太阳能电池制造技术

本发明专利技术的目的在于，提供光电转换效率高、且即使长期施加电压其光电转换效率也不易降低的太阳能电池。本发明专利技术是一种太阳能电池，其依次具有阴极、光电转换层和阳极，上述光电转换层包含通式R‑M‑X3(其中，R为有机分子、M为金属原子、X为卤素原子或硫属原子)所示的有机无机钙钛矿化合物，进而，在上述光电转换层与上述阳极之间具有防扩散层，所述防扩散层包含：选自碳以及包含元素周期表第6族～第15族金属的金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物中的至少1种。

Solar cell

The object of the present invention is to provide a solar cell with high photoelectric conversion efficiency and can not easily reduce the photoelectric conversion efficiency even if long-term voltage is applied. The invention relates to a solar cell, which in turn has a cathode, a photoelectric conversion layer and an anode. The photoelectric conversion layer comprises an organic and inorganic perovskite compound shown in the general formula R_M_X3 (where R is an organic molecule, M is a metal atom, X is a halogen atom or a sulfur atom). Furthermore, there is an anti-diffusion layer between the photoelectric conversion layer and the above-mentioned anode. Containing: at least one of the metal oxides, metal nitrides and metal nitrogen oxides selected from carbon and metal oxides containing group 6-15 metals in the periodic table of elements.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】太阳能电池
本专利技术涉及光电转换效率高、且即使长期施加电压其光电转换效率也不易降低的太阳能电池。
技术介绍
以往开发了具备在对置的电极间配置有N型半导体层和P型半导体层的层叠体(光电转换层)的太阳能电池。在这样的太阳能电池中，通过光激发而生成光载流子(电子-空穴对)，电子在N型半导体中移动，空穴在P型半导体中移动，由此产生电场。现在，已经实用化了的太阳能电池大多是使用硅等无机半导体而制造的无机太阳能电池。然而，无机太阳能电池不仅制造上耗费成本且难以大型化，利用范围有限，因此，使用有机半导体代替无机半导体而制造的有机太阳能电池(例如专利文献1、2)、将有机半导体与无机半导体组合得到的有机无机太阳能电池备受到关注。有机太阳能电池、有机无机太阳能电池在大多数情况下使用了富勒烯。已知富勒烯主要作为N型半导体而发挥作用。例如，专利文献3记载了使用成为P型半导体的有机化合物和富勒烯类而形成的半导体异质结膜。然而，对于使用富勒烯而制造的有机太阳能电池、有机无机太阳能电池而言，已知其劣化的原因为富勒烯(例如参照非专利文献1)，在寻求替代富勒烯的材料。因而，近年来发现了被称为有机无机复合半导体且具有使用铅、锡等作为中心金属的钙钛矿结构的光电转换材料，其示出具有高光电转换效率(例如非专利文献2)。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2006-344794号公报专利文献2：日本特许第4120362号公报专利文献3：日本特开2006-344794号公报非专利文献非专利文献1：Reeseetal.，Adv.Funct.Mater.，20，3476-3483(2010)非专利文献2：M.M.Leeetal.，Science，338，643-647(2012)
技术实现思路
专利技术所要解决的课题本专利技术的目的在于，提供光电转换效率高、且即使长期施加电压其光电转换效率也不易降低的太阳能电池。用于解决课题的方法本专利技术是一种太阳能电池，其依次具有阴极、光电转换层和阳极，上述光电转换层包含通式R-M-X3(其中，R为有机分子、M为金属原子、X为卤素原子或硫属原子)所示的有机无机钙钛矿化合物，进而，在上述光电转换层与上述阳极之间具有防扩散层，所述防扩散层包含：选自碳以及包含元素周期表第6族～第15族金属的金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物中的至少1种。以下详述本专利技术。对于依次具有阴极、光电转换层和阳极的太阳能电池而言，通过在光电转换层中使用特定的有机无机钙钛矿化合物，可期待光电转换效率的提高。然而，本专利技术人等发现：虽然太阳能电池在刚制造完成后的光电转换效率高，但若对太阳能电池长期施加电压，则光电转换效率降低。作为其原因，本专利技术人等认为：或许是因为若对太阳能电池长期施加电压，则阳极的材料(金属)在包含有机无机钙钛矿化合物的光电转换层内扩散，由此导致光电转换效率降低。本专利技术人等研究了在光电转换层与阳极之间设置防扩散层，所述防扩散层包含：选自碳以及包含元素周期表第6族～第15族金属的金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物中的至少1种。本专利技术人等发现：通过设置这样的防扩散层，从而能够防止阳极的材料(金属)在包含有机无机钙钛矿化合物的光电转换层内扩散，即使对太阳能电池长期施加电压，也能够将光电转换效率维持得较高，从而完成了本专利技术。本专利技术的太阳能电池依次具有阴极、光电转换层和阳极。本说明书中，层不仅是指具有明确边界的层，还表示含有元素缓缓变化的具有浓度梯度的层。需要说明的是，层的元素分析可通过例如进行太阳能电池的截面的FE-TEM/EDS线分析测定，确认特定元素的元素分布等来进行。此外，本说明书中，层不仅是指平坦的薄膜状层，还表示能够与其它层一起形成错综复杂的结构的层。上述阴极的材料没有特别限定，可以使用现有公知的材料。本专利技术的太阳能电池中，如后所述，上述阳极可以由金属形成，此时，上述阴极优选为透明电极。作为阴极材料，可列举出例如FTO(掺杂氟的氧化锡)、ITO(掺杂锡的氧化铟)、钠、钠-钾合金、锂、镁、铝、镁-银混合物、镁-铟混合物、铝-锂合金、A1/Al2O3混合物、Al/LiF混合物等。这些材料可以单独使用，也可以组合使用2种以上。上述光电转换层包含通式R-M-X3(其中，R为有机分子、M为金属原子、X为卤素原子或硫属原子)所示的有机无机钙钛矿化合物。上述光电转换层包含上述有机无机钙钛矿化合物的太阳能电池也被称为有机无机复合型太阳能电池。通过在上述光电转换层中使用上述有机无机钙钛矿化合物，能够提高太阳能电池的光电转换效率。上述R为有机分子，优选用ClNmHn(1、m、n均为正整数)表示。具体而言，上述R可列举出例如甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、戊胺、己胺、二甲胺、二乙胺、二丙胺、二丁胺、二戊胺、二己胺、三甲胺、三乙胺、三丙胺、三丁胺、三戊胺、三己胺、乙基甲胺、甲基丙胺、丁基甲胺、甲基戊胺、己基甲胺、乙基丙胺、乙基丁胺、甲脒、乙脒、胍、咪唑、唑、吡咯、氮丙啶、氮丙环、吖丁啶、吖丁(azete)、咪唑啉、咔唑和它们的离子(例如甲基铵(CH3NH3)等)、苯乙铵等。其中，优选为甲胺、乙胺、丙胺、丁胺、戊胺、己胺、甲脒、乙脒和它们的离子、苯乙铵，更优选为甲胺、乙胺、丙胺、甲脒和它们的离子。上述M为金属原子，可列举出例如铅、锡、锌、钛、锑、铋、镍、铁、钴、银、铜、镓、锗、镁、钙、铟、铝、锰、铬、钼、铕等。这些金属原子可以单独使用，也可以组合使用2种以上。上述X为卤素原子或硫属原子，可列举出例如氯、溴、碘、硫、硒等。这些卤素原子或硫属原子可以单独使用，也可以组合使用两种以上。其中，通过在结构中含有卤素，上述有机无机钙钛矿化合物变得可溶于有机溶剂，能够应用于廉价的印刷法等，由此优选为卤素原子。进而，从上述有机无机钙钛矿化合物的能带隙变窄的观点出发，更优选为碘。上述有机无机钙钛矿化合物优选具有在体心配置金属原子M、在各顶点配置有机分子R、在面心配置卤素原子或硫属原子X的立方晶系的结构。图1是表示为在体心配置金属原子M、在各顶点配置有机分子R、在面心配置卤素原子或硫属原子X的立方晶系结构的、有机无机钙钛矿化合物的晶体结构的一例的示意图。详情虽不明确，但可推测：通过具有上述结构，从而晶格内的八面体的方向能够容易地变化，因此，上述有机无机钙钛矿化合物中的电子的迁移率变高，太阳能电池的光电转换效率提高。上述有机无机钙钛矿化合物优选为结晶性半导体。结晶性半导体是指测定X射线散射强度分布而能够检测到散射峰的半导体。通过使上述有机无机钙钛矿化合物为结晶性半导体，从而上述有机无机钙钛矿化合物中的电子的迁移率变高，太阳能电池的光电转换效率提高。此外，作为结晶化的指标，也可以评价结晶度。结晶度可如下求出：通过拟合来分离利用X射线散射强度分布测定而检出的源自结晶质的散射峰和源自非晶质部的光晕，求出各自的强度积分，并算出结晶部分在整体之中的占比。上述有机无机钙钛矿化合物的结晶度的优选下限为30％。若结晶度为30％以上，则上述有机无机钙钛矿化合物中的电子的迁移率变高，太阳能电池的光电转换效率提高。结晶度的更优选下限为50％、进一步优选下限为70％。此外，作为提高上述有机无机钙钛矿化合物的结晶度的方法，可列举出例如热退火、激光等高强度光的照射、等离子体照射等。只要在不损害本专利技术效果的范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能电池，其特征在于，其依次具有阴极、光电转换层和阳极，所述光电转换层包含通式R‑M‑X3所示的有机无机钙钛矿化合物，其中，R为有机分子、M为金属原子、X为卤素原子或硫属原子，进而，在所述光电转换层与所述阳极之间具有防扩散层，所述防扩散层包含：选自碳以及包含元素周期表第6族～第15族的金属的金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物中的至少1种。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.21 JP 2016-1843751.一种太阳能电池，其特征在于，其依次具有阴极、光电转换层和阳极，所述光电转换层包含通式R-M-X3所示的有机无机钙钛矿化合物，其中，R为有机分子、M为金属原子、X为卤素原子或硫属原子，进而，在所述光电转换层与所述阳极之间具有防扩散层，所述防扩散层包含：选自碳以及包含...

【专利技术属性】
技术研发人员：早川明伸，汤川麻由美，榑林哲也，宇野智仁，浅野元彦，福本雄一郎，会田哲也，森田健晴，
申请(专利权)人：积水化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP