オレイン酸が配位したPbS量子ドット固体を得た。 
 オレイン酸が配位したPbS量子ドット固体中の各濃度は、Pb=55質量%、オレイン酸=24質量%であり、オレイン酸/Pbモル比=0.31であった。ESCA分析結果よりPb/S/I/N原子比=1/0.58/0/0、X線回折結果より結晶子径3.0nm、吸収スペクトルより吸収端波長1050nm、吸収ピーク波長980nm(固定分濃度0.1mg/mLヘキサン分散液のピーク吸光度0.052)、発光スペクトルより発光ピーク波長1050nm(励起波長800nm)であった。
<ヨウ素が配位したPbS量子ドットの合成>
 上記のオレイン酸が配位したPbS量子ドット固体0.20gをトルエン(脱水、和光純薬工業株式会社製)2mLに分散させ、黒色透明分散液を得た。一方、メチルアミンヨウ化水素酸塩(CHNHI、東京化成工業株式会社製)0.053gをDMF(脱水、和光純薬工業株式会社製)0.5mLとトルエン(脱水、和光純薬工業株式会社製)1mLに溶解させた(CHNHI/オレイン酸モル比=2)。室温(25℃)、窒素雰囲気(グローブボックス内)、無撹拌下、上記CHNHI溶液をPbS量子ドット分散液に1滴/10秒の滴下速度(滴下時間11分)で滴下後、18時間静置した。更にメタノール5mLを添加、混合後、フィルター(孔径0.2μm、材質PTFE)ろ過、乾燥させることにより、ヨウ素が配位したPbS量子ドット固体を得た。 
 ヨウ素が配位したPbS量子ドット固体中の各濃度は、Pb=53質量%、オレイン酸=1質量%であり、オレイン酸/Pbモル比=0.01であった。ESCA分析結果よりPb/S/I/N原子比=1/0.51/0.49/0、X線回折結果より結晶子径3.5nm、DMF分散液の吸収スペクトルより吸収端波長1200nm、吸収ピーク波長1000nmであった。
<実施例1>
 次の(1)~(7)の工程を順に行い、セルを作製した。
(1)FTO基板のエッチング、洗浄
 25mm角のフッ素ドープ酸化スズ(FTO)付ガラス基板(旭硝子ファブリテック株式会社製、25×25×1.8mm、以下、FTO基板という)の一部をZn粉末と2mol/L塩酸水溶液でエッチングした。1質量%中性洗剤、アセトン、2-プロパノール(IPA)、イオン交換水で、この順に各10分間超音波洗浄を行った。
(2)オゾン洗浄
 緻密TiO層形成工程の直前にFTO基板のオゾン洗浄を行った。FTO面を上にして、基板をオゾン発生装置(メイワフォーシス株式会社製オゾンクリーナー、PC-450UV)に入れ、30分間UV照射した。
(3)緻密TiO層(ブロッキング層)の形成
 エタノール(脱水、和光純薬工業株式会社製)123.24gにビス(2,4-ペンタンジオナト)ビス(2-プロパノラト)チタニウム(IV)(75%IPA溶液、東京化成工業株式会社製)4.04gを溶解させ、スプレー溶液を調製した。ホットプレート(450℃)上のFTO基板に約30cmの高さから0.3MPaでスプレーした。20cm×8列を2回繰り返して約7gスプレー後、450℃で3分間乾燥した。この操作を更に2回行うことにより合計約21gの溶液をスプレーした。その後、このFTO基板を、塩化チタン(和光純薬工業株式会社製)水溶液(50mM)に浸漬し、70℃で30分加熱した。水洗、乾燥後、500℃で20分焼成(昇温15分)することにより、緻密TiO(cTiO)層を形成した。
(4)メソポーラスTiO層(多孔質層)の形成
 アナターゼ型TiOペースト(PST-18NR、日揮触媒化成株式会社製)0.404gにエタノール(脱水、和光純薬工業株式会社製)1.41gを加え、1時間超音波分散を行い、TiOコート液を調製した。ドライルーム内において、上記のcTiO層上にスピンコーター(ミカサ株式会社製、MS-100)を用いてTiOコート液をスピンコートした(5000rpm×30sec)。125℃のホットプレート上で30分間乾燥後、500℃で30分焼成(昇温時間60分)することにより、メソポーラスTiO(mTiO)層を形成した。
(5)光吸収層の形成
 光吸収層および正孔輸送層の形成は、グローブボックス内にて行った。ヨウ化鉛(PbI、ペロブスカイト前駆体用、東京化成工業株式会社製)0.207g、メチルアミンヨウ化水素酸塩(CHNHI、東京化成工業株式会社製)0.072g、ヨウ化セシウム(CsI、99.999%、シグマアルドリッチ製)0.012g、DMF(脱水、和光純薬工業株式会社製)1.5mLを混合、室温撹拌し、0.3mol/Lペロブスカイト(Cs0.1(CHNH0.9PbI)原料のDMF溶液(無色透明)を調製した。更に、このDMF溶液に上記のヨウ素が配位したPbS量子ドット固体0.122gを加え、15分間撹拌分散後、孔径0.45μmのPTFEフィルターでろ過することにより、PbS量子ドットとペロブスカイト原料との混合分散液(コート液)を得た。なお、このコート液のDMF溶媒希釈分散液のピーク吸光度(ピーク波長1000nm)から、PbSとペロブスカイトの合計含有量に対するPbSの質量比(PbS換算配合量)18質量%を算出した。 
 上記のmTiO層上にスピンコーター(ミカサ株式会社製、MS-100)を用いて前記コート液をスピンコートした(500rpm×5sec、スロープ5sec、1000rpm×40sec、スロープ5sec、3000rpm×50sec)。なお、スピン開始20秒後に貧溶媒であるトルエン(脱水、和光純薬工業株式会社製)1mLをスピン中心部に一気に滴下した。スピンコート後すぐに100℃ホットプレート上で10分間乾燥させ、光吸収層を形成した。ペロブスカイト化合物が生成していることはX線回折パターン、吸収スペクトル及び電子顕微鏡観察により、また、量子ドットが存在していることは蛍光スペクトル、電子顕微鏡観察から確認した。
(6)正孔輸送層の形成
 ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドリチウム(LiTFSI、和光純薬工業株式会社製)9.1mg、[トリス(2-(1H-ピラゾール-1-イル)-4-tert-ブチルピリジン)コバルト(III)トリス(ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド)](Co(4-tButylpyridyl-2-1H-pyrazole)3.3TFSI、和光純薬工業株式会社製)8.7mg、2,2’,7,7’-テトラキス[N,N-ジ-p-メトキシフェニルアミノ]-9,9’-スピロビフルオレン(Spiro-OMeTAD、和光純薬工業株式会社製)72.3mg、クロロベンゼン(ナカライテスク株式会社製)1mL、tert-ブチルピリジン(TBP、シグマアルドリッチ製)28.8μLを混合し、室温撹拌して正孔輸送剤(HTM)溶液(黒紫色透明)を調製した。使用直前に、HTM溶液を孔径0.45μmのPTFEフィルターでろ過した。上記の光吸収層上にスピンコーター(ミカサ株式会社、MS-100)を用いてHTM溶液をスピンコートした(4000rpm×30sec)。スピンコート後すぐに70℃ホットプレート上で30分間乾燥した。乾燥後、γ-ブチロラクトン(和光純薬工業株式会社製)を浸み込ませた綿棒でFTOとのコンタクト部分および基板裏面全体を拭き取り、更に70℃のホットプレート上で数分間乾燥させ、正孔輸送層を形成した。
(7)金電極の蒸着
 真空蒸着装置(アルバック機工株式会社製、VTR-060M/ERH)を用い、真空下(4~5×10-3Pa)、上記の正孔輸送層上に金を100nm蒸着(蒸着速度8~9Å/sec)して、金電極を形成した。
<比較例1>
 実施例1の(5)光吸収層の形成において、ヨウ化セシウムを配合せずに、ヨウ素が配位したPbS量子ドット固体の配合量を0.122gから0.085gに変更し、PbSとペロブスカイトの合計含有量に対するPbSの質量比(PbS換算配合量)を15質量%とした以外は、実施例1と同様にして光吸収層を形成し、セルを作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
 表1から、2種のカチオンを含むペロブスカイト化合物を用いた実施例1の光吸収層は、1種のカチオンを含むペロブスカイト化合物を用いた比較例1の光吸収層に比べて、ペロブスカイト原料(PbI)の残存量が少なく、光電変換効率に優れることがわかる。また、実施例1の光吸収層は、外部量子効率差(ΔEQE)が検出され、2段階光吸収が起こっており、中間バンドを有することがわかる。
 本発明の光吸収層及び光電変換素子は、次世代太陽電池の構成部材として好適に使用することができる。
1:光電変換素子
2:透明基板
3:透明導電層
4:ブロッキング層
5:多孔質層
6:光吸収層
7:正孔輸送層
8:電極(正極)
9:電極(負極)
10:光
 

Claims (19)

  1.  下記一般式(1)で表される化合物及び下記一般式(2)で表される化合物から選ばれる1種以上のペロブスカイト化合物のマトリックス中に、量子ドットが分散している光吸収層。 
     RMX    (1)
    (式中、Rは2種以上の1価のカチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンである。)
     R n-13n+1    (2)
    (式中、R、R、及びRはそれぞれ独立に1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも2つは異なる1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも1つは1価の無機カチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンであり、nは1以上10以下の整数である。)
  2.  前記光吸収層は、中間バンドを有する請求項1に記載の光吸収層。
  3.  前記Xは、塩素アニオン、臭素アニオン、又はヨウ素アニオンである請求項1又は2に記載の光吸収層。
  4.  前記Rは、アルキルアンモニウムイオン及びホルムアミジニウムイオンから選ばれる1種以上と、K、Rb、及びCsから選ばれる1種以上である請求項1~3のいずれかに記載の光吸収層。
  5.  前記Rは、アルキルアンモニウムイオン又はホルムアミジニウムイオンであり、前記Rは、K、Rb、又はCsである請求項1~4のいずれかに記載の光吸収層。
  6.  前記Mは、Pb2+、Sn2+、又はGe2+である請求項1~5のいずれかに記載の光吸収層。
  7.  前記量子ドットのバンドギャップエネルギーは、0.2eV以上前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギー未満である請求項1~6のいずれかに記載の光吸収層。
  8.  前記ペロブスカイト化合物と前記量子ドットの合計含有量に対する前記量子ドットの含有割合は、7.5質量%以上である請求項1~7のいずれかに記載の光吸収層。
  9.  前記ペロブスカイト化合物のバンドギャップエネルギーと前記量子ドットのバンドギャップエネルギーとの差は、0.2eV以上2.0eV以下である請求項1~8のいずれかに記載の光吸収層。
  10.  前記量子ドットは、金属酸化物又は金属カルコゲナイドを含む請求項1~9のいずれかに記載の光吸収層。
  11.  前記量子ドットは、Pb元素を含む請求項1~10のいずれかに記載の光吸収層。
  12.  前記一般式(1)で表される化合物及び前記一般式(2)で表される化合物から選ばれる1種以上のペロブスカイト化合物及び/又はその前駆体と、ハロゲン元素含有物質を配位子として含む量子ドットとを含有する請求項1~11のいずれかに記載の光吸収層を製造するための分散液。
  13.  前記分散液は、溶剤を含有する請求項12に記載の分散液。
  14.  前記分散液中の前記量子ドットの固形分濃度は、1mg/mL以上100mg/mL以下である請求項12又は13に記載の分散液。
  15.  請求項12~14のいずれかに記載の分散液から得られる光吸収層。
  16.  次の工程1、工程2及び工程3を含む、下記一般式(1)で表される化合物及び下記一般式(2)で表される化合物から選ばれる1種以上のペロブスカイト化合物のマトリックス中に、量子ドットが分散している光吸収層の製造方法。
    (工程1)有機配位子を含む量子ドットの該有機配位子を、ハロゲン元素含有物質へ配位子交換して、ハロゲン元素含有物質を配位子として含む量子ドット固体を得る工程
    (工程2)工程1で得られた量子ドット固体と、下記一般式(1)で表される化合物、下記一般式(2)で表される化合物、及びその前駆体から選ばれる1種以上の物質を含む溶液又は混合液とを混合して分散液を得る工程
    (工程3)工程2で得られた分散液から光吸収層を得る工程
     
     RMX    (1)
    (式中、Rは2種以上の1価のカチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンである。)
     R n-13n+1    (2)
    (式中、R、R、及びRはそれぞれ独立に1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも2つは異なる1価のカチオンであり、R、R、及びRのうちの少なくとも1つは1価の無機カチオンであり、Mは2価の金属カチオンであり、Xはハロゲンアニオンであり、nは1以上10以下の整数である。)
  17.  前記ハロゲン元素含有物質のハロゲン元素がヨウ素である請求項16に記載の光吸収層の製造方法。
  18.  請求項1~11及び15のいずれかに記載の光吸収層を有する光電変換素子。
  19.  請求項18に記載の光電変換素子を有する太陽電池。
     
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