光吸收材料以及使用该光吸收材料的太阳能电池制造技术

本发明专利技术提供能够提高太阳能电池的转换效率的光吸收材料和太阳能电池。光吸收材料主要包含这样的化合物，该化合物具有用ABX3表示的钙钛矿型晶体结构，(NH2)2CH

Light absorbing material and solar cell using the optical absorption material

The invention provides a light absorbing material and a solar cell which can improve the conversion efficiency of the solar cell. Optical absorption materials mainly contain such compounds, which have the perovskite type crystal structure represented by ABX3, (NH2) 2CH

【技术实现步骤摘要】
光吸收材料以及使用该光吸收材料的太阳能电池
本专利技术涉及光吸收材料以及使用该光吸收材料的太阳能电池。
技术介绍
近年来，正在进行钙钛矿型太阳能电池的研究开发。钙钛矿型太阳能电池将用ABX3(A为1价阳离子，B为2价阳离子，X为卤素阴离子)表示的钙钛矿型晶体、及其类似结构体(以下称之为“钙钛矿型化合物”)用作光吸收材料。非专利文献1公开了将用CH3NH3PbI3(以下有时省略为“MAPbI3”)表示的钙钛矿型化合物用作钙钛矿型太阳能电池的光吸收材料。另外，非专利文献1还公开了一种用(NH2)2CHPbI3(以下有时省略为“FAPbI3”)表示的钙钛矿型化合物。现有技术文献非专利文献非专利文献1：Jeong-HyeokIm等4名，“NatureNanotechnology”(美国)，2014年11月，第9卷，p.927-932
技术实现思路
专利技术所要解决的课题人们要求进一步提高钙钛矿型太阳能电池的转换效率。本专利技术的并不构成限定的例示的某一实施方式提供一种能够提高钙钛矿型太阳能电池的转换效率的光吸收材料。另外，还提供一种使用了这样的光吸收材料的太阳能电池。用于解决课题的手段本专利技术的一实施方式涉及一种光吸收材料，其主要包含这样的化合物，该化合物具有用ABX3表示的钙钛矿型晶体结构，(NH2)2CH+位于A位点处，Pb2+位于B位点处，I－位于X位点处；在采用X射线光电子能谱方法进行的组成分析中，I相对于Pb的元素比率为2.7以下，或者在采用卢瑟福背散射能谱法进行的组成分析中，I相对于Pb的元素比率为2.9以下。专利技术的效果根据本专利技术的一实施方式，可以提供一种能够提高钙钛矿型太阳能电池的转换效率的光吸收材料。另外，还提供一种使用了这样的光吸收材料的太阳能电池。附图说明图1是表示钙钛矿型太阳能电池中的荧光寿命和转换效率之间的关系的图。图2A是用于说明本专利技术的钙钛矿型化合物的制造方法的一个例子的示意图。图2B是用于说明本专利技术的钙钛矿型化合物的制造方法的一个例子的示意图。图2C是用于说明本专利技术的钙钛矿型化合物的制造方法的一个例子的示意图。图3A是表示本专利技术的钙钛矿型化合物的一个例子的放大照片。图3B是表示本专利技术的钙钛矿型化合物的其它例子的放大照片。图4A是表示实施例2以及比较例2的钙钛矿型化合物的XPS谱的图，是表示与C1s相对应的结合能附近的谱的图。图4B是表示实施例2以及比较例2的钙钛矿型化合物的XPS谱的图，是表示与N1s相对应的结合能附近的谱的图。图4C是表示实施例2以及比较例2的钙钛矿型化合物的XPS谱的图，是表示与Pb4f相对应的结合能附近的谱的图。图4D是表示实施例2以及比较例2的钙钛矿型化合物的XPS谱的图，是表示与I3d5相对应的结合能附近的谱的图。图5A是表示实施例1的钙钛矿型化合物的X射线衍射图谱的图。图5B是表示比较例1的钙钛矿型化合物的X射线衍射图谱的图。图6是表示实施例1以及比较例1的钙钛矿型化合物的荧光光谱的图。图7是表示实施例1以及比较例1的钙钛矿型化合物的荧光衰减曲线的图。图8是表示实施例1以及比较例1的钙钛矿型化合物的吸收光谱的图。图9是表示本专利技术的太阳能电池的一个例子的示意剖视图。图10是表示本专利技术的太阳能电池的其它例子的示意剖视图。图11是表示本专利技术的太阳能电池的再一个例子的示意剖视图。图12是表示本专利技术的太阳能电池的再一个例子的示意剖视图。图13A是表示实施例1以及比较例1的化合物的XRD能谱的图。图13B是表示实施例1以及比较例1的化合物的XRD能谱的图。图14是表示实施例11以及比较例4的太阳能电池的IPCE效率测定结果的图。符号说明：1、31基板2、22、32第1电极3电子传输层4多孔质层5光吸收层6、36第2电极7空穴传输层41油浴51第1溶液52第2溶液54晶体100、200、300、400太阳能电池具体实施方式(实施方式)成为本专利技术基础的见解如下所述。为人所知的是作为太阳能电池用光吸收材料的性能由其带隙来决定。详细地说，它记载在WilliamShockley等1名，“JournalofAppliedPhysics”(美国)，1961年3月，第32卷，第3号，p.510-519之中。该转换效率的极限是作为Shockley-Queisserlimit极限而为人所知的，在带隙为1.4eV时理论效率达到最大。如果带隙大于1.4eV，则可以得到较高的电压，另一方面，电流值因光吸收的短波长化而减小。与之相反，如果带隙小于1.4eV，则电流值因光吸收的长波长化而增大，但开路电压减小。然而，以前的钙钛矿型化合物的带隙大幅偏离于理论效率达到最大的1.4eV。例如，前述的MAPbI3钙钛矿型化合物的带隙为1.59eV，FAPbI3钙钛矿型化合物的带隙为1.49eV。因此，要求具有1.4eV或者更靠近1.4eV的带隙的钙钛矿型化合物。如果将这样的钙钛矿型化合物用作太阳能电池用光吸收材料，则与以前相比，更能获得转换效率较高的太阳能电池。FAPbI3通常具有trigonal(三角)结构。正如在GilesEEperon等5名，“Energy&EnvironmentalScience”(英国)，2014年，第7卷，第3号，p.982-988中报告的那样，FAPbI3的带隙例如为1.48eV。FAPbI3在用ABX3表示的钙钛矿型晶体结构中，FA+(甲脒鎓阳离子)占有A位点，Pb2+占有B位点，I－占有X位点。X位点的一部分有时也被溴(Br-)等所置换。另外，例如在ShupingPang等9名，“ChemistryofMaterials”(美国)，2014年1月，第26卷，p.1485-1491的1487页～1488页中，说明了具有FA+的FAPbI3晶体不能取cubic(立方)结构，FA+的邻近结构(proximitystructures)发生了变形。再者，在MarinaR.Filip等3名，“NatureCommunications”(美国)，2014年12月，第5卷，5757中，示出了与用各种各样的阳离子置换FAPbI3的A位点所得到的钙钛矿型化合物有关的系统的计算结果。他们着眼于PbI6八面体彼此之间的角度键角，报告了PbI6越是理想配置、即不发生变形而排列，就越可以得到狭窄的带隙，相反，PbI6八面体越是排列成锯齿状，就越可以得到宽的带隙。另外，还示出了FAPbI3是某种程度发生变形的结构，并不是完全对称的结构。正如上述的MarinaR.Filip等以及ShupingPang等所报告的那样，FAPbI3基本上取trigonal结构，其PbI6八面体结构具有应变。PbI6八面体结构的应变可以认为是FAPbI3显示出1.49eV左右的宽带隙的主要原因。鉴于以上的考察，本专利技术人反复进行了研究，结果发现了PbI6八面体彼此之间的应变较小且带隙比以前更狭窄的新颖的FAPbI3钙钛矿型化合物。本专利技术的一实施方式的概要如下所述。[项目1]一种光吸收材料，其主要包含这样的化合物，该化合物具有用ABX3表示的钙钛矿型晶体结构，(NH2)2CH+位于A位点处，Pb2+位于B位点处，I－位于X位点处；在采用X射线光电子能谱方法进行的组成分析中，I相对于Pb的元素比率为2.7以下，或者在采用卢瑟本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光吸收材料，其包含化合物，该化合物具有用ABX3表示的钙钛矿型晶体结构，(NH2)2CH

【技术特征摘要】
2016.04.25 JP 2016-087108;2016.12.19 JP 2016-245611.一种光吸收材料，其包含化合物，该化合物具有用ABX3表示的钙钛矿型晶体结构，(NH2)2CH+位于A位点处，Pb2+位于B位点处，I－位于X位点处；在采用X射线光电子能谱方法进行的组成分析中，I相对于Pb的元素比率为2.7以下，或者在采用卢瑟福背散射能谱法进行的组成分析中，I相对于Pb的元素比率为2.9以下。2.根据权利要求1所述的光吸收材料，其中，所述化合物在采用X射线光电子能谱方法进行的组成分析中，I相对于Pb的元素比率为1.8以上。3.根据权利要求2所述的光吸收材料，其中，所述化合物在采用X射线光电子能谱方法进行的组成分析中，I相对于Pb的元素比率为2.1以上。4.根据权利要求1所述的光吸收材料，其中，所述化合物在采用卢瑟福背散射能谱法进行的组成分析中，I相对于Pb的元素比率为2.0以上。5.根据权利要求4所述的光吸收材料，其中，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：铃鹿理生，内田隆介，横山智康，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP