光吸收材料、光吸收材料的制造方法以及使用光吸收材料的太阳能电池技术

本发明专利技术提供不含铅且在太阳光的波长范围能够实现高转换效率的光吸收材料、光吸收材料的制造方法以及使用光吸收材料的太阳能电池。该光吸收材料是用组成式AMX3表示的具有钙钛矿型晶体结构的化合物，其中，主要含有Cs+位于A位点、Ge2+位于M位点、I－位于X位点的化合物，所述化合物的至少一部分具有斜方晶系的钙钛矿型晶体结构。

Optical absorption material, manufacturing method of optical absorption material and solar cell using optical absorption material

The present invention provides a lead-free optical absorption material capable of achieving high conversion efficiency in the wavelength range of sunlight, a manufacturing method of optical absorption material, and a solar cell using optical absorption material. The light-absorbing material is a compound with perovskite-type crystal structure represented by the constituent AMX3, which mainly contains compounds with Cs+ at site A, Ge2+ at site M, and I-at site X. At least part of the compound has a perovskite-type crystal structure of the orthorhombic system.

【技术实现步骤摘要】
光吸收材料、光吸收材料的制造方法以及使用光吸收材料的太阳能电池
本专利技术涉及具有钙钛矿型晶体结构的光吸收材料、光吸收材料的制造方法以及使用光吸收材料的太阳能电池。
技术介绍
近年来，正在进行太阳能电池的研究开发，该太阳能电池将用AMX3表示的具有钙钛矿型晶体结构及其类似的晶体结构的化合物(以下称之为“钙钛矿型化合物”)用作光吸收材料。在钙钛矿型化合物中，1价阳离子位于A位点，2价金属阳离子位于M位点，卤素阴离子位于X位点。使用钙钛矿型化合物的太阳能电池(以下称之为“钙钛矿型太阳能电池”)是低成本且高效率的下一代太阳能电池的候补之一，人们正在进行其研究和开发。从环境限制的角度考虑，作为不含铅的钙钛矿型化合物，为人所知的有在A位点具有Cs+(铯阳离子)、在M位点具有Ge2+(锗阳离子)、在X位点具有I－的钙钛矿型化合物(例如非专利文献1以及专利文献1)。现有技术文献专利文献专利文献1：中国专利申请公告第103943368号说明书非专利文献非专利文献1：ThirumalKrishnamoorthy等10名，“JournalofMaterialChemistryA”(英国)，2015年10月，第3卷，pp.23829-23832.
技术实现思路
专利技术所要解决的课题为了提高钙钛矿型太阳能电池的转换效率，要求在太阳光的波长范围能够实现高转换效率的光吸收材料。本专利技术的一实施方式提供一种不含铅且在太阳光的波长范围能够实现高转换效率的光吸收材料。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，其是用组成式AMX3表示的具有钙钛矿型晶体结构的化合物，其中，主要含有Cs+位于A位点、Ge2+位于M位点、I－位于X位点的化合物，所述化合物的至少一部分具有斜方晶系的钙钛矿型晶体结构。另外，本专利技术的一实施方式涉及一种光吸收材料的制造方法，其中，所述光吸收材料是用组成式AMX3表示的具有钙钛矿型晶体结构的化合物，主要含有Cs+位于A位点、Ge2+位于M位点、I－位于X位点的化合物，所述制造方法包括如下的工序：(A)准备含有Ge2+和I－的含Ge溶液的工序、(B)准备含有Cs+的Cs原料液的工序、以及(C)通过将Cs原料液导入调整为规定温度的含Ge溶液中而使化合物析出的工序。专利技术的效果根据本专利技术的一实施方式，提供一种不含铅且在太阳光的波长范围能够实现高转换效率的光吸收材料。附图说明图1是表示使用实施方式的光吸收材料的太阳能电池100的一个例子的示意剖视图。图2是表示使用实施方式的光吸收材料的其它太阳能电池200的示意剖视图。图3是表示实施例1以及比较例1的化合物的吸收光谱的图。图4是表示实施例1以及比较例1的化合物的X射线衍射图谱的图。符号说明：101基材102光吸收层103第1电极104第2电极105电子传输层106空穴传输层具体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，在光吸收材料的带隙为1.4eV时，理论转换效率达到最大。如果光吸收材料的带隙大于1.4eV，则可以得到较高的开路电压，另一方面短路电流值因吸收波长的短波长化而减小。与之相反，如果光吸收材料的带隙小于1.4eV，则短路电流值因吸收波长的长波长化而增大，但开路电压减小。非专利文献1中记载的钙钛矿型化合物(CsGeI3)的带隙大约为1.6eV，偏离理论转换效率达到最大的1.4eV。如果将该钙钛矿型化合物用作太阳能电池，则由于不能利用波长比780nm长的光，因而存在不能得到高转换效率的问题。本专利技术人就CsGeI3的合成工艺以及CsGeI3的晶体结构反复进行了研究。结果可知：非专利文献1中记载的CsGeI3虽然为菱形晶，但通过使CsGeI3的至少一部分成为斜方晶，便可以减小带隙。以该见解为基础，发现了在长波长范围也能够实现比以前更高的转换效率的光吸收材料，从而想到了本专利技术。本专利技术的一方式是以上述见解为基础的，其概要如下所述。本专利技术的一实施方式涉及一种光吸收材料，其是用组成式AMX3表示的具有钙钛矿型晶体结构的化合物，其中，主要含有Cs+位于A位点、Ge2+位于M位点、I－位于X位点的化合物，所述化合物的至少一部分具有斜方晶系的钙钛矿型晶体结构。所述化合物的使用CuKα射线得到的X射线衍射图谱具有处在25.4°≤2θ≤25.8°的位置的第1峰、和处在24.9°≤2θ≤25.3°的位置的第2峰，所述第1峰的强度也可以为所述第2峰的强度的30％以上。所述化合物例如也可以具有1.35eV～1.53eV的带隙。所述化合物例如也可以具有1.45eV～1.48eV的带隙。本专利技术的一实施方式涉及一种太阳能电池，其包括具有导电性的第1电极、位于所述第1电极上且将入射光转换为电荷的光吸收层、以及位于所述光吸收层上且具有导电性的第2电极，所述光吸收层含有上述任一项所述的光吸收材料。本专利技术的一实施方式涉及一种光吸收材料的制造方法，其中，所述光吸收材料是用组成式AMX3表示的具有钙钛矿型晶体结构的化合物，主要含有Cs+位于A位点、Ge2+位于M位点、I－位于X位点的化合物，所述制造方法包括如下的工序：(A)准备含有Ge2+和I－的含Ge溶液的工序、(B)准备含有Cs+的Cs原料液的工序、以及(C)通过将所述Cs原料液导入调整为规定温度的所述含Ge溶液中而使所述化合物析出的工序。所述工序(B)例如也可以包含通过使Cs原料溶解于有机溶剂中而制作所述Cs原料液的工序。所述工序(A)例如也可以包含通过使Ge原料、氢碘酸和次膦酸(phosphinicacid)混合而制作所述含Ge溶液的工序。所述Ge原料例如也可以为二碘化锗，所述规定温度例如也可以为50℃～100℃。所述Ge原料例如也可以为氧化锗，所述规定温度例如也可以为20℃～50℃。所述工序(A)例如也可以包含通过使所述Ge原料溶解于有机溶剂中而制作Ge原料液的工序、以及通过在含有所述氢碘酸和所述次膦酸的混合液中混合所述Ge原料液而得到所述含Ge溶液的工序。(实施方式)本实施方式的光吸收材料包含钙钛矿型化合物。本实施方式的钙钛矿型化合物为用组成式AMX3表示的具有钙钛矿型晶体结构的化合物，主要含有Cs+位于A位点、Ge2+位于M位点、I－位于X位点的化合物。本实施方式的钙钛矿型化合物的使用CuKα射线得到的X射线衍射图谱具有处在25.4°≤2θ≤25.8°的位置的第1峰、和处在24.9°≤2θ≤25.3°的位置的第2峰。第1峰归属于斜方晶CsGeI3的(111)面，是含有斜方晶系的钙钛矿型化合物即CsGeI3时可以检测到的峰。另一方面，第2峰归属于菱形晶CsGeI3的(111)面，是含有菱形晶系的钙钛矿型化合物即CsGeI3时可以检测到的峰。也就是说，本实施方式的钙钛矿型化合物具有斜方晶CsGeI3和菱形晶CsGeI3混合在一起的状态。如前所述，在非专利文献1所记载的钙钛矿型化合物中，CsGeI3为菱形晶，其带隙大约为1.60eV。与此本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光吸收材料，其是用组成式AMX3表示的具有钙钛矿型晶体结构的化合物，其中，主要含有Cs+位于A位点、Ge2+位于M位点、I－位于X位点的化合物；所述化合物的至少一部分具有斜方晶系的钙钛矿型晶体结构。

【技术特征摘要】
2017.02.10 JP 2017-0229481.一种光吸收材料，其是用组成式AMX3表示的具有钙钛矿型晶体结构的化合物，其中，主要含有Cs+位于A位点、Ge2+位于M位点、I－位于X位点的化合物；所述化合物的至少一部分具有斜方晶系的钙钛矿型晶体结构。2.根据权利要求1所述的光吸收材料，其中，所述化合物的使用CuKα射线得到的X射线衍射图谱具有处在25.4°≤2θ≤25.8°的位置的第1峰、和处在24.9°≤2θ≤25.3°的位置的第2峰，所述第1峰的强度为所述第2峰的强度的30％以上。3.根据权利要求1所述的光吸收材料，其中，所述化合物具有1.35eV～1.53eV的带隙。4.根据权利要求3所述的光吸收材料，其中，所述化合物具有1.45eV～1.48eV的带隙。5.一种太阳能电池，其包括：具有导电性的第1电极、位于所述第1电极上且将入射光转换为电荷的光吸收层、以及位于所述光吸收层上且具有导电性的第2电极；其中，所述光吸收层含有权利要求1～4中任1项所述的光吸收材料。6.一种光吸收材料的制造方法，其中，所述光吸收材料是用组成式AMX3表示的具有钙...

【专利技术属性】
技术研发人员：松下明生，奥村纮子，
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