光电转换元件及太阳能电池制造技术

本发明专利技术提供一种光电转换元件以及利用该光电转换元件的太阳能电池，所述光电转换元件具有在导电性支撑体上具有包含光吸收剂的感光层的第1电极，所述光电转换元件中，光吸收剂包含具有以下述式(1)及式(2)表示的有机阳离子、金属原子的阳离子及阴离子且具有钙钛矿型晶体结构的化合物：式(1)C(R

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电转换元件及太阳能电池
本专利技术涉及一种光电转换元件及太阳能电池。
技术介绍
光电转换元件用于各种光传感器、复印机、太阳能电池等。太阳能电池作为利用非耗竭性太阳能的电池，其实用化得到了发展。其中，积极地研究开发作为敏化剂使用有机染料或Ru联吡啶络合物等的染料敏化太阳能电池，光电转换效率达到11％左右。另一方面，近年来，报告有将金属卤化物用作具有钙钛矿型晶体结构的化合物的太阳能电池能够实现比较高的光电转换效率的研究成果，受到了关注。例如，非专利文献1中，记载有将以CH3NH3PbI2Cl表示的金属卤化物用作光吸收剂的太阳能电池。并且，非专利文献2中，记载有利用以(PEA)2(MA)2[Pb3I10]表示的层状钙钛矿(layeredperovskite)的太阳能电池。其中，PEA表示C6H5(CH2)2NH3+，MA表示CH3NH3+。而且，非专利文献3中，记载有具有TiO2层、ZrO2层及由(5-AVA)x(MA)1-xPbI3构成的层的3层结构的钙钛矿太阳能电池。其中，5-AVA表示5-氨基戊酸阳离子，MA表示甲基铵阳离子。以往技术文献非专利文献非专利文献1：Science,2012年,vol.338，p.643-647非专利文献2：Angew.Chem.Int.Ed.2014,53,p.11232-11235非专利文献3：Science,2014年,vol.345,p.295
技术实现思路
专利技术要解决的技术课题如上述，在试验中，利用具有钙钛矿型晶体结构的化合物(以下，还称作“钙钛矿化合物”)的光电转换元件在光电转换效率的提高方面获得了一定的成果。但是，钙钛矿化合物存在在高湿环境下易受损的问题。即，感光层中利用钙钛矿化合物的光电转换元件以及太阳能电池尤其在高湿环境下，通常光电转换效率经时而大幅下降。认为其原因之一在于，在高湿环境下，钙钛矿化合物的晶体结构受损而感光层的表面状态发生变化，与相邻层的粘附性下降。本专利技术的课题在于提供一种光电转换元件，其具有包含钙钛矿化合物的感光层，且在高湿度环境下使用时，感光层的晶体结构也不易受损，能够有效地抑制光电转换效率经时下降。并且，本专利技术的课题在于提供一种利用上述光电转换元件的太阳能电池。用于解决技术课题的手段本专利技术人等发现如下内容，即，在具有至少一部分由钙钛矿化合物构成的感光层的光电转换元件中，通过在感光层的光吸收材料中，作为构成上述钙钛矿型晶体结构的阳离子，含有特定结构的至少2种有机铵离子，即使在高湿环境下，感光层中的晶体结构中也不易产生损伤(晶体结构的分解)，能够有效地抑制光电转换效率经时下降。本专利技术是根据这些见解并通过反复研究而完成的。即，通过以下方法解决了本专利技术的上述课题。〔1〕一种光电转换元件，其具有在导电性支撑体上具有包含光吸收剂的感光层的第1电极及与第1电极对置的第2电极，所述光电转换元件中，上述光吸收剂包含具有有机阳离子、金属原子的阳离子及阴离子且具有钙钛矿型晶体结构的化合物，上述有机阳离子包含以下述式(1)表示的有机阳离子及以下述式(2)表示的有机阳离子。[化学式1]式(1)式(1)中，R1及R2表示选自下述取代基组Z中的基团，R3表示氢原子或选自下述取代基组Z中的基团。R1a表示氢原子或取代基。只是，不存在R1、R2及R3均为酸性基的情况。[取代基组Z]：以下述式(1a)表示的基团、芳基、环烷基、杂芳基、脂肪族杂环基、烯基、炔基及酸性基[化学式2]式(1a)R1b-(CR1c2)n-*式(1a)中，R1b表示甲基、甲硅烷基、环烷基、芳基、杂芳基、脂肪族杂环基、卤原子或酸性基。R1c表示氢原子或烯基以外且炔基以外的取代基。n为3～15的整数。*表示与式(1)中示出的碳原子的键合部位。式(2)R4-NR2a3+式(2)中，R4表示甲基、乙基或以下述式(2a)表示的基团。R2a表示氢原子、烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基或脂肪族杂环基。[化学式3]式(2a)中，Xa表示NR2c、氧原子或硫原子。R2b及R2c表示氢原子或取代基。***表示与式(2)中示出的氮原子的键合部位。〔2〕根据〔1〕所述的光电转换元件，其中，上述R1及R2表示选自以上述式(1a)表示的基团、芳基、环烷基、杂芳基、脂肪族杂环基、烯基及炔基中的基团，上述R3表示氢原子或选自上述取代基组Z中的基团。〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的光电转换元件，其中，上述R1、R2及R3均表示选自以上述式(1a)表示的基团、芳基、环烷基、杂芳基、脂肪族杂环基、烯基及炔基中的基团。〔4〕根据〔3〕所述的光电转换元件，其中，上述R1及R2表示选自以上述式(1a)表示的基团、烯基及炔基中的基团。〔5〕根据〔4〕所述的光电转换元件，其中，上述R1及R2表示以上述式(1a)表示的基团，且上述R1中的R1b表示甲基、甲硅烷基、环烷基、芳基或卤原子，上述R2中的R1b表示酸性基。〔6〕根据〔5〕所述的光电转换元件，其中，上述R1中的上述R1b表示甲基、甲硅烷基或环烷基，上述R2中的上述R1b表示酸性基。〔7〕根据〔5〕或〔6〕所述的光电转换元件，其中，上述R1、R2及R3均表示以上述式(1a)表示的基团。〔8〕一种太阳能电池，其利用上述〔1〕至〔7〕中任一项所述的光电转换元件。本说明书中，各式的标记中，为了理解化合物的化学结构，有时将一部分标记为示性式。随此，各式中，将部分结构称作(取代)基、离子或原子等，但本说明书中，这些除了表示(取代)基、离子或原子等以外，有时还表示构成以上述式表示的(取代)基或者离子的元素团或元素。本说明书中，关于化合物(包含络合物、染料)的表述，其除了用作化合物本身的含义以外，还用作包含其盐、其离子的含义。并且，关于未标明取代或无取代的化合物，是指包含在无损目标效果的范围内具有任意取代基的化合物的含义。这对取代基及连接基团等(以下，称作取代基等)也相同。本说明书中，存在多个以特定符号表示的取代基或者连接基团(以下，称作取代基等。)时或同时规定多个取代基等时，若无特别指明，则各个取代基等可相互相同也可不同。这对取代基等的数量的规定也相同。并且，多个取代基等接近时(尤其，相邻时)，若无特别说明，则这些可相互连结而形成环。并且，环例如脂肪族环、芳香族环、杂环可进一步稠合而形成稠环。并且，本说明书中，用“～”表示的数值范围表示作为下限值及上限值包含记载于“～”前后的数值的范围。专利技术效果本专利技术的光电转换元件及太阳能电池中，包含钙钛矿化合物的感光层即使在高湿度下，晶体结构也不易产生损伤，能够有效地抑制在高湿度下使用时的光电转换效率的经时下降。适当参考附图，根据下述记载，本专利技术的上述及其他特征及优点将更加明确。附图说明图1是包括层中的圆部分的放大图在内，示意性地示出通过本专利技术的制造方法获得的光电转换元件的优选方式的剖视图。图2是示意性地示出通过本专利技术的制造方法获得的光电转换元件的具有厚感光层的优选方式的剖视图。图3是示意性地示出通过本专利技术的制造方法获得的光电转换元件的另一优选方式的剖视图。图4是示意性地示出通过本专利技术的制造方法获得的光电转换元件的又一优选方式的剖视图。图5是示意性地示出通过本专利技术的制造方法获得的光电转换元件的又一优选方式的剖视图。图6是示意性地示出通过本专利技术的制造方法获得的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光电转换元件，其具有：在导电性支撑体上具有包含光吸收剂的感光层的第1电极及与第1电极对置的第2电极，所述光电转换元件中，所述光吸收剂包含：具有有机阳离子、金属原子的阳离子及阴离子且具有钙钛矿型晶体结构的化合物，所述有机阳离子包含以下述式(1)表示的有机阳离子及以下述式(2)表示的有机阳离子；[化学式1]式(1)

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.08.31 JP 2016-1687691.一种光电转换元件，其具有：在导电性支撑体上具有包含光吸收剂的感光层的第1电极及与第1电极对置的第2电极，所述光电转换元件中，所述光吸收剂包含：具有有机阳离子、金属原子的阳离子及阴离子且具有钙钛矿型晶体结构的化合物，所述有机阳离子包含以下述式(1)表示的有机阳离子及以下述式(2)表示的有机阳离子；[化学式1]式(1)式(1)中，R1及R2表示选自下述取代基组Z中的基团，R3表示氢原子或选自下述取代基组Z中的基团；R1a表示氢原子或取代基；只是，不存在R1、R2及R3均为酸性基的情况；取代基组Z：以下述式(1a)表示的基团、芳基、环烷基、杂芳基、脂肪族杂环基、烯基、炔基及酸性基，[化学式2]式(1a)R1b-(CR1c2)n-*式(1a)中，R1b表示甲基、甲硅烷基、环烷基、芳基、杂芳基、脂肪族杂环基、卤原子或酸性基；R1c表示氢原子或表示烯基以外且炔基以外的取代基；n表示3～15的整数；*表示与式(1)中示出的碳原子的键合部位；式(2)R4-NR2a3+式(2)中，R4表示甲基、乙基或以下述式(2a)表示的基团；R2a表示氢原子、烷基、环烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基或脂肪族杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：白兼研史，佐藤宽敬，伊势俊大，
申请(专利权)人：富士胶片株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP