光吸收材料和使用该光吸收材料的太阳能电池制造技术

本公开提供一种能够提高钙钛矿太阳能电池的转换效率的光吸收材料。本公开的光吸收材料具有钙钛矿晶体结构，并且由组成式ABX3表示，A是一价阳离子，A包含甲脒阳离子A

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钙钛矿太阳能电池。
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公开了使用由(HC(NH2)2)SnI3(以下记为“FASnI3”)表示的钙钛矿化合物作为钙钛矿太阳能电池的光吸收材料。非专利文献2公开了由FASnI3和(CH3NH3)SnI3(以下有时简称为“MASnI3”)表示的两种钙钛矿化合物中所含的Sn2+的以理论计算出的稳定性。在先技术文献非专利文献1：TeckMingKoh等8人，“Formamidiniumtin-basedperovskitewithlowEgforphotovoltaicapplications”，JournalofMaterialsChemistry.A，2015年7月，第3卷，p.14996-15000非专利文献2：TingtingShietal.，JournalofMaterialsChemistryA，2017年6月，第5卷，p.15124-15129非专利文献3：YangyangDangetal.，AngewandteChemieInternationalEdition，2016年，第55卷，p.3447-3450
技术实现思路
专利技术要解决的课题本公开的目的是提供一种能够提高钙钛矿太阳能电池的转换效率的光吸收材料。用于解决课题的手段本公开提供一种光吸收材料，其具有钙钛矿晶体结构，并且由组成式ABX3表示，A是一价阳离子，包含甲脒阳离子A1和含氮阳离子A2，所述含氮阳离子A2的离子半径比所述甲脒阳离子A1大，B是包含Sn阳离子的二价阳离子，并且X是卤素阴离子。专利技术的效果本公开提供一种能够提高钙钛矿太阳能电池的转换效率的光吸收材料。附图说明图1是表示本实施方式的太阳能电池的第1例的截面图。图2是表示本实施方式的太阳能电池的第2例的截面图。图3是表示本实施方式的太阳能电池的第3例的截面图。图4是表示本实施方式的太阳能电池的第4例的截面图。图5是表示本实施方式的太阳能电池的第5例的截面图。图6是表示本实施方式的太阳能电池的第6例的截面图。图7是表示本实施方式的太阳能电池的第7例的截面图。图8是表示实施例1～7和比较例1中调制的化合物的XRD测定结果的图。图9是表示实施例15～17、比较例3和比较例5中调制的化合物的XRD测定结果的图。图10是表示实施例8～20以及比较例2和4中，差量δr与晶格常数之间的关系的图。图11是表示实施例8～20以及比较例2和4中，差量δr与立方晶(100)峰的位置的衍射角2θ之间的关系的图。图12是表示实施例8～14和实施例18～21中制作的太阳能电池的光吸收层所含的钙钛矿化合物的晶格常数与该太阳能电池的归一化转换效率之间的关系的图。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8模板层100，200，300，400，500，600，700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。非专利文献2公开了随着钙钛矿化合物的A位点的阳离子的尺寸越大，Sn的5s轨道与I的5p轨道之间的键合越弱，反键轨道向低能量侧移动，Sn空缺的形成能量增加。像这样，根据非专利文献2，关于Sn2+位于B位点的钙钛矿化合物，在A位点的阳离子尺寸大的情况下，Sn空缺的形成能量增加。基于非专利文献2的公开内容，本专利技术人想到关于Sn2+位于B位点的钙钛矿化合物，在A位点的阳离子尺寸大的情况下，Sn空缺的数量减少。其结果，本专利技术人发现了能够提高太阳能电池的特性的新的FASnI3钙钛矿化合物。(光吸收材料)本实施方式的光吸收材料，具有钙钛矿晶体结构，并且由组成式ABX3表示。以下，将具有钙钛矿晶体结构并且由组成式ABX3表示的化合物称为钙钛矿化合物。按照钙钛矿化合物惯用的表现方式，本说明书中，A、B、和X分别也称为A位点、B位点和X位点。A包含A1和A2，A1和A2都是一价阳离子。A1是甲脒阳离子。A是一价阳离子，其包含甲脒阳离子A1和含氮阳离子A2。含氮阳离子A2的离子半径比甲脒阳离子大。以下，甲脒阳离子简称为“FA+”或“FA”。换言之，A位点被FA和A2占据。像这样，本实施方式中的钙钛矿化合物的A位点的一部分，包含离子半径比FA大的有机分子(即A2)。A位点的一部分，也可以被除了A1和A2以外的其它一价阳离子占据，但A优选由组成式A1(1-x)A2x表示。因此，本实施方式的光吸收材料，优选由组成式A1(1-x)A2xBX3表示。x的值大于0且小于1。优选x的值为0.05以上且0.5以下。光吸收材料作为光电转换材料发挥作用。A2只要是离子半径比甲脒阳离子大的一价阳离子，就没有限定。FA的离子半径为0.253纳米。作为一例，A2是离子半径为0.274纳米以上且0.315纳米以下的有机分子的阳离子。A2的例子有选自乙基铵阳离子和胍阳离子之中的至少一者。乙基铵阳离子的离子半径为0.274纳米。胍阳离子的离子半径为0.278纳米。以下，乙基铵阳离子简称为“EA+”或“EA”。胍阳离子简称为“GA+”或“GA”。像这样，该有机分子优选在该分子内含有氮原子。本说明书中，分子内含有氮原子的有机分子的阳离子称为“含氮阳离子”。B是包含Sn阳离子(即Sn2+)的二价阳离子。优选B为Sn阳离子(即Sn2+)。换言之，B位点优选由Sn阳离子占据。因此，本实施方式的光吸收材料优选由组成式ASnX3表示。X是卤素阴离子。换言之，X是选自由化学式Cl-表示的氯离子、由化学式Br-表示的溴离子、和由化学式I-表示的碘离子之中的至少一者。X优选为碘离子。本实施方式的光吸收材料，主要含有上述钙钛矿化合物。在此，“主要含有”是指光吸收材料包含90质量％以上(优选为95％以上)的上述钙钛矿化合物。本实施方式的光吸收材料可以由上述钙钛矿化合物形成。本实施方式的光吸收材料可包含杂质。本实施方式的光吸收材料还可以包含除了上述钙钛矿化合物以外的其它化合物。本专利技术人认为，离子半径比FA大的有机分子(即A2)，减弱Sn的5s轨道与I的5p轨道之间的键合，其结果，反键轨道与FASnI3相比向低能量侧移动。因此，本专利技术人认为上述钙钛矿化合物中，Sn空缺的数量减少，其结果，载流子再结合得到抑制。本实施方式中的钙钛矿化合物的晶格常数比不含A2的钙钛矿化合物FASnI3大。不含A2的钙钛矿化合物FASnI3的晶格常数为0.6315纳米。本实施方式中的钙钛矿化合物的晶格常数大于0.6315纳米且为0.6363纳米以下。本说明书中，不含A2的钙钛矿化合物FASnI3也可称为“未置换的钙钛矿化合物FASnI3”。本实施方式中的钙钛矿化合物的晶格常数反映离子半径比FA大的有机分子(即A2)在A位点的置换率。换言之，本实施方式中的钙钛矿化合物的晶格常数反映位于A位点的阳离子的平均离子半径。如上所述，本实施方式中的钙钛矿化合本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光吸收材料，具有钙钛矿晶体结构，并且由组成式ABX3表示，A是一价阳离子，A包含甲脒阳离子A

【技术特征摘要】
2018.01.17 JP 2018-0056531.一种光吸收材料，具有钙钛矿晶体结构，并且由组成式ABX3表示，A是一价阳离子，A包含甲脒阳离子A1和含氮阳离子A2，所述含氮阳离子A2的离子半径比所述甲脒阳离子A1大，B是包含Sn阳离子的二价阳离子，并且X是卤素阴离子。2.根据权利要求1所述的光吸收材料，所述光吸收材料由组成式A1(1-x)A2xBX3表示，并且x的值大于0且小于1。3.根据权利要求2所述的光吸收材料，x的值为0.05以上且0.5以下。4.根据权利要求1所述的光吸收材料，所述光吸收材料由组成式ASnX3表示。5.根据权利要求4所述的光吸收材料，所述光吸收材料由组成式A1(1-x)A2xSnX3表示，x的值大于0且小于1。6.根据权利要求5所述的光吸收材料，x的值为0.05以上且0.5以下。7.根据权利要求1所述的光吸收材料，在利用CuKα射线的X射线衍射测定结果中，在13.92°以上且小于14.01°的范围出现衍射角2θ的峰。8.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：关本健之，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