WO2020067096A1 - 光電変換素子及び太陽電池、光吸収剤、並びに、発光素子 - Google Patents

光電変換素子及び太陽電池、光吸収剤、並びに、発光素子 Download PDF

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洋史 加賀
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富士フイルム株式会社
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    • HELECTRICITY
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    • HELECTRICITY
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a photoelectric conversion element, a solar cell, a light absorber, and a light emitting element.
  • Photoelectric conversion elements are used in various optical sensors, copying machines, solar cells, and the like. 2. Description of the Related Art Solar cells are being put to practical use as ones that utilize non-depletable solar energy. Among these, dye-sensitized solar cells using an organic dye or a Ru bipyridyl complex as a sensitizer have been actively researched and developed, and the photoelectric conversion efficiency has reached about 11%.
  • Non-Patent Documents 1 and 2 describe a so-called double perovskite compound using two types of B-site metal cations selected from different groups. Further, Patent Document 1 discloses a so-called B-site defect type perovskite compound using a tetravalent cation instead of divalent as the B-site metal cation.
  • a photoelectric conversion element using a perovskite compound is required to exhibit high absorbance as one of the characteristics.
  • a thin film having a desired perovskite-type crystal structure can be easily formed with a smaller number of steps (hereinafter, also referred to as “film forming property”).
  • film forming property is important.
  • the lead-free perovskite compounds known so far have not yet sufficiently satisfied the above characteristics.
  • Non-Patent Document 1 is a report on simulation of physical properties, and does not mention the production of a thin film.
  • the double perovskite compound described in Non-Patent Document 2 does not have sufficient absorbance at the absorption peak wavelength.
  • the B-site defect type perovskite compound described in Patent Document 1 is difficult to obtain as a thin film having a perovskite crystal structure by simple one-step application.
  • the present invention relates to a photoelectric conversion element containing a lead-free perovskite compound as a light absorber of a photosensitive layer, wherein the photoelectric conversion element has an increased absorbance at an absorption peak wavelength, and has improved industrial production efficiency. It is an object to provide a solar cell using a conversion element. Another object of the present invention is to provide a light-absorbing agent containing a perovskite compound, which is lead-free, can be obtained as a thin film by a simple coating process, and can have an increased absorption peak wavelength. I do. Still another object of the present invention is to provide a light-emitting element including a layer containing a light absorber having the above excellent characteristics.
  • a perovskite compound having a specific cation A and a specific cation B and as a metal cation constituting the cation B, two or more metal cations belonging to different groups of the periodic table.
  • the composition ratio of the cation A to the cation B is set to a specific range, and the cation B contains at least one of a tetravalent metal cation and a pentavalent metal cation. It was found that a thin film having a perovskite-type crystal structure can be obtained by a simple coating step and heat treatment without using, and that the absorbance at the absorption peak wavelength can be increased.
  • the present invention has been further studied based on these findings, and has been completed.
  • A represents at least one of cesium, rubidium and a cationic organic group.
  • B represents a metal element satisfying the following (i), (ii) and (iii).
  • X represents an anionic atom or atomic group containing at least one of a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.
  • the total content of chlorine, bromine and iodine atoms in X is 80 mol% or more.
  • a to c indicate composition ratios, and a and b satisfy 1 ⁇ a / b ⁇ 2.
  • B does not contain lead.
  • (Ii) at least metal elements belonging to different groups of the periodic table.
  • ⁇ 2> The photoelectric conversion element according to ⁇ 1>, wherein the light absorber has a three-dimensional perovskite crystal structure.
  • X includes at least one of a bromine atom and an iodine atom.
  • ⁇ 4> The photoelectric conversion device according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 3>, wherein the content of the iodine atom in X exceeds 70 mol%.
  • A is at least one of cesium and rubidium.
  • ⁇ 6> The photoelectric conversion element according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 5>, wherein B contains at least a tetravalent metal element.
  • B contains at least a tetravalent metal element.
  • B contains at least one metal element of Ti, Zr, Nb, Ta, Cu, Ag, Au, Zn, Ga, In, Ge, Sn, Sb and Bi.
  • ⁇ 8> The photoelectric conversion element according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 7>, wherein a and b satisfy 1.05 ⁇ a / b ⁇ 1.80.
  • ⁇ 9> The photoelectric conversion element according to any one of ⁇ 1> to ⁇ 8>, wherein B contains three or more metal elements.
  • X represents an anionic atom or atomic group containing at least one of a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.
  • the total content of chlorine, bromine and iodine atoms in X is 80 mol% or more.
  • a to c indicate composition ratios, and a and b satisfy 1 ⁇ a / b ⁇ 2.
  • B does not contain lead.
  • Ii at least metal elements belonging to different groups of the periodic table.
  • a light-emitting element comprising a layer containing a light absorber having a perovskite-type crystal structure according to ⁇ 12>.
  • each formula may be partially described as an exponential formula in order to understand the chemical structure of the compound. Accordingly, in each formula, a partial structure is referred to as a (substituted) group, an ion or an atom. In the present specification, these are represented by the above formulas in addition to the (substituted) group, an ion or an atom and the like. It may mean an element group or an element that constitutes a (substituted) group or ion to be formed.
  • a compound including a complex and a dye
  • a compound that is not specified to be substituted or unsubstituted is meant to include a compound having an arbitrary substituent within a range that does not impair the intended effect. This is the same for the substituent and the linking group (hereinafter, referred to as a substituent and the like).
  • each substituent and the like may be the same or different from each other, unless otherwise specified. Is also good. This holds true for the definition of the number of substituents and the like.
  • a plurality of substituents and the like When a plurality of substituents and the like are close to each other (especially when they are adjacent to each other), they may not be connected to each other (not form a ring), unless otherwise specified. May be connected to each other to form a ring.
  • a ring for example, an aliphatic ring, an aromatic ring, or a hetero ring may be further condensed to form a condensed ring.
  • a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit and an upper limit.
  • the photoelectric conversion element and the solar cell of the present invention are excellent in absorbance at an absorption peak wavelength and excellent in industrial production efficiency, while using a lead-free perovskite compound as a light absorber.
  • the light absorber of the present invention can be obtained as a thin film having excellent absorbance at the absorption peak wavelength by a simple coating step and heat treatment, while being lead-free, and further excellent in absorbance at the absorption peak wavelength.
  • the light emitting device of the present invention has excellent absorbance at an absorption peak wavelength and excellent industrial production efficiency, even though a lead-free perovskite compound is used as a light absorber.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention, including an enlarged view of a circle a portion in a layer.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention having a thick photosensitive layer.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing another preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing another preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • FIG. 5 is a sectional view schematically showing still another preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing still another preferred embodiment of the photoelectric conversion element obtained by the production method of the present invention.
  • the photoelectric conversion element of the present invention is a photoelectric conversion element having a first electrode having a conductive layer and a photosensitive layer containing a light absorber provided on the conductive layer, and a second electrode facing the first electrode. It is.
  • the light absorber has a perovskite crystal structure represented by a specific composition formula described below.
  • the phrase “the first electrode and the second electrode face each other” means that the first electrode and the second electrode are stacked in a state of being in contact with each other, and that the first electrode and the second electrode are in another layer (for example, a positive electrode). (I.e., a mode in which the first electrode and the second electrode are provided to face each other with another layer interposed therebetween).
  • the photosensitive layer is provided closer to the second electrode than the conductive layer.
  • the first electrode has a form in which a photosensitive layer is provided on a conductive layer.
  • Having a photosensitive layer on a conductive layer means that a photosensitive layer is provided in contact with the surface of the conductive layer (directly provided) and that a photosensitive layer is provided above the surface of the conductive layer via another layer. It is.
  • the other layer provided between the conductive layer and the photosensitive layer has the performance of the photoelectric conversion element (preferably, used in a solar cell.
  • the battery performance is not particularly limited as long as it does not lower the battery performance.
  • the photosensitive layer has a thin film shape (see FIG. 1) or a thick film shape (see FIG. 1) on the surface of the porous layer. 2 and FIG. 6), a thin or thick film on the surface of the blocking layer (see FIG. 3), and a thin or thick film on the surface of the electron transport layer (see FIG. 4). ), And a thin film or a thick film (see FIG. 5) on the surface of the hole transport layer.
  • the photosensitive layer may be provided in a linear or dispersed form, but is preferably provided in a film form.
  • the light absorber contained in the photosensitive layer has a perovskite crystal structure represented by a specific composition formula (I) described later. This light absorber is lead-free.
  • the photoelectric conversion device of the present invention having this light absorber exhibits high absorbance at the absorption peak wavelength.
  • the configuration of the photoelectric conversion element of the present invention other than the configuration specified in the present invention is not particularly limited, and a known configuration regarding the photoelectric conversion element and the solar cell can be adopted.
  • Each layer constituting the photoelectric conversion element of the present invention is designed according to the purpose, and may be formed in a single layer or a plurality of layers, for example.
  • a porous layer can be provided between the conductive layer and the photosensitive layer (see FIGS. 1, 2 and 6).
  • the application mode of the photoelectric conversion element of the present invention is not limited to a solar cell, and can be applied to an image sensor, an X-ray detector, and the like as various devices using photoelectric conversion.
  • the image sensor examples include a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, a CCD (Complementary Metal Oxide Semiconductor) image sensor, and an NMOS (N-channel metal oxide semiconductor) image sensor.
  • the configuration other than the photoelectric conversion element of the present invention is not particularly limited as the image sensor and the X-ray detector, and a known configuration regarding the image sensor and the X-ray detector can be adopted.For example, NPG Asia Materials, 2017, vol. 9, p.e431 and Nature, 2017, vol.550, p.87.
  • the term “photoelectric conversion element 10” means the photoelectric conversion elements 10A to 10F unless otherwise specified. This is the same for the system 100 and the first electrode 1.
  • the photosensitive layer 13 When the photosensitive layer 13 is simply referred to, it means the photosensitive layers 13A to 13C unless otherwise specified.
  • the hole transport layer 3 means the hole transport layers 3A and 3B unless otherwise specified.
  • a photoelectric conversion element 10A shown in FIG. 1 is a system in which the photoelectric conversion element 10A is applied to a battery application that causes an operating unit M (for example, an electric motor) to perform work by an external circuit 6.
  • This photoelectric conversion element 10A has a first electrode 1A, a second electrode 2, and a hole transport layer 3A between the first electrode 1A and the second electrode 2.
  • the first electrode 1A includes a conductive layer 11 composed of a support 11a and a transparent electrode 11b, a porous layer 12, and a porous layer as schematically shown in an enlarged sectional area a obtained by enlarging the sectional area a in FIG.
  • a photosensitive layer 13A containing a light absorber having a perovskite crystal structure a photosensitive layer 13A containing a light absorber having a perovskite crystal structure. Further, a blocking layer 14 is provided on the transparent electrode 11b, and the porous layer 12 is formed on the blocking layer 14. As described above, in the photoelectric conversion element 10A having the porous layer 12, it is estimated that the charge separation and the charge transfer efficiency are improved because the surface area of the photosensitive layer 13A is increased.
  • the photoelectric conversion element 10B shown in FIG. 2 schematically shows a preferable embodiment in which the photosensitive layer 13A of the photoelectric conversion element 10A shown in FIG. In this photoelectric conversion element 10B, the hole transport layer 3B is provided thin.
  • the photoelectric conversion element 10B differs from the photoelectric conversion element 10A shown in FIG. 1 in the thicknesses of the photosensitive layer 13B and the hole transport layer 3B, but is configured similarly to the photoelectric conversion element 10A except for these points. ing.
  • a photoelectric conversion element 10C shown in FIG. 3 schematically shows another preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • the photoelectric conversion element 10C is different from the photoelectric conversion element 10B shown in FIG. 2 in that the porous layer 12 is not provided, but is otherwise configured in the same manner as the photoelectric conversion element 10B. That is, in the photoelectric conversion element 10C, the photosensitive layer 13C is formed in a thick film on the surface of the blocking layer 14.
  • the hole transport layer 3B can be provided as thick as the hole transport layer 3A.
  • a photoelectric conversion element 10D shown in FIG. 4 schematically shows another preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • This photoelectric conversion element 10D is different from the photoelectric conversion element 10C shown in FIG. 3 in that an electron transport layer 15 is provided instead of the blocking layer 14, but is otherwise configured similarly to the photoelectric conversion element 10C.
  • the first electrode 1D has a conductive layer 11, and an electron transport layer 15 and a photosensitive layer 13C formed on the conductive layer 11 in this order.
  • This photoelectric conversion element 10D is preferable in that each layer can be formed of an organic material. Thereby, the productivity of the photoelectric conversion element is improved, and furthermore, the photoelectric conversion element can be made thinner or more flexible.
  • the photoelectric conversion element 10E shown in FIG. 5 schematically shows still another preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • the system 100E including the photoelectric conversion element 10E is a system applied to a battery application similarly to the system 100A.
  • the photoelectric conversion element 10E has a first electrode 1E, a second electrode 2, and an electron transport layer 4 between the first electrode 1E and the second electrode 2.
  • the first electrode 1E includes a conductive layer 11, and a hole transport layer 16 and a photosensitive layer 13C formed on the conductive layer 11 in this order.
  • This photoelectric conversion element 10E is preferable in that each layer can be formed of an organic material, similarly to the photoelectric conversion element 10D.
  • a photoelectric conversion element 10F shown in FIG. 6 schematically shows still another preferred embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention.
  • the photoelectric conversion element 10F is different from the photoelectric conversion element 10B shown in FIG. 2 in that the hole transport layer 3B is not provided, but is configured similarly to the photoelectric conversion element 10B except for this point.
  • the system 100 to which the photoelectric conversion element 10 is applied functions as a solar cell as described below. That is, in the photoelectric conversion element 10, the light that has passed through the conductive layer 11 or transmitted through the second electrode 2 and incident on the photosensitive layer 13 excites the light absorbing agent and enters the light absorbing agent (in the perovskite crystal). Electrons and holes are generated.
  • the electrons generated in the light absorber move to reach the conductive layer 11, and the holes generated in the light absorber move (the hole transport layer 3 In some cases, by reaching the second electrode 2 (via the hole transport layer 3), a photocurrent is generated and output in the external circuit 6.
  • the photoelectric conversion element 10E electrons generated in the light absorber move, reach the second electrode 2 from the photosensitive layer 13C via the electron transport layer 4, and holes generated in the light absorber are generated. By moving and reaching the conductive layer 11 via the hole transport layer 16, a photocurrent is generated and output in the external circuit 6.
  • the system 100 functions as a solar cell by repeating such a cycle of the excitation of the light absorbing agent and the transfer of charge (electrons and holes).
  • the flow of electrons from the photosensitive layer 13 to the conductive layer 11 differs depending on the presence or absence of the porous layer 12, its type, and the like.
  • the porous layer 12 can be formed of an insulator other than the conventional semiconductor.
  • the porous layer 12 is formed of a semiconductor, electron conduction in which electrons move inside and between the semiconductor fine particles of the porous layer 12 also occurs.
  • the porous layer 12 is formed of an insulator, electron conduction in the porous layer 12 does not occur.
  • a relatively high electromotive force can be obtained by using aluminum oxide (Al 2 O 3 ) fine particles as the insulating fine particles.
  • Al 2 O 3 aluminum oxide
  • the blocking layer 14 as the other layer is formed of a conductor or a semiconductor, electron conduction in the blocking layer 14 also occurs. Also, electron conduction occurs in the electron transport layer 15.
  • the photoelectric conversion element of the present invention is not limited to the above preferred embodiments, and the configuration and the like of each embodiment can be appropriately combined between the embodiments without departing from the spirit of the present invention.
  • a configuration in which the hole transport layer 3A or 3B is not provided like the photoelectric conversion element 10F can be adopted.
  • the material and each member used for the photoelectric conversion element can be prepared by a conventional method except for the light absorbing agent.
  • a photoelectric conversion element or a solar cell using a perovskite compound (a light absorber having a perovskite crystal structure) is described in, for example, Non-Patent Document 2 and J. Am. Am. Chem. Soc. , 2009, 131 (17), p. 6050-6051.
  • materials and members used in the dye-sensitized solar cell can be referred to.
  • dye-sensitized solar cells for example, JP-A-2001-291534, US Pat. No. 4,927,721, US Pat. No. 4,684,537, US Pat. No.
  • the first electrode 1 has a conductive layer 11 and a photosensitive layer 13, and functions as a working electrode in the photoelectric conversion element 10.
  • the first electrode 1 preferably has a porous layer 12, a blocking layer 14, and at least one layer of an electron transport layer 15 and a hole transport layer 16, as shown in FIGS.
  • the first electrode 1 preferably has at least a blocking layer 14 in terms of preventing short circuit, and more preferably has a porous layer 12 and a blocking layer 14 in terms of light absorption efficiency and short circuit prevention.
  • the first electrode 1 preferably has an electron transport layer 15 or a hole transport layer 16 formed of an organic material in terms of improving the productivity of the photoelectric conversion element and reducing the thickness or flexibility.
  • the conductive layer 11 is not particularly limited as long as it has conductivity.
  • the conductive layer 11 includes a support 11a made of a material having conductivity, for example, a metal, or glass or plastic, and a transparent electrode 11b as a conductive film formed on the surface of the support 11a. A configuration is preferred.
  • This support 11a is preferably capable of supporting the transparent electrode 11b.
  • a conductive layer 11 in which a transparent metal 11b is formed by applying a conductive metal oxide on the surface of a glass or plastic support 11a is more preferable.
  • the support 11a formed of plastic for example, a transparent polymer film described in paragraph No. 0153 of JP-A-2001-291534 can be mentioned.
  • a material for forming the support 11a ceramic (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-135902) and a conductive resin (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-160425) can be used in addition to glass and plastic.
  • the metal oxide tin oxide (TO) is preferable, and fluorine-doped tin oxide such as indium-tin oxide (tin-doped indium oxide: ITO) and fluorine-doped tin oxide (FTO) is particularly preferable.
  • the coating amount of the metal oxide is preferably 0.1 to 100 g per 1 m 2 of the surface area of the support 11a.
  • the conductive layer 11 it is preferable that light be incident from the support 11a side.
  • the conductive layer 11 is substantially transparent.
  • substantially transparent means that the transmittance of light (wavelength: 300 to 1200 nm) is 10% or more, preferably 50% or more, particularly preferably 80% or more.
  • the thickness of the support 11a and the conductive layer 11 is not particularly limited, and is set to an appropriate thickness.
  • the thickness is preferably 0.01 ⁇ m to 10 mm, more preferably 0.1 ⁇ m to 5 mm, and particularly preferably 0.3 ⁇ m to 4 mm.
  • the thickness of the transparent electrode 11b is not particularly limited, and is, for example, preferably 0.01 to 30 ⁇ m, more preferably 0.02 to 25 ⁇ m, and more preferably 0.025 to 20 ⁇ m. Is particularly preferred.
  • the conductive layer 11 or the support 11a may have a light management function on the surface.
  • an antireflection film in which a high-refractive film and a low-refractive-index oxide film described in JP-A-2003-123859 may be alternately laminated may be provided on the surface of the conductive layer 11 or the support 11a. It may have a light guide function described in JP-A-2002-260746.
  • -Blocking layer 14- In the present invention, like the photoelectric conversion elements 10A to 10C and 10F, preferably on the surface of the transparent electrode 11b, that is, with the conductive layer 11, the porous layer 12, the photosensitive layer 13, the hole transport layer 3, and the like. A blocking layer 14 is provided between them.
  • the blocking layer 14 functions to prevent the reverse current.
  • the blocking layer 14 is also called a short circuit prevention layer.
  • the blocking layer 14 can also function as a scaffold for supporting the light absorbing agent.
  • the blocking layer 14 may be provided even when the photoelectric conversion element has an electron transport layer. For example, in the case of the photoelectric conversion element 10D, it may be provided between the conductive layer 11 and the electron transport layer 15, and in the case of the photoelectric conversion element 10E, it is provided between the second electrode 2 and the electron transport layer 4. Is also good.
  • the material for forming the blocking layer 14 is not particularly limited as long as it can perform the above function, but is a substance that transmits visible light and is insulated from the conductive layer 11 (transparent electrode 11b) or the second electrode. It is preferred that the substance is an anionic substance.
  • the “insulating substance for the conductive layer 11 (transparent electrode 11b)” specifically means that the energy level of the conduction band is determined by the conduction of the material forming the conductive layer 11 (the metal oxide forming the transparent electrode 11b).
  • Examples of the material for forming the blocking layer 14 include silicon oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, calcium carbonate, cesium carbonate, polyvinyl alcohol, and polyurethane. Further, a material generally used for a photoelectric conversion material may be used, and examples thereof include titanium oxide, tin oxide, zinc oxide, niobium oxide, and tungsten oxide. Among them, titanium oxide, tin oxide, magnesium oxide, aluminum oxide and the like are preferable.
  • the thickness of the blocking layer 14 is preferably 0.001 to 10 ⁇ m, more preferably 0.005 to 1 ⁇ m, and particularly preferably 0.01 to 0.1 ⁇ m.
  • the thickness of each layer can be measured by observing the cross section of the photoelectric conversion element 10 using a scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope) or the like.
  • the porous layer 12 is preferably provided on the transparent electrode 11b.
  • the porous layer 12 is preferably formed on the blocking layer 14.
  • the porous layer 12 is a layer that functions as a scaffold for supporting the photosensitive layer 13 on the surface.
  • the porous layer 12 is preferably a fine particle layer having fine pores, in which fine particles of a material forming the porous layer 12 are deposited or adhered.
  • the porous layer 12 may be a fine particle layer formed by depositing two or more types of fine particles.
  • the photosensitive layer 13 is provided in the form of a thin film on the surface of the porous layer 12, if the porous layer 12 is a fine particle layer having pores, the amount of light absorber loaded (the amount of adsorption) can be increased. In order to increase the surface area of the porous layer 12, it is preferable to increase the surface area of each of the fine particles constituting the porous layer 12.
  • the surface area of the fine particles is preferably 10 times or more, and more preferably 100 times or more with respect to the projected area. More preferred.
  • the upper limit is not particularly limited, but is usually about 5000 times.
  • the particle diameter of the fine particles forming the porous layer 12 is preferably 0.001 to 1 ⁇ m as primary particles in terms of the average particle diameter using the diameter when the projected area is converted into a circle.
  • the average particle diameter of the fine particles is preferably 0.01 to 100 ⁇ m as the average particle diameter of the dispersion.
  • the material for forming the porous layer 12 is not particularly limited with respect to conductivity, and may be an insulator (insulating material), a conductive material or a semiconductor (semi-conductive material).
  • Examples of the material for forming the porous layer 12 include metal chalcogenides (eg, oxides, sulfides, selenides, etc.) and compounds having a perovskite-type crystal structure (excluding those used as the light absorber of the present invention). , Silicon oxide (eg, silicon dioxide, zeolite), or carbon nanotubes (including carbon nanowires and carbon nanorods).
  • the chalcogenide of the metal is not particularly limited. And cadmium selenide.
  • Examples of the crystal structure of the metal chalcogenide include an anatase type, a brookite type, and a rutile type, and an anatase type or a brookite type is preferable.
  • the compound having a perovskite crystal structure is not particularly limited, and examples thereof include transition metal oxides.
  • transition metal oxides For example, strontium titanate, calcium titanate, barium titanate, lead titanate, barium zirconate, barium stannate, lead zirconate, strontium zirconate, strontium tantalate, potassium niobate, bismuth ferrate, strontium barium titanate , Barium lanthanum titanate, sodium titanate, and bismuth titanate.
  • strontium titanate, calcium titanate and the like are preferable.
  • the carbon nanotube has a shape obtained by rolling a carbon film (graphene sheet) into a cylindrical shape.
  • the carbon nanotubes are a single-walled carbon nanotube (SWCNT) in which one graphene sheet is wound in a cylindrical shape, a double-walled carbon nanotube (DWCNT) in which two graphene sheets are wound in a concentric shape, and a plurality of graphene sheets are concentric. It is classified into a multi-walled carbon nanotube (MWCNT) wound in a shape.
  • any carbon nanotube is not particularly limited and can be used.
  • the material forming the porous layer 12 is preferably an oxide of titanium, tin, zinc, zirconium, aluminum or silicon, or a carbon nanotube, and more preferably titanium oxide or aluminum oxide.
  • the porous layer 12 may be formed of at least one of the above-described metal chalcogenide, a compound having a perovskite-type crystal structure, an oxide of silicon, and a carbon nanotube, and may be formed of a plurality of types. .
  • the thickness of the porous layer 12 is not particularly limited, but is usually in the range of 0.05 to 100 ⁇ m, preferably in the range of 0.1 to 100 ⁇ m. When used as a solar cell, the thickness is preferably 0.1 to 50 ⁇ m, more preferably 0.2 to 30 ⁇ m.
  • the electron transport layer 15 is provided on the surface of the transparent electrode 11b.
  • the electron transport layer 15 has a function of transporting electrons generated in the photosensitive layer 13 to the conductive layer 11.
  • the electron transport layer 15 is formed of an electron transport material that can exhibit this function.
  • the electron transport material is not particularly limited, but an organic material (organic electron transport material) is preferable.
  • the organic electron transporting material examples include fullerene compounds such as [6,6] -Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester (PC 61 BM), perylene compounds such as perylenetetracarboxydiimide (PTCDI), and tetracyanoquinodimethane. Low molecular compounds such as (TCNQ), and high molecular compounds are exemplified.
  • the thickness of the electron transport layer 15 is not particularly limited, but is preferably 0.001 to 10 ⁇ m, and more preferably 0.01 to 1 ⁇ m.
  • the photosensitive layer 13 is preferably a porous layer 12 (photoelectric conversion elements 10A, 10B and 10F), a blocking layer 14 (photoelectric conversion element 10C), an electron transport layer 15 (photoelectric conversion element 10D), or a hole transport layer 16 ( It is provided on the surface of each layer of the photoelectric conversion element 10E (including the inner surface of the concave portion when the surface on which the photosensitive layer 13 is provided is uneven).
  • the photosensitive layer 13 contains a light absorbing agent. This light absorber contains at least one light absorber having a perovskite crystal structure described below.
  • the photosensitive layer may have a light absorbing component such as a metal complex dye and an organic dye in addition to the light absorber having the perovskite crystal structure. It is preferable that all the light absorbing agents contained in the photosensitive layer 13 have the above-mentioned perovskite crystal structure.
  • the photosensitive layer 13 may be a single layer or a laminated structure of two or more layers.
  • the photosensitive layer 13 may have a laminated structure in which layers made of different light absorbers are laminated, or an intermediate layer containing a hole transport material between the photosensitive layers.
  • a stacked structure having layers may be used.
  • at least one layer may have a light absorber having a perovskite-type crystal structure, and may have any of the layers. You may have.
  • the photosensitive layer 13 is provided on the conductive layer 11 is as described above.
  • the electrons generated in the light absorbing agent move to the conductive layer 11 or the second electrode 2, and the holes generated in the light absorbing agent form the conductive layer 11 and the second electrode 2. It is provided on the surface of each of the above layers so that the electrons move to the layer opposite to the layer to which the electrons have moved.
  • the photosensitive layer 13 may be provided on the entire surface of each of the above layers, or may be provided on a part of the surface.
  • the thickness of the photosensitive layer 13 is appropriately set according to the mode in which the photosensitive layer 13 is provided on the conductive layer 11, and is not particularly limited.
  • the film thickness is, for example, preferably from 0.001 to 100 ⁇ m, more preferably from 0.01 to 10 ⁇ m, and particularly preferably from 0.01 to 5 ⁇ m.
  • the total film thickness with the film thickness of the porous layer 12 is preferably 0.01 ⁇ m or more, more preferably 0.05 ⁇ m or more, further preferably 0.1 ⁇ m or more, and more preferably 0.3 ⁇ m or more. Particularly preferred.
  • the total film thickness is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, and still more preferably 30 ⁇ m or less.
  • the total film thickness can be in a range in which the above values are appropriately combined.
  • the total thickness of the porous layer 12, the photosensitive layer 13, and the hole transport layer 3 is not particularly limited. It is preferably at least 01 ⁇ m, more preferably at least 0.05 ⁇ m, even more preferably at least 0.1 ⁇ m, particularly preferably at least 0.3 ⁇ m. Further, the total film thickness is preferably 200 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, further preferably 30 ⁇ m or less, and particularly preferably 5 ⁇ m or less. The total film thickness can be in a range in which the above values are appropriately combined.
  • the photosensitive layer is provided in the form of a thick film (photosensitive layers 13B and 13C)
  • the light absorber contained in the photosensitive layer may function as a hole transport material.
  • the light absorber in the photosensitive layer 13 is a light absorber having a perovskite crystal structure represented by the following composition formula (I) (hereinafter, also simply referred to as “light absorber having a perovskite crystal structure”). .).
  • A represents at least one of cesium, rubidium and a cationic organic group.
  • B represents a metal element satisfying the following (i) and (ii).
  • X represents an anionic atom or atomic group containing at least one of a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom.
  • the total content of chlorine, bromine and iodine atoms in X is 80 mol% or more.
  • a to c indicate composition ratios, and a and b satisfy 1 ⁇ a / b ⁇ 2 (that is, 1.00 ⁇ a / b ⁇ 2.00).
  • B does not contain lead.
  • (Ii) at least metal elements belonging to different groups of the periodic table.
  • B satisfies the following (iii) in addition to the above (i) and (ii).
  • the perovskite crystal structure is one of crystal structures, and is a crystal structure represented by barium titanate (BaTiO 3 ).
  • barium titanate BaTiO 3
  • the composition of the perovskite-type crystal structure is represented by ABX 3
  • A, B, and X exist as constituent ions of the A cation, the B cation, and the X anion.
  • a cation-defective perovskite compound such as Cs 2 SnI 6 is also defined as a compound having a perovskite crystal structure in the present application.
  • A, B and X in the above composition formula (I) each represent a cation of A (for convenience, sometimes referred to as cation A) and a cation of B (in the perovskite type crystal structure).
  • cation B and as an anion of X (for convenience, sometimes referred to as anion X).
  • anion X for convenience, sometimes referred to as anion X.
  • a cationic organic group refers to an organic group having a property of becoming a cation in a perovskite-type crystal structure
  • an anionic atom or atomic group is an atom or atom having a property of becoming an anion in a perovskite-type crystal structure.
  • the cation A and the cation B in the light absorber represent the classification of the elements described below, and do not necessarily need to be present at the A site and the B site of the perovskite crystal structure.
  • “having a perovskite-type crystal structure” refers to the presence or absence of the structure determined by the measurement method described in the evaluation of film forming properties in Examples.
  • a high absorbance at an absorption peak wavelength can be exhibited by including a light absorber having a perovskite type crystal structure represented by the composition formula (I) in the photosensitive layer.
  • the light absorber represented by the composition formula (I) has two or more metal elements as metal elements constituting the cation B.
  • the ratio of cation A to cation B (a / b) is within a specific range.
  • the perovskite-type crystal structure partially compensated for defects can be adopted, and the interaction of orbitals contributing to the formation of a conduction band or a valence band is strengthened, and the band structure is optimized.
  • the light absorber represented by the composition formula (I) contains a specific amount or more of a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom as the anion X, a perovskite-type crystal structure can be formed, and the band structure can be formed. Is considered to be able to exhibit a high absorbance at the absorption peak wavelength.
  • a tetravalent metal element and a pentavalent metal element as a metal element constituting the cation B, production of a thin film having a perovskite-type crystal structure can be produced. Performance can be improved.
  • a / b ⁇ 2 and having a tetravalent or pentavalent metal element having a high acid valence as a metal element constituting the cation B A structure having more defective portions is formed as in the case of the cation-defect type perovskite compound described above, and it is easy to embed the defective portions with another metal element having a low acid value (for example, monovalent to trivalent).
  • the light-absorbing agent having a perovskite crystal structure of the present invention has a specific composition represented by the composition formula (I). Not only can be constructed, but also as a result, the excellent light absorption ability described above is also exhibited. Therefore, the light absorbing agent of the present invention is easy to form a thin film having a target perovskite type crystal structure by a simple coating process on the composition as a compound, regardless of the material and the shape of the thin film to be formed.
  • a thin film having a perovskite-type crystal structure exhibiting excellent light absorption ability can be formed by a simple method. That is, the light absorbing agent of the present invention is a layer that can form a photosensitive layer containing the light absorbing agent of the present invention when producing the photoelectric conversion element of the present invention, for example, the porous layer 12, the blocking layer 14, the electron It is possible to form a thin film exhibiting excellent light absorption ability for the transport layer 15 and the hole transport layer 16 (FIG. 5) by a simple method, and to industrially produce the photoelectric conversion element and the solar cell of the present invention. Efficiency can be improved. Similarly, in the light-emitting element of the present invention, the formation efficiency of a thin film having a perovskite crystal structure can be increased, and the production efficiency can be improved.
  • A, B, and X in the above composition formula will be described as cation A, cation B, and anion X, respectively, which exist in the perovskite-type crystal structure. That is, the cesium, rubidium and cationic organic groups of A have the same meanings as the cesium, rubidium and cationic organic groups described for the cation A below, and preferred ones are also the same.
  • the metal element satisfying (i), (ii) and (iii) of B has the same meaning as the metal element satisfying (i), (ii) and (iii) described in the following cation B, and preferred examples are also the same. is there.
  • anionic atom or atomic group containing at least one of a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom of X is an anion containing at least one of a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom described in the following anion X. It is synonymous with the atom or atomic group of the nature, and the same is preferable.
  • the cation A represents at least one cation of a cesium ion (Cs + ), a rubidium ion (Rb + ), and a cationic organic group cation.
  • the cation A may be two or more cations including Cs + and Rb + , two or more organic cations, or Cs + or Rb + and at least one organic cation May be included.
  • the ratio of each cation is not particularly limited.
  • the organic cation is not particularly limited as long as it is an organic group cation having the above properties, but is preferably a monovalent organic cation, and is a cationic organic group organic cation represented by the following formula (1). Is more preferred.
  • R 1A represents a substituent.
  • the substituent that can be taken as R 1A is not particularly limited as long as it is an organic group, but an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group (aromatic heterocyclic group), an aliphatic hetero ring A group or a group represented by the following formula (2) is preferable. Among them, an alkyl group or a group represented by the following formula (2) is more preferable.
  • R 1a represents a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an aromatic heterocycle or an aliphatic heterocyclic group. Among them, a hydrogen atom or an alkyl group is preferable, and a hydrogen atom is more preferable.
  • Xa represents NR 1c , an oxygen atom or a sulfur atom.
  • R 1b and R 1c each independently represent a hydrogen atom or a substituent.
  • *** represents a bonding position to the N atom in the formula (1).
  • the organic cation of the cationic organic group A is an ammonium cationic organic group A in which R 1a is a hydrogen atom and R 1A and N (R 1a ) 3 in the above formula (1) are bonded.
  • the organic cation includes a cation having a resonance structure in addition to the organic ammonium cation.
  • X a in group which may be represented by the formula (2) is NH (R 1c is a hydrogen atom), an organic cation, and the group and NH 3 that can be represented by the formula (2) coupling
  • an organic amidinium cation which is one of the resonance structures of the organic ammonium cation is also included.
  • Examples of the organic amidinium cation comprising an amidinium cationic organic group include cations represented by the following formula (A am ).
  • the carbon number of the alkyl group that can be taken as R 1A and R 1a is preferably 1 to 36, more preferably 1 to 18, still more preferably 1 to 6, and particularly preferably 1 to 3.
  • methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl and the like can be mentioned. Of these, methyl is preferred.
  • the carbon number of the cycloalkyl group that can be taken as R 1A and R 1a is preferably 3 to 10, more preferably 3 to 8, and examples include cyclopropyl, cyclopentyl and cyclohexyl.
  • the carbon number of the alkenyl group that can be taken as R 1A and R 1a is preferably 2 to 36, more preferably 2 to 18, and still more preferably 2 to 6.
  • vinyl, allyl, butenyl, hexenyl and the like can be mentioned.
  • the number of carbon atoms of the alkynyl group that can be taken as R 1A and R 1a is preferably 2 to 36, more preferably 2 to 18, and even more preferably 2 to 4.
  • ethynyl, butynyl, hexynyl and the like can be mentioned.
  • the aryl group that can be taken as R 1A and R 1a preferably has 6 to 24 carbon atoms, more preferably 6 to 12 carbon atoms, and examples include phenyl.
  • the aromatic heterocyclic group that can be taken as R 1A and R 1a includes, in addition to a group consisting of a monocyclic aromatic heterocyclic ring, a monocyclic aromatic heterocyclic ring and another ring such as an aromatic hydrocarbon ring and an aliphatic hydrocarbon ring. And a group consisting of a condensed heterocyclic ring obtained by condensing a group hydrocarbon ring or a heterocyclic ring.
  • the number of ring-constituting hetero atoms constituting the aromatic hetero ring may be one or more, and the hetero atom is preferably a nitrogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom. Further, the number of ring members of the aromatic hetero ring is preferably a 3- to 8-membered ring, more preferably a 5- or 6-membered ring.
  • Examples of a 5-membered aromatic heterocyclic group and a fused heterocyclic group containing a 5-membered aromatic heterocycle include a pyrrole ring, an imidazole ring, a pyrazole ring, an oxazole ring, a thiazole ring, a triazole ring, a furan ring, Each group includes a thiophene ring, a benzimidazole ring, a benzoxazole ring, a benzothiazole ring, an indoline ring and an indazole ring.
  • Examples of the 6-membered aromatic heterocyclic group and the condensed heterocyclic group containing the 6-membered aromatic heterocyclic ring include, for example, a pyridine ring, a pyrimidine ring, a pyrazine ring, a triazine ring, a quinoline ring and a quinazoline ring. And a ring group.
  • the aliphatic heterocyclic group which can be taken as R 1A and R 1a is a monocyclic group composed of an aliphatic hetero ring and an aliphatic fused hetero ring in which another ring (for example, an aliphatic ring) is fused to the aliphatic hetero ring.
  • a group consisting of The number of ring-constituting hetero atoms constituting the aliphatic hetero ring may be one or more, and the hetero atom is preferably a nitrogen atom, an oxygen atom, or a sulfur atom.
  • the number of ring members of the aliphatic hetero ring is preferably a 3- to 8-membered ring, more preferably a 5- or 6-membered ring.
  • the number of carbon atoms of the aliphatic heterocycle is preferably 0 to 24, more preferably 1 to 18, further preferably 2 to 10, and particularly preferably 3 to 5.
  • Preferred specific examples of the aliphatic heterocyclic group include a pyrrolidine ring, an oxolane ring, a thiolane ring, a piperidine ring, a tetrahydrofuran ring, an oxane ring (tetrahydropyran ring), a thiane ring, a piperazine ring, a morpholine ring, a quinuclidine ring, a pyrrolidine ring, Examples include azetidine ring, oxetane ring, aziridine ring, dioxane ring, pentamethylene sulfide ring, and each ring group of ⁇ -butyrolactone.
  • X a represents NR 1c , an oxygen atom or a sulfur atom, and NR 1c is preferable.
  • R 1c represents a hydrogen atom or a substituent, and is preferably a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an aromatic heterocyclic group or an aliphatic heterocyclic group, and a hydrogen atom Is more preferred.
  • R 1b represents a hydrogen atom or a substituent, and a hydrogen atom is preferable.
  • R 1b examples include an amino group, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an aromatic heterocyclic group and an aliphatic heterocyclic group.
  • An alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, an aromatic heterocyclic ring or an aliphatic heterocyclic group, which each of R 1b and R 1c can take, has the same meaning as each group of the above R 1A and is preferable. Things are the same.
  • the amino group that can be taken as R 1b may be an unsubstituted or substituted amino group, and includes an alkylamino group, an alkenylamino group, an alkynylamino group, a cycloalkylamino group, a cycloalkenylamino group, an arylamino group, and a heterocyclic amino group. .
  • the amino group preferably has 0 to 20 carbon atoms.
  • Examples of the group that can be represented by the formula (2) include a (thio) acyl group, a (thio) carbamoyl group, an imidoyl group, and an amidino group.
  • the (thio) acyl group includes an acyl group and a thioacyl group.
  • the acyl group is preferably an acyl group having a total carbon number of 1 to 7, and examples thereof include formyl, acetyl (CH 3 C (OO) —), propionyl, and hexanoyl.
  • the amidino group as a group that can be represented by the formula (2) has a structure (—C (NHNH) NH 2 ) in which R 1b of the above imidoyl group is an amino group and R 1c is a hydrogen atom.
  • R 1A and R 1a may have is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, and a heterocyclic group (an aromatic heterocyclic ring, an aliphatic Heterocyclic group), alkoxy group, alkylthio group, amino group (alkylamino group, arylamino group, etc.), acyl group, alkylcarbonyloxy group, aryloxy group, alkoxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, acylamino group, sulfone Examples include an amide group, a carbamoyl group, a sulfamoyl group, a halogen atom, a cyano group, a hydroxy group, or a carboxy group. Each substituent which R 1A and R 1a may have may be further substituted with a substituent.
  • the light absorber preferably has a three-dimensional perovskite crystal structure in terms of absorption wavelength and photoelectric conversion efficiency.
  • the cation A is composed of a cesium ion, a rubidium ion, and an organic ammonium cation (R 1A -NH 3).
  • the cation A preferably contains at least one cation of cesium and rubidium.
  • the total content of the cesium cation and the rubidium cation in the cation A is not particularly limited, but can be, for example, 20 mol% or more.
  • the cation A is also preferably at least one of a cesium cation and a rubidium cation. From the viewpoint of further increasing the absorbance at the absorption peak wavelength, the cation A preferably contains at least one cation of cesium and rubidium.
  • the total content of the cesium cation and the rubidium cation in the cation A is not particularly limited, but can be, for example, 20 mol% or more.
  • the cation A is also preferably at least one of a cesium cation and a rubidium cation.
  • the cation B is a cation of a metal element satisfying the following (i), (ii) and (iii) (also referred to as metal cation). However, the cation B does not include the cation of lead.
  • the cation B is not particularly limited as long as it satisfies the above (i), (ii) and (iii), and usually, a metal element which can have a perovskite crystal structure is selected. Further, "the cation B does not contain a lead cation" means that a small amount of a lead cation may be contained within a range not to impair the effects of the present invention.
  • the content of lead in B is preferably 30 mol% or less, more preferably 15 mol% or less, even more preferably 5 mol% or less, and it is particularly preferable that B contains no lead.
  • the light absorber having a perovskite crystal structure used in the present invention also preferably does not contain lead, and the cation of lead in the cation of the metal element excluding the cesium cation and the rubidium cation contained in the light absorber.
  • the description of the content of lead in B above can be preferably applied.
  • Metal elements belonging to Groups 1 to 15 of the periodic table are metal elements that can contribute to the formation of a conduction band or a valence band, or do not themselves contribute to band formation.
  • the light absorber having a perovskite type crystal structure represented by the above composition formula (I) can have a conduction band Alternatively, the orbital interaction that can contribute to the formation of the valence band is strengthened, and the absorbance can be increased.
  • metal elements belonging to Groups 1 to 15 of the periodic table include alkali metal elements, alkaline earth metal elements, rare earth metal elements, transition metal elements, metal elements belonging to Group 12 of the periodic table, and base metal elements. And metalloid elements.
  • the cation of each metal element is illustrated below.
  • the cation of an alkali metal element belonging to Group 1 of the periodic table that can be included as the cation B is not particularly limited as long as it is not a cesium cation (Cs + ) or a rubidium cation (Rb + ). Examples include cations (Li + , Na +, and K + ) of each element of (Na) and potassium (K), and K + or Na + is preferable.
  • the cation of the alkaline earth metal element belonging to Group 2 of the periodic table is not particularly limited.
  • beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), and barium (Ba) Examples include cations (Be 2+ , Mg 2+ , Ca 2+ , Sr 2+ and Ba 2+ ), with Ba 2+ being preferred.
  • the cation of the rare earth metal element is not particularly limited, and may include scandium (Sc) and yttrium (Y) belonging to Group 3 of the periodic table and 15 lanthanoid elements (eg, lanthanum (La), europium (Eu), and ytterbium (Yb)).
  • Examples include cations of each element (for example, Sc 3+ , Y 3+ , La 3+ , Eu 3+ and Yb 3+ ), and La 3+ is preferable.
  • the cation of the transition metal element (excluding scandium and yttrium in the present specification) is not particularly limited, and belongs to Groups 4 to 11 of the periodic table, for example, titanium (Ti), zirconium (Zr), niobium ( Nb), tantalum (Ta), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), palladium (Pd), copper (Cu), silver (Ag), and gold (Au)
  • Ti 4+ , Zr 4+ , Nb 5+ , Ta 5+ , Cu + , Ag + , Au + and Au 3+ and cations of these elements are preferable, and Ti 4+ , Zr 4+ , Ta 5+ , Cu + , Ag + or Au + is more preferred.
  • the cation of a metal element belonging to Group 12 of the periodic table is not particularly limited, and examples thereof include cations (Zn 2+ and Cd 2+ ) of zinc (Zn) and cadmium (Cd), and Zn 2+ is preferable.
  • Cation of base metal elements belonging to the periodic table group 13 is not particularly limited, for example, aluminum (Al), gallium (Ga), and indium cations of each element (In) (Al 3+, Ga +, Ga 3+, In + And In 3+ ), and Ga 3+ or In 3+ is preferable.
  • the cation of a base metal element or a semimetal element belonging to Group 14 of the periodic table is not particularly limited as long as it is not a cation of lead (Pb 2+ , Pb 4+ ).
  • cations of germanium (Ge) and tin (Sn) Ge 2+ , Ge 4+ , Sn 2+ and Sn 4+ preferably Ge 2+ , Ge 4+ or Sn 4+, more preferably Ge 4+ or Sn 4+ .
  • the cation of a base metal element or a metalloid element belonging to Group 15 of the periodic table is not particularly limited.
  • cations (Sb 3+ , Sb 5+ , Bi 3+ and Bi 5+ ) of antimony (Sb) and bismuth (Bi) And Sb 3+ or Bi 3+ is preferable.
  • the cation B is a cation of at least one metal element of Ti, Zr, Nb, Ta, Cu, Ag, Au, Zn, Ga, In, Ge, Sn, Sb and Bi from the viewpoint of optimizing the band structure. And is preferably composed of cations of at least two or more metal elements of Ti, Zr, Nb, Ta, Cu, Ag, Au, Zn, Ga, In, Ge, Sn, Sb and Bi. Is more preferable.
  • the cation B contains at least one kind of cation of a tetravalent metal element and at least one kind of cation of a pentavalent metal element, and may contain 1 to 5 kinds from the viewpoint of film forming property and absorbance. Preferably, it contains 1 to 4 types, more preferably 1 to 3 types.
  • the kind of the cation of the metal element having a valency of 4, which may be contained in the cation B, may be one kind or two or more kinds.
  • the kind of the cation of the pentavalent metal element which can be contained in the cation B may be one kind or two or more kinds.
  • the total content of the cation of the tetravalent metal element and the cation of the pentavalent metal element in the cation B is 1 mol% from the viewpoint of further improving the film forming property and the absorbance. It is preferably at least 3 mol%, more preferably at least 5 mol%.
  • the upper limit is preferably 99 mol% or less, more preferably 95 mol% or less, and even more preferably 85 mol% or less.
  • the kinds of metal element cations contained in the cation B are two or more, preferably 2 to 6, more preferably 2 to 5, and even more preferably 2 to 4.
  • the combination of two or more metal element cations includes at least one cation of a tetravalent metal element and at least one cation of a pentavalent metal element, and belongs to different groups of the periodic table from each other. Any combination including a cation of a metal element may be used, and is appropriately determined.
  • a combination containing a cation of a metal element belonging to a different group of the periodic table is a combination of at least two kinds of cations of a metal element contained in the cation B are metal elements belonging to different groups of the periodic table.
  • the cation B contains cations of three or more different metal elements from the viewpoint of further increasing the absorbance and enhancing the light absorbing ability in a long wavelength region.
  • the combination of the cations of the three or more different metal elements includes at least one cation of a metal element having a valence of four and at least one cation of a metal element having a valence of five, and different groups having different valences from each other in the periodic table. Any combination containing cations of two or more metal elements belonging to the above may be used, and is appropriately determined. For example, a combination in which all of the cations of at least three kinds of metal elements included in the cation B are cations of metal elements belonging to different groups of the periodic table.
  • the cation B preferably contains at least one of a monovalent cation, a divalent cation and a trivalent cation in addition to at least one of a tetravalent cation and a pentavalent cation.
  • the composition contains at least one kind of monovalent cation and trivalent cation in addition to at least one kind of tetravalent cation and pentavalent cation. More preferably, it further preferably contains at least one of a monovalent cation and a trivalent cation in addition to at least a tetravalent cation.
  • tetravalent cation is preferably tetravalent cations of base metal element or a metalloid element or a transition metal element belonging to periodic table group 14, from the viewpoint of enhancing the light absorption capability aspects and long wavelength region to increase the absorbance, Sn 4+ It is preferable to include at least
  • the pentavalent cation is preferably a pentavalent cation of a base metal element, a semimetal element, or a transition metal element belonging to Group 15 of the periodic table, and more preferably a pentavalent cation of a transition metal element.
  • the monovalent cation is preferably a monovalent cation of an alkali metal element or a transition metal element belonging to Group 1 of the periodic table.
  • the divalent cation is preferably an alkaline earth metal element, a transition metal element belonging to Group 2 of the periodic table, or a divalent cation of a base metal element or a metalloid element belonging to Group 14 of the periodic table.
  • a divalent cation of a base metal element or a metalloid element belonging to the group is more preferable.
  • the trivalent cation is preferably a trivalent cation of a base metal element belonging to group 13 of the periodic table or a base metal element or metalloid element belonging to group 15, and a trivalent cation of a base metal element or metalloid element belonging to group 15 is preferred. More preferred.
  • a combination of cations of metal elements having different valences constituting the cation B a combination of a monovalent cation and a tetravalent cation, a combination of a monovalent cation and a pentavalent cation, a trivalent cation and Combination of tetravalent cation, combination of trivalent cation and pentavalent cation, combination of monovalent cation, divalent cation and tetravalent cation, monovalent cation, divalent cation and 5 Combinations of monovalent cations, combinations of monovalent cations, trivalent cations and tetravalent cations, combinations of monovalent cations, combinations of trivalent cations and pentavalent cations, monovalent cations, divalent cations Combination of trivalent cation, trivalent cation and tetravalent cation, combination of monovalent cation, divalent cations, Combination of trivalent cation,
  • Specific combinations of cations of two or more metal elements constituting the cation B include, for example, the following combinations.
  • the cation of each valence may be one kind or two or more kinds.
  • Monovalent cations and tetravalent combination of cations: and Ag + and Cu + at least one of, Sn 4+, Ge 4+, combination of at least one of Ti 4+ and Zr 4+ are preferred.
  • Combination of monovalent and pentavalent cations A combination of at least one of Ag + and Cu + with at least one of Ta 5+ and Nb 5+ is preferred.
  • Combination of divalent and tetravalent cations combination of at least one of Sn 2+ , Ge 2+ and Zn 2+ with at least one of Sn 4+ , Ge 4+ , Ti 4+ and Zr 4+ Is preferred.
  • a combination of Sn 2+ and Ti 4+ a combination of Sn 2+ and Zr 4+ , a combination of Ge 2+ and Ti 4+ , a combination of Ge 2+ and Zr 4+ , a combination of Zn 2+ and Sn 4+ , Zn 2+ and Combinations of Ge 4+ , combinations of Zn 2+ and Ti 4+ , and combinations of Zn 2+ and Zr 4+ .
  • a combination of at least one of Sn 2+ , Ge 2+ and Zn 2+ with at least one of Ta 5+ and Nb 5+ is preferred.
  • Combinations of trivalent and tetravalent cations at least one of Bi 3+ , Sb 3+ , Ga 3+ and In 3+ and at least one of Sn 4+ , Ge 4+ , Ti 4+ and Zr 4+. are preferred.
  • a combination of at least one of Bi 3+ , Sb 3+ , Ga 3+ and In 3+ with at least one of Ta 5+ and Nb 5+ is preferred.
  • Combination of monovalent cation, trivalent cation and tetravalent cation at least one of Ag + , Cu + and Au + and at least one of Bi 3+ , Sb 3+ , Ga 3+ and In 3+
  • a combination of the species with at least one of Sn 4+ , Ge 4+ , Ti 4+ and Zr 4+ is preferred.
  • the combination of fine Ti 4 is
  • Combinations of monovalent, divalent and tetravalent cations at least one of Ag + , Cu + and Au + and at least one of Sn 2+ , Ge 2+ and Zn 2+ ; A combination with at least one of Sn 4+ , Ge 4+ , Ti 4+ and Zr 4+ is preferable.
  • Combination of monovalent cation, trivalent cation and pentavalent cation at least one of Ag + , Cu + and Au + and at least one of Bi 3+ , Sb 3+ , Ga 3+ and In 3+
  • Combinations of the species with at least one of Ta 5+ and Nb 5+ are preferred.
  • a combination of at least one, at least one of Bi 3+ , Sb 3+ , Ga 3+ and In 3+ , and at least one of Sn 4+ , Ge 4+ , Ti 4+ and Zr 4+ is preferable.
  • a combination of Ag + , Zn 2+ , Bi 3+, and Sn 4+ and a combination of Ag + , Ba 2+ , Bi 3+, and Sn 4+ can be given.
  • Combination of monovalent cation, divalent cation, trivalent cation and pentavalent cation at least one of Ag + , Cu + and Au + and at least one of Zn 2+ , Ge 2+ and Sn 2+ at least one, Bi 3+, Sb 3+, and at least one of Ga 3+ and an in 3+, combination of at least one of Ta 5+ and Nb 5+ is preferred.
  • a combination of Ag + , Zn 2+ , Bi 3+, and Ta 5+ and a combination of Ag + , Ba 2+ , Bi 3+, and Ta 5+ can be given.
  • Combination of monovalent cation, divalent cation, trivalent cation, tetravalent cation and pentavalent cation at least one of Ag + , Cu + and Au + , Zn 2+ , Ge 2+ and At least one of Sn 2+ , at least one of Bi 3+ , Sb 3+ , Ga 3+ and In 3+ , at least one of Sn 4+ , Ge 4+ , Ti 4+ and Zr 4+ , and Ta 5+ And a combination with at least one of Nb 5+ .
  • a combination of Ag + , Zn 2+ , Bi 3+ , Sn 4+ and Ta 5+ and a combination of Ag + , Ba 2+ , Bi 3+ , Sn 4+ and Ta 5+ can be given.
  • a combination having at least a monovalent cation of a transition metal element and a tetravalent cation of a base metal element or a semimetal element or a transition metal element belonging to Group 14 of the periodic table, or a base metal element belonging to Group 15 of the periodic table is preferable, and at least one of Ag + , Cu +, and Au +
  • a combination comprising at least one of Ti 4+ , Ge 4+ and Sn 4+ or a combination comprising at least one of Sb 3+ and Bi 3+ and at least one of Ti 4+ , Ge 4+ and Sn 4+ Is more preferred.
  • the content ratio of the cation of two or more metal elements in the cation B is not particularly limited as long as the cation B can adopt a perovskite-type crystal structure.
  • the composition ratio of the cation of the metal element having a valence of 1 to 5 the description of the composition ratio of b1 to b5 described later can be preferably applied.
  • the anion X is at least one of a chlorine atom anion (Cl ⁇ ), a bromine atom anion (Br ⁇ ), and an iodine atom anion (I ⁇ ).
  • An anion of an anionic atom or atomic group including an anion is shown.
  • the anion X may contain a specific amount of an anion other than Cl ⁇ , Br ⁇ and I ⁇ .
  • Other anions other than Cl ⁇ , Br ⁇ and I ⁇ (hereinafter, also referred to as “other anions”) are not particularly limited as long as the effects of the present invention are exerted.
  • the other anions are preferably NCS ⁇ , SCN ⁇ , NCO ⁇ , OCN ⁇ , HO ⁇ , NO 3 ⁇ , CH 3 COO ⁇ or HCOO ⁇ .
  • the other anions contained in the anion X may be one kind or two or more kinds.
  • the anion X preferably contains at least one kind of anion of a bromine atom and an iodine atom, and more preferably contains an anion of an iodine atom, from the viewpoint of enhancing the light absorption ability in a long wavelength region.
  • the total content of the chlorine, bromine and iodine anions in the anion X is at least 80 mol%, preferably at least 90 mol%, from the viewpoint of increasing the absorbance and enhancing the light absorption in the long wavelength region. 95 mol% or more is more preferable, and 100 mol% is also preferable.
  • the proportion of the anion of the iodine atom in the anion X is preferably more than 70 mol%, more preferably 75 mol% or more, and more preferably 100 mol%, from the viewpoint of increasing the absorbance and further increasing the light absorption capacity in the long wavelength region. Is also preferred.
  • a to c indicate the composition ratios of the respective elements, and a and b satisfy 1 ⁇ a / b ⁇ 2.
  • c can be appropriately used for a and b, which are the composition ratios of A and B. That is, the cations A and B and the anion X cancel each other out of electric charge, and show a composition ratio of X, which indicates neutrality (0 electric charge) as a compound.
  • a is preferably a number satisfying 1.5 ⁇ a ⁇ 2, more preferably a number satisfying 1.8 ⁇ a ⁇ 2, and 1.9. It is more preferable that the number satisfies ⁇ a ⁇ 2, and b is a number determined to satisfy the above a / b.
  • the upper limit of the a / b is preferably 1.80 or less, more preferably 1.75 or less, and the light absorption ability in the long wavelength region is improved.
  • the lower limit is preferably more than 1.05, and more preferably 1.10 or more.
  • a / b preferably satisfies 1.05 ⁇ a / b ⁇ 1.80, and more preferably satisfies 1.10 ⁇ a / b ⁇ 1.75.
  • composition formula (II) A1 a1 B1 b1 B2 b2 B3 b3 B4 b4 B5 b5 X1 c1
  • A1 represents cesium.
  • B1 represents a metal element representing a monovalent cation
  • B2 represents a metal element representing a divalent cation
  • B3 represents a metal element representing a trivalent cation
  • B4 represents a metal element representing a tetravalent cation.
  • B5 represents a metal element showing a pentavalent cation.
  • X1 has the same meaning as X described above.
  • B1 to B5 do not contain lead.
  • B1 to B5 have the same meanings as those of the metal element having the corresponding valence in B.
  • b1 preferably satisfies 0 ⁇ b1 ⁇ 0.8, and more preferably satisfies 0 ⁇ b1 ⁇ 0.7.
  • b2 preferably satisfies 0 ⁇ b2 ⁇ 0.5, and more preferably satisfies 0 ⁇ b2 ⁇ 0.4.
  • b3 preferably satisfies 0 ⁇ b3 ⁇ 0.8, and more preferably satisfies 0 ⁇ b3 ⁇ 0.7.
  • b4 preferably satisfies 0 ⁇ b4 ⁇ 0.95, and more preferably satisfies 0 ⁇ b4 ⁇ 0.9.
  • b5 preferably satisfies 0 ⁇ b5 ⁇ 0.95, and more preferably satisfies 0 ⁇ b5 ⁇ 0.9. However, at least one of b1 to b3 exceeds 0, and at least one of b4 and b5 exceeds 0.
  • the description in a / b can be preferably applied.
  • the layer formed of the light absorbing agent having a perovskite crystal structure may have a portion that does not have a perovskite crystal structure as long as it has a perovskite crystal structure.
  • the light absorber having a perovskite-type crystal structure may be one type or a mixture of two or more types. Therefore, in the present invention, the light absorber having a perovskite-type crystal structure may be any compound as long as at least one kind of light absorber is present. There is no need to make a clear distinction. For example, some of the cations A and B may be present as cations having the same metal element but different valences as long as the light absorber having a perovskite crystal structure exhibits neutrality as a compound.
  • the light absorber has a perovskite-type crystal structure represented by the following composition formula (I)
  • composition formula (I) means that when two or more light absorbers are used, at least one of the light absorbers has the above composition formula (I) )
  • Examples of the light absorber having a perovskite crystal structure used in the present invention include Cs 2 Ag 0.1 Bi 0.1 Sn 0.9 I 6 , Cs 2 Ag 0.15 Bi 0.15 Sn 0.85 I 6 , and Cs 2 Ag 0.3 Bi 0.3 Sn 0.7 I 6 , Cs 2 Ag 0.5 Bi 0.5 Sn 0.5 I 6 , Cs 2 Ag 0.6 Bi 0.6 Sn 0.4 I 6 , Cs 2 Ag 0.7 Bi 0.7 Sn 0.3 I 6, Cs 2 Ag 0.9 Bi 0.9 Sn 0.1 I 6, Cs 2 Ag 0.3 Bi 0.3 Sn 0.7 Br 1 .5 I 4.5, Cs 2 Ag 0.3 Bi 0.3 Sn 0.7 Br 1.8 I 4.2, Cs 2 Bi 0.4 Sn 0.7 Br 1.8 I 4.2, Cs 2 Cu 0.5 Bi 0.5 Sn 0.5 I 6, Cs 2 Au 0.5 Bi
  • the light absorber having a perovskite-type crystal structure comprises, as raw materials, at least one compound represented by the following formula (A-1) and at least one compound having a perovskite-type crystal structure.
  • the compound can be synthesized by using a compound represented by the following formula (B-1) in a stoichiometric amount.
  • the stoichiometric amount here means that the composition ratio of each element and the valence of each element ion in the light absorbing agent having the perovskite crystal structure are calculated from the raw material charging ratio (molar ratio). And the valence of each ion in the raw material.
  • A represents cesium, rubidium or a cationic organic group, and has the same meaning as cesium, rubidium and the cationic organic group described for A in the formula (I).
  • X represents an anionic atom or atomic group, and has the same meaning as the anionic atom or atomic group described for X in the formula (I).
  • the compound represented by the formula (A-1) is preferably a compound having the elements represented by A and X of the formula (I) as a raw material for deriving a light absorber having the composition of the formula (I).
  • the compound represented by the formula (A-1) is generally a compound in which a cation A and an anion X are ionically bonded.
  • B represents a metal element belonging to Group 1 to Group 15 of the periodic table other than cesium and rubidium, and represents Group 1 to Group 1 of the periodic table described by B in Formula (I). Among the metal elements belonging to Group 15, they have the same meaning as the metal elements excluding cesium and rubidium.
  • X represents an anionic atom or an atomic group, and has the same meaning as the anionic atom and the atomic group described for X in the formula (I).
  • the compound represented by the formula (B-1) is generally a compound in which a cation B and an anionic atom or an atomic group X are ion-bonded.
  • n is a value adopted so as to be neutral as a compound.
  • X is monovalent, it is the same as the valence of the cation B.
  • n is preferably an integer of 1 to 4.
  • the compound represented by the formula (B-1) is prepared using at least two or more kinds so as to satisfy the requirements of (ii) and (iii) relating to the above B.
  • Specific compounds represented by the formula (A-1) or (B-1) include, for example, compounds used in Examples.
  • Non-Patent Document 2 As a method for synthesizing the perovskite compound, for example, the method described in Non-Patent Document 2 can be mentioned. Also, J.I. Am. Chem. Soc. , 2009, 131 (17), p. 6050-6051 or Nat. Mater. 2014, 13, p897-903. The compounds can be appropriately synthesized by referring to the methods described in these documents and the description of the synthesis method in the section of Examples described later.
  • the amount of the light absorbing agent having a perovskite crystal structure may be an amount that covers at least a part of the surface of the first electrode 1, and is preferably an amount that covers the entire surface.
  • the content of the light absorber having a perovskite crystal structure in the photosensitive layer 13 is usually 1 to 100% by mass.
  • the application of the light absorber having the perovskite-type crystal structure is not particularly limited.
  • the light absorber can be used for a solar cell, a light emitting element, a scintillation detector, an image sensor, and the like. Also, if it is suitable for the purpose, it can be used for applications unrelated to light absorption.
  • the layer containing the light absorber having the perovskite crystal structure is also referred to as a perovskite compound layer, a perovskite semiconductor layer, a perovskite light absorption layer, a perovskite energy conversion layer, or the like.
  • the light absorber having the perovskite-type crystal structure is excellent not only in the above-described film forming properties and absorbance but also in the light absorption ability in a long wavelength region. For this reason, compared with a compound such as the double perovskite type compound described in Non-Patent Document 2 in which the absorption wavelength is biased in the short wavelength region of sunlight and the absorption in the long wavelength region is not sufficient, the use in solar cells is improved. It is also possible to improve the photoelectric conversion efficiency at the time of exposure.
  • the light absorber having the perovskite-type crystal structure has excellent film forming properties and absorbance, and has a higher fluorescence intensity (emission intensity) than a compound having a conventional perovskite-type crystal structure. Is also excellent. Therefore, the light absorber having the perovskite crystal structure can be suitably used for a light-emitting element.
  • One of the preferred embodiments of the photoelectric conversion element of the present invention is to have the hole transport layer 3 between the first electrode 1 and the second electrode 2 like the photoelectric conversion elements 10A to 10D.
  • the hole transport layer 3 is preferably in contact (laminated) with the photosensitive layer 13C.
  • the hole transport layer 3 is preferably provided between the photosensitive layer 13 of the first electrode 1 and the second electrode 2.
  • the hole transport layer 3 has a function of capturing holes generated in the light absorbing agent and moving the holes to the second electrode 2, and is preferably a solid layer (solid hole transport layer).
  • the hole transporting material forming the hole transporting layer 3 a known material can be used without any particular limitation as long as it has the above function.
  • the hole transporting material used may be a liquid material or a solid material, but is preferably a solid material that can be applied by a solution.
  • organic hole transport materials described in paragraphs 0209 to 0212 of JP-A-2001-291534 can be used.
  • organic hole transporting material preferably, a conductive polymer such as polythiophene, polyaniline, polypyrrole, and polysilane, a spiro compound in which two rings share a central atom having a tetrahedral structure such as C and Si, and a triarylamine
  • a conductive polymer such as polythiophene, polyaniline, polypyrrole, and polysilane
  • a triarylamine examples include an aromatic amine compound having a structure or the like, a triphenylene compound, a nitrogen-containing heterocyclic compound, a cyclic compound such as porphyrin, phthalocyanine, and naphthalocyanine, and a liquid crystalline cyano compound.
  • hole transport materials described in WO 2015/107454, WO 2015/114521, or WO 2014/111365 may be mentioned.
  • the hole transporting material is preferably an organic hole transporting material which can be applied in a solution and becomes solid, and specifically, 2,2 ′, 7,7′-tetrakis- (N, N-di-p-methoxyphenyl) Amino) -9,9'-spirobifluorene (also referred to as spiro-MeOTAD), poly (3-hexylthiophen-2,5-diyl), 4- (diethylamino) benzaldehyde diphenylhydrazone, polyethylene dioxythiophene (PEDOT), etc. Is mentioned.
  • 2,2 ′, 7,7′-tetrakis- (N, N-di-p-methoxyphenyl) Amino) -9,9'-spirobifluorene also referred to as spiro-MeOTAD
  • the thickness of the hole transport layer 3 is not particularly limited, but is preferably 50 ⁇ m or less, more preferably 1 nm to 10 ⁇ m, further preferably 5 nm to 5 ⁇ m, and particularly preferably 10 nm to 1 ⁇ m.
  • the thickness of the hole transport layer 3 corresponds to the average distance between the second electrode 2 and the surface of the photosensitive layer 13, and the cross section of the photoelectric conversion element is observed using a scanning electron microscope (SEM) or the like. Can be measured.
  • the hole transport layer 16 is provided on the surface of the transparent electrode 11b.
  • the hole transport layer 16 has a function of capturing holes generated in the light absorbing agent and transporting the holes to the conductive support 11. Same as 3.
  • the photoelectric conversion element of the present invention may include a hole injection layer (not shown in FIGS. 1 to 6).
  • the hole injection layer is a layer that generates free charges in the hole transport material layer by receiving charges from the hole transport layer (hole transport material) and improves the conductivity of the hole transport layer.
  • the degree of improving the conductivity is not particularly limited, for example, preferably 1.01 to 10 10 times.
  • the hole injection layer is generally provided near the hole transport layer, and is provided on the side opposite to the photosensitive layer with respect to the hole transport layer, preferably adjacent to the hole transport layer.
  • Material for forming the hole injection layer is not particularly limited, for example, metal complexes, include metal salts and organic compounds, and more specifically, for example, (p-BrC 6 H 4 ) 3 NSbCl 6, three valent cobalt complex (FK209 other), LiTFSI (lithiumbis (trifluoromethanesulfonyl) imide), FeCl 3, WO 3, MoO 3, Molybdenum tris (1- (trifluoroacetyl) -2- (trifluoromethyl) ethane-1,2-dithiolene), SnCl 4 , SbCl 5 , F4-TCNQ and the like.
  • the thickness of the hole injection layer is not particularly limited, but is preferably 0.1 nm to 10 ⁇ m, more preferably 1 nm to 1 ⁇ m, and further preferably 10 nm to 0.5 ⁇ m.
  • the photoelectric conversion element of the present invention has an electron transport layer 4 between the first electrode 1 and the second electrode 2 like the photoelectric conversion element 10E.
  • the electron transport layer 4 is preferably in contact (laminated) with the photosensitive layer 13C.
  • the electron transport layer 4 is the same as the above-described electron transport layer 15 except that the electron transport destination is the second electrode and that the electron transport layer 4 is formed at a different position.
  • the second electrode 2 functions as a positive electrode in a solar cell.
  • the second electrode 2 is not particularly limited as long as it has conductivity, and can usually have the same configuration as the conductive layer 11. When the strength is sufficiently maintained, the support 11a is not always necessary.
  • At least one of the conductive layer 11 and the second electrode 2 must be substantially transparent.
  • the conductive layer 11 is transparent and sunlight or the like is incident from the support 11a side. In this case, it is more preferable that the second electrode 2 has a property of reflecting light.
  • the second electrode 2 As a material for forming the second electrode 2, for example, platinum (Pt), gold (Au), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), indium (In), ruthenium (Ru), palladium ( Pd), metals such as rhodium (Rh), iridium (Ir), osmium (Os), and aluminum (Al), the above-described conductive metal oxides, carbon materials, and conductive polymers.
  • the carbon material any material having conductivity in which carbon atoms are bonded to each other may be used, and examples thereof include fullerene, carbon nanotube, graphite, and graphene.
  • any material having conductivity in which carbon atoms are bonded to each other may be used, and examples thereof include fullerene, carbon nanotube, graphite, and graphene.
  • the second electrode 2 a thin film of a metal or a conductive metal oxide (including a thin film formed by vapor deposition), or a glass substrate or a plastic substrate having this thin film is preferable.
  • the glass substrate or the plastic substrate glass having a thin film of gold or platinum, or glass on which platinum is deposited is preferable.
  • the thickness of the second electrode 2 is not particularly limited, but is preferably 0.01 to 100 ⁇ m, more preferably 0.01 to 10 ⁇ m, and still more preferably 0.01 to 1 ⁇ m.
  • a spacer, a separator, or the like may be used instead of the blocking layer 14 or together with the blocking layer 14.
  • a hole blocking layer may be provided between the second electrode 2 and the hole transport layer 3.
  • the solar cell of the present invention is configured using the photoelectric conversion element of the present invention.
  • INDUSTRIAL APPLICABILITY The photoelectric conversion device of the present invention is excellent not only in absorbance at an absorption peak wavelength and industrial production efficiency, but also in light absorption ability in a long wavelength region. Therefore, the solar cell of the present invention has excellent photoelectric conversion efficiency due to excellent light absorption ability in a long wavelength region in addition to being excellent in the absorbance at the absorption peak wavelength and industrial production efficiency. Can also be shown.
  • a photoelectric conversion element 10 configured to work on an external circuit 6 can be used as a solar cell.
  • Non-Patent Document 2 J. Am. Chem. Soc. , 2009, 131 (17), p. It can be applied to each solar cell described in 6050-6051.
  • the photoelectric conversion element and the solar cell of the present invention can be manufactured by a known manufacturing method, for example, Non-Patent Document 2, J.I. Am. Chem. Soc. , 2009, 131 (17), p. 6050-6051, and Science, 338, p. 643 (2012).
  • the photoelectric conversion element of the present invention first, at least one of the blocking layer 14, the porous layer 12, the electron transport layer 15, and the hole transport layer 16 is formed on the surface of the conductive layer 11, if desired.
  • the blocking layer 14 can be formed, for example, by applying a dispersion containing the above-mentioned insulating substance or a precursor compound thereof to the surface of the conductive layer 11 and baking or spray pyrolysis.
  • the material forming the porous layer 12 is preferably used as fine particles, and more preferably as a dispersion containing fine particles.
  • the method for forming the porous layer 12 is not particularly limited, and examples thereof include a wet method, a dry method, and other methods (for example, the method described in Chemical Review, Vol. 110, p. 6595 (2010)). Can be In these methods, after applying the dispersion (paste) to the surface of the conductive layer 11 or the surface of the blocking layer 14, it is preferable to bake at a temperature of 100 to 800 ° C. for 10 minutes to 10 hours, for example, in the air. Thereby, the fine particles can be brought into close contact with each other.
  • the baking temperature other than the last baking should be performed at a temperature lower than the temperature of the last baking (the last baking temperature), that is, lower than the last baking temperature.
  • the firing temperature other than the last can be set in the range of 50 to 300 ° C.
  • the final firing temperature can be set so as to be higher than the other firing temperatures in the range of 100 to 600 ° C., that is, to exceed the other firing temperatures.
  • the firing temperature is preferably from 60 to 500 ° C.
  • the amount of the porous material applied when forming the porous layer 12 is appropriately set according to the thickness of the porous layer 12, the number of times of application, and the like, and is not particularly limited.
  • the coating amount of the porous material per 1 m 2 of the surface area of the conductive layer 11 is preferably, for example, 0.5 to 500 g, and more preferably 5 to 100 g.
  • the electron transport layer 15 or the hole transport layer 16 When the electron transport layer 15 or the hole transport layer 16 is provided, they can be formed in the same manner as the hole transport layer 3 or the electron transport layer 4 described later, respectively.
  • the hole transport layer 16 When the hole transport layer 16 is provided on the transparent electrode 11, a hole injection layer can be formed before the hole transport layer 16 is formed, if desired. The method for forming the hole injection layer will be described later.
  • the method for providing the photosensitive layer 13 includes a wet method and a dry method, and is not particularly limited.
  • a wet method is preferable, and for example, a method of contacting with a light absorber composition (solution) containing a light absorber having a perovskite crystal structure is preferable.
  • a light absorber composition for forming the photosensitive layer 13 is prepared.
  • the light absorber composition comprises at least one compound represented by the above formula (A-1), which is a raw material of the light absorber having the above perovskite type crystal structure, and at least one compound represented by the above formula (B-1).
  • the compound represented by the formula (1) is contained at a stoichiometric ratio (molar ratio) that is a composition of a light absorber having a target perovskite crystal structure.
  • This light absorber composition can be prepared by mixing the raw materials at a predetermined molar ratio and then heating.
  • the order of mixing the raw materials is not particularly limited. For example, all the compounds as raw materials may be mixed at once, or two or more solutions containing the raw materials may be separately prepared and then mixed. For example, a solution containing the compound represented by the above formula (A-1) and the compound represented by the above formula (B-1) and a solution containing the compound represented by the above formula (B-1) Are separately prepared, and then these solutions are mixed.
  • the composition is usually a solution, but may be a suspension.
  • the heating conditions are not particularly limited, but the heating temperature is preferably 30 to 200 ° C, more preferably 70 to 150 ° C. When two or more raw material solutions are mixed, they may be simply mixed without heating.
  • the heating time is preferably 0.5 to 100 hours, more preferably 1 to 3 hours.
  • the solvent or dispersion medium described below can be used.
  • the prepared light absorber composition is brought into contact with the surface of a layer (any one of the porous layer 12, the blocking layer 14, and the electron transport layer 15) on which the photosensitive layer 13 is formed. Specifically, it is preferable to apply or immerse the light absorbent composition.
  • the contact temperature is preferably 5 to 100 ° C.
  • the immersion time is preferably 5 seconds to 24 hours, more preferably 20 seconds to 1 hour.
  • drying by heat is preferable, and drying is usually performed by heating to 20 to 300 ° C, preferably 50 to 170 ° C.
  • the photosensitive layer can be formed according to the method for synthesizing the light absorbing agent having the perovskite crystal structure.
  • an AX composition (ammonium salt composition) containing the compound represented by the above formula (A-1) and a BX n composition (metal salt) containing the compound represented by the above formula (B-1)
  • a composition (including a dipping method) and, if necessary, drying.
  • any solution may be previously applied to it, preferably applied to BX n composition above.
  • the molar ratio of each compound, coating conditions and drying conditions in this method are the same as in the above method.
  • the above compounds can also be deposited.
  • a dry method such as vacuum deposition using a compound or a mixture from which the solvent of the light absorber composition has been removed
  • a method in which the compound represented by the above formula (A-1) and the compound represented by the above formula (B-1) are vapor-deposited simultaneously or sequentially may be used.
  • a light absorber having a perovskite crystal structure is formed as a photosensitive layer on the surface of the porous layer 12, the blocking layer 14, the electron transport layer 15, or the hole transport layer 16.
  • the hole transport layer 3 or the electron transport layer 4 is formed on the photosensitive layer 13 thus provided.
  • the hole transport layer 3 can be formed by applying and drying a hole transport material solution containing a hole transport material.
  • the hole transport material solution has a concentration of 0.1 to 1.0 M because the hole transport material solution has excellent applicability and, when the porous layer 12 is provided, easily penetrates into the pores of the porous layer 12. (Mol / L).
  • the application temperature and application time are not particularly limited, and are appropriately set.
  • the drying conditions of the hole transport material solution are preferably heating conditions, and generally heating conditions of 30 to 200 ° C., preferably 40 to 110 ° C. can be applied.
  • the electron transport layer 4 can be formed by applying and drying an electron transport material solution containing an electron transport material.
  • a hole injection layer is formed if desired.
  • the hole injection layer can be formed by applying and drying a hole injection material solution containing the above-described material, or by a dry method (e.g., vapor deposition) using the above-described material.
  • the second electrode 2 After forming the hole transport layer 3, the hole injection layer, or the electron transport layer 4, the second electrode 2 is formed. In this manner, the step of providing the photosensitive layer and the step of providing the hole transport layer are performed, and the photoelectric conversion element in which the photosensitive layer and the hole transport layer are stacked between the conductive layer and the second electrode, and Solar cells are manufactured.
  • each layer can be adjusted by appropriately changing the concentration of each dispersion or composition (solution) and the number of times of application. For example, when the photosensitive layers 13B and 13C having a large thickness are provided, a composition for forming a photosensitive layer, or an ammonium salt composition or a metal salt composition may be applied and dried a plurality of times.
  • Each of the above-described dispersions and compositions may contain additives such as a dispersing aid and a surfactant, if necessary.
  • Examples of the solvent or dispersion medium used in the method for manufacturing a photoelectric conversion element include, but are not particularly limited to, the solvents described in JP-A-2001-291534.
  • an organic solvent is preferable, and an alcohol solvent, an amide solvent, a nitrile solvent, a sulfoxide solvent, a hydrocarbon solvent, a lactone solvent, a halogen solvent, and a mixed solvent of two or more thereof are more preferable.
  • the mixed solvent is preferably a mixed solvent of an alcohol solvent and a solvent selected from an amide solvent, a nitrile solvent, a sulfoxide solvent, and a hydrocarbon solvent.
  • methanol, ethanol, isopropanol, ⁇ -butyrolactone, chlorobenzene, acetonitrile, N, N-dimethylformamide (DMF), dimethylacetamide or dimethylsulfoxide (DMSO), or a mixed solvent thereof is preferable.
  • the method of applying the composition or dispersant forming each layer is not particularly limited, and may be spin coating, extrusion die coating, blade coating, bar coating, screen printing, stencil printing, roll coating, curtain coating, spray coating, dip coating, Known coating methods such as an ink jet printing method and a dipping method can be used. Among them, a spin coating method, a screen printing method and the like are preferable.
  • the photoelectric conversion element of the present invention may be subjected to an efficiency stabilization treatment such as annealing, light soaking, or leaving it in an oxygen atmosphere, if necessary.
  • the photoelectric conversion element manufactured as described above can be used as a solar cell by connecting the external circuit 6 to the first electrode 1 and the second electrode 2.
  • the photosensitive layer (layer containing the above-mentioned light absorbing agent) described in the photoelectric conversion element of the present invention is a layer other than the photoelectric conversion element by utilizing its excellent properties (absorbance and film forming property of a film having a perovskite crystal structure).
  • the present invention can be preferably applied to a light emitting element and the like.
  • the light-emitting device of the present invention only needs to include a layer containing the light-absorbing agent of the present invention, and is set to an appropriate shape or size according to the application and the like.
  • the layer containing the light absorbing agent of the present invention can function as a wavelength conversion portion that converts incident light into light of a longer wavelength and emits light, or a light emitting layer in an electroluminescent element, and has excellent absorbance and emission intensity.
  • the layer containing the light absorbing agent of the present invention is preferably provided in a light-emitting element, for example, in a state of being incorporated in a wavelength conversion member described below, preferably in a wavelength conversion unit.
  • a light source / wavelength conversion member for example, a light source / wavelength conversion member, a light source / light-transmitting substrate / wavelength conversion member, a light source / wavelength conversion member / light-transmitting substrate, a light source / light-transmitting substrate / wavelength conversion member / light-transmitting property Substrate, light source / wavelength conversion member / color filter, light source / light-transmitting substrate / wavelength conversion member / color filter, light source / wavelength conversion member / light-transmitting substrate / color filter, light source / light-transmitting substrate / wavelength conversion member / Each configuration of a light-transmitting substrate / color filter, a light source / light-transmitting substrate / wavelength conversion member / color filter / light-transmitting substrate, and a light source / wavelength conversion member / color filter / light-transmitting substrate is exempl
  • the shape and dimensions of the wavelength conversion member are not particularly limited as long as they have a layer containing the light absorbing agent of the present invention as a wavelength conversion portion, and are appropriately set according to the application and the like.
  • the shapes of the wavelength conversion member and the wavelength conversion portion include a film shape, a plate shape (for example, a sheet shape, a filter shape, a disk shape), a lens shape, a fiber shape, and an optical waveguide shape.
  • the wavelength conversion member has a plate shape.
  • the wavelength conversion member (also referred to as a wavelength conversion filter) may have a wavelength conversion layer containing the light absorbing agent of the present invention as a wavelength conversion portion, and may be a laminate with a substrate.
  • the thickness of the wavelength conversion layer is not particularly limited, but is preferably, for example, 0.001 to 100 ⁇ m, more preferably 0.01 to 10 ⁇ m, and still more preferably 0.01 to 5 ⁇ m.
  • the substrate examples include a glass substrate and a polymer substrate.
  • the glass substrate examples include glass substrates such as soda-lime glass, barium-strontium-containing glass, lead glass, aluminosilicate glass, borosilicate glass, barium-borosilicate glass, and quartz.
  • the polymer substrate examples include substrates made of various polymers such as polycarbonate, acrylic resin, polyethylene terephthalate, polyether sulfide, and polysulfone.
  • the wavelength conversion member may have a component other than the substrate.
  • Such constituent members are not particularly limited as long as they are commonly used for wavelength conversion members, and include, for example, a protective film (film).
  • the description of the method of providing the photosensitive layer described above can be applied.
  • a method in which the substrate is brought into contact with a light absorbent composition (solution) is exemplified.
  • the wavelength conversion unit of the present invention has a light source and the above-described wavelength conversion member.
  • a conventionally known structure can be applied without any particular limitation.
  • the arrangement of the light source and the wavelength conversion member is not particularly limited, and the light source and the wavelength conversion member may be arranged in contact with each other, or may be arranged in a separated state or in a state where another member is interposed. Is also good.
  • the light source is not particularly limited, and includes, for example, an incandescent lamp, a metal halide lamp, an HID lamp (High Intensity Discharge Lamp), a xenon lamp, a sodium lamp, a mercury lamp, a fluorescent lamp, a cold cathode tube, a cathode luminescence, Slow electron tube, light emitting diode [for example, GaP (red, green), GaP x As (1-x) (red, orange, yellow: 0 ⁇ x ⁇ 1), Al x Ga (1-x) As (red : 0 ⁇ x ⁇ 1), GaAs (red), SiC (blue), GaN (blue), ZnS, ZnSe], electroluminescence (for example, inorganic EL and organic EL using a ZnS base and a luminescent center), laser ( For example, the He-Ne laser, CO 2 laser, Ar, Kr, He-Cd laser, an excimer Za, a gas laser of the nitrogen laser,
  • a semiconductor light-emitting element having a light-emitting layer capable of emitting a light emission wavelength capable of exciting the light absorbing agent of the present invention is preferable.
  • a semiconductor light-emitting element an element having the above-mentioned semiconductor is given.
  • the semiconductor other than the semiconductor capable of emitting nitride semiconductor short wavelength that can efficiently excite the light absorbing agent of the present invention (In x Al y Ga (1 -x-y), 0 ⁇ X, 0 ⁇ Y, X + Y ⁇ 1) is preferred.
  • Examples of the semiconductor structure include a homo-structure having a MIS (Metal-Insulator-Silicon) junction, a PIN junction, a pn junction, or the like, a hetero structure, or a double hetero structure.
  • MIS Metal-Insulator-Silicon
  • a PIN junction a PIN junction
  • a pn junction a hetero structure
  • Various emission wavelengths can be selected depending on the material of the semiconductor layer or the degree of mixed crystal thereof.
  • a single quantum well structure or a multiple quantum well structure in which the semiconductor active layer is formed as a thin film in which a quantum effect occurs can be used.
  • the semiconductor laser is not particularly limited, but preferably has the following mechanism. That is, a semiconductor is subjected to a pn junction, a forward bias is applied thereto, minority carriers at a high energy level are injected, and electrons flowing into the p-type region are injected into holes and positive electrons flowing into the n-type region. The holes recombine with the electrons. As a result, there is a mechanism that causes electrons to transition from a high energy level to a low energy level, and emits a photon corresponding to the energy difference.
  • the material for the semiconductor laser include Group IV elements such as germanium and silicon, and direct transition III-V and II-VI compounds such as GaAs and InP that do not involve lattice vibration.
  • these materials may be not only binary systems but also multi-systems such as ternary systems, quaternary systems, and ternary systems.
  • the laminated structure may be a double hetero structure provided with a clad layer, or may be a structure composed of a lower clad, an active layer and an upper clad. Further, a multi-quantum well structure may be applied.
  • the wavelength conversion unit may be provided with a color filter to adjust color purity, if desired.
  • the color filter is not particularly limited as long as it is a commonly used color filter.
  • the pigment used for the color filter include perylene pigments, lake pigments, azo pigments, quinacridone pigments, anthraquinone pigments, anthracene pigments, isoindoline pigments, isoindolinone pigments, phthalocyanine pigments, triphenylmethane basic dyes, and indanthrone.
  • Pigments various pigments such as indophenol pigments, cyanine pigments, dioxazine pigments, or a pigment mixture of two or more of these pigments, and further a mixture of the above pigment or pigment mixture and a binder resin (in a solid state dissolved or dispersed) ).
  • the wavelength conversion unit includes the wavelength conversion member, and can absorb incident light from a light source with excellent absorbance, convert the light into emission light with high quantum yield, and emit light with excellent emission intensity.
  • the wavelength conversion unit of the present invention can be manufactured by a known method except for the manufacturing of the wavelength conversion unit.
  • the translucent substrate refers to a substrate that can transmit 50% or more of visible light, and specifically has the same meaning as a substrate that the wavelength conversion member may have.
  • the color filter has the same meaning as the color filter that the wavelength conversion member may have.
  • the shapes of the light-transmitting substrate and the color filter are not particularly limited, and may be plate-like or lens-like.
  • the light emitting device of the present invention can be used for various applications, and preferably includes display devices such as various displays, lighting devices, and the like.
  • the display device is not particularly limited, and examples thereof include various displays, traffic signals, traffic display devices, liquid crystal backlights, liquid crystal front lights, field sequential liquid crystal displays, and the like.
  • the lighting device is not particularly limited, and includes, for example, a general lighting device (apparatus), a local lighting device, an interior lighting device, and the like.
  • the light emitting element of the present invention can be manufactured by sequentially laminating each component used in the above-described configuration, and can also be manufactured by bonding each component.
  • the stacking order of the components is not particularly limited.
  • Example 1 According to the following procedure, a coating film of the light absorbing agent was prepared.
  • Preparation of Coating Film of Light Absorbent (Sample No. 101)] ⁇ Preparation of light absorbing agent forming coating liquid 1> CsI (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), AgI (Alfa Aesar Co.), BiI 3 (ALDRICH Co.) and SnI 4 (Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) molar ratio of 20: 1: 1: 9 and made so that the glass containers Weighed. 1 mL of dimethyl sulfoxide (DMSO, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was further added to the glass container, and the mixture was stirred at 110 ° C. for 1 hour to prepare 45% by mass of a light absorbing agent forming coating liquid 1.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • the prepared coating solution 1 was applied to a glass substrate (manufactured by JEOL Ltd.) by spin coating (2,000 rpm, 30 seconds) (coating temperature: 25 ° C.). Thereafter, the applied coating solution 1 was heated and baked at 160 ° C. for 5 minutes using a hot plate to obtain a sample No. 200 having a film thickness of 200 nm.
  • a light absorbing agent coating film (thin film) No. 101 was prepared. Preparation of the coating solution 1 and preparation of the coating film were performed in a glove box in a nitrogen atmosphere. The film thickness was determined by observing with a scanning electron microscope (SEM).
  • ⁇ Preparation of Coating Film (Sample Nos. 129 to 132 and 136)> The above sample No. In the preparation of a light absorbing agent coating film of No. 108, TaBr 5 (manufactured by Alfa Aesar) or NbBr 5 (manufactured by Strem Chemicals) is further used as a raw material, and a light absorbing agent having a composition formula shown in Table 1 below is obtained. Sample No. was similarly prepared except that the charging ratio (molar ratio) was changed. 129 to 132 and 136 light absorbing agent coating films were prepared, respectively. ⁇ Preparation of Coating Film (Sample Nos. 134 and 135)> The above sample No.
  • ⁇ Preparation of Coating Film (Sample No. 118)> CsI (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.), AgI (Alfa Aesar Co.), BiI 3 (ALDRICH Co.) and SnI 4 (Kojundo Chemical Laboratory Co., Ltd.) molar ratio of 20: 5: 4: glass container so as to be 5 Weighed. 1 mL of dimethyl sulfoxide (DMSO, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was further added to this glass container, and the mixture was stirred at 110 ° C. for 1 hour. Next, GaI 3 (manufactured by ALDRICH) was weighed in another glass container.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • Example No. 120 ⁇ Preparation of Coating Film (Sample No. 120)> CsI (manufactured by Kanto Kagaku), AgI (manufactured by Alfa Aesar) and BiI 3 (manufactured by ALDRICH) were weighed in a glass container so as to have a molar ratio of 20: 5: 5. 1 mL of dimethyl sulfoxide (DMSO, manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd.) was further added to this glass container, and the mixture was stirred at 110 ° C. for 1 hour. Next, TiI 4 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was weighed into another glass container.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • Example Nos. 125, 127 and 128) ⁇ Preparation of Coating Film (Sample Nos. 125, 127 and 128)>
  • the above sample No. Sample No. 121 was prepared in the same manner as described above except that the charging ratio (molar ratio) was changed so as to obtain a light absorber having a composition formula shown in Table 1 below.
  • Coating films of 125, 127 and 128 light absorbing agents were prepared respectively.
  • the sample No. In the preparation of the 127 and 128 light absorbing agent coating films, CsF (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries) and KSCN (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries) were further used as the raw materials of the anion X, respectively.
  • Example Nos. C01 to c09 ⁇ Preparation of Coating Film (Sample Nos. C01 to c09)>
  • the above sample No. Sample No. 101 was prepared in the same manner as in Sample No. 101 except that the kind of raw materials and the charging ratio (molar ratio) were changed so as to obtain a light absorbing agent having the composition formula shown in Table 1 below.
  • Coated films of the light absorbers c01 to c09 were prepared.
  • the raw materials used for preparing the above samples were appropriately used.
  • the sample No. In c04 as raw materials, Al 2 O 3 (manufactured by ALDRICH) and SnI 2 (manufactured by TCI) were used as sample Nos.
  • SiI 4 manufactured by Alfa Aesar
  • SnF 2 manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical
  • CsF manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical
  • composition of the light absorbing agent in the coating film described in Table 1 below was analyzed by XRF (X-ray Fluorescence).
  • XRF X-ray Fluorescence
  • Sample No. c01 and c02 are so-called double perovskite type light absorbers having the same amount of Ag + and Bi 3+ as the cation B. These light absorbers have an a / b value of 1.00, and the light absorbers defined in the present invention in that the cation B does not contain any cation of a tetravalent metal element and a pentavalent metal element.
  • No sample No. Although c01 can form a thin film having a perovskite-type crystal structure, its absorbance is not sufficient, and the sample no. In the first place, c02 had insufficient film-forming properties. Sample No.
  • c03 is a so-called B-site defect type light absorber in which the cation B is Sn 4 + 1.
  • This light absorber is not the light absorber defined in the present invention in that the cation B is one kind and the value of a / b is 2.00.
  • c03 was able to form a thin film having a perovskite-type crystal structure, its absorbance was insufficient.
  • Sample No. c04 is the present invention in that the total proportion of Cl ⁇ , Br ⁇ and I ⁇ in the anion X is less than 80%, and the cation B does not contain any of the cations of the tetravalent metal element and the pentavalent metal element. Not a light absorber specified in. Sample No.
  • sample No. c05 is not a light absorber specified in the present invention in that the total proportion of Cl ⁇ , Br ⁇ and I ⁇ in X is less than 80%, and cation B is a cation of a homologous metal element. Sample No. c05 was insufficient in film-forming properties and absorbance. Sample No. c06 is not a light absorber defined in the present invention in that the total proportion of Cl ⁇ , Br ⁇ and I ⁇ in the anion X is less than 80%. Sample No. c06 had insufficient film-forming properties. Sample No.
  • c07 and c08 do not have cation A and are not light absorbers defined in the present invention in that a / b is 0.
  • Sample No. Both c07 and c08 had insufficient film-forming properties.
  • Sample No. c09 is not a light absorber defined in the present invention in that cation B does not have a cation of a tetravalent or pentavalent metal element. This sample No. For c09, a thin film having a perovskite crystal structure defined in the present invention could not be formed, and the film-forming properties were not sufficient.
  • the light absorbers 101 to 140 were excellent in both film-forming properties and absorbance, and also excellent in absorption in a long wavelength region.
  • the composition ratio a / b of the cation A to the cation B is in a specific range, the absorbance and the absorption in the long wavelength region can be further increased.
  • the ratio of iodine atoms in X exceeds a specific value, the absorbance and absorption in a long wavelength region can be further increased.
  • the cation B contains at least a tetravalent cation (preferably Sn 4+ ), the absorbance and the absorption in the long wavelength region can be further increased.
  • the photosensitive layer containing the light absorbing agent having the perovskite type crystal structure can be easily formed, so that the industrial production efficiency is also excellent.
  • the photoelectric conversion element and the solar cell of the present invention also have excellent light absorption in a long wavelength region, and thus exhibit excellent photoelectric conversion efficiency as a solar cell.
  • Example 2 Application to Light Emitting Application ⁇ Preparation of Coating Films (Sample Nos. 104-a, 104-b, c03-a, and c03-b)>
  • the above sample No. Sample No. 104 was prepared in the same manner except that the corresponding bromide or chloride raw material was used in place of the iodide raw material in producing the light absorbing agent coating film of Sample No. 104.
  • Coating films of the light absorbers 104-a and 104-b were prepared respectively.
  • the above sample No. In the preparation of the coated film of the light absorbing agent of c03, sample Nos. Coated films of the light absorbers c03-a and c03-b were prepared.
  • CsBr manufactured by Kanto Kagaku
  • AgBr manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries
  • BiBr 3 manufactured by ALDRICH
  • SnBr 4 manufactured by Strem Chemical
  • CsCl, AgCl, and BiCl 3 all manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries
  • SnCl 4 manufactured by ALDRICH
  • Relative fluorescence intensity (Maximum fluorescence intensity of each coating film) / (Maximum fluorescence intensity of sample No. 104) - Evaluation criteria of relative fluorescence intensity - A: Relative fluorescence intensity is 0.5 or more C: Relative fluorescence intensity is less than 0.5
  • the sample No. specified in the present invention From the results in Table 2, the sample No. specified in the present invention. It can be seen that any of the light absorbers 104, 104-a and 104-b can be suitably used for light emission.
  • the light absorber of the present invention synthesized in Example 1 and the light absorber of the present invention synthesized in Example 1 in which the anion X of the present invention is Cl ⁇ are also preferably used for light emission. I knew I could do it. From the above results, the light-emitting element including the layer containing the light absorber of the present invention shows high absorbance at the absorption peak wavelength, industrial production efficiency is improved, and the absorption peak wavelength showing the maximum absorbance is obtained. It can be seen that the fluorescence intensity (emission intensity) when irradiated with the excitation light is also excellent.
  • First electrode 11 Conductive layer 11a Support 11b Transparent electrode 12 Porous layer 13A to 13C Photosensitive layer 14 Blocking layer 2 Second electrodes 3A, 3B, 16 Hole transport layer 4, 15 Electron transport layer 6 External circuit ( Lead) 10A to 10F Photoelectric conversion elements 100A to 100F System M using solar cell Electric motor

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Abstract

導電層と導電層上に設けられた光吸収剤を含む感光層とを有する第一電極と、第一電極に対向する第二電極とを有する光電変換素子であって、光吸収剤が特定の組成式で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する、光電変換素子及び太陽電池、上記光吸収剤、並びに、発光素子。

Description

光電変換素子及び太陽電池、光吸収剤、並びに、発光素子
 本発明は、光電変換素子及び太陽電池、光吸収剤、並びに、発光素子に関する。
 光電変換素子は、各種の光センサー、複写機及び太陽電池等に用いられている。太陽電池は、非枯渇性の太陽エネルギーを利用するものとして、その実用化が進められている。この中でも、増感剤として有機色素又はRuビピリジル錯体等を用いた色素増感太陽電池は、研究開発が盛んに進められ、光電変換効率が11%程度に到達している。
 その一方で、近年、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物(以下、「ペロブスカイト化合物」ともいう。)として鉛ハロゲン化物を用いた太陽電池が、比較的高い光電変換効率を達成できるとの研究成果が報告され、注目を集めている。しかし、鉛は有害元素であるため、鉛を含まない又は含んでも少量である(これらを併せて鉛フリーと称す。)ペロブスカイト化合物の開発が望まれ、種々の検討がなされている。
 例えば、非特許文献1及び2には、異なる族から選択される2種のBサイト金属カチオンを用いた、いわゆるダブルペロブスカイト型化合物が記載されている。また、特許文献1には、Bサイト金属カチオンとして、2価に代えて4価のカチオンを用いた、いわゆるBサイト欠陥型ペロブスカイト化合物が記載されている。
国際公開第2015/164731号
The Journal of Physical Chemistry Letters, 2016, vol.7, p.1254 Journal of Materials Chemistry A, 2017,  5, p.19972
 ペロブスカイト化合物を用いた光電変換素子には、特性の一つとして、高い吸光度を示すことが求められる。また、光電変換素子の工業的な生産効率の向上の点から、より少ない工程数で簡便に、目的のペロブスカイト型結晶構造を有する薄膜を形成できること(以下、「製膜性」とも称す。)も重要である。
 しかし、これまで知られている鉛フリーのペロブスカイト化合物では、上記の特性を十分に満足するには至っていない。例えば、非特許文献1は物性のシミュレーションに関する報告であり、薄膜の作製には言及されていない。また、非特許文献2記載のダブルペロブスカイト型化合物は、吸収ピーク波長の吸光度が十分でない。また、特許文献1記載のBサイト欠陥型ペロブスカイト型化合物は、簡便な1段階の塗布によりペロブスカイト型結晶構造を有する薄膜として得ることが困難である。
 本発明は、感光層の光吸収剤として、鉛フリーのペロブスカイト化合物を含む光電変換素子であって、吸収ピーク波長の吸光度が高められ、工業的な生産効率が向上された光電変換素子及びこの光電変換素子を用いた太陽電池を提供することを課題とする。
 また、本発明は、鉛フリーで、簡便な塗布工程により薄膜として得ることができ、さらに吸収ピーク波長の吸光度も高められたものとできる、ペロブスカイト化合物を含む光吸収剤を提供することを課題とする。
 さらに、本発明は、上記優れた特性を有する光吸収剤を含む層を具備する、発光素子を提供することを課題とする。
 本発明者が上記課題に鑑み鋭意検討した結果、特定のカチオンA及びカチオンBを有するペロブスカイト化合物であって、カチオンBを構成する金属カチオンとして、周期表の異なる族に属する2種以上の金属カチオンを適用し、また、カチオンBに対するカチオンAの組成比を特定の範囲とし、さらに、カチオンBとして4価の金属カチオン及び5価の金属カチオンの少なくとも1種を含有することにより、金属カチオンとして鉛を用いなくても、簡便な塗布工程と熱処理によりペロブスカイト型結晶構造を有する薄膜を得ることができること、吸収ピーク波長の吸光度も高められることを見出した。本発明はこれらの知見に基づき更に検討を重ね、完成されるに至ったものである。
 すなわち、本発明の上記の課題は以下の手段により解決された。
<1>
 導電層とこの導電層上に設けられた光吸収剤を含む感光層とを有する第一電極と、上記第一電極に対向する第二電極とを有する光電変換素子であって、
 上記光吸収剤が下記組成式(I)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する、光電変換素子。
     組成式(I):A
 上記組成式中、Aはセシウム、ルビジウム及びカチオン性有機基の少なくとも1種を示す。Bは下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす金属元素を示す。Xは塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の少なくとも1種を含む、アニオン性の原子又は原子団を示す。X中の塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の含有量の合計は80mol%以上である。a~cは組成比を示し、a及びbは1<a/b<2を満たす。ただし、Bは鉛を含まない。
(i)周期表の1族~15族に属する金属元素のうち、セシウムおよびルビジウムを除く2種以上の金属元素である。
(ii)互いに周期表の異なる族に属する金属元素を少なくとも含む。
(iii)価数が4価の金属元素及び価数が5価の金属元素の少なくとも1種を含む。
<2>
 上記光吸収剤が3次元ペロブスカイト型結晶構造を有する、<1>に記載の光電変換素子。
<3>
 上記Xが臭素原子及びヨウ素原子の少なくとも1種を含む、<1>又は<2>に記載の光電変換素子。
<4>
 上記X中のヨウ素原子の含有量が70mol%を越える、<1>~<3>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
<5>
 上記Aがセシウム及びルビジウムの少なくとも1種である、<1>~<4>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
<6>
 上記Bが、価数が4価の金属元素を少なくとも含む、<1>~<5>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
<7>
 上記Bが、Ti、Zr、Nb、Ta、Cu、Ag、Au、Zn、Ga、In、Ge、Sn、Sb及びBiのうち少なくとも1種の金属元素を含む、<1>~<6>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
<8>
 上記のa及びbが1.05<a/b≦1.80を満たす、<1>~<7>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
<9>
 上記Bが3種以上の金属元素を含む、<1>~<8>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
<10>
 上記Bにおける価数が4価の金属元素がSnを含む、<1>~<9>のいずれか1つに記載の光電変換素子。
<11>
 <1>~<10>のいずれか1つに記載の光電変換素子を用いた太陽電池。
<12>
 下記組成式(I)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤。
     組成式(I):A
 上記組成式中、Aはセシウム、ルビジウム及びカチオン性有機基の少なくとも1種を示す。Bは下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす金属元素を示す。Xは塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の少なくとも1種を含む、アニオン性の原子又は原子団を示す。X中の塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の含有量の合計は80mol%以上である。a~cは組成比を示し、a及びbは1<a/b<2を満たす。ただし、Bは鉛を含まない。
(i)周期表の1族~15族に属する金属元素のうち、セシウムおよびルビジウムを除く2種以上の金属元素である。
(ii)互いに周期表の異なる族に属する金属元素を少なくとも含む。
(iii)価数が4価の金属元素及び価数が5価の金属元素の少なくとも1種を含む。
<13>
 <12>に記載のペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤を含む層を具備する、発光素子。
 本明細書において、各式の表記は、化合物の化学構造の理解のために、一部を示性式として表記することもある。これに伴い、各式において、部分構造を、(置換)基、イオン又は原子等と称するが、本明細書において、これらは、(置換)基、イオン又は原子等の他に、上記式で表される(置換)基若しくはイオンを構成する元素団、又は、元素を意味することがある。
 本明細書において、化合物(錯体、色素を含む)の表示については、化合物そのものの他、その塩、そのイオンを含む意味に用いる。また、置換又は無置換を明記していない化合物については、目的とする効果を損なわない範囲で、任意の置換基を有する化合物を含む意味である。このことは、置換基及び連結基等(以下、置換基等という)についても同様である。
 本明細書において、特定の符号で表示された置換基が複数あるとき、又は複数の置換基等を同時に規定するときには、特段の断りがない限り、それぞれの置換基等は互いに同一でも異なっていてもよい。このことは、置換基等の数の規定についても同様である。また、複数の置換基等が近接するとき(特に、隣接するとき)には、特段の断りがない限り、それらは互いに連結していなくてもよく(環を形成していない)、また、それらが互いに連結して環を形成してもよい。更に、環、例えば脂肪族環、芳香族環、ヘテロ環は更に縮環して縮環を形成していてもよい。
 また、本明細書において「~」を用いて表される数値範囲は、「~」前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。
 本発明の光電変換素子及び太陽電池は、光吸収剤として鉛フリーのペロブスカイト化合物を用いながらも、吸収ピーク波長の吸光度に優れ、工業的な生産効率にも優れる。
 また、本発明の光吸収剤は、鉛フリーでありながらも、簡便な塗布工程と熱処理により、吸収ピーク波長の吸光度に優れる薄膜として得ることができ、さらに吸収ピーク波長の吸光度にも優れる。
 さらに、本発明の発光素子は、光吸収剤として鉛フリーのペロブスカイト化合物を用いながらも、吸収ピーク波長の吸光度に優れ、工業的な生産効率にも優れる。
図1は本発明の光電変換素子の好ましい態様について、層中の円a部分の拡大図も含めて模式的に示した断面図である。 図2は本発明の光電変換素子の厚い感光層を有する好ましい態様について模式的に示す断面図である。 図3は本発明の光電変換素子の別の好ましい態様について模式的に示した断面図である。 図4は本発明の光電変換素子のまた別の好ましい態様について模式的に示した断面図である。 図5は本発明の光電変換素子の更に別の好ましい態様について模式的に示した断面図である。 図6は本発明の製造方法で得られる光電変換素子のさらにまた別の好ましい態様について模式的に示した断面図である。
[光電変換素子]
 本発明の光電変換素子は、導電層とこの導電層上に設けられた光吸収剤を含む感光層とを有する第一電極と、この第一電極に対向する第二電極とを有する光電変換素子である。上記光吸収剤は、後述する特定の組成式で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する。
 本発明において、第一電極と第二電極が対向するとは、第一電極と第二電極が互いに接した状態で積層された形態と、第一電極と第二電極とが他の層(例えば正孔輸送層)を介して積層された形態(すなわち第一電極と第二電極が他の層を挟んで互いに対向して設けられた形態)を意味する。
 また、第一電極において、上記感光層は、導電層よりも第二電極側に配される。
 本発明において、第一電極は、導電層上に感光層が設けられた形態を有している。導電層上に感光層を有するとは、導電層の表面に接して感光層を設ける(直接設ける)態様、及び、導電層の表面上方に他の層を介して感光層を設ける態様を含む意味である。
 導電層の表面上方に他の層を介して感光層を有する態様において、導電層と感光層との間に設けられる他の層としては、光電変換素子の性能(好ましくは、太陽電池に用いた場合の電池性能)を低下させないものであれば特に限定されない。例えば、多孔質層、ブロッキング層、電子輸送層及び正孔輸送層等が挙げられる。
 本発明において、導電層の表面上方に他の層を介して感光層を有する態様としては、例えば、感光層が、多孔質層の表面に薄い膜状(図1参照)又は厚い膜状(図2及び図6参照)に設けられる態様、ブロッキング層の表面に薄い膜状又は厚い膜状(図3参照)に設けられる態様、電子輸送層の表面に薄い膜状又は厚い膜状(図4参照)に設けられる態様、及び、正孔輸送層の表面に薄い膜状又は厚い膜状(図5参照)に設けられる態様が挙げられる。感光層は、線状又は分散状に設けられてもよいが、好ましくは膜状に設けられる。
 本発明の光電変換素子において、感光層に含有される光吸収剤は、後述する特定の組成式(I)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有している。この光吸収剤は鉛フリーである。この光吸収剤を有する本発明の光電変換素子は、吸収ピーク波長において高い吸光度を示す。
 本発明の光電変換素子は、本発明で規定する構成以外の構成は特に限定されず、光電変換素子及び太陽電池に関する公知の構成を採用できる。本発明の光電変換素子を構成する各層は、目的に応じて設計され、例えば、単層に形成されても、複層に形成されてもよい。例えば、多孔質層を導電層と感光層との間に設けることもできる(図1、図2及び図6参照)。
 なお、本発明の光電変換素子の適用態様としては、太陽電池に限らず、その他、光電変換を利用する種々の装置として、イメージセンサ及びX線検出器等に適用することができる。イメージセンサとしては、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ、CCD(Complementary Metal Oxide Semiconductor)イメージセンサ及びNMOS(N-channel metal oxide semiconductor)イメージセンサ等が挙げられる。イメージセンサ及びX線検出器としては、本発明の光電変換素子以外の構成は特に限定されず、イメージセンサ及びX線検出器に関する公知の構成を採用でき、例えば、NPG Asia Materials, 2017, vol.9, p.e431及びNature, 2017, vol.550, p.87等を参照することができる。
 以下、本発明の光電変換素子の好ましい態様について説明する。
 図1~図6において、同じ符号は同じ構成要素(部材)を意味する。
 なお、図1、図2及び図6は、多孔質層12を形成する微粒子の大きさを強調して示してある。これらの微粒子は、好ましくは、導電層11に対して水平方向及び垂直方向に詰まり(堆積又は密着して)、多孔質構造を形成している。
 本明細書において、単に光電変換素子10という場合は、特に断らない限り、光電変換素子10A~10Fを意味する。このことは、システム100、第一電極1についても同様である。また、単に感光層13という場合は、特に断らない限り、感光層13A~13Cを意味する。同様に、正孔輸送層3という場合は、特に断らない限り、正孔輸送層3A及び3Bを意味する。
 本発明の光電変換素子の好ましい態様として、例えば、図1に示す光電変換素子10Aが挙げられる。図1に示されるシステム100Aは、光電変換素子10Aを外部回路6で動作手段M(例えば電動モーター)に仕事をさせる電池用途に応用したシステムである。
 この光電変換素子10Aは、第一電極1Aと、第二電極2と、第一電極1Aと第二電極2の間に正孔輸送層3Aとを有している。
 第一電極1Aは、支持体11a及び透明電極11bからなる導電層11と、多孔質層12と、図1において断面領域aを拡大した拡大断面領域aに模式的に示されるように多孔質層12の表面に、ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤を含む感光層13Aとを有している。また透明電極11b上にブロッキング層14を有し、ブロッキング層14上に多孔質層12が形成される。このように多孔質層12を有する光電変換素子10Aは、感光層13Aの表面積が大きくなるため、電荷分離及び電荷移動効率が向上すると推定される。
 図2に示す光電変換素子10Bは、図1に示す光電変換素子10Aの感光層13Aを厚く設けた好ましい態様を模式的に示したものである。この光電変換素子10Bにおいて、正孔輸送層3Bは薄く設けられている。光電変換素子10Bは、図1で示した光電変換素子10Aに対して感光層13B及び正孔輸送層3Bの膜厚の点で異なるが、これらの点以外は光電変換素子10Aと同様に構成されている。
 図3に示す光電変換素子10Cは、本発明の光電変換素子の別の好ましい態様を模式的に示したものである。光電変換素子10Cは、図2に示す光電変換素子10Bに対して多孔質層12を設けていない点で異なるが、この点以外は光電変換素子10Bと同様に構成されている。すなわち、光電変換素子10Cにおいて、感光層13Cはブロッキング層14の表面に厚い膜状に形成されている。光電変換素子10Cにおいて、正孔輸送層3Bは正孔輸送層3Aと同様に厚く設けることもできる。
 図4に示す光電変換素子10Dは、本発明の光電変換素子のまた別の好ましい態様を模式的に示したものである。この光電変換素子10Dは、図3に示す光電変換素子10Cに対してブロッキング層14に代えて電子輸送層15を設けた点で異なるが、この点以外は光電変換素子10Cと同様に構成されている。第一電極1Dは、導電層11と、導電層11上に順に形成された、電子輸送層15及び感光層13Cとを有している。この光電変換素子10Dは、各層を有機材料で形成できる点で、好ましい。これにより、光電変換素子の生産性が向上し、しかも薄型化又はフレキシブル化が可能になる。
 図5に示す光電変換素子10Eは、本発明の光電変換素子の更に別の好ましい態様を模式的に示したものである。この光電変換素子10Eを含むシステム100Eは、システム100Aと同様に電池用途に応用したシステムである。
 光電変換素子10Eは、第一電極1Eと、第二電極2と、第一電極1E及び第二電極2の間に電子輸送層4とを有している。第一電極1Eは、導電層11と、導電層11上に順に形成された、正孔輸送層16及び感光層13Cとを有している。この光電変換素子10Eは、光電変換素子10Dと同様に、各層を有機材料で形成できる点で、好ましい。
 図6に示す光電変換素子10Fは、本発明の光電変換素子のさらにまた別の好ましい態様を模式的に示したものである。光電変換素子10Fは、図2に示す光電変換素子10Bに対して正孔輸送層3Bを設けていない点で異なるが、この点以外は光電変換素子10Bと同様に構成されている。
 本発明において、光電変換素子10を応用したシステム100は、以下のようにして、太陽電池として機能する。
 すなわち、光電変換素子10において、導電層11を透過して、又は第二電極2を透過して感光層13に入射した光は光吸収剤を励起し、光吸収剤内(ペロブスカイト結晶中)に電子及び正孔が生成する。
 光電変換素子10A~10D及び10Fにおいては、光吸収剤内に生成した電子が移動して導電層11に到達し、光吸収剤内に生成した正孔が移動して(正孔輸送層3がある場合にはさらに正孔輸送層3を経由して)第二電極2に到達することで、光電流が生じ、外部回路6において出力される。一方、光電変換素子10Eにおいては、光吸収剤内に生成した電子が移動して、感光層13Cから電子輸送層4を経て第二電極2に到達し、光吸収剤内に生成した正孔が移動して、正孔輸送層16を経て導電層11に到達することで、光電流が生じ、外部回路6において出力される。
 光電変換素子10においては、このような、上記光吸収剤の励起、並びに、電荷(電子及び正孔)移動のサイクルを繰り返すことにより、システム100が太陽電池として機能する。
 光電変換素子10A~10D及び10Fにおいて、感光層13から導電層11への電子の流れ方は、多孔質層12の有無及びその種類等により、異なる。本発明の光電変換素子10においては、光吸収剤間を電子が移動する電子伝導が起こる。したがって、本発明において、多孔質層12を設ける場合、多孔質層12は従来の半導体以外に絶縁体で形成することができる。多孔質層12が半導体で形成される場合、多孔質層12の半導体微粒子内部及び半導体微粒子間を電子が移動する電子伝導も起こる。一方、多孔質層12が絶縁体で形成される場合、多孔質層12での電子伝導は起こらない。多孔質層12が絶縁体で形成される場合、絶縁体微粒子に酸化アルミニウム(Al)の微粒子を用いると、比較的高い起電力(Voc)が得られる。
 上記他の層としてのブロッキング層14が導体又は半導体により形成された場合もブロッキング層14での電子伝導が起こる。また、電子輸送層15でも電子伝導が起こる。
 本発明の光電変換素子は、上記の好ましい態様に限定されず、各態様の構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各態様間で適宜組合わせることができる。例えば、光電変換素子10A、10C及び10Dにおいて、光電変換素子10Fのように、正孔輸送層3A又は3Bを設けない構成とすることもできる。
 本発明において、光電変換素子に用いられる材料及び各部材は、光吸収剤を除いて、常法により調製することができる。ペロブスカイト化合物(ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤)を用いた光電変換素子又は太陽電池については、例えば、非特許文献2、並びに、J.Am.Chem.Soc.,2009,131(17),p.6050-6051を参照することができる。
 また、色素増感太陽電池に用いられる材料及び各部材についても参考にすることができる。色素増感太陽電池について、例えば、特開2001-291534号公報、米国特許第4,927,721号明細書、米国特許第4,684,537号明細書、米国特許第5,084,365号明細書、米国特許第5,350,644号明細書、米国特許第5,463,057号明細書、米国特許第5,525,440号明細書、特開平7-249790号公報、特開2004-220974号公報、特開2008-135197号公報を参照することができる。
 以下、本発明の光電変換素子が備える部材及び化合物の好ましい態様について、説明する。
<第一電極1>
 第一電極1は、導電層11と感光層13とを有し、光電変換素子10において作用電極として機能する。
 第一電極1は、図1~図6に示されるように、多孔質層12、ブロッキング層14及び電子輸送層15及び正孔輸送層16の少なくとも1つの層を有することが好ましい。
 第一電極1は、短絡防止の点で少なくともブロッキング層14を有することが好ましく、光吸収効率の点及び短絡防止の点で多孔質層12及びブロッキング層14を有していることが更に好ましい。
 また、第一電極1は、光電変換素子の生産性の向上、薄型化又はフレキシブル化の点で、有機材料で形成された、電子輸送層15又は正孔輸送層16を有することが好ましい。
 - 導電層11 -
 導電層11は、導電性を有するものであれば特に限定されない。導電層11は、導電性を有する材料、例えば金属で形成された構成、又は、ガラス若しくはプラスチックの支持体11aと、この支持体11aの表面に形成された導電膜としての透明電極11bとを有する構成が好ましい。この支持体11aは、透明電極11bを支持できるものであることが好ましい。
 中でも、図1~図6に示されるように、ガラス又はプラスチックの支持体11aの表面に導電性の金属酸化物を塗設して透明電極11bを成膜した導電層11が更に好ましい。プラスチックで形成された支持体11aとしては、例えば、特開2001-291534号公報の段落番号0153に記載の透明ポリマーフィルムが挙げられる。支持体11aを形成する材料としては、ガラス及びプラスチックの他にも、セラミック(特開2005-135902号公報)、導電性樹脂(特開2001-160425号公報)を用いることができる。金属酸化物としては、スズ酸化物(TO)が好ましく、インジウム-スズ酸化物(スズドープ酸化インジウム:ITO)、フッ素をドープした酸化スズ(FTO)等のフッ素ドープスズ酸化物が特に好ましい。このときの金属酸化物の塗布量は、支持体11aの表面積1m当たり0.1~100gが好ましい。導電層11を用いる場合、光は支持体11a側から入射させることが好ましい。
 導電層11は、実質的に透明であることが好ましい。本発明において、「実質的に透明である」とは、光(波長300~1200nm)の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上が好ましく、80%以上が特に好ましい。
 支持体11a及び導電層11の厚みは、特に限定されず、適宜の厚みに設定される。例えば、0.01μm~10mmであることが好ましく、0.1μm~5mmであることが更に好ましく、0.3μm~4mmであることが特に好ましい。
 透明電極11bを設ける場合、透明電極11bの膜厚は、特に限定されず、例えば、0.01~30μmであることが好ましく、0.02~25μmであることが更に好ましく、0.025~20μmであることが特に好ましい。
 導電層11又は支持体11aは、表面に光マネージメント機能を有してもよい。例えば、導電層11又は支持体11aの表面に、特開2003-123859号公報に記載の、高屈折膜及び低屈折率の酸化物膜を交互に積層した反射防止膜を有してもよく、特開2002-260746号公報に記載のライトガイド機能を有してもよい。
 - ブロッキング層14 -
 本発明においては、光電変換素子10A~10C及び10Fのように、好ましくは、透明電極11bの表面に、すなわち、導電層11と、多孔質層12、感光層13又は正孔輸送層3等との間に、ブロッキング層14を有している。
 光電変換素子において、例えば感光層13又は正孔輸送層3と、透明電極11b等とが電気的に接続すると逆電流を生じる。ブロッキング層14は、この逆電流を防止する機能を果たす。ブロッキング層14は短絡防止層ともいう。
 ブロッキング層14を、光吸収剤を担持する足場として機能させることもできる。
 このブロッキング層14は、光電変換素子が電子輸送層を有する場合にも設けられてもよい。例えば、光電変換素子10Dの場合、導電層11と電子輸送層15との間に設けられてもよく、光電変換素子10Eの場合、第二電極2と電子輸送層4との間に設けられてもよい。
 ブロッキング層14を形成する材料は、上記機能を果たすことのできる材料であれば特に限定されないが、可視光を透過する物質であって、導電層11(透明電極11b)又は第二電極等に対する絶縁性物質であることが好ましい。「導電層11(透明電極11b)に対する絶縁性物質」とは、具体的には、伝導帯のエネルギー準位が、導電層11を形成する材料(透明電極11bを形成する金属酸化物)の伝導帯のエネルギー準位以上であり、かつ、多孔質層12を構成する材料の伝導帯及び光吸収剤の伝導帯より低い化合物(n型半導体化合物)をいう。
 ブロッキング層14を形成する材料は、例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸セシウム、ポリビニルアルコール、ポリウレタン等が挙げられる。また、一般的に光電変換材料に用いられる材料でもよく、例えば、酸化チタン、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化タングステン等も挙げられる。中でも、酸化チタン、酸化スズ、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等が好ましい。
 ブロッキング層14の膜厚は、0.001~10μmが好ましく、0.005~1μmが更に好ましく、0.01~0.1μmが特に好ましい。
 本発明において、各層の膜厚は、走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)等を用いて光電変換素子10の断面を観察することにより、測定できる。
 - 多孔質層12 -
 本発明においては、光電変換素子10A、10B及び10Fのように、好ましくは、透明電極11b上に多孔質層12を有している。ブロッキング層14を有している場合、多孔質層12はブロッキング層14上に形成されることが好ましい。
 多孔質層12は、表面に感光層13を担持する足場として機能する層である。太陽電池において、光吸収効率を高めるためには、少なくとも太陽光等の光を受ける部分の表面積を大きくすることが好ましく、多孔質層12の全体としての表面積を大きくすることが好ましい。
 多孔質層12は、多孔質層12を形成する材料の微粒子が堆積又は密着してなる、細孔を有する微粒子層であることが好ましい。多孔質層12は、2種以上の微粒子が堆積してなる微粒子層であってもよい。感光層13が多孔質層12の表面に薄い膜状に設けられる場合は、多孔質層12が細孔を有する微粒子層であると、光吸収剤の担持量(吸着量)を増量できる。
 多孔質層12の表面積を大きくするには、多孔質層12を構成する個々の微粒子の表面積を大きくすることが好ましい。本発明では、多孔質層12を形成する微粒子を導電層11等に塗設した状態で、この微粒子の表面積が投影面積に対して10倍以上であることが好ましく、100倍以上であることがより好ましい。この上限には特に制限はないが、通常5000倍程度である。多孔質層12を形成する微粒子の粒径は、投影面積を円に換算したときの直径を用いた平均粒径において、1次粒子として0.001~1μmが好ましい。微粒子の分散物を用いて多孔質層12を形成する場合、微粒子の上記平均粒径は、分散物の平均粒径として0.01~100μmが好ましい。
 多孔質層12を形成する材料は、導電性に関しては特に限定されず、絶縁体(絶縁性の材料)であっても、導電性の材料又は半導体(半導電性の材料)であってもよい。
 多孔質層12を形成する材料としては、例えば、金属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物等)、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物(本発明の光吸収剤として用いるものを除く。)、ケイ素の酸化物(例えば、二酸化ケイ素、ゼオライト)、又は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等を含む)を用いることができる。
 金属のカルコゲニドとしては、特に限定されないが、好ましくは、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、アルミニウム又はタンタルの各酸化物、硫化カドミウム、セレン化カドミウム等が挙げられる。金属のカルコゲニドの結晶構造として、アナターゼ型、ブルッカイト型及びルチル型が挙げられ、アナターゼ型又はブルッカイト型が好ましい。
 ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物としては、特に限定されないが、遷移金属酸化物等が挙げられる。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、チタン酸ナトリウム、チタン酸ビスマスが挙げられる。中でも、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム等が好ましい。
 カーボンナノチューブは、炭素膜(グラフェンシート)を筒状に丸めた形状を有する。カーボンナノチューブは、1枚のグラフェンシートが円筒状に巻かれた単層カーボンナノチューブ(SWCNT)、2枚のグラフェンシートが同心円状に巻かれた2層カーボンナノチューブ(DWCNT)、複数のグラフェンシートが同心円状に巻かれた多層カーボンナノチューブ(MWCNT)に分類される。多孔質層12としては、いずれのカーボンナノチューブも特に限定されず、用いることができる。
 多孔質層12を形成する材料は、中でも、チタン、スズ、亜鉛、ジルコニウム、アルミニウム若しくはケイ素の酸化物、又はカーボンナノチューブが好ましく、酸化チタン又は酸化アルミニウムが更に好ましい。
 多孔質層12は、上述の、金属のカルコゲニド、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物、ケイ素の酸化物及びカーボンナノチューブのうち少なくとも1種で形成されていればよく、複数種で形成されていてもよい。
 多孔質層12の膜厚は、特に限定されないが、通常0.05~100μmの範囲であり、好ましくは0.1~100μmの範囲である。太陽電池として用いる場合は、0.1~50μmが好ましく、0.2~30μmがより好ましい。
 - 電子輸送層15- 
 本発明においては、光電変換素子10Dのように、好ましくは、透明電極11bの表面に電子輸送層15を有している。
 電子輸送層15は、感光層13で発生した電子を導電層11へと輸送する機能を有する。電子輸送層15は、この機能を発揮することができる電子輸送材料で形成される。電子輸送材料としては、特に限定されないが、有機材料(有機電子輸送材料)が好ましい。有機電子輸送材料としては、[6,6]-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester(PC61BM)等のフラーレン化合物、ペリレンテトラカルボキシジイミド(PTCDI)等のペリレン化合物、その他、テトラシアノキノジメタン(TCNQ)等の低分子化合物、又は、高分子化合物等が挙げられる。
 電子輸送層15の膜厚は、特に限定されないが、0.001~10μmが好ましく、0.01~1μmがより好ましい。
 - 感光層(光吸収層)13 -
 感光層13は、好ましくは、多孔質層12(光電変換素子10A、10B及び10F)、ブロッキング層14(光電変換素子10C)、電子輸送層15(光電変換素子10D)又は正孔輸送層16(光電変換素子10E)の各層の表面(感光層13が設けられる表面が凹凸の場合の凹部内表面を含む。)に設けられる。
 本発明において、感光層13中には光吸収剤が含まれる。この光吸収剤は、後述するペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤を少なくとも1種含有している。
 また、感光層は上記ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤以外に、例えば金属錯体色素、有機色素等の光吸収成分を有してもよい。
 感光層13中に含まれる光吸収剤は、すべて上記ペロブスカイト型結晶構造を有することが好ましい。
 感光層13は、単層であっても2層以上の積層構造であってもよい。感光層13が2層以上の積層構造である場合、互いに異なった光吸収剤からなる層を積層してなる積層構造でもよく、また、感光層と感光層の間に正孔輸送材料を含む中間層を有する積層構造でもよい。感光層13が2層以上の積層構造である場合、少なくとも1層に、ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤を有していれば、いずれの層に有していてもよく、すべての層に有していてもよい。
 感光層13を導電層11上に有する態様は、上述した通りである。感光層13は、好ましくは、光吸収剤内に生成した電子が導電層11又は第二電極2に移動し、光吸収剤内に生成した正孔が導電層11及び第二電極2のうち上記電子が移動した層とは逆の層に移動するように、上記各層の表面に設けられる。このとき、感光層13は、上記各層の表面全体に設けられていてもよく、その表面の一部に設けられていてもよい。
 感光層13の膜厚は、導電層11上に感光層13を有する態様に応じて適宜に設定され、特に限定されない。通常、膜厚は、例えば、0.001~100μmが好ましく、0.01~10μmが更に好ましく、0.01~5μmが特に好ましい。
 多孔質層12を有する場合、多孔質層12の膜厚との合計膜厚は、0.01μm以上が好ましく、0.05μm以上がより好ましく、0.1μm以上が更に好ましく、0.3μm以上が特に好ましい。また、合計膜厚は、100μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、30μm以下が更に好ましい。合計膜厚は、上記値を適宜に組合わせた範囲とすることができる。
 光電変換素子10において、多孔質層12及び正孔輸送層3を有する場合、多孔質層12と感光層13と正孔輸送層3との合計膜厚は、特に限定されないが、例えば、0.01μm以上が好ましく、0.05μm以上がより好ましく、0.1μm以上が更に好ましく、0.3μm以上が特に好ましい。また、この合計膜厚は、200μm以下が好ましく、50μm以下がより好ましく、30μm以下が更に好ましく、5μm以下が特に好ましい。合計膜厚は、上記値を適宜に組合わせた範囲とすることができる。
 本発明において、感光層を厚い膜状に設ける場合(感光層13B及び13C)、この感光層に含まれる光吸収剤は正孔輸送材料として機能することもある。
〔光吸収剤〕
 - ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤 -
 感光層13中の光吸収剤は、下記組成式(I)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤(本明細書中で、単に「ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤」とも称す。)を含有する。
     組成式(I):A
 上記組成式中、Aはセシウム、ルビジウム及びカチオン性有機基の少なくとも1種を示す。Bは下記(i)及び(ii)を満たす金属元素を示す。Xは塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の少なくとも1種を含む、アニオン性の原子又は原子団を示す。X中の塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の含有量の合計は80mol%以上である。a~cは組成比を示し、a及びbは1<a/b<2(すなわち、1.00<a/b<2.00)を満たす。ただし、Bは鉛を含まない。
(i)周期表の1族~15族に属する金属元素のうち、セシウムおよびルビジウムを除く2種以上の金属元素である。
(ii)互いに周期表の異なる族に属する金属元素を少なくとも含む。
 Bは、上記(i)及び(ii)に加えて、下記(iii)を満たす。
(iii)価数が4価の金属元素及び価数が5価の金属元素の少なくとも1種を含む。
 ペロブスカイト型結晶構造とは結晶構造の1つであり、チタン酸バリウム(BaTiO)に代表される結晶構造である。通常、ペロブスカイト型結晶構造の組成はABXで表され、ペロブスカイト型結晶構造において、このA、B及びXは、Aカチオン、Bカチオン及びXアニオンの各構成イオンとして存在する。また、CsSnI等のカチオン欠陥型ペロブスカイト化合物も、本願ではペロブスカイト型結晶構造を有する化合物と定義する。
 本発明の光吸収剤についても、上記組成式(I)中のA、B及びXは、それぞれ、ペロブスカイト型結晶構造において、Aのカチオン(便宜上、カチオンAということがある)、Bのカチオン(便宜上、カチオンBということがある)及びXのアニオン(便宜上、アニオンXということがある)として存在する。本発明において、カチオン性有機基とは、ペロブスカイト型結晶構造においてカチオンになる性質を有する有機基をいい、アニオン性の原子又は原子団とはペロブスカイト型結晶構造においてアニオンになる性質を有する原子又は原子団をいう。
 上記光吸収剤におけるカチオンA及びカチオンBは、後述する元素の分類を表すものであり、ペロブスカイト型結晶構造のAサイト及びBサイトに必ずしも存在しなくてよい。
 本明細書において、「ペロブスカイト型結晶構造を有する」とは、実施例の製膜性の評価において記載する測定方法によりその構造の有無を判断する。
 本発明の光電変換素子においては、感光層中に、上記組成式(I)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤を含有することにより、吸収ピーク波長における高い吸光度を示すことができる。この理由は定かではないが、上記組成式(I)で表される光吸収剤が、カチオンBを構成する金属元素として、2種以上の金属元素を有すること、この2種以上の金属元素には、互いに、周期表の異なる族に属する金属元素が含まれること、また、カチオンBに対するカチオンAの比(a/b)が特定の範囲内にあることにより、従来のカチオン欠陥型ペロブスカイト化合物における欠陥を部分的に補填したペロブスカイト型結晶構造を採ることができ、伝導帯又は価電子帯の形成に寄与する軌道の相互作用が強まることで、バンド構造が好適化されることが一因と考えられる。
 また、上記組成式(I)で表される光吸収剤が、アニオンXとして、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子を総量で特定量以上含有することにより、ペロブスカイト型結晶構造を形成でき、バンド構造が好適化されることで、吸収ピーク波長における高い吸光度を示すことができると考えられる。
 さらに、上記のカチオンBを構成する金属元素として、価数が4価の金属元素及び価数が5価の金属元素の少なくとも1種を含むことにより、ペロブスカイト型結晶構造を有する薄膜の形成の生産性を向上させることができる。この理由は定かではないが、上述するようにa/b<2を満たし、かつ、カチオンBを構成する金属元素として高酸価数である4価又は5価の金属元素を有することにより、従来のカチオン欠陥型ペロブスカイト化合物のように欠陥部分をより多く有する構造が形成され、その他の低酸価数(例えば、1~3価)の金属元素による上記欠陥部分の埋め込みが容易となることが一因と考えられる。通常、高酸化数の金属カチオンを低酸化数の金属カチオンに置換しようとすると、電荷を保つには当量を増やす必要がある。例えば、4価の金属カチオン1当量を、電荷を保ちつつ1価の金属カチオン及び3価の金属カチオンに置換するには、それぞれ1当量ずつ必要となる。このため、従来のカチオン欠陥型ペロブスカイト化合物のように欠陥部分を有する構造を対象とした場合、4価の金属カチオン及び欠陥部1当量ずつに対して、1価の金属カチオン及び3価の金属カチオン1当量ずつにより置換することが可能となる。上記のように欠陥部分が補填されることでペロブスカイト型構造の安定性が高まり、薄膜の形成の生産性が向上されると推定される。
 上記のように、本発明のペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤は、組成式(I)で表される特定の組成であることに基づき、簡便な方法でも膜として目的とするペロブスカイト型結晶構造を構築できるばかりでなく、この結果上記の優れた光吸収能をも発現させると考えられる。
 そのため、本発明の光吸収剤は化合物としての組成上、目的のペロブスカイト型結晶構造を有する薄膜を簡便な塗布工程により形成しやすいものであり、薄膜を形成する対象の材質及び形状等によらず、優れた光吸収能を示すペロブスカイト型結晶構造を有する薄膜を、簡便な方法で形成することができる。すなわち、本発明の光吸収剤は、本発明の光電変換素子を作製する際に、本発明の光吸収剤を含む感光層を形成し得る各層、例えば、多孔質層12、ブロッキング層14、電子輸送層15及び正孔輸送層16(図5)に対しても優れた光吸収能を示す薄膜を簡便な方法で形成することができ、本発明の光電変換素子及び太陽電池の工業的な生産効率を向上させることができる。同様に、本発明の発光素子についても、ペロブスカイト型結晶構造を有する薄膜の形成効率を高め、生産効率を向上させることができる。
 以下、上記組成式中のA、B及びXについて、それぞれ、ペロブスカイト型結晶構造において存在するカチオンA、カチオンB及びアニオンXとして説明する。すなわち、Aのセシウム、ルビジウム及びカチオン性有機基は、下記カチオンAで説明するセシウム、ルビジウム及びカチオン性有機基と同義であり、好ましいものも同じである。Bの(i)、(ii)及び(iii)を満たす金属元素は、下記カチオンBで説明する(i)、(ii)及び(iii)を満たす金属元素と同義であり、好ましいものも同じである。また、Xの塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の少なくとも1種を含む、アニオン性の原子又は原子団は、下記アニオンXで説明する塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の少なくとも1種を含む、アニオン性の原子又は原子団と同義であり、好ましいものも同じである。
(カチオンA)
 本発明に用いるペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤において、カチオンAは、セシウムのイオン(Cs)、ルビジウムのイオン(Rb)及びカチオン性有機基のカチオンの少なくとも1種のカチオンを示す。
 カチオンAが2種以上のカチオンである場合、Cs及びRbを含む2種以上のカチオンでもよく、2種以上の有機カチオンでもよく、また、Cs又はRbと少なくとも1種の有機カチオンとを含むものでもよい。2種以上のカチオンである場合の各カチオンの存在比は特に限定されない。
 有機カチオンは、上記性質を有する有機基のカチオンであれば特に限定されないが、1価の有機カチオンであることが好ましく、下記式(1)で表されるカチオン性有機基の有機カチオンであることが更に好ましい。
式(1):  R1A-N(R1a
 式中、R1Aは置換基を表す。R1Aとして採りうる置換基は有機基であれば特に限定されないが、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基(芳香族ヘテロ環基)、脂肪族へテロ環基又は下記式(2)で表すことができる基が好ましい。中でも、アルキル基又は下記式(2)で表すことができる基がより好ましい。
 また、R1aは、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、芳香族ヘテロ環又は脂肪族へテロ環基を示す。中でも、水素原子又はアルキル基が好ましく、水素原子がより好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
 式中、XはNR1c、酸素原子又は硫黄原子を表す。R1b及びR1cは各々独立に水素原子又は置換基を表す。***は式(1)のN原子との結合位置を表す。
 本発明において、カチオン性有機基Aの有機カチオンは、R1aが水素原子であり、上記式(1)中のR1AとN(R1aとが結合してなるアンモニウムカチオン性有機基Aからなる有機アンモニウムカチオン(R1A-NH )が好ましい。この有機アンモニウムカチオンが共鳴構造を採り得る場合、有機カチオンは有機アンモニウムカチオンに加えて共鳴構造のカチオンを含む。例えば、上記式(2)で表すことができる基においてXがNH(R1cが水素原子)である場合、有機カチオンは、上記式(2)で表すことができる基とNHとが結合してなるアンモニウムカチオン性有機基の有機アンモニウムカチオンに加えて、この有機アンモニウムカチオンの共鳴構造の1つである有機アミジニウムカチオンをも包含する。アミジニウムカチオン性有機基からなる有機アミジニウムカチオンとしては、下記式(Aam)で表されるカチオンが挙げられる。本発明において、下記式(Aam)で表されるカチオンを便宜上、「R1bC(=NH)-NH 」又は「[CR1b(NH」と表記することがある。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
 R1A及びR1aとして採りうるアルキル基の炭素数は、1~36が好ましく、1~18がより好ましく、1~6が更に好ましく、1~3が特に好ましい。例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、tert-ブチル、ペンチル又はヘキシル等が挙げられる。なかでもメチルが好ましい。
 R1A及びR1aとして採りうるシクロアルキル基の炭素数は、3~10が好ましく、3~8がより好ましく、例えば、シクロプロピル、シクロペンチル又はシクロヘキシル等が挙げられる
 R1A及びR1aとして採りうるアルケニル基の炭素数は、2~36が好ましく、2~18がより好ましく、2~6が更に好ましい。例えば、ビニル、アリル、ブテニル又はヘキセニル等が挙げられる。
 R1A及びR1aとして採りうるアルキニル基の炭素数は、2~36が好ましく、2~18がより好ましく、2~4が更に好ましい。例えば、エチニル、ブチニル又はヘキシニル等が挙げられる。
 R1A及びR1aとして採りうるアリール基の炭素数は、6~24が好ましく、炭素数6~12がより好ましく、例えば、フェニルが挙げられる。
 R1A及びR1aとして採りうる芳香族ヘテロ環基は、単環の芳香族ヘテロ環からなる基に加えて、単環の芳香族ヘテロ環に他の環、例えば、芳香族炭化水素環、脂肪族炭化水素環又はヘテロ環が縮合した縮合ヘテロ環からなる基とを包含する。芳香族ヘテロ環を構成する環構成ヘテロ原子の数は1個以上であればよく、ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子が好ましい。また、芳香族ヘテロ環の環員数としては、3~8員環が好ましく、5員環又は6員環がより好ましい。5員環の芳香族ヘテロ環基及び5員環の芳香族ヘテロ環を含む縮合ヘテロ環基としては、例えば、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、トリアゾール環、フラン環、チオフェン環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、インドリン環及びインダゾール環の各環基が挙げられる。また、6員環の芳香族ヘテロ環基及び6員環の芳香族ヘテロ環を含む縮合ヘテロ環基としては、例えば、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、キノリン環及びキナゾリン環の各環基が挙げられる。
 R1A及びR1aとして採りうる脂肪族ヘテロ環基は、脂肪族ヘテロ環からなる単環の基と、脂肪族ヘテロ環に他の環(例えば、脂肪族環)が縮合した脂肪族縮合ヘテロ環からなる基とを包含する。脂肪族ヘテロ環を構成する環構成ヘテロ原子の数は1個以上であればよく、ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子が好ましい。また、脂肪族ヘテロ環の環員数としては、3~8員環が好ましく、5員環又は6員環がより好ましい。脂肪族ヘテロ環の炭素数は0~24であることが好ましく、1~18であることがより好ましく、更に好ましくは2~10、特に好ましくは3~5である。脂肪族ヘテロ環基の好ましい具体例としては、ピロリジン環、オキソラン環、チオラン環、ピペリジン環、テトラヒドロフラン環、オキサン環(テトラヒドロピラン環)、チアン環、ピペラジン環、モルホリン環、キヌクリジン環、ピロリジン環、アゼチジン環、オキセタン環、アジリジン環、ジオキサン環、ペンタメチレンスルフィド環及びγ-ブチロラクトンの各環基等を挙げることができる。
 R1Aとして採りうる、式(2)で表すことができる基において、XはNR1c、酸素原子又は硫黄原子を表し、NR1cが好ましい。ここで、R1cは、水素原子又は置換基を表し、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、芳香族ヘテロ環基又は脂肪族ヘテロ環基が好ましく、水素原子がより好ましい。
 R1bは、水素原子又は置換基を表し、水素原子が好ましい。R1bとして採り得る置換基は、アミノ基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、芳香族ヘテロ環基及び脂肪族ヘテロ環基が挙げられる。
 R1b及びR1cがそれぞれ採り得る、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、芳香族ヘテロ環又は脂肪族ヘテロ環基は、上記R1Aの各基と同義であり、好ましいものも同じである。
 R1bとして採り得るアミノ基は、無置換でも置換アミノ基でもよく、アルキルアミノ基、アルケニルアミノ基、アルキニルアミノ基、シクロアルキルアミノ基、シクロアルケニルアミノ基、アリールアミノ基、ヘテロ環アミノ基を含む。アミノ基の炭素数は0~20が好ましい。
 式(2)で表すことができる基としては、例えば、(チオ)アシル基、(チオ)カルバモイル基、イミドイル基又はアミジノ基が挙げられる。
 (チオ)アシル基は、アシル基及びチオアシル基を包含する。アシル基は、総炭素数が1~7のアシル基が好ましく、例えば、ホルミル、アセチル(CHC(=O)-)、プロピオニル、ヘキサノイル等が挙げられる。チオアシル基は、総炭素数が1~7のチオアシル基が好ましく、例えば、チオホルミル、チオアセチル(CHC(=S)-)、チオプロピオニル等が挙げられる。
 (チオ)カルバモイル基は、カルバモイル基(HNC(=O)-)及びチオカルバモイル基(HNC(=S)-)を包含する。
 イミドイル基は、R1b-C(=NR1c)-で表される基であり、R1b及びR1cはそれぞれ水素原子又はアルキル基が好ましく、アルキル基は上記R1Aのアルキル基と同義であるのがより好ましい。例えば、ホルムイミドイル(HC(=NH)-)、アセトイミドイル(CHC(=NH)-)、プロピオンイミドイル(CHCHC(=NH)-)等が挙げられる。中でも、ホルムイミドイルが好ましい。
 式(2)で表すことができる基としてのアミジノ基は、上記イミドイル基のR1bがアミノ基でR1cが水素原子である構造(-C(=NH)NH)を有する。
 R1A及びR1aとして採りうる、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、芳香族ヘテロ環、脂肪族ヘテロ環基及び上記式(2)で表すことができる基は、いずれも、置換基を有していてもよい。R1A及びR1aが有していてもよい置換基としては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基(芳香族ヘテロ環、脂肪族ヘテロ環基)、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基(アルキルアミノ基、アリールアミノ基等)、アシル基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、カルバモイル基、スルファモイル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基又はカルボキシ基が挙げられる。R1A及びR1aが有していてもよい各置換基は、更に置換基で置換されていてもよい。
 上記光吸収剤は、吸収波長及び光電変換効率の点から3次元ペロブスカイト型結晶構造を有することが好ましく、この点から、カチオンAは、セシウムイオン、ルビジウムイオン及び有機アンモニウムカチオン(R1A-NH で示されるカチオン(R1Aは炭素数1~3のアルキル基を示し、メチル基又はエチル基が好ましい。)、又は、R1bC(=NH)-NH で示されるカチオン(R1bは水素原子又は炭素数1~3のアルキル基を示し、水素原子が好ましい。)である、低分子有機アンモニウムカチオン)の少なくとも1種のカチオンであることが好ましい。
 また、ペロブスカイト型結晶構造の製膜性をより高める観点からは、カチオンAはセシウム及びルビジウムの少なくとも1種のカチオンを含むことが好ましい。この場合、カチオンA中のセシウムカチオン及びルビジウムカチオンの含有量の合計は、特に限定されないが、例えば、20mol%以上とすることができる。なお、カチオンAがセシウムカチオン及びルビジウムカチオンの少なくとも1種であることも好ましい。
 また、吸収ピーク波長の吸光度をより高める観点からも、カチオンAはセシウム及びルビジウムの少なくとも1種のカチオンを含むことが好ましい。この場合、カチオンA中のセシウムカチオン及びルビジウムカチオンの含有量の合計は、特に限定されないが、例えば、20mol%以上とすることができる。なお、カチオンAがセシウムカチオン及びルビジウムカチオンの少なくとも1種であることも好ましい。
(カチオンB)
 本発明に用いるペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤において、カチオンBは、下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす金属元素のカチオン(金属カチオンとも称す。)である。ただし、カチオンBは鉛のカチオンを含まない。
(i)周期表の1族~15族に属する金属元素のうち、セシウムおよびルビジウムを除く2種以上の金属元素である。
(ii)互いに周期表の異なる族に属する金属元素を少なくとも含む。
(iii)価数が4価の金属元素及び価数が5価の金属元素の少なくとも1種を含む。
 上記カチオンBは、上記(i)、(ii)及び(iii)を満たすカチオンであれば特に限定されず、通常、ペロブスカイト型結晶構造を採り得る金属元素が選択される。
 また、「ただし、カチオンBは鉛のカチオンを含まない。」とは、本発明の効果を損なわない範囲で、鉛のカチオンを少量含んでいてもよいことを意味する。B中の鉛の含有量は、30mol%以下が好ましく、15mol%以下がより好ましく、5mol%以下が更に好ましく、B中に鉛を全く含有しないことが特に好ましい。
 なお、本発明に用いるペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤としても、鉛を含まないことが好ましく、光吸収剤中に含有されるセシウムカチオン及びルビジウムカチオンを除く金属元素のカチオン中の鉛のカチオンの含有量としては、上記B中の鉛の含有量の記載を好ましく適用することができる。
 周期表の1族~15族に属する金属元素(ただし、セシウムおよびルビジウムを除く。)は、伝導帯もしくは価電子帯の形成に寄与し得る金属元素、又は、自身はバンド形成に寄与しないものの、ペロブスカイト型結晶構造の歪みを良化させることで他の金属元素の軌道相互作用を良化させる金属元素(K及びNa等)である。これらの金属元素のカチオンを、上記(i)~(iii)を満たすようにカチオンBとして有することにより、上記組成式(I)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤は、伝導帯もしくは価電子帯の形成に寄与し得る軌道の相互作用が強まり、吸光度を高めることができる。
 本明細書において、周期表の1族~15族に属する金属元素とは、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、希土類金属元素、遷移金属元素、周期表の12族に属する金属元素、卑金属元素及び半金属元素を意味する。以下に、各金属元素のカチオンを例示する。
 カチオンBとして含まれ得る、周期表1族に属するアルカリ金属元素のカチオンは、セシウムのカチオン(Cs)又はルビジウムのカチオン(Rb)でない限り特に限定されず、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)及びカリウム(K)の各元素のカチオン(Li、Na及びK)が挙げられ、K又はNaが好ましい。
 周期表2族に属するアルカリ土類金属元素のカチオンは、特に限定されず、例えば、ベリリウム(Be)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)及びバリウム(Ba)の各元素のカチオン(Be2+、Mg2+、Ca2+、Sr2+及びBa2+)が挙げられ、Ba2+が好ましい。
 希土類金属元素のカチオンは、特に限定されず、周期表3族に属するスカンジウム(Sc)及びイットリウム(Y)並びにランタノイド15元素(例えば、ランタン(La)、ユウロピウム(Eu)及びイッテルビウム(Yb))の各元素のカチオン(例えば、Sc3+、Y3+、La3+、Eu3+及びYb3+)が挙げられ、La3+が好ましい。
 遷移金属元素(本明細書においては、スカンジウム及びイットリウムを除く。)のカチオンは、特に限定されず、周期表4族~11族に属する、例えば、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、銅(Cu)、銀(Ag)及び金(Au)の各元素のカチオン(例えば、Ti4+、Zr4+、Nb5+、Ta5+、Cu、Ag、Au及びAu3+)が挙げられ、これらの元素のカチオンが好ましく、Ti4+、Zr4+、Ta5+、Cu、Ag又はAuがより好ましい。
 周期表12族に属する金属元素のカチオンは、特に限定されず、例えば、亜鉛(Zn)及びカドミウム(Cd)の各元素のカチオン(Zn2+及びCd2+)が挙げられ、Zn2+が好ましい。
 周期表13族に属する卑金属元素のカチオンは、特に限定されず、例えば、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)及びインジウム(In)の各元素のカチオン(Al3+、Ga、Ga3+、In及びIn3+)が挙げられ、Ga3+又はIn3+が好ましい。
 周期表14族に属する卑金属元素又は半金属元素のカチオンは、鉛のカチオン(Pb2+、Pb4+)でない限り特に限定されず、例えば、ゲルマニウム(Ge)及びスズ(Sn)の各元素のカチオン(Ge2+、Ge4+、Sn2+及びSn4+)が挙げられ、Ge2+、Ge4+又はSn4+が好ましく、Ge4+又はSn4+がより好ましい。
 周期表15族に属する卑金属元素又は半金属元素のカチオンは、特に限定されず、例えば、アンチモン(Sb)及びビスマス(Bi)の各元素のカチオン(Sb3+、Sb5+、Bi3+及びBi5+)が挙げられ、Sb3+又はBi3+が好ましい。
 カチオンBは、バンド構造の好適化の観点から、Ti、Zr、Nb、Ta、Cu、Ag、Au、Zn、Ga、In、Ge、Sn、Sb及びBiのうち少なくとも1種の金属元素のカチオンを含むことが好ましく、Ti、Zr、Nb、Ta、Cu、Ag、Au、Zn、Ga、In、Ge、Sn、Sb及びBiのうちの少なくとも2種以上の金属元素のカチオンで構成されていることがより好ましい。
 カチオンBは、価数が4価の金属元素のカチオン及び価数が5価の金属元素のカチオン少なくとも1種を含むものであり、製膜性及び吸光度の観点で、1~5種含むことが好ましく、1~4種含むことがより好ましく、1~3種含むことがさらに好ましい。
 カチオンBに含有され得る、価数が4価の金属元素のカチオンの種類は1種でもよく、2種以上でもよい。また、カチオンBに含有され得る、価数が5価の金属元素のカチオン種類は1種でもよく、2種以上でもよい。
 カチオンB中の、価数が4価の金属元素のカチオン及び価数が5価の金属元素のカチオンの合計含有量は、製膜性及び吸光度をより向上させる点から、下限値は、1mol%以上が好ましく、3mol%以上がより好ましく、5mol%以上が更に好ましい。上限値は、99mol%以下が好ましく、95mol%以下がより好ましく、85mol%以下が更に好ましい。
 カチオンBが含む金属元素のカチオンの種類は、2種以上であり、好ましくは2~6種であり、より好ましくは2~5種であり、さらに好ましくは2~4種である。2種以上の金属元素のカチオンの組合わせは、価数が4価の金属元素のカチオン及び価数が5価の金属元素のカチオン少なくとも1種を含み、かつ、互いに周期表の異なる族に属する金属元素のカチオンを含む組合わせであればよく、適宜に決定される。本発明において、互いに周期表の異なる族に属する金属元素のカチオンを含む組合わせは、カチオンBが含む金属元素のカチオンの少なくとも2種が互いに周期表の異なる族に属する金属元素である組合わせと、カチオンBが含む金属元素のカチオンのすべてが互いに周期表の異なる族に属する金属元素のカチオンである組合わせとを包含する。
 また、カチオンBは3種以上の異なる金属元素のカチオンを含むことも、吸光度をより高める観点及び長波長領域の光吸収能を高める観点から好ましい。上記3種以上の異なる金属元素のカチオンの組合わせは、価数が4価の金属元素のカチオン及び価数が5価の金属元素のカチオン少なくとも1種を含み、かつ、互いに周期表の異なる族に属する2種以上の金属元素のカチオンを含む組合わせであればよく、適宜に決定される。例えば、カチオンBが含む少なくとも3種の金属元素のカチオンのすべてが互いに周期表の異なる族に属する金属元素のカチオンである組合わせを包含する。
 カチオンBは、4価のカチオン及び5価のカチオンの少なくとも1種に加え、1価のカチオン、2価のカチオン及び3価のカチオンの少なくとも1種を含むことが好ましい。吸収ピーク波長における吸光度及び長波長領域の光吸収能をより高める観点から、4価のカチオン及び5価のカチオンの少なくとも1種に加え、1価のカチオン及び3価のカチオンの少なくとも1種を含むことがより好ましく、少なくとも4価のカチオンに加え、1価のカチオン及び3価のカチオンの少なくとも1種を含むことがさらに好ましい。
 上記4価のカチオンは、周期表14族に属する卑金属元素もしくは半金属元素又は遷移金属元素の4価のカチオンが好ましく、吸光度を高める観点及び長波長領域の光吸収能を高める観点から、Sn4+を少なくとも含むことが好ましい。
 上記5価のカチオンは、周期表15族に属する卑金属元素もしくは半金属元素又は遷移金属元素の5価のカチオンが好ましく、遷移金属元素の5価のカチオンがより好ましい。
 また、上記1価のカチオンは、周期表1族に属するアルカリ金属元素又は遷移金属元素の1価のカチオンが好ましい。
 上記2価のカチオンは、周期表2族に属するアルカリ土類金属元素、遷移金属元素又は周期表14族に属する卑金属元素もしくは半金属元素の2価のカチオンが好ましく、遷移金属元素又は周期表14族に属する卑金属元素もしくは半金属元素の2価のカチオンがより好ましい。
 上記3価のカチオンは、周期表13族に属する卑金属元素又は15族に属する卑金属元素もしくは半金属元素の3価のカチオンが好ましく、15族に属する卑金属元素もしくは半金属元素の3価のカチオンがより好ましい。
 カチオンBを構成する価数の異なる金属元素のカチオンの組合わせとしては、1価のカチオン及び4価のカチオンの組合わせ、1価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせ、3価のカチオン及び4価のカチオンの組合わせ、3価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせ、1価のカチオン、2価のカチオン及び4価のカチオンの組合わせ、1価のカチオン、2価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせ、1価のカチオン、3価のカチオン及び4価のカチオンの組合わせ、1価のカチオン、3価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせ、1価のカチオン、2価のカチオン、3価のカチオン及び4価のカチオンの組合わせ、1価のカチオン、2価のカチオン、3価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせ、又は、1価のカチオン、2価のカチオン、3価のカチオン、4価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせが好ましい。
 具体的なカチオンBを構成する2種以上の金属元素のカチオンの組合わせとしては、例えば、以下の組合わせが挙げられる。なお、以下の具体的な組合わせにおいて、各価数のカチオンは、1種でもよく、2種以上であってもよい。
 1価のカチオン及び4価のカチオンの組合わせ:Ag及びCuのうちの少なくとも1種と、Sn4+、Ge4+、Ti4+及びZr4+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Ag及びSn4+の組合わせ、Cu及びSn4+の組合わせ、Ag及びGe4+の組合わせ、Cu及びGe4+の組合わせ、Ag及びTi4+の組合わせ、Cu及びTi4+の組合わせ、Ag及びZr4+の組合わせ、並びに、Cu及びZr4+の組合わせが挙げられる。
 1価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせ:Ag及びCuのうちの少なくとも1種と、Ta5+及びNb5+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Ag及びTa5+の組合わせ、Cu及びTa5+の組合わせ、Ag及びNb5+の組合わせ、並びに、Cu及びNb5+の組合わせが挙げられる。
 2価のカチオン及び4価のカチオンの組合わせ:Sn2+、Ge2+及びZn2+のうちの少なくとも1種と、Sn4+、Ge4+、Ti4+及びZr4+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Sn2+及びTi4+の組合わせ、Sn2+及びZr4+の組合わせ、Ge2+及びTi4+の組合わせ、Ge2+及びZr4+の組合わせ、Zn2+及びSn4+の組合わせ、Zn2+及びGe4+の組合わせ、Zn2+及びTi4+の組合わせ、並びに、Zn2+及びZr4+の組合わせが挙げられる。
 2価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせ:Sn2+、Ge2+及びZn2+のうちの少なくとも1種と、Ta5+及びNb5+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Sn2+及びTa5+の組合わせ、Sn2+及びNb5+の組合わせ、Ge2+及びTa5+の組合わせ、Ge2+及びNb5+の組合わせ、Zn2+及びTa5+の組合わせ、並びに、Zn2+及びNbの組合わせが挙げられる。
 3価のカチオン及び4価のカチオンの組合わせ:Bi3+、Sb3+、Ga3+及びIn3+のうちの少なくとも1種と、Sn4+、Ge4+、Ti4+及びZr4+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Bi3+及びSn4+の組合わせ、Sb3+及びSn4+の組合わせ、Ga3+及びSn4+の組合わせ、In3+及びSn4+の組合わせ、Bi3+及びGe4+の組合わせ、Sb3+及びGe4+の組合わせ、Ga3+及びGe4+の組合わせ、In3+及びGe4+の組合わせ、Bi3+及びTi4+の組合わせ、Sb3+及びTi4+の組合わせ、Ga3+及びTi4+の組合わせ、In3+及びTi4+の組合わせ、Bi3+及びZr4+の組合わせ、Sb3+及びZr4+の組合わせ、Ga3+及びZr4+の組合わせ、並びに、In3+及びZr4+の組合わせが挙げられる。
 3価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせ:Bi3+、Sb3+、Ga3+及びIn3+のうちの少なくとも1種と、Ta5+及びNb5+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Bi3+及びTa5+の組合わせ、Sb3+及びTa5+の組合わせ、Ga3+及びTa5+の組合わせ、In3+及びTa5+の組合わせ、Bi3+及びNb5+の組合わせ、Sb3+及びNb5+の組合わせ、Ga3+及びNb5+の組合わせ、並びに、In3+及びNb5+の組合わせが挙げられる。
 1価のカチオン、3価のカチオン及び4価のカチオンの組合わせ:Ag、Cu及びAuのうちの少なくとも1種と、Bi3+、Sb3+、Ga3+及びIn3+のうちの少なくとも1種と、Sn4+、Ge4+、Ti4+及びZr4+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Ag、Bi3+及びSn4+の組合わせ、Cu、Bi3+及びSn4+の組合わせ、Au、Bi3+及びSn4+の組合わせ、Ag、Sb3+及びSn4+の組合わせ、Cu、Sb3+及びSn4+の組合わせ、Au、Sb3+及びSn4+の組合わせ、Ag、Ga3+及びSn4+の組合わせ、Cu、Ga3+及びSn4+の組合わせ、Au、Ga3+及びSn4+の組合わせ、Ag、In3+及びSn4+の組合わせ、Cu、In3+及びSn4+の組合わせ、Au、In3+及びSn4+の組合わせ、Ag、Bi3+及びTi4+の組合わせ、Cu、Bi3+及びTi4+の組合わせ、Au、Bi3+及びTi4+の組合わせ、Ag、Sb3+及びTi4+の組合わせ、Cu、Sb3+及びTi4+の組合わせ、Au、Sb3+及びTi4+の組合わせ、Ag、Ga3+及びTi4+の組合わせ、Cu、Ga3+及びTi4+の組合わせ、Au、Ga3+及びTi4+の組合わせ、Ag、In3+及びTi4+の組合わせ、Cu、In3+及びTi4+の組合わせ、Au、In3+及びTi4+の組合わせ、Ag、Bi3+及びGe4+の組合わせ、Cu、Bi3+及びGe4+の組合わせ、Au、Bi3+及びGe4+の組合わせ、Ag、Sb3+及びGe4+の組合わせ、Cu、Sb3+及びGe4+の組合わせ、Au、Sb3+及びGe4+の組合わせ、Ag、Ga3+及びGe4+の組合わせ、Cu、Ga3+及びGe4+の組合わせ、Au、Ga3+及びGe4+の組合わせ、Ag、In3+及びGe4+の組合わせ、Cu、In3+及びGe4+の組合わせ、Au、In3+及びGe4+の組合わせ、Ag、Bi3+及びZr4+の組合わせ、Cu、Bi3+及びZr4+の組合わせ、Au、Bi3+及びZr4+の組合わせ、Ag、Sb3+及びZr4+の組合わせ、Cu、Sb3+及びZr4+の組合わせ、Au、Sb3+及びZr4+の組合わせ、Ag、Ga3+及びZr4+の組合わせ、Cu、Ga3+及びZr4+の組合わせ、Au、Ga3+及びZr4+の組合わせ、Ag、In3+及びZr4+の組合わせ、Cu、In3+及びZr4+の組合わせ、Au、In3+及びZr4+の組合わせ、Ag、K、Bi3+及びSn4+の組合わせ、Ag、Na、Bi3+及びSn4+の組合わせ、Ag、Bi3+、In3+及びSn4+の組合わせ、Ag、Bi3+、Ga3+及びSn4+の組合わせ、並びに、Ag、La3+、Bi3+及びSn4+の組合わせが挙げられる。
 1価のカチオン、2価のカチオン及び4価のカチオンの組合わせ:Ag、Cu及びAuのうちの少なくとも1種と、Sn2+、Ge2+及びZn2+のうちの少なくとも1種と、Sn4+、Ge4+、Ti4+及びZr4+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Ag、Sn2+及びSn4+の組合わせ、Cu、Sn2+及びSn4+の組合わせ、Au、Sn2+及びSn4+の組合わせ、Ag、Ge2+及びSn4+の組合わせ、Cu、Ge2+及びSn4+の組合わせ、Au、Ge2+及びSn4+の組合わせ、Ag、Zn2+及びSn4+の組合わせ、Cu、Zn2+及びSn4+の組合わせ、Au、Zn2+及びSn4+の組合わせ、Ag、Sn2+及びTi4+の組合わせ、Cu、Sn2+及びTi4+の組合わせ、Au、Sn2+及びTi4+の組合わせ、Ag、Ge2+及びTi4+の組合わせ、Cu、Ge2+及びTi4+の組合わせ、Au、Ge2+及びTi4+の組合わせ、Ag、Zn2+及びTi4+の組合わせ、Cu、Zn2+及びTi4+の組合わせ、Au、Zn2+及びTi4+の組合わせ、Ag、Sn2+及びGe4+の組合わせ、Cu、Sn2+及びGe4+の組合わせ、Au、Sn2+及びGe4+の組合わせ、Ag、Ge2+及びGe4+の組合わせ、Cu、Ge2+及びGe4+の組合わせ、Au、Ge2+及びGe4+の組合わせ、Ag、Zn2+及びGe4+の組合わせ、Cu、Zn2+及びGe4+の組合わせ、Au、Zn2+及びGe4+の組合わせ、Ag、Sn2+及びZr4+の組合わせ、Cu、Sn2+及びZr4+の組合わせ、Au、Sn2+及びZr4+の組合わせ、Ag、Ge2+及びZr4+の組合わせ、Cu、Ge2+及びZr4+の組合わせ、Au、Ge2+及びZr4+の組合わせ、Ag、Zn2+及びZr4+の組合わせ、Cu、Zn2+及びZr4+の組合わせ、並びに、Au、Zn2+及びZr4+の組合わせが挙げられる。
 1価のカチオン、3価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせ:Ag、Cu及びAuのうちの少なくとも1種と、Bi3+、Sb3+、Ga3+及びIn3+のうちの少なくとも1種と、Ta5+及びNb5+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Ag、Bi3+及びNb5+の組合わせ、Cu、Bi3+及びNb5+の組合わせ、Au、Bi3+及びNb5+の組合わせ、Ag、Sb3+及びNb5+の組合わせ、Cu、Sb3+及びNb5+の組合わせ、Au、Sb3+及びNb5+の組合わせ、Ag、Ga3+及びNb5+の組合わせ、Cu、Ga3+及びNb5+の組合わせ、Au、Ga3+及びNb5+の組合わせ、Ag、In3+及びNb5+の組合わせ、Cu、In3+及びNb5+の組合わせ、Au、In3+及びNb5+の組合わせ、Ag、Bi3+及びTa5+の組合わせ、Cu、Bi3+及びTa5+の組合わせ、Au、Bi3+及びTa5+の組合わせ、Ag、Sb3+及びTa5+の組合わせ、Cu、Sb3+及びTa5+の組合わせ、Au、Sb3+及びTa5+の組合わせ、Ag、Ga3+及びTa5+の組合わせ、Cu、Ga3+及びTa5+の組合わせ、Au、Ga3+及びTa5+の組合わせ、Ag、In3+及びTa5+の組合わせ、Cu、In3+及びTa5+の組合わせ、並びに、Au、In3+及びTa5+の組合わせが挙げられる。
 1価のカチオン、2価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせ:Ag、Cu及びAuのうちの少なくとも1種と、Sn2+、Ge2+及びZn2+のうちの少なくとも1種と、Ta5+及びNb5+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Ag、Sn2+及びNb5+の組合わせ、Cu、Sn2+及びNb5+の組合わせ、Au、Sn2+及びNb5+の組合わせ、Ag、Ge2+及びNb5+の組合わせ、Cu、Ge2+及びNb5+の組合わせ、Au、Ge2+及びNb5+の組合わせ、Ag、Zn2+及びNb5+の組合わせ、Cu、Zn2+及びNb5+の組合わせ、並びに、Au、Zn2+及びNb5+の組合わせが挙げられる。
 1価のカチオン、2価のカチオン、3価のカチオン及び4価のカチオンの組合わせ:Ag、Cu及びAuのうちの少なくとも1種と、Zn2+、Ge2+及びSn2+のうちの少なくとも1種と、Bi3+、Sb3+、Ga3+及びIn3+のうちの少なくとも1種と、Sn4+、Ge4+、Ti4+及びZr4+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Ag、Zn2+、Bi3+及びSn4+の組合わせ、並びに、Ag、Ba2+、Bi3+及びSn4+の組合わせが挙げられる。
 1価のカチオン、2価のカチオン、3価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせ:Ag、Cu及びAuのうちの少なくとも1種と、Zn2+、Ge2+及びSn2+のうちの少なくとも1種と、Bi3+、Sb3+、Ga3+及びIn3+のうちの少なくとも1種と、Ta5+及びNb5+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Ag、Zn2+、Bi3+及びTa5+の組合わせ、並びに、Ag、Ba2+、Bi3+及びTa5+の組合わせが挙げられる。
 1価のカチオン、2価のカチオン、3価のカチオン、4価のカチオン及び5価のカチオンの組合わせ:Ag、Cu及びAuのうちの少なくとも1種と、Zn2+、Ge2+及びSn2+のうちの少なくとも1種と、Bi3+、Sb3+、Ga3+及びIn3+のうちの少なくとも1種と、Sn4+、Ge4+、Ti4+及びZr4+のうちの少なくとも1種と、Ta5+及びNb5+のうちの少なくとも1種との組合わせが好ましい。例えば、Ag、Zn2+、Bi3+、Sn4+及びTa5+の組合わせ、並びに、Ag、Ba2+、Bi3+、Sn4+及びTa5+の組合わせが挙げられる。
 なかでも、遷移金属元素の1価のカチオンと周期表14族に属する卑金属元素もしくは半金属元素又は遷移金属元素の4価のカチオンとを少なくとも有する組合わせ、又は、周期表15族に属する卑金属元素又は半金属元素の3価のカチオンと周期表14族に属する卑金属元素もしくは半金属元素又は遷移金属元素の4価のカチオンとを少なくとも有する組合わせが好ましく、Ag、Cu及びAuの少なくとも1種とTi4+、Ge4+及びSn4+の少なくとも1種とを有する組合わせ、又は、Sb3+及びBi3+の少なくとも1種とTi4+、Ge4+及びSn4+の少なくとも1種とを有する組合わせがより好ましい。
 カチオンB中における2種以上の金属元素のカチオンの含有割合は、ペロブスカイト型結晶構造を採り得る限り、特に限定されない。なお、例えば、1価~5価を示す金属元素のカチオンの組成比としては、後述するb1~b5の組成比の記載を好ましく適用することができる。
(アニオンX)
 本発明に用いるペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤において、アニオンXは、塩素原子のアニオン(Cl)、臭素原子のアニオン(Br)及びヨウ素原子のアニオン(I)の少なくとも1種のアニオンを含む、アニオン性の原子又は原子団のアニオンを示す。アニオンXはCl、Br及びI以外のアニオンを特定量含んでもよい。
 上記のCl、Br及びI以外のその他のアニオン(以下、「その他のアニオン」とも称す。)としては、本発明の効果を奏する限り特に制限されず、例えば、F、NCS、SCN、NCO、OCN、O2-、HO、NO 、CHCOO及びHCOOが挙げられる。光吸収剤の安定性の点から、その他のアニオンはNCS、SCN、NCO、OCN、HO、NO 、CHCOO又はHCOOが好ましい。
 アニオンX中に含有されるその他のアニオンは、1種でもよく2種以上でもよい。
 アニオンXは、長波長領域の光吸収能を高める点から臭素原子及びヨウ素原子の少なくとも1種のアニオンを含むことが好ましく、ヨウ素原子のアニオンを含むことがより好ましい。
 アニオンX中の塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子のアニオンの含有量の合計は、吸光度を高める観点及び長波長領域の光吸収能を高める観点から、80mol%以上であり、90mol%以上が好ましく、95mol%以上がより好ましく、100mol%であることも好ましい。
 アニオンX中のヨウ素原子のアニオンの割合は、吸光度を高める観点及び長波長領域の光吸収能をより高める点から、70mol%を超えることが好ましく、75mol%以上がより好ましく、100mol%であることも好ましい。
 上記組成式において、a~cは各元素の組成比を示し、a及びbは1<a/b<2を満たす。
 cは、化合物としてペロブスカイト型結晶構造を採るために、A及びBの組成比であるa及びbに対して適宜採り得るものである。すなわち、カチオンA及びカチオンBとアニオンXとが電荷を打ち消し合い、化合物として中性(電荷0)を示す、Xの組成比を示すものである。
 例えば、c=6である組成式においては、aは1.5≦a≦2を満たす数であることが好ましく、1.8≦a≦2を満たす数であることがより好ましく、1.9≦a≦2を満たす数であることがさらに好ましく、bは上記a/bを満たすように定まる数である。
 上記a/bは、吸収ピーク波長の吸光度をより高める点から、上限値は1.80以下であることが好ましく、1.75以下であることがより好ましく、長波長領域の光吸収能をより高める点から、下限値は1.05を越えることが好ましく、1.10以上であることがより好ましい。これらの点を考慮すると、a/bは、1.05<a/b≦1.80を満たすことが好ましく、1.10≦a/b≦1.75を満たすことがより好ましい。
 ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤は、下記組成式(II)で表されることがより好ましい。
    組成式(II):A1a1B1b1B2b2B3b3B4b4B5b5X1c1
 上記組成式中、A1はセシウムを示す。B1は1価のカチオンを示す金属元素を示し、B2は2価のカチオンを示す金属元素を示し、B3は3価のカチオンを示す金属元素を示し、B4は4価のカチオンを示す金属元素を示し、B5は5価のカチオンを示す金属元素を示す。X1は上記Xと同義である。ただし、B1~B5は鉛を含まない。a1、b1~b5及びc1は組成比を示す数であって、化合物として中性(電荷0)を示すよう、a1+b1+2×b2+3×b3+4×b4+5×b5=6を満たす。また、a1は1.9≦a1≦2を満たし、c1=6であって、b1~b5はそれぞれ0≦b1<1、0≦b2<1、0≦b3<1、0≦b4<1、0≦b5<1を満たし、a1及びb1~b5は1.05<a1/(b1+b2+b3+b4+b5)≦1.80を満たす。ただし、b1及びb3の少なくとも一方は0を越え、b4及びb5の少なくとも一方は0を越える。
 B1~B5は、上記Bにおける、対応する価数を有する金属元素と同義である。
 b1は、0≦b1<0.8を満たすことが好ましく、0≦b1<0.7を満たすことがより好ましい。
 b2は、0≦b2<0.5を満たすことが好ましく、0≦b2<0.4を満たすことがより好ましい。
 b3は、0≦b3<0.8を満たすことが好ましく、0≦b3<0.7を満たすことがより好ましい。
 b4は、0≦b4<0.95を満たすことが好ましく、0≦b4<0.9を満たすことがより好ましい。
 b5は、0≦b5<0.95を満たすことが好ましく、0≦b5<0.9を満たすことがより好ましい。
 ただし、b1~b3のうちの少なくともいずれかは0を越え、b4及びb5の少なくとも一方は0を越える。
 a1/(b1+b2+b3+b4+b5)は、上記a/bにおける記載を好ましく適用することができる。
 ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤で形成された層は、ペロブスカイト型結晶構造を有していれば、ペロブスカイト型結晶構造を有していない部分があってもよい。
 ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤は、1種でもよく2種以上の混合物でもよい。したがって、本発明において、ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤は、光吸収剤として少なくとも1種が存在していればよく、組成式、分子式及び結晶構造等により、厳密にいかなる化合物であるかを明確に区別する必要はない。例えば、上記カチオンA及びカチオンBの一部は、ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤が化合物として中性を示す範囲内で、同じ金属元素で価数の異なるカチオンとして存在していてもよい。
 「光吸収剤が下記組成式(I)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する」とは、光吸収剤を2種以上用いる場合には、少なくとも1種の光吸収剤が上記組成式(I)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有することを意味する。
 以下に、本発明に用いられるペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤の具体例を例示すが、本発明はこれらに限定されない。
 上記ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤としては、例えば、CsAg0.1Bi0.1Sn0.9、CsAg0.15Bi0.15Sn0.85、CsAg0.3Bi0.3Sn0.7、CsAg0.5Bi0.5Sn0.5、CsAg0.6Bi0.6Sn0.4、CsAg0.7Bi0.7Sn0.3、CsAg0.9Bi0.9Sn0.1、CsAg0.3Bi0.3Sn0.7Br1.54.5、CsAg0.3Bi0.3Sn0.7Br1.84.2、CsBi0.4Sn0.7Br1.84.2、CsCu0.5Bi0.5Sn0.5、CsAu0.5Bi0.5Sn0.5、CsAg0.5Sb0.5Sn0.5、CsAg0.4Zn0.2Bi0.4Sn0.5、(CHNHAg0.5Bi0.5Sn0.5、RbAg0.5Bi0.5Sn0.5、CsAg0.5Bi0.4In0.1Sn0.5、CsAg0.5Bi0.4Ga0.1Sn0.5、CsAg0.5Bi0.5Ge0.5、CsAg0.5Bi0.5Ti0.5、CsAg0.5Bi0.5Sn0.4Ge0.1、CsAg0.450.05Bi0.5Sn0.5、CsAg0.45Na0.05Bi0.5Sn0.5、CsAg0.475Ba0.05Bi0.475Sn0.5、CsAg0.5La0.1Bi0.4Sn0.5、Cs1.95Ag0.50.05Bi0.5Sn0.5、CsAg0.3Bi0.3Sn0.7Br、Cs0.25Ag0.25Bi0.5Sn0.50.255.75、Cs0.25Ag0.25Bi0.5Sn0.5(SCN)0.255.75、CsAg0.6Ta0.68Br3.42.6、CsAg0.5Bi0.25Ta0.55Br2.753.25、CsAg0.6Nb0.68Br3.42.6、CsAg0.5Bi0.25Nb0.55Br2.753.25、CsAg0.64Sn0.84、Cs1.2(CHNH0.8Ag0.5Bi0.5Sn0.5、Cs0.8(CHNH1.2Ag0.5Bi0.5Sn0.5、CsBi0.73Ta0.36Br1.84.2、CsAg0.5Bi0.5Ge0.1Sn0.4Br1.54.5、CsAg0.5Bi0.5Ti0.1Sn0.4Br1.54.5、CsAg0.5Bi0.5Sn0.5Br及びCsAg0.5Bi0.5Sn0.5Clが挙げられる。
 ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤は、目的とするペロブスカイト型結晶構造を有する組成となるように、原料として、少なくとも1種の下記式(A-1)で表される化合物と少なくとも1種の下記式(B-1)で表される化合物とを化学量論量用いることで、合成することができる。ここでの化学量論量とは、上記ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤における各元素の組成比及び各元素のイオンの価数が、原料の仕込み比(モル比)から計算される各元素のモル比及び原料における各イオンの価数と同じになることに基づき、決定される量である。
  式(A-1):AX
  式(B-1):BX
 式(A-1)中、Aはセシウム、ルビジウム又はカチオン性有機基を表し、式(I)のAで記載するセシウム、ルビジウム及びカチオン性有機基と同義である。式(A-1)中、Xはアニオン性の原子又は原子団を表し、式(I)のXで記載するアニオン性原子及び原子団と同義である。式(A-1)で表される化合物は、式(I)の組成を有する光吸収剤を導く原料として、式(I)のA及びXで表される元素を有する化合物が好ましい。式(A-1)で表される化合物は、通常、カチオンAと、アニオンXとがイオン結合してなる化合物である。
 式(B-1)中、Bは周期表の1族~15族に属する金属元素のうち、セシウムおよびルビジウムを除く金属元素を表し、式(I)のBで記載する周期表の1族~15族に属する金属元素のうち、セシウムおよびルビジウムを除く金属元素と同義である。式(B-1)中、Xはアニオン性の原子又は原子団を表し、式(I)のXで記載するアニオン性原子及び原子団と同義である。式(B-1)で表される化合物は、通常、カチオンBと、アニオン性の原子又は原子団のXとがイオン結合してなる化合物である。式(B-1)中、nは化合物として中性になるよう採択される値であって、Xが1価の場合、カチオンBの価数と同じ数となる。具体的には、nは1~4の整数であることが好ましい。
 なお、式(B-1)で表される化合物は、上記Bに係る(ii)及び(iii)の規定を満たすように、少なくとも2種以上用いて作製される。
 式(A-1)又は(B-1)で表される具体的な化合物としては、例えば、実施例で使用する化合物が挙げられる。
 ペロブスカイト化合物の合成方法については、例えば、非特許文献2に記載の方法が挙げられる。また、J.Am.Chem.Soc.,2009,131(17),p.6050-6051又はNat.Mater.2014,13,p897-903に記載の方法も挙げられる。これらの文献記載の方法、及び、後述する実施例の項における合成方法の記載も参照し、適宜合成することができる。
 ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤の使用量は、第一電極1の表面の少なくとも一部を覆う量であればよく、表面全体を覆う量が好ましい。
 感光層13中、ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤の含有量は、通常1~100質量%である。
 上記ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤の用途は特に限定されず、例えば、太陽電池、発光素子、シンチレーション検知器及びイメージセンサ等に用いることができる。また、目的に適合すれば、光吸収と関係のない用途にも使用できる。なお、上記ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤を含む層を、ペロブスカイト型化合物層、ペロブスカイト型半導体層、ペロブスカイト型光吸収層及びペロブスカイト型エネルギー変換層等とも称する。
 上記ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤は、上記の製膜性及び吸光度に優れることに加え、長波長領域の光吸収能にも優れる。このため、非特許文献2記載のダブルペロブスカイト型化合物のように、吸収波長が太陽光の短波長領域に偏っており、長波長領域での吸収が十分でない化合物と比較して、太陽電池に用いた際の光電変換効率も向上させることができる。
 別の態様では、上記ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤は、上記の製膜性及び吸光度に優れることに加え、従来のペロブスカイト型結晶構造を有する化合物に比べて、蛍光強度(発光強度)にも優れる。このため、上記ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤は、発光素子にも好適に用いることができる。
<正孔輸送層3>
 本発明の光電変換素子は、光電変換素子10A~10Dのように、第一電極1と第二電極2との間に正孔輸送層3を有することが好ましい態様の1つである。この態様において、正孔輸送層3は感光層13Cと接触(積層)していることが好ましい。正孔輸送層3は、好ましくは第一電極1の感光層13と第二電極2の間に設けられる。
 この正孔輸送層3は、光吸収剤内に生成した正孔を捕捉して第二電極2に移動する機能を有し、好ましくは固体状の層(固体正孔輸送層)である。
 正孔輸送層3を形成する正孔輸送材料は、上記機能を奏するものであれば、公知のものを特に限定されずに用いることができる。用いる正孔輸送材料は、液体材料でも固体材料でもよいが、溶液塗布可能な固体材料が好ましい。例えば、特開2001-291534号公報の段落番号0209~0212に記載の有機正孔輸送材料等が挙げられる。有機正孔輸送材料としては、好ましくは、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロール及びポリシラン等の導電性高分子、2個の環がC、Siなど四面体構造をとる中心原子を共有するスピロ化合物、トリアリールアミン構造等を有する芳香族アミン化合物、トリフェニレン化合物、含窒素複素環化合物、ポルフィリン、フタロシアニン、ナフタロシアニン等の環状化合物、液晶性シアノ化合物等が挙げられる。これ以外にも、国際公開第2015/107454号、同2015/114521号又は同2014/111365号に記載の正孔輸送材料が挙げられる。
 正孔輸送材料は、溶液塗布可能で固体状になる有機正孔輸送材料が好ましく、具体的には、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-MeOTADともいう)、ポリ(3-ヘキシルチオフェン-2,5-ジイル)、4-(ジエチルアミノ)ベンズアルデヒド ジフェニルヒドラゾン、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)等が挙げられる。
 正孔輸送層3の膜厚は、特に限定されないが、50μm以下が好ましく、1nm~10μmがより好ましく、5nm~5μmが更に好ましく、10nm~1μmが特に好ましい。なお、正孔輸送層3の膜厚は、第二電極2と感光層13の表面との平均距離に相当し、走査型電子顕微鏡(SEM)等を用いて光電変換素子の断面を観察することにより、測定できる。
 - 正孔輸送層16- 
 本発明においては、光電変換素子10Eのように、好ましくは、透明電極11bの表面に正孔輸送層16を有している。正孔輸送層16は、光吸収剤内に生成した正孔を捕捉して導電性支持体11に輸送する機能を有しており、形成される位置が異なること以外は、上記正孔輸送層3と同じである。
<正孔注入層>
 本発明の光電変換素子は、正孔注入層(図1~図6において図示しない。)を備えていてもよい。正孔注入層は、正孔輸送層(正孔輸送材料)から電荷を受け取ることで正孔輸送材層中に自由電荷を発生させ、正孔輸送層の導電率を向上させる層をいう。導電率を向上させる程度は、特に限定されないが、例えば、1.01~1010倍程度であることが好ましい。
 正孔注入層は、通常、正孔輸送層の近傍に設けられ、正孔輸送層に対して感光層と反対側に、好ましくは正孔輸送層に隣接して設けられる。
 正孔注入層を形成する材料は、特に限定されないが、例えば、金属錯体、金属塩及び有機化合物が挙げられ、より具体的には、例えば、(p-BrCNSbCl、三価のコバルト錯体(FK209他)、LiTFSI(lithiumbis(trifluoromethanesulfonyl)imide)、FeCl、WO、MoO、Molybdenum tris(1-(trifluoroacetyl)-2-(trifluoromethyl)ethane-1,2-dithiolene)、SnCl、SbCl、F4-TCNQ等が挙げられる。
 正孔注入層の膜厚は、特に限定されず、0.1nm~10μmが好ましく、1nm~1μmがより好ましく、10nm~0.5μmが更に好ましい。
<電子輸送層4>
 本発明の光電変換素子は、光電変換素子10Eのように、第一電極1と第二電極2との間に電子輸送層4を有することも好ましい態様の1つである。この態様において、電子輸送層4は感光層13Cと接触(積層)していることが好ましい。
 電子輸送層4は、電子の輸送先が第二電極である点、及び、形成される位置が異なる点以外は、上記電子輸送層15と同じである。
<第二電極2>
 第二電極2は、太陽電池において正極として機能する。第二電極2は、導電性を有していれば特に限定されず、通常、導電層11と同じ構成とすることができる。強度が十分に保たれる場合は、支持体11aは必ずしも必要ではない。
 第二電極2の構造としては、集電効果が高い構造が好ましい。感光層13に光が到達するためには、導電層11と第二電極2との少なくとも一方は実質的に透明でなければならない。本発明の太陽電池においては、導電層11が透明であって太陽光等を支持体11a側から入射させるのが好ましい。この場合、第二電極2は光を反射する性質を有することが更に好ましい。
 第二電極2を形成する材料としては、例えば、白金(Pt)、金(Au)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、インジウム(In)、ルテニウム(Ru)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、アルミニウム(Al)等の金属、上述の導電性の金属酸化物、炭素材料及び伝導性高分子等が挙げられる。炭素材料としては、炭素原子同士が結合してなる、導電性を有する材料であればよく、例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェン等が挙げられる。炭素材料としては、炭素原子同士が結合してなる、導電性を有する材料であればよく、例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェン等が挙げられる。
 第二電極2としては、金属若しくは導電性の金属酸化物の薄膜(蒸着してなる薄膜を含む)、又は、この薄膜を有するガラス基板若しくはプラスチック基板が好ましい。ガラス基板若しくはプラスチック基板としては、金若しくは白金の薄膜を有するガラス、又は、白金を蒸着したガラスが好ましい。
 第二電極2の膜厚は、特に限定されず、0.01~100μmが好ましく、0.01~10μmがより好ましく、0.01~1μmが更に好ましい。
<その他の構成>
 本発明においては、第一電極1と第二電極2との接触を防ぐために、ブロッキング層14に代えて、又は、ブロッキング層14等とともに、スペーサー及びセパレータ等を用いることもできる。
 また、第二電極2と正孔輸送層3の間に正孔ブロッキング層を設けてもよい。
[太陽電池]
 本発明の太陽電池は、本発明の光電変換素子を用いて構成される。
 本発明の光電変換素子は、吸収ピーク波長の吸光度及び工業的な生産効率の点で優れるだけでなく、長波長領域での光吸収能にも優れる。このため、本発明の太陽電池は、吸収ピーク波長の吸光度及び工業的な生産効率の点で優れることに加えて、長波長領域での優れた光吸収能に起因して、優れた光電変換効率をも示すことができる。
 例えば図1~図6に示されるように、外部回路6に対して仕事させるように構成した光電変換素子10を太陽電池として用いることができる。第一電極1(導電層11)及び第二電極2に接続される外部回路6は、公知のものを特に制限されることなく、用いることができる。
 本発明は、例えば、非特許文献2、J.Am.Chem.Soc.,2009,131(17),p.6050-6051に記載の各太陽電池に適用することができる。
 本発明の太陽電池は、構成物の劣化及び蒸散等を防止するために、側面をポリマー及び接着剤等で密封することが好ましい。
[光電変換素子及び太陽電池の製造方法]
 本発明の光電変換素子及び太陽電池は、公知の製造方法、例えば、非特許文献2、J.Am.Chem.Soc.,2009,131(17),p.6050-6051、並びに、Science,338,p.643(2012)等に記載の方法によって製造できる。
 以下に、本発明の光電変換素子及び太陽電池の製造方法を簡潔に説明する。
 本発明の光電変換素子においては、まず、導電層11の表面に、所望によりブロッキング層14、多孔質層12、電子輸送層15及び正孔輸送層16の少なくとも1つを形成する。
 ブロッキング層14は、例えば、上記絶縁性物質又はその前駆体化合物等を含有する分散物を導電層11の表面に塗布し、焼成する方法又はスプレー熱分解法等によって、形成できる。
 多孔質層12を形成する材料は、好ましくは微粒子として用いられ、更に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12を形成する方法としては、特に限定されず、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、導電層11の表面又はブロッキング層14の表面に分散物(ペースト)を塗布した後に、100~800℃の温度で10分~10時間、例えば空気中で焼成することが好ましい。これにより、微粒子同士を密着させることができる。
 焼成を複数回行う場合、最後の焼成以外の焼成の温度(最後以外の焼成温度)を、最後の焼成の温度(最後の焼成温度)よりも低い温度、すなわち最後の焼成温度未満で行うのがよい。例えば、酸化チタンペーストを用いる場合、最後以外の焼成温度を50~300℃の範囲内に設定することができる。また、最後の焼成温度を、100~600℃の範囲内において、最後以外の焼成温度よりも高くなるように、すなわち最後以外の焼成温度を越えるように設定することができる。支持体11aとしてガラス支持体を用いる場合、焼成温度は60~500℃が好ましい。
 多孔質層12を形成するときの、多孔質材料の塗布量は、多孔質層12の膜厚及び塗布回数等に応じて適宜に設定され、特に限定されない。導電層11の表面積1m当たりの、多孔質材料の塗布量は、例えば、0.5~500gが好ましく、更には5~100gが好ましい。
 電子輸送層15又は正孔輸送層16を設ける場合、それぞれ、後述する正孔輸送層3又は電子輸送層4と同様にして、形成することができる。
 透明電極11上に正孔輸送層16を設ける場合、所望により、正孔輸送層16の形成に先立ち、正孔注入層を形成することができる。正孔注入層の形成方法は後述する。
 次いで、感光層13を設ける。
 感光層13を設ける方法は、湿式法及び乾式法が挙げられ、特に限定されない。本発明においては、湿式法が好ましく、例えば、ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤を含有する光吸収剤組成物(溶液)に接触させる方法が好ましい。
 この方法においては、まず、感光層13を形成するための光吸収剤組成物を調製する。光吸収剤組成物は、上記ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤の原料である少なくとも1種の上記式(A-1)で表される化合物及び少なくとも1種の上記式(B-1)で表される化合物を、目的とするペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤の組成となる化学量論比(モル比)で含有する。この光吸収剤組成物は、原料を所定のモル比で混合した後に加熱することにより、調製できる。上記原料の混合順は特に制限されず、例えば、一度に原料である全ての化合物を混合してもよく、原料を含有する2以上の溶液を別途調製した上で、混合してもよい。例えば、上記式(A-1)で表される化合物及び上記式(B-1)で表される化合物を含む溶液と、上記式(B-1)で表される化合物を含む溶液の2種をそれぞれ別途調製した後、これらの溶液を混合する方法も挙げられる。
 この組成物は通常溶液であるが、懸濁液でもよい。加熱する条件は、特に限定されないが、加熱温度は30~200℃が好ましく、70~150℃が更に好ましい。また、2以上の原料溶液を混合する際には、加熱せずに、単に混合してもよい。加熱時間は0.5~100時間が好ましく、1~3時間が更に好ましい。溶媒又は分散媒は後述するものを用いることができる。
 次いで、調製した光吸収剤組成物を、その表面に感光層13を形成する層(多孔質層12、ブロッキング層14又は電子輸送層15のいずれかの層)の表面に接触させる。具体的には、光吸収剤組成物を塗布又は浸漬することが好ましい。接触させる温度は5~100℃であることが好ましく、浸漬時間は5秒~24時間であるのが好ましく、20秒~1時間がより好ましい。塗布した光吸収剤組成物を乾燥させる場合、乾燥は熱による乾燥が好ましく、通常は、20~300℃、好ましくは50~170℃に加熱することで乾燥させる。
 また、上記ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤の合成方法に準じて感光層を形成することもできる。
 更に、上記式(A-1)で表される化合物を含有するAX組成物(アンモニウム塩組成物)と、上記式(B-1)で表される化合物を含有するBX組成物(金属塩組成物)とを、別々に塗布(浸漬法を含む)し、必要により乾燥する方法も挙げられる。この方法では、いずれの溶液を先に塗布してもよいが、好ましくはBX組成物を先に塗布する。この方法における各化合物のモル比、塗布条件及び乾燥条件は、上記方法と同じである。この方法では、上記AX組成物及び上記MX組成物の塗布に代えて、上記各化合物を、蒸着させることもできる。
 更に他の方法として、上記光吸収剤組成物の溶剤を除去した化合物又は混合物を用いた、真空蒸着等の乾式法が挙げられる。例えば、上記式(A-1)で表される化合物及び上記式(B-1)で表される化合物を、同時又は順次、蒸着させる方法も挙げられる。
 これらの方法等により、ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤が多孔質層12、ブロッキング層14、電子輸送層15又は正孔輸送層16の表面に感光層として形成される。
 このようにして設けられた感光層13上に、正孔輸送層3又は電子輸送層4を形成する。
 正孔輸送層3は、正孔輸送材料を含有する正孔輸送材料溶液を塗布し、乾燥して、形成することができる。正孔輸送材料溶液は、塗布性に優れる点、及び多孔質層12を有する場合は多孔質層12の孔内部まで侵入しやすい点で、正孔輸送材料の濃度が0.1~1.0M(モル/L)であるのが好ましい。塗布する温度及び塗布時間は、特に限定されず、適宜に設定される。正孔輸送材料溶液の乾燥条件は、加熱条件が好ましく、通常、30~200℃、好ましくは40~110℃の加熱条件を適用できる。
 電子輸送層4は、電子輸送材料を含有する電子輸送材料溶液を塗布し、乾燥して、形成することができる。
 正孔輸送層3を形成した後に、所望により正孔注入層を形成する。
 正孔注入層は、上述の材料を含有する正孔注入材料溶液を塗布し、乾燥して、又は、上述の材料を用いて乾式法(蒸着等)により、形成することができる。
 正孔輸送層3若しくは正孔注入層又は電子輸送層4を形成した後に、第二電極2を形成する。このようにして、感光層を設ける工程と、正孔輸送層を設ける工程とが行われ、導電層と第二電極との間に感光層と正孔輸送層とが積層された光電変換素子及び太陽電池が製造される。
 各層の膜厚は、各分散液又は組成物(溶液)の濃度、塗布回数を適宜に変更して、調整できる。例えば、膜厚が厚い感光層13B及び13Cを設ける場合には、感光層形成用組成物、又は、アンモニウム塩組成物若しくは金属塩組成物を複数回塗布、乾燥すればよい。
 上述の各分散液及び組成物は、それぞれ、必要に応じて、分散助剤、界面活性剤等の添加剤を含有していてもよい。
 光電変換素子の製造方法に使用する溶媒又は分散媒としては、特開2001-291534号公報に記載の溶媒が挙げられるが、特にこれに限定されない。本発明においては、有機溶媒が好ましく、更に、アルコール溶媒、アミド溶媒、ニトリル溶媒、スルホキシド溶媒、炭化水素溶媒、ラクトン溶媒、ハロゲン溶媒及びこれらの2種以上の混合溶媒が好ましい。混合溶媒としては、アルコール溶媒と、アミド溶媒、ニトリル溶媒、スルホキシド溶媒又は炭化水素溶媒から選ばれる溶媒との混合溶媒が好ましい。具体的には、メタノール、エタノール、イソプロパノール、γ-ブチロラクトン、クロロベンゼン、アセトニトリル、N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルアセトアミド若しくはジメチルスルホキシド(DMSO)、又は、これらの混合溶媒が好ましい。
 各層を形成する組成物又は分散剤の塗布方法は、特に限定されず、スピンコート、エクストルージョンダイコート、ブレードコート、バーコート、スクリーン印刷、ステンシル印刷、ロールコート、カーテンコート、スプレーコート、ディップコート、インクジェット印刷法、浸漬法等、公知の塗布方法を用いることができる。中でも、スピンコート法、スクリーン印刷法等が好ましい。
 本発明の光電変換素子は、必要に応じて、アニール、ライトソーキング、酸素雰囲気下での放置等の効率安定化処理を行ってもよい。
 上記のようにして作製した光電変換素子は、第一電極1及び第二電極2に外部回路6を接続して、太陽電池として用いることができる。
[発光素子]
 本発明の光電変換素子において説明した感光層(上記光吸収剤を含む層)は、その優れた特性(吸光度及びペロブスカイト型結晶構造を有する膜の製膜性)を利用して、光電変換素子以外にも、発光素子等にも好ましく適用できる。
 本発明の発光素子は、本発明の光吸収剤を含む層を具備すればよく、用途等に応じて適宜の形状ないしは寸法に設定される。本発明の光吸収剤を含む層は、入射光をより長波長の光に変換して発光する波長変換部、又は、電界発光素子における発光層として機能することができ、吸光度及び発光強度に優れる。
 本発明の光吸収剤を含む層は、例えば、後述する波長変換部材、好ましくは波長変換ユニット中に組み込まれた状態で、発光素子中に具備することが好ましい。
 本発明の発光素子の構成としては、特に限定されないが、次の各構成が挙げられる。
 具体的な構成として、例えば、光源/波長変換部材、光源/透光性基板/波長変換部材、光源/波長変換部材/透光性基板、光源/透光性基板/波長変換部材/透光性基板、光源/波長変換部材/カラーフィルタ、光源/透光性基板/波長変換部材/カラーフィルタ、光源/波長変換部材/透光性基板/カラーフィルタ、光源/透光性基板/波長変換部材/透光性基板/カラーフィルタ、光源/透光性基板/波長変換部材/カラーフィルタ/透光性基板、光源/波長変換部材/カラーフィルタ/透光性基板の各構成が挙げられる。上記において、「/」は、左右に記載する部材を積層した構成であることを意味する。
 各構成部材について、詳述する。
[波長変換部材]
 上記波長変換部材は、本発明の光吸収剤を含む層を波長変換部として有するものであれば、その形状、寸法等は特に限定されず、用途等に応じて適宜に設定される。例えば、上記波長変換部材及び波長変換部の形状としては、それぞれ、膜状、板状(例えば、シート状、フィルタ状、ディスク状)、レンズ状、ファイバー状、光導波路状等が挙げられる。
 上記波長変換部材は、板状であることが好ましい態様の1つである。この場合、上記波長変換部材(波長変換フィルタともいう)は、本発明の光吸収剤を含む波長変換層を波長変換部として有していればよく、基板との積層体であってもよい。波長変換層の厚さは、特に限定されないが、例えば、0.001~100μmが好ましく、0.01~10μmがより好ましく、0.01~5μmがさらに好ましい。
 基板としては、ガラス基板又はポリマー基板が挙げられる。ガラス基板としては、例えば、ソーダ石灰ガラス、バリウム-ストロンチウム含有ガラス、鉛ガラス、アルミノケイ酸ガラス、ホウケイ酸ガラス、バリウム-ホウケイ酸ガラス、石英等の各ガラス製の基板が挙げられる。ポリマー基板としては、例えば、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルスルフィド、ポリスルフォン等の各ポリマー製の基板が挙げられる。
 上記波長変換部材は、基板以外の構成部材を有していてもよい。このような構成部材としては、波長変換部材に通常用いられるものであれば特に限定されず、例えば、保護膜(フィルム)等が挙げられる。
 上記波長変換部材の作製方法としては、前述の感光層を設ける方法の記載を適用することができる。例えば、湿式法では、光吸収剤組成物(溶液)に上記基板を接触させる方法が挙げられる。
[波長変換ユニット]
 本発明の波長変換ユニットは、光源と、上述した、上記波長変換部材とを有する。
 本発明の波長変換ユニットの構造としては、従来公知の構造を特に限定されることなく適用することができる。光源と波長変換部材との配置についても、特に限定されず、光源と波長変換部材とが接した状態に配置されていてもよく、離間した状態若しくは他の部材を介在した状態に配置されていてもよい。
 光源としては、特に限定されず、例えば、白熱電球、メタルハライドランプ、HIDランプ(高輝度放電灯:High Intensity Discharge Lamp)、キセノンランプ、ナトリウムランプ、水銀ランプ、蛍光ランプ、冷陰極管、カソードルミネッセンス、低速電子線管、発光ダイオード〔例えば、GaP(赤色、緑色)、GaPAs(1-x)(赤色、橙色、黄色:0<x<1)、AlGa(1-x)As(赤色:0<x<1)、GaAs(赤色)、SiC(青色)、GaN(青色)、ZnS、ZnSe〕、エレクトロルミネッセンス(例えば、ZnS母体と発光中心を使用する無機EL、有機EL)、レーザー(例えば、He-Neレーザー、COレーザー、Ar,Kr,He-Cdレーザー、エキシマレーザー、窒素レーザー等の気体レーザー、ルビーレーザー、イットリウム-アルミニウム-ガーネット(YAG)レーザー、ガラスレーザー等の固体レーザー、色素レーザー、半導体レーザー)、太陽光等を挙げることができる。
 光源は、発光ダイオード、エレクトロルミネッセンス又は半導体レーザーが好ましく、発光ダイオードがより好ましい。
 発光ダイオードとしては、本発明の光吸収剤を励起可能な発光波長を発光できる発光層を有する半導体発光素子が好ましい。このような半導体発光素子として、上記半導体を有するものが挙げられる。上記半導体以外の半導体としては、本発明の光吸収剤を効率よく励起できる短波長を発光可能な窒化物半導体(InAlGa(1-x-y)、0≦X、0≦Y、X+Y≦1)が好ましい。半導体の構造としては、MIS(Metal-Insulator-Silicon)接合、PIN接合、pn接合などを有するホモ構造、ヘテロ構造又はダブルヘテロ構造のものが挙げられる。半導体層の材料又はその混晶度によって発光波長を種々選択することができる。また、半導体活性層を量子効果が生ずる薄膜に形成させた単一量子井戸構造又は多重量子井戸構造とすることもできる。
 上記半導体レーザーは、特に限定されないが、以下の機構によるものが好ましい。すなわち、半導体をpn接合し、ここに順方向バイアスを印加し、高いエネルギー準位にある少数キャリアーの注入を行って、p形領域に流れ込んだ電子を正孔と、n形領域に流れ込んだ正孔を電子と再結合させる。これによって、電子を高いエネルギー準位から低いエネルギー準位に遷移させ、そのエネルギー差に相当する光子を放出させる機構が挙げられる。
 半導体レーザーの材料としては、ゲルマニウム、シリコン等のIV族元素、GaAs、InPなどの格子振動を伴わない直接遷移型のIII-V族、II-VI族化合物等を挙げることができる。また、これらの材料は、2元系のみならず、3元系、4元系、5元系等の多元系であってもよい。また、その積層構造はクラッド層を設けたダブルヘテロ構造であってもよく、また、下部クラッド、活性層、上部クラッドよりなる構成であってもよい。更には多重量子井戸構造を適用したものであってもよい。
 上記波長変換ユニットは、所望により、カラーフィルタを備え、色純度を調整してもよい。カラーフィルタとしては、通常用いられるものであれば特に限定されない。カラーフィルタに用いる顔料としては、例えば、ペリレン顔料、レーキ顔料、アゾ顔料、キナクリドン顔料、アントラキノン顔料、アントラセン顔料、イソインドリン顔料、イソインドリノン顔料、フタロシアニン顔料、トリフェニルメタン塩基性染料、インダンスロン顔料、インドフェノール顔料、シアニン顔料、ジオキサジン顔料等の各種顔料、又は、これら顔料2種以上の顔料混合物、更には、上記顔料若しくは顔料混合物とバインダー樹脂との混合物(溶解又は分散させた固体状態のもの)が挙げられる。
 上記波長変換ユニットは、上記波長変換部材を備えており、光源からの入射光を優れた吸光度で吸収し、高い量子収率で射出光に変換し、優れた発光強度で発光することができる。
 本発明の波長変換ユニットは、上記波長変換部の作製以外は、公知の方法で作製できる。
 上記透光性基板とは、可視光を50%以上透過することができる基板をいい、具体的には、上記波長変換部材が有していてもよい基材と同義である。また、カラーフィルタについても上記波長変換部材が有していてもよいカラーフィルタと同義である。透光性基板及びカラーフィルタの形状は、特に限定されるものではなく、板状であってもよく、またレンズ状の形状であってもよい。
 本発明の発光素子は、各種の用途に用いることができ、好ましくは、各種ディスプレイ等の表示装置、照明装置等が挙げられる。
 表示装置としては、特に限定されず、例えば、各種ディスプレイ、交通信号、交通表示装置、液晶バックライト、液晶フロントライト、フィールドシーケンシャル液晶表示等が挙げられる。照明装置としては、特に限定されず、例えば、一般照明装置(器具)、局所照明装置、インテリア照明装置等が挙げられる。
 本発明の発光素子は、上述の構成に用いる各構成要素を順次積層して作製することができ、各構成要素を貼り合わせて作製することもできる。構成要素の積層順は、特に限定されない。
 以下に実施例に基づき本発明について更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
 以下の実施例において組成を表す「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準である。本発明において「室温」とは25℃を意味する。
実施例1
 以下に示す手順により、光吸収剤の塗布膜を作製した。
[光吸収剤の塗布膜(試料No.101)の作製]
<光吸収剤形成用塗布液1の調製>
 CsI(関東化学社製)、AgI(Alfa Aesar社製)、BiI(ALDRICH社製)及びSnI(高純度化学研究所社製)をモル比20:1:1:9となるようガラス容器に秤量した。このガラス容器に、さらにジメチルスルホキシド(DMSO、関東化学社製)1mLを加え、110℃で1時間混合撹拌することにより、45質量%の光吸収剤形成用塗布液1を調製した。
<塗布膜の作製>
 調製した塗布液1をガラス基板(日本電子硝子社製)にスピンコート法(2000rpmで30秒)により塗布(塗布温度:25℃)した。その後、塗布した塗布液1を、ホットプレートを用いて、160℃で5分間加熱して焼成し、膜厚200nmの、試料No.101の光吸収剤の塗布膜(薄膜)を作製した。上記塗布液1の調製及び塗布膜の作製は窒素雰囲気のグローブボックス内で実施した。
 膜厚は、走査型電子顕微鏡(SEM)により観察して、決定した。
[光吸収剤の塗布膜(試料No.102~140及びc01~c09)の作製]
<塗布膜(試料No.102~107及び133)の作製>
 上述した試料No.101の光吸収剤の塗布膜の作製において、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られるよう原料の仕込み比(モル比)を変えた以外は同様にして、試料No.102~107及び133の光吸収剤の塗布膜をそれぞれ作製した。
<塗布膜(試料No.108~110及び126)の作製>
 上述した試料No.101の光吸収剤の塗布膜の作製において、原料として、CsBr(関東化学社製)をさらに用い、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られるよう仕込み比(モル比)を変えた以外は同様にして、試料No.108~110の光吸収剤の塗布膜をそれぞれ作製した。
 上述した試料No.108の光吸収剤の塗布膜の作製において、原料として、AgBr(富士フイルム和光純薬社製)、BiBr(ALDRICH社製)及びSnBr(Strem Chemical社製)をさらに用い、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られるよう仕込み比(モル比)を変えた以外は同様にして、試料No.126の光吸収剤の塗布膜をそれぞれ作製した。
<塗布膜(試料No.111~117、119、121~124及び140)の作製>
 上述した試料No.104の光吸収剤の塗布膜の作製において、原料として、CuI(富士フイルム和光純薬社製)、AuI(ALDRICH社製)、SbI(ALDRICH社製)、ZnI(ALDRICH社製)、MAI(商品名、メチルアンモニウムヨージド、TCI社製)、RbI(ALDRICH社製)、InI(ALDRICH社製)、GeI(ALDRICH社製)、KI(富士フイルム和光純薬社製)、NaI(富士フイルム和光純薬社製)、BaI(Alfa Aesar社製)又はLaI(Alfa Aesar社製)をそれぞれさらに用い、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られるよう仕込み比(モル比)を変えた以外は同様にして、試料No.111~117、119、121~124及び140の光吸収剤の塗布膜をそれぞれ作製した。
<塗布膜(試料No.129~132及び136)の作製>
 上述した試料No.108の光吸収剤の塗布膜の作製において、原料として、TaBr(Alfa Aesar社製)又はNbBr(Strem Chemicals社製)をさらに用い、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られるよう仕込み比(モル比)を変えた以外は同様にして、試料No.129~132及び136の光吸収剤の塗布膜をそれぞれ作製した。
<塗布膜(試料No.134及び135)の作製>
 上述した試料No.101の光吸収剤の塗布膜の作製において、原料として、MAI(商品名、メチルアンモニウムヨージド、TCI社製)をさらに用い、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られるよう仕込み比(モル比)を変えた以外は同様にして、試料No.134及び135の光吸収剤の塗布膜をそれぞれ作製した。
<塗布膜(試料No.118)の作製>
 CsI(関東化学社製)、AgI(Alfa Aesar社製)、BiI(ALDRICH社製)及びSnI(高純度化学研究所社製)をモル比20:5:4:5となるようガラス容器に秤量した。このガラス容器に、さらにジメチルスルホキシド(DMSO、関東化学社製)1mLを加え、110℃で1時間混合撹拌した。
 次に、GaI(ALDRICH社製)を別のガラス容器に秤量した。このガラス容器に、さらにN,N‐ジメチルホルムアミド(DMF、関東化学社製)1mLを加え、室温で1時間混合撹拌した。
 得られたそれぞれの液を、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られる仕込み比(モル比)で混合して、45質量%の光吸収剤形成塗布液2を調製した。
 上述した試料No.101の光吸収剤の塗布膜の作製において、塗布液1に代えて塗布液2を用いた以外は同様にして、試料No.118の光吸収剤の塗布膜を作製した。
<塗布膜(試料No.120)の作製>
 CsI(関東化学社製)、AgI(Alfa Aesar社製)及びBiI(ALDRICH社製)をモル比20:5:5となるようガラス容器に秤量した。このガラス容器に、さらにジメチルスルホキシド(DMSO、関東化学社製)1mLを加え、110℃で1時間混合撹拌した。
 次に、TiI(富士フイルム和光純薬社製)を別のガラス容器に秤量した。このガラス容器に、さらにテトラヒドロフラン(THF、富士フイルム和光純薬社製)1mLを加え、室温で1時間混合撹拌した。
 得られたそれぞれの液を、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られる仕込み比(モル比)で混合して、45質量%の光吸収剤形成用塗布液3を調製した。
 上述した試料No.101の光吸収剤の塗布膜の作製において、塗布液1に代えて塗布液3を用いた以外は同様にして、試料No.120の光吸収剤の塗布膜を作製した。
<塗布膜(試料No.125、127及び128)の作製>
 上述した試料No.121の光吸収剤の塗布膜の作製において、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られるよう仕込み比(モル比)を変えた以外は同様にして、試料No.125、127及び128の光吸収剤の塗布膜をそれぞれ作製した。
 なお、試料No.127及び128の光吸収剤の塗布膜の作製においては、それぞれ、アニオンXの原料として、CsF(富士フイルム和光純薬社製)及びKSCN(富士フイルム和光純薬社製)をさらに用いた。
<塗布膜(試料No.137)の作製>
 上述した試料No.133の光吸収剤の塗布膜の作製において、原料として、CsBr(関東化学社製)及びGeI(ALDRICH社製)をさらに用い、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られるよう仕込み比(モル比)を変えた以外は同様にして、試料No.137の光吸収剤の塗布膜を作製した。
<塗布膜(試料No.138)の作製>
 上述した試料No.120の光吸収剤の塗布膜の作製において、DMSO中で混合する原料として、CsBr(関東化学社製)をさらに用い、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られるよう仕込み比(モル比)を変えた以外は同様にして、試料No.138の光吸収剤の塗布膜を作製した。
<塗布膜(試料No.139)の作製>
 上述した試料No.120の光吸収剤の塗布膜の作製において、TiIの代わりとして、ZrI(Strem Chemicals社製)を用い、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られるよう仕込み比(モル比)を変えた以外は同様にして、試料No.139の光吸収剤の塗布膜を作製した。
<塗布膜(試料No.c01~c09)の作製>
 上述した試料No.101の光吸収剤の塗布膜の作製において、後記表1記載の組成式の光吸収剤が得られるよう原料の種類及び仕込み比(モル比)を変えた以外は同様にして、試料No.c01~c09の光吸収剤の塗布膜をそれぞれ作製した。原料としては、上記の試料の作製で用いた原料も適宜使用した。
 なお、試料No.c04においては、原料として、Al(ALDRICH社製)及びSnI(TCI社製)を、試料No.c05及びc06においては、原料として、SiI(Alfa Aesar社製)、SnF(富士フイルム和光純薬社製)及びCsF(富士フイルム和光純薬社製)を、試料No.c09においては、原料として、SnI(TCI社製)を、さらに使用した。
 なお、後記表1に記載する、塗布膜中の光吸収剤の組成は、XRF(X-ray Fluorescence)により分析した。
 ここで、カチオンA、カチオンB及びアニオンXの価数は、使用した原料中での各イオンの価数と同じである。
[塗布膜の評価]
<製膜性の評価>
 X線回折装置を用いて、上記で作製した光吸収剤の塗布膜(薄膜)のペロブスカイト型結晶構造に帰属される回折ピークの有無を測定し、下記評価基準により製膜性を評価した。なお、ペロブスカイト型結晶構造に帰属される回折ピークの有無は、非特許文献2に記載のダブルペロブスカイト型構造を有するCsAgBiBr及びJ. Chem. Soc., Dalton Trans., 1999, p4019に記載のCsSnIの回折ピークを指標とし、同様の回折パターンが得られたか否かで判断した。
 - 評価基準 -
 A:ペロブスカイト型結晶構造に帰属される回折ピークが確認された。
 C:ペロブスカイト型結晶構造に帰属される回折ピークが確認されなかった。
<相対吸光度及び吸収波長(長波長領域の光吸収能)の評価>
 紫外可視分光光度計を用いて、上記で作製した光吸収剤の塗布膜(薄膜)の吸光度及び吸収波長(エネルギーギャップ)を測定し、下記評価基準により、相対吸光度及び吸収波長をそれぞれ評価した。なお、相対吸光度は試料No.103の塗布膜の最大吸光度を基準とする相対吸光度として、下記式より算出した。
 (相対吸光度)=(各塗布膜の最大吸光度)/(試料No.103の塗布膜の最大吸光度)
 - 相対吸光度の評価基準 -
 本試験において、評価ランク「A」~「C」が実用上求められ、評価ランク「A」又は「B」が好ましく、評価ランク「A」がより好ましい。
 A:相対吸光度が0.75以上
 B:相対吸光度が0.5以上0.75未満
 C:相対吸光度が0.3以上0.5未満
 D:相対吸光度が0.3未満
- 吸収波長(長波長領域の光吸収能)の評価基準 -
 本試験において、太陽電池への適用を考慮すると、評価ランク「A」又は「B」が実用上求められ、評価ランク「A」が好ましい。
 A:エネルギーギャップが1.9 eV未満
 B:エネルギーギャップが1.9 eV以上2.2 eV未満
 C:エネルギーギャップが2.2 eV以上
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
<表1の注>
 光吸収剤におけるA、B及びX欄には、それぞれペロブスカイト型結晶構造におけるカチオンA、カチオンB及びアニオンXに相当する元素または原子団をイオン表記で記載している。そのため、比較例の試料No.c01~c09のA、B及びX欄には、便宜上、本発明で規定する組成式におけるA、B及びXに該当しないカチオン及びアニオンを記載している場合がある。
 また、a/b及びI/X欄に記載する数値も、便宜上、表中のA、B及びX欄の記載に基づき計算した値である。I/Xは、アニオンX中におけるIの含有モル比を表す。
 表1の結果から、以下のことが分かる。
 試料No.c01及びc02は、カチオンBとしてAgとBi3+とを等量有する、いわゆるダブルペロブスカイト型の光吸収剤である。これらの光吸収剤はa/bの値が1.00であり、カチオンBが4価の金属元素及び5価の金属元素のいずれのカチオンも含まない点で本発明で規定する光吸収剤でなく、試料No.c01はペロブスカイト型結晶構造を有する薄膜を形成できるもののその吸光度が十分でなく、試料No.c02はそもそもの製膜性が十分でなかった。
 試料No.c03は、カチオンBがSn4+1種である、いわゆるBサイト欠陥型の光吸収剤である。この光吸収剤は、カチオンBが1種であって、a/bの値が2.00である点で本発明で規定する光吸収剤でなく、試料No.c03は、ペロブスカイト型結晶構造を有する薄膜を形成できるもののその吸光度が十分でなかった。
 試料No.c04は、アニオンX中におけるCl、Br及びIの合計割合が80%未満であり、カチオンBが4価の金属元素及び5価の金属元素のいずれのカチオンも含まない点で本発明で規定する光吸収剤でない。試料No.c04は、製膜性、吸光度がいずれも十分でなかった。また、試料No.c05は、X中におけるCl、Br及びIの合計割合が80%未満であり、カチオンBが同族金属元素のカチオンである点で本発明で規定する光吸収剤でない。試料No.c05は、製膜性及び吸光度が十分でなかった。試料No.c06は、アニオンX中におけるCl、Br及びIの合計割合が80%未満である点で本発明で規定する光吸収剤でない。試料No.c06は、製膜性が十分でなかった。
 試料No.c07及びc08は、カチオンAを有さず、a/bの値が0である点で本発明で規定する光吸収剤でない。試料No.c07及びc08は、製膜性がいずれも十分でなかった。
 試料No.c09は、カチオンBが4価または5価の金属元素のカチオンを有しない点で本発明で規定する光吸収剤でない。この試料No.c09は、本発明で規定するペロブスカイト型結晶構造を有する薄膜を形成できず、製膜性が十分でなかった。
 これに対して、本発明で規定する試料No.101~140の光吸収剤は、製膜性及び吸光度のいずれにおいても優れており、また、長波長領域の吸収においても優れていた。特に、カチオンBに対するカチオンAの組成比a/bを特定の範囲にすると、吸光度及び長波長領域の吸収をさらに高めることができる。また、X中のヨウ素原子の割合を特定の値を超える範囲にすると、吸光度及び長波長領域での吸収をさらに高めることができる。また、カチオンBが4価のカチオン(好ましくはSn4+)を少なくとも含むことにより、吸光度及び長波長領域の吸収をさらに高めることができる。
 以上の結果から、本発明の光吸収剤を感光層における光吸収剤として用いた光電変換素子及び太陽電池は、光吸収剤として鉛フリーのペロブスカイト化合物を用いながらも、吸収ピーク波長における高い吸光度を示し、かつ、ペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤を含有する感光層を簡便に形成できることから工業的な生産効率においても優れることが分かる。また、本発明の光電変換素子及び太陽電池は長波長領域の光吸収能にも優れるため、太陽電池としての優れた光電変換効率を示すことが分かる。
実施例2:発光用途への応用
<塗布膜(試料No.104-a、104-b、c03-a及びc03-b)の作製>
 上述した試料No.104の光吸収剤の塗布膜の作製において、ヨウ化物の原料に代えて、それぞれ対応する臭化物又は塩化物の原料を用いた以外は同様にして、試料No.104-a及び104-bの光吸収剤の塗布膜をそれぞれ作製した。
 また、上述した試料No.c03の光吸収剤の塗布膜の作製において、ヨウ化物の原料に代えて、それぞれ対応する臭化物又は塩化物の原料を用いた以外は同様にして、試料No.c03-a及びc03-bの光吸収剤の塗布膜をそれぞれ作製した。
 上記において、臭化物の原料としては、CsBr(関東化学社製)、AgBr(富士フイルム和光純薬社製)、BiBr(ALDRICH社製)及びSnBr(Strem Chemical社製)を用い、塩化物の原料としては、CsCl、AgCl及びBiCl(いずれも富士フイルム和光純薬社製)並びにSnCl(ALDRICH社製)を適宜用いた。
 なお、後記表2に記載する、塗布膜中の光吸収剤の組成は、XRF(X-ray Fluorescence)により分析した。その他、表中の記載については、表1における記載様式を参照する。
[塗布膜の評価]
 得られた塗布膜について、実施例1記載の方法による製膜性及び相対吸光度、並びに下記方法による相対蛍光強度を評価した。
<相対蛍光強度の評価>
 蛍光分光光度計を用いて、上記で作製した光吸収剤の塗布膜(薄膜)の蛍光スペクトルを測定し、下記評価基準により、相対蛍光強度を評価した。励起光は、各塗布膜の最大吸光度が得られる波長を用いた。なお、相対蛍光強度は試料No.104の塗布膜の最大蛍光強度を基準とする相対蛍光強度として、下記式より算出した。
 (相対蛍光強度)=(各塗布膜の最大蛍光強度)/(試料No.104の最大蛍光強度)
 - 相対蛍光強度の評価基準 - 
 A:相対蛍光強度が0.5以上
 C:相対蛍光強度が0.5未満
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表2の結果から、本発明で規定する試料No.104、104-a及び104-bの光吸収剤は、いずれも発光用途として好適に用いることができることが分かる。また、上記実施例1で合成した本発明の光吸収剤、及び、実施例1で合成した本発明の光吸収剤のアニオンXをClとした光吸収剤も、発光用途として好適に用いることができることが分かった。
 以上の結果から、本発明の光吸収剤を含む層を具備する発光素子は、吸収ピーク波長における高い吸光度を示し、工業的な生産効率が向上され、また、最大の吸光度を示す吸収ピーク波長に励起光を照射した場合の蛍光光度(発光強度)にも優れることが分かる。
 本発明をその実施態様とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。
 本願は、2018年9月28日に日本国で特許出願された特願2018-185107に基づく優先権を主張するものであり、これはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。
1A~1F 第一電極
 11 導電層
  11a 支持体
  11b 透明電極
 12 多孔質層
 13A~13C 感光層
 14 ブロッキング層
2 第二電極
3A、3B、16 正孔輸送層
4、15 電子輸送層
6 外部回路(リード)
10A~10F 光電変換素子
100A~100F 太陽電池を利用したシステム
M 電動モーター

Claims (13)

  1.  導電層と該導電層上に設けられた光吸収剤を含む感光層とを有する第一電極と、前記第一電極に対向する第二電極とを有する光電変換素子であって、
     前記光吸収剤が下記組成式(I)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する、光電変換素子。
         組成式(I):A
     上記組成式中、Aはセシウム、ルビジウム及びカチオン性有機基の少なくとも1種を示す。Bは下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす金属元素を示す。Xは塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の少なくとも1種を含む、アニオン性の原子又は原子団を示す。
    X中の塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の含有量の合計は80mol%以上である。a~cは組成比を示し、a及びbは1<a/b<2を満たす。ただし、Bは鉛を含まない。
    (i)周期表の1族~15族に属する金属元素のうち、セシウムおよびルビジウムを除く2種以上の金属元素である。
    (ii)互いに周期表の異なる族に属する金属元素を少なくとも含む。
    (iii)価数が4価の金属元素及び価数が5価の金属元素の少なくとも1種を含む。
  2.  前記光吸収剤が3次元ペロブスカイト型結晶構造を有する、請求項1に記載の光電変換素子。
  3.  前記Xが臭素原子及びヨウ素原子の少なくとも1種を含む、請求項1又は2に記載の光電変換素子。
  4.  前記X中のヨウ素原子の含有量が70mol%を越える、請求項1~3のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  5.  前記Aがセシウム及びルビジウムの少なくとも1種を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  6.  前記Bが、価数が4価の金属元素を少なくとも含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  7.  前記Bが、Ti、Zr、Nb、Ta、Cu、Ag、Au、Zn、Ga、In、Ge、Sn、Sb及びBiのうち少なくとも1種の金属元素を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  8.  前記のa及びbが1.05<a/b≦1.80を満たす、請求項1~7のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  9.  前記Bが、3種以上の金属元素を含む、請求項1~8のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  10.  前記Bにおける価数が4価の金属元素がSnを含む、請求項1~9のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  11.  請求項1~10のいずれか1項に記載の光電変換素子を用いた太陽電池。
  12.  下記組成式(I)で表されるペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤。
         組成式(I):A
     上記組成式中、Aはセシウム、ルビジウム及びカチオン性有機基の少なくとも1種を示す。Bは下記(i)、(ii)及び(iii)を満たす金属元素を示す。Xは塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の少なくとも1種を含むアニオン性の原子又は原子団を示す。X中の塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子の含有量の合計は80mol%以上である。a~cは組成比を示し、a及びbは1<a/b<2を満たす。ただし、Bは鉛を含まない。
    (i)周期表の1族~15族に属する金属元素のうち、セシウムおよびルビジウムを除く2種以上の金属元素である。
    (ii)互いに周期表の異なる族に属する金属元素を少なくとも含む。
    (iii)価数が4価の金属元素及び価数が5価の金属元素の少なくとも1種を含む。
  13.  請求項12に記載のペロブスカイト型結晶構造を有する光吸収剤を含む層を具備する、発光素子。
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