光吸收层、光电转换元件和太阳能电池制造技术

本发明专利技术涉及用于形成光电转换效率优异的光电转换元件和太阳能电池的光吸收层、具有该光吸收层的光电转换元件和太阳能电池。本发明专利技术的光吸收层含有钙钛矿化合物和量子点，上述量子点的圆形度为0.50～0.92。根据本发明专利技术，在含有钙钛矿化合物和量子点的光吸收层、光电转换元件和太阳能电池中，通过控制量子点的颗粒形状、利用具有特定能级的化合物覆盖量子点表面或将这些技术组合，能够得到光电转换效率优异的光吸收层、光电转换元件和太阳能电池。光电转换元件和太阳能电池。光电转换元件和太阳能电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光吸收层、光电转换元件和太阳能电池


[0001]本专利技术涉及光吸收层、具有该光吸收层的光电转换元件、以及具有该光电转换元件的太阳能电池。

技术介绍

[0002]将光能转换为电能的光电转换元件被用于太阳能电池、光传感器、复印机等。特别是从环境、能源问题的观点出发，利用作为用之不尽的清洁能源的太阳光的光电转换元件(太阳能电池)备受瞩目。
[0003]通常的硅太阳能电池由于利用超高纯度的硅、通过在高真空下的外延晶体生长等“干式工艺”制造等，所以无法期待大幅度的成本降低。因此，通过涂布工艺等“湿式工艺”制造的太阳能电池作为低成本的新一代太阳能电池而备受期待。
[0004]作为能够通过“湿式工艺”制造的新一代太阳能电池，有量子点太阳能电池。所谓量子点，是指粒径为约20nm以下的无机纳米颗粒，通过表现量子尺寸效应，显示出与块体不同的物性。例如，已知随着量子点粒径的减小，带隙能增大(吸收波长短波长化)，报道了将粒径约为3nm且带隙能约为1.2eV的硫化铅(PbS)量子点用于量子点太阳能电池(ACS Nano 2014,8,614
‑
622)。
[0005]作为新一代太阳能电池的最有力的候选，有近年来报道的光电转换效率剧增的钙钛矿太阳能电池。该钙钛矿太阳能电池例如具有将由甲基铵等阳离子与碘化铅等(PbI2)等卤化金属盐构成的钙钛矿化合物(CH3NH3PbI3)用于光吸收层的光电转换元件(J.Am.Chem.Soc.2009,131,6050
‑
6051)。已知钙钛矿化合物的化学特性、物理特性因阳离子种类、卤族元素、金属元素等的组成而变化。
[0006]另外，为了实现钙钛矿化合物不发生光吸收的近红外光区域的光电转换，报道了复合有吸收近红外光的PbS量子点的钙钛矿太阳能电池(WO2018/025445)。还报道了具有在钙钛矿化合物的基质中分散有PbS量子点的光吸收层的中间带型太阳能电池(日本特许第6343406号)。

技术实现思路

[0007]本专利技术涉及用于形成光电转换效率优异的光电转换元件和太阳能电池的光吸收层、具有该光吸收层的光电转换元件和太阳能电池。
[0008]本专利技术的专利技术人发现即使使量子点以少量与钙钛矿化合物复合，也会出现光电转换效率下降的问题。
[0009]并且，本专利技术的专利技术人发现，在使量子点与钙钛矿化合物复合的情况下，通过控制量子点的颗粒形状、利用具有特定能级的化合物覆盖量子点表面或将这些技术组合，能够抑制光电转换效率降低。
[0010]即，本专利技术涉及含有钙钛矿化合物和量子点、并且上述量子点的圆形度为0.50～0.92的光吸收层。
[0011]另外，本专利技术涉及含有钙钛矿化合物和量子点的光吸收层，该量子点包含在比上述钙钛矿化合物的导带底部更靠负能级处具有导带底部和/或在比上述钙钛矿化合物的价带顶部更靠正能级处具有价带顶部的化合物。
[0012]通过使用具有特定圆形度的量子点能够抑制光电转换效率降低的原因尚不明确，但可以推定原因在于通过含有量子点的分散液(涂布液)的粘度变化，所得到的光吸收层的膜质(覆盖率)提高，载子在钙钛矿化合物表面上的热失活得到抑制。并且，通过利用具有特定能级的化合物覆盖量子点表面能够抑制光电转换效率降低的原因尚不明确，但可以推定原因在于通过在钙钛矿化合物与量子点的界面存在具有特定能级的化合物，该界面的能级发生变化，载子的热失活得到抑制。
[0013]根据本专利技术，在含有钙钛矿化合物和量子点的光吸收层、光电转换元件和太阳能电池中，通过控制量子点的颗粒形状、利用具有特定能级的化合物覆盖量子点表面或将这些技术组合，能够得到光电转换效率优异的光吸收层、光电转换元件和太阳能电池。
附图说明
[0014]图1是表示本专利技术的光电转换元件的构造的一例的截面示意图。
[0015]图2是实施例1中使用的量子点的STEM(Scanning transmission electron microscopy，扫描透射电子显微镜)(Z contrast，原子序数衬度)像。
具体实施方式
[0016]＜光吸收层＞
[0017]本专利技术的光吸收层含有钙钛矿化合物和量子点作为光吸收剂。此外，本专利技术的光吸收层还可以在不损害本专利技术效果的范围内含有上述以外的光吸收剂。
[0018]上述钙钛矿化合物是具有钙钛矿型结晶结构的化合物，能够没有特别限制地使用公知物质，但从提升耐久性(耐湿性)和光电转换效率的观点出发，优选使用具有1.5eV以上4.0eV以下的带隙能的物质。钙钛矿化合物可以单独使用1种，也可以将带隙能不同的2种以上并用。
[0019]关于上述钙钛矿化合物的带隙能，从提高光电转换效率(电压)的观点出发，优选为2.0eV以上，更优选为2.1eV以上，进一步优选为2.2eV以上；从提高光电转换效率(电流)的观点出发，优选为3.6eV以下，更优选为3.0eV以下，进一步优选为2.4eV以下。其中，钙钛矿化合物和量子点的带隙能可以按照后述实施例所记载的方法根据在25℃测得的吸收光谱求出。将与根据吸收光谱求出的带隙能对应的波长称作吸收端波长。
[0020]关于上述钙钛矿化合物的导带底部的能级，从提高钙钛矿的电子取出效率、提高光电转换效率的观点出发，优选为2.0eV vs.vacuum以上，更优选为3.0eV vs.vacuum以上，进一步优选为3.3eV vs.vacuum以上；从提高电压、提高光电转换效率的观点出发，优选为5.0eV vs.vacuum以下，更优选为4.0eV vs.vacuum以下，进一步优选为3.5eV vs.vacuum以下。
[0021]关于上述钙钛矿化合物的价带顶部的能级，从提高电压、提高光电转换效率的观点出发，优选为4.0eV vs.vacuum以上，更优选为5.0eV vs.vacuum以上，进一步优选为5.6eV vs.vacuum以上；从提高钙钛矿的空穴取出效率、提高光电转换效率的观点出发，优
选为7.0eV vs.vacuum以下，更优选为6.0eV vs.vacuum以下，进一步优选为5.8eV vs.vacuum以下。
[0022]上述钙钛矿化合物优选为选自下述通式(1)所示的化合物和下述通式(2)所示的化合物中的1种以上，从兼顾耐久性和光电转换效率的观点出发，更优选为下述通式(1)所示的化合物。
[0023]RMX3(1)
[0024](式中，R为一价阳离子，M为二价金属阳离子，X为卤素阴离子。)
[0025]R1R2R
3n
‑1M
n
X
3n+1
(2)
[0026](式中，R1、R2和R3分别独立地为一价阳离子，M为二价金属阳离子，X为卤素阴离子，n为1以上10以下的整数。)
[0027]上述R为一价阳离子，例如可以列举元素周期表第1族元素的阳离子和有机阳离子。作为元素周期表第1族元素的阳离子，例如可以列举Li
+...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种光吸收层，其特征在于，含有钙钛矿化合物和量子点，所述量子点的圆形度为0.50～0.92。2.如权利要求1所述的光吸收层，其特征在于，所述量子点具有核壳结构。3.如权利要求2所述的光吸收层，其特征在于，所述量子点的壳含有在比所述钙钛矿化合物的导带底部更靠负能级处具有导带底部和/或在比所述钙钛矿化合物的价带顶部更靠正能级处具有价带顶部的化合物。4.如权利要求2或3所述的光吸收层，其特征在于，所述量子点的核含有在比所述钙钛矿化合物的导带底部更靠正能级处具有导带底部和/或在比所述钙钛矿化合物的价带顶部更靠负能级处具有价带顶部的化合物。5.如权利要求2～4中任一项所述的光吸收层，其特征在于，所述量子点的壳含有包含与构成所述钙钛矿化合物的金属元素不同的金属元素的化合物。6.如权利要求2～5中任一项所述的光吸收层，其特征在于，所述量子点的核含有包含与构成所述钙钛矿化合物的金属元素相同的金属元素的化合物。7.如权利要求1～6中任一项的光吸收层，其特征在于，所述钙钛矿化合物为选自下述通式(1)所示的化合物和下述通式(2)所示的化合物中的1种以上，RMX
3 (1)式(1)中，R为一价阳离子，M为二价金属阳离子，X为卤素阴离...

【专利技术属性】
技术研发人员：细川浩司，
申请(专利权)人：花王株式会社，
类型：发明
国别省市：