光吸收材料和使用该光吸收材料的太阳能电池制造技术

本公开提供光吸收材料和使用该光吸收材料的太阳能电池，所述光吸收材料能够降低载流子密度。本公开的一技术方案涉及的光吸收材料，包含金属Sn和由组成式ABX3表示的钙钛矿化合物。所述A包含一价阳离子，所述B包含Sn阳离子，所述X包含卤素阴离子。本公开的一技术方案涉及的太阳能电池100，具备第1电极(2)、第2电极(4)、以及位于第1电极(2)与第2电极(4)之间的光吸收层(3)，第1电极(2)和第2电极(4)中的至少一者具有透光性，光吸收层(3)包含上述光吸收材料。

Optical Absorbing Materials and Solar Cells Using the Optical Absorbing Materials

【技术实现步骤摘要】
光吸收材料和使用该光吸收材料的太阳能电池
本公开涉及光吸收材料和使用该光吸收材料的太阳能电池。
技术介绍
近年来，一直进行着钙钛矿太阳能电池的研究开发。该钙钛矿太阳能电池中，使用由组成式ABX3(A是一价阳离子，B是二价阳离子，并且X是卤素阴离子)表示的钙钛矿型晶体结构或与其类似的结构体形成的钙钛矿化合物作为光吸收材料。非专利文献1公开了作为钙钛矿太阳能电池的光吸收材料，使用由CH3NH3SnI3(以下有时省略为“MASnI3”)表示的钙钛矿化合物。非专利文献2公开了由(NH2)2CHSnI3(以下有时省略为“FASnI3”)表示的钙钛矿化合物。本说明书中，有时将作为二价阳离子包含Sn阳离子的钙钛矿化合物称为“Sn系钙钛矿化合物”。在先技术文献非专利文献1：ShuyanShaoet.al.,"HighlyReproducibleSn-BasedHybridPerovskiteSolarCellswith9％Efficiency",AdvancedEnergyMaterials,2018,Vol.8,1702019非专利文献2：MulmudiHemantKumaretal.,"Lead-FreeHalidePerovskiteSolarCellswithHighPhotocurrentsRealizedThroughVacancyModulation",AdvancedMaterials,2014,Vol.26,7122-7127
技术实现思路
本公开的目的是提供一种具有低的载流子密度的光吸收材料。本公开的光吸收材料，包含金属Sn和由组成式ABX3表示的钙钛矿化合物，所述A表示一价阳离子，所述B表示包含Sn阳离子的二价阳离子，所述X表示卤素阴离子。本公开提供一种具有低的载流子密度的光吸收材料。附图说明图1是表示太阳能电池的光吸收层的载流子密度与太阳能电池的转换效率之间的关系的图表。图2是表示通过第一原理计算而算出的Sn系钙钛矿化合物与Sn的化合物和金属Sn共存时的、钙钛矿化合物中的Sn的化学势与Sn孔隙的缺陷形成能之间的相关性的图表。图3A表示本公开的光吸收材料的制造方法的一例中所含的一工序的示意图。图3B表示除了图3A所示的工序以外的、本公开的光吸收材料的制造方法的一例中所含的一工序的示意图。图3C表示继图3A和图3B之后的、本公开的光吸收材料的制造方法的一例中所含的一工序的示意图。图4是表示本实施方式的太阳能电池的第1例的截面图。图5是表示本实施方式的太阳能电池的第2例的截面图。图6是表示本实施方式的太阳能电池的第3例的截面图。图7是表示本实施方式的太阳能电池的第4例的截面图。图8A是表示实施例1～实施例4和比较例1的XRD测定结果的图表。图8B是表示实施例1～实施例4和比较例1的XRD测定结果的图表。图9是表示实施例1～实施例4和比较例1的光吸收材料的膜的透光率测定结果的图表。附图标记说明1、31基板2、22、32第1电极3光吸收层4、34第2电极5电子传输层6多孔质层7空穴传输层10黑色的溶液(即、第1溶液)11玻璃基板12金属Sn膜100、200、300、400太阳能电池具体实施方式以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。＜成为本公开的基础的见解＞成为本公开的基础的见解如下所述。Sn系钙钛矿化合物具有1.4eV附近的带隙，因此是适合作为太阳能电池的光吸收材料的材料。但是，Sn系钙钛矿化合物中，被Sn2+占据的B位点的一部分成为孔隙，通过该Sn2+的孔隙生成，载流子密度增高为1019cm-3。其结果，Sn系钙钛矿化合物不显示i型半导体的性质，而是显示p型半导体的性质。由此，如果将Sn系钙钛矿化合物原样作为太阳能电池的光吸收材料使用，则无法实现适当的p-i-n结，导致太阳能电池的转换效率降低。非专利文献2报告了通过向Sn系钙钛矿化合物添加SnF2，使载流子密度降低至1018cm-3，其结果，转换效率提高。但是，为了最适合转换效率提高的p-i-n结，需要进一步降低载流子密度。图1是表示太阳能电池的光吸收层的载流子密度与太阳能电池的转换效率之间的关系的图表。该关系是通过设备模拟而计算的。由图1所示的结果可知，为了得到高转换效率，需要使光吸收层的载流子密度降低至1015cm-3以下。因此，对于Sn系钙钛矿化合物，需求使载流子密度降低。本专利技术人为了使Sn系钙钛矿化合物的载流子密度降低，使用金属Sn作为原料调制钙钛矿化合物。另外，本专利技术人为了使Sn系钙钛矿化合物的载流子密度降低，向Sn系钙钛矿化合物添加金属Sn。基于这些见解，本专利技术人专利技术了包含Sn系钙钛矿化合物、并且载流子密度降低了的光吸收材料以及使用该光吸收材料的太阳能电池。(钙钛矿化合物的组成和晶体结构)本公开的一实施方式的光吸收材料，包含金属Sn和由组成式ABX3表示的钙钛矿化合物。A表示一价阳离子，B表示包含Sn阳离子的二价阳离子，X表示卤素阴离子。以下，有时将这样的钙钛矿化合物记载为“本实施方式中的钙钛矿化合物”。按照钙钛矿化合物惯用的表现方式，本说明书中，A、B和X分别是指A位点、B位点和X位点。光吸收材料作为光电转换材料发挥作用。本实施方式中的钙钛矿化合物，具有由ABX3表示的钙钛矿型晶体结构。作为一例，在上述组成式中，A是一价阳离子，B是Sn阳离子，X是卤素阴离子。即、本实施方式中的钙钛矿化合物，例如一价阳离子位于A位点，Sn2+位于B位点，卤素阴离子位于X位点。对于位于A位点的一价阳离子没有特别限定。一价阳离子例如是有机阳离子或碱金属阳离子。一价阳离子例如包含选自甲基铵阳离子(CH3NH3+)、甲脒阳离子(NH2CHNH2+)、铯阳离子(Cs+)、苯乙基铵阳离子(C6H5C2H4NH3+)和胍阳离子(CH6N3+)之中的至少一者。一价阳离子例如是甲脒阳离子。位于X位点的卤素阴离子例如是碘离子。A位点、B位点和X位点可以分别被多种离子占据。本实施方式中，金属Sn存在于光吸收材料内。本实施方式中，只要金属Sn存在于光吸收材料内，则例如可以微粒化而分散，也可以是部分偏析的形态。本实施方式的光吸收材料，在利用CuKα射线进行X射线衍射测定的情况下，其结果得到的X射线衍射图案例如可以具有以下特性。再者，在此将衍射角为24.2°以上且24.4°以下的范围设为第1范围，将衍射角为30.5°以上且30.7°以下的范围设为第2范围。第1范围相当于来自本实施方式中的钙钛矿化合物的峰位置。第2范围相当于来自金属Sn的峰位置。本实施方式的光吸收材料的X射线衍射图案中，第2范围中的最大衍射强度相对于第1范围中的最大衍射强度的比率(以下有时称为“强度比率”)例如大于48％且小于1130％。强度比率也可以为80％以上且510％以下。强度比率大于48％的光吸收材料能够实现低的载流子密度，因此在用于太阳能电池的情况下能够使转换效率提高。强度比率小于1130％的光吸收材料，在用于钙钛矿太阳能电池的情况下，能够抑制由金属Sn的反射引起的透过率的降低，能够实现更高的转换效率。本实施方式的光吸收材料包含本实施方式中的钙钛矿化合物和金属Sn。因此，本实施方式的光吸收材料的上述X射线衍射图案，例如在第1范围和第2范围分别具有峰。本实施方式的光吸收材料的X射线光电子能谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光吸收材料，包含金属Sn和由组成式ABX3表示的钙钛矿化合物，所述A表示一价阳离子，所述B表示包含Sn阳离子的二价阳离子，所述X表示卤素阴离子。

【技术特征摘要】
2018.01.17 JP 2018-0056541.一种光吸收材料，包含金属Sn和由组成式ABX3表示的钙钛矿化合物，所述A表示一价阳离子，所述B表示包含Sn阳离子的二价阳离子，所述X表示卤素阴离子。2.根据权利要求1所述的光吸收材料，在使用CuKα射线的X射线衍射测定结果中，在将衍射角2θ为24.2°以上且24.4°以下的范围设为第1范围，并将衍射角2θ为30.5°以上且30.7°以下的范围设为第2范围时，所述第2范围中的最大衍射强度相对于所述第1范围中的最大衍射强度的强度...

【专利技术属性】
技术研发人员：横山智康，铃鹿理生，
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