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效率提高，而且即便反复制造也稳定地发挥光电转换效率等电池性能的光电转换元件及太阳能电池。本发明专利技术为一种光电转换元件、以及具有该光电转换元件的太阳能电池，所述光电转换元件具有：第一电极，在导电性支撑体上具有包含光吸收剂的感光层；第二电极，与第一电极对置；及空穴传输层，设置于第一电极与第二电极之间，其中，光吸收剂含有具有钙钛矿型晶体结构的化合物，所述钙钛矿型晶体结构具有周期表第一族元素或阳离子性有机基团的阳离子、周期表第一族元素以外的金属原子M的阳离子及阴离子性原子X的阴离子，空穴传输层含有通过密度泛函理论计算而得的最高占据分子轨道的能级在-4.50～-5.00eV的范围内的空穴传输材料。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光电转换元件及太阳能电池，尤其涉及一种有机无机混合固体光 电转换元件及使用其的太阳能电池。
技术介绍
光电转换元件被用于各种光传感器、复印机、太阳能电池等。该光电转换元件中， 实际使用有以下多种方式：使用金属的方式、使用半导体的方式、使用有机颜料或染料的方 式、或将这些方式组合而成的方式等。尤其是利用非枯竭性的太阳能的太阳能电池不需要 燃料，作为利用无穷尽的清洁能量者，大大地期待其正式的普及。 因各国的政策性考虑等，太阳能电池中，硅系太阳能电池，使用含有铜（Cu)、铟 (In)、镓（Ga)及硒（Se)的化合物的CIGS系太阳能电池，以及使用含有镉（Cd)及碲（Te) 的化合物的CdTe太阳能电池等正在普及。但是，为了普及至取代火力发电或原子力发电的 水准，期望制造成本进一步下降。 染料敏化太阳能电池或有机薄膜太阳能电池由于在其制造中不使用真空工序，而 存在可通过涂布工序而大幅度降低制造成本的可能性，因此期待作为下一代太阳能电池， 对其进行积极研究。然而，染料敏化太阳能电池或有机薄膜太阳能电池的光电转换效率并 不充分。另一方面，最近提出有将具有钙钛矿型晶体结构的铅络合物作为感光层的光吸收 剂，与电解质组合而成的太阳能电池（参考专利文献1及非专利文献1)。然后，报告有使用 该铅络合物的太阳能电池能够以涂布工序来制造，且显示出与染料敏化太阳能电池或有机 薄膜太阳能电池同等以上的光电转换效率（例如参考非专利文献2或3)，并受到关注。 以往技术文献 专利文献 专利文献1:韩国注册专利第10-1172374号公报 非专利文献非专利文献 1 :J.Am.Chem.Soc.，2009, 131 (17)，6050-6051非专利文献 2 :Science, 338, 643(2012) 非专利文献3:NaturePhotonicsPublishedOnline, 5,May, 2〇13 专利技术的概要 专利技术要解决的技术课题 根据本专利技术人等的研究，可知若与使用无机原材料的硅的太阳能电池进行比较， 则使用具有钙钛矿晶体结构的化合物的太阳能电池必须进一步提高光电转换效率。 除此以外，可知使用具有钙钛矿晶体结构的化合物的太阳能电池存在所得到的光 电转换元件或太阳能电池的性能不稳定的问题，即，即便是以相同方式制造的光电转换元 件或太阳能电池，也无法获得相同性能的问题。 因此，本专利技术的课题在于提供一种光电转换效率提高、而且即便反复制造也稳定 地发挥光电转换效率等电池性能的光电转换元件及太阳能电池。 用于解决技术课题的手段 本专利技术人等着眼于使用具有钙钛矿晶体结构的化合物的太阳能电池中用于空穴 传输层的材料的分子结构及物性，进行研究的结果，获得解决上述课题的线索，从而完成本 专利技术。 S卩，上述课题通过以下机构来解决。 < 1 >-种光电转换元件，其具有：第一电极，在导电性支撑体上具有包含光吸 收剂的感光层；第二电极，与第一电极对置；及空穴传输层，设置于第一电极与第二电极之 间，其中， 光吸收剂含有具有钙钛矿型晶体结构的化合物，所述具有钙钛矿型晶体结构的化 合物具有周期表第一族元素或阳离子性有机基团A的阳离子、周期表第一族元素以外的金 属原子Μ的阳离子及阴离子性原子X的阴离子， 空穴传输层含有通过密度泛函理论计算而得的最高占据分子轨道的能级 在-4. 50~-5.OOeV的范围内的空穴传输材料。 < 2 >根据< 1 >所述的光电转换元件，其中，空穴传输材料由下述式⑶表示， 式（D)中，LD1表示亚芳基及杂亚芳基中的至少2个组合而成的连结基、亚芳基、或 杂亚芳基。ArD1~ArD4分别独立地表示芳基或杂芳基。ArD1~ArD4可具有取代基。六^^与 ArD2、ArD3与ArD4分别可相互键合而形成环。 < 3 >根据< 2 >所述的光电转换元件，其中，ArD1~ArD4的至少1个具有取代 基，该取代基为1)碳原子数2以上的烷基、烷氧基、烧硫基、烷基氣基、二烷基氣基、烷氧基 羰基、烷基甲硅烷基或酰基，或者为2)根据上述1)所述的基团所取代的芳基或杂芳基。 < 4 >根据< 2 >或< 3 >所述的光电转换元件，其中，ArD1~ArD4的至少1个具 有取代基，该取代基为碳原子数2以上的烷基、碳原子数2以上的烷氧基、碳原子数2以上 的烷基所取代的芳基、碳原子数2以上的烷氧基所取代的芳基、碳原子数2以上的烷基所取 代的杂芳基、或碳原子数2以上的烷氧基所取代的杂芳基。<5>根据< 2 >至< 4 >中任一项所述的光电转换元件，其中，LD1由下述式 (L-1)~（L-4)的任一式表不。 式中，Y及Z分别独立地表示0、S或-CH=N-。Ru~R'RU1&RU2分别独立地 表示取代基。Rm、RW2、俨1及Rμ分别独立地表示氢原子或取代基。nu、11@及nU2分别独 立地表示0~4的整数，r^b及η&分别独立地表示0~3的整数。la及lb分别独立地表 示1~4的整数。03表示形成5元或6元的饱和烃环或螺环的基团、或者-Si(Rx) (Ry)_ ; Rx及Ry分别独立地表示烷基。*表示与式（D)中的N键合的位置。 <6 >根据< 2 >至< 5 >中任一项所述的光电转换元件，其中，空穴传输材料由 下述式（D-1)~（D-4)的任一式表不。 式中，Y及Z分别独立地表示0、S或-CH=N-。lb表示1~4的整数。ArD1~ArD4 与式⑶中的ArD1~ArD4含义相同。…'^、^、^。、^及尺^分别独立地表示取代基。 Rm、Rm、#^及分别独立地表示氢原子或取代基。nw、n^、及η^分别独立地表示 0~4的整数，ιΛ及η&分别独立地表示0~3的整数。RR&分别独立地表示烷基，Rω 与妒6可彼此键合而形成环。 < 7 >根据< 2 >至< 6 >中任一项所述的光电转换元件，其中，ArD1由下述式 (R-1)~（R-3)的任一式表不， 式中，0表示〇1或11^1、1^2、1^、俨及1^分别独立地表示取代基。11'1^及 nRf分别独立地表示0~4的整数，nRa2表示0~5的整数，nRb表示0~3的整数。R RRe分别独立地表示烷基，RRd与RRe可彼此键合而形成环。**表示与式（D)、式（D-1)~式 (D-4)的任一式中的N键合的位置。 < 8 >根据< 1 >至< 7 >中任一项所述的光电转换元件，其中，最高占据分子轨 道的能级在-4. 60~-4. 80eV的范围内。 <9>根据<1>至< 8 >中任一项所述的光电转换元件，其中，具有钙钛矿型晶 体结构的化合物为下述式（I)所表示的化合物。式⑴：ΑΑΧχ 式（I)中，Α表示周期表第一族元素或阳离子性有机基团。Μ表示周期表第一族元 素以外的金属原子。X表示阴离子性原子。a表示1或2,m表示1，a、m及X满足a+2m= Xo < 10 >根据< 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电转换元件，其具有：第一电极，在导电性支撑体上具有包含光吸收剂的感光层；第二电极，与该第一电极对置；及空穴传输层，设置于该第一电极与该第二电极之间，其中，所述光吸收剂含有具有钙钛矿型晶体结构的化合物，所述具有钙钛矿型晶体结构的化合物具有周期表第一族元素或阳离子性有机基团A的阳离子、所述周期表第一族元素以外的金属原子M的阳离子及阴离子性原子X的阴离子，所述空穴传输层含有通过密度泛函理论计算而得的最高占据分子轨道的能级在‑4.50～‑5.00eV的范围内的空穴传输材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：小林克，佐藤宽敬，
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