鈣鈦礦型太陽能電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及媽鈦礦型太陽能電池(perovskite solar cell)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年,作為化石燃料的替代能源,又,作為地球溫室效應(yīng)的對(duì)策,太陽能電池的重要性提高。但是,硅系太陽能電池為代表的現(xiàn)有的太陽能電池的現(xiàn)狀是成本高,是阻礙普及的要因。
[0003]所以,進(jìn)行各種低成本型的太陽能電池的研宄開發(fā),其中,瑞士洛桑工科大學(xué)的Graetzel等人發(fā)表的色素增感型太陽能電池的實(shí)用化倍受期待(參照例如專利文獻(xiàn)1,非專利文獻(xiàn)1,2)。該太陽能電池的構(gòu)造為在透明導(dǎo)電性玻璃基板上設(shè)置多孔質(zhì)金屬氧化物半導(dǎo)體電極,由其表面上吸附的色素、具有氧化還原對(duì)的電解質(zhì)、以及對(duì)向電極構(gòu)成。Graetzel等人通過使氧化鈦等的金屬氧化物半導(dǎo)體電極多孔質(zhì)化增大表面積,以及作為色素使釕絡(luò)合物單分子吸附顯著提高了光電轉(zhuǎn)換率。
[0004]并且,元件的制造方法可以使用印刷方式,不需要高昂的制造設(shè)備期待能降低制造成本。但是,該太陽能電池包含碘和揮發(fā)性溶劑,碘氧化還原劣化造成發(fā)電效率降低,存在電解液的揮發(fā)、泄漏的問題。
[0005]作為補(bǔ)救該缺點(diǎn)的方法,發(fā)表了以下所示的固體型色素增感型太陽能電池:
[0006]I)使用無機(jī)半導(dǎo)體(參照例如非專利文獻(xiàn)3,4)
[0007]2)使用低分子有機(jī)空穴傳輸材料(參照例如專利文獻(xiàn)2,非專利文獻(xiàn)5,6)
[0008]3)使用導(dǎo)電性高分子(參照例如專利文獻(xiàn)3,非專利文獻(xiàn)7)
[0009]在非專利文獻(xiàn)3記述的太陽能電池中,作為P型半導(dǎo)體層的構(gòu)成材料使用了碘化銅。為人公知的是,剛調(diào)制好后有比較良好的光電轉(zhuǎn)換率,但由于碘化銅的結(jié)晶粒增大等的理由造成劣化,數(shù)小時(shí)就會(huì)降低一半。于是,在非專利文獻(xiàn)4中記述的太陽能電池中,通過添加咪唑啉硫氰酸酯可以抑制碘化銅的結(jié)晶化,但不充分。
[0010]非專利文獻(xiàn)5中記述的使用低分子有機(jī)空穴傳輸材料類型的固體型色素增感太陽能電池由Hagen等人報(bào)告,Graetzel等人改良(非專利文獻(xiàn)6)。專利文獻(xiàn)2中記述的使用三苯胺化合物的固體型色素增感太陽能電池,三苯胺化合物進(jìn)行真空蒸鍍形成電荷運(yùn)輸層。所以,三苯胺化合物無法到達(dá)多孔質(zhì)半導(dǎo)體的內(nèi)部空穴,只能得到低的轉(zhuǎn)換率。非專利文獻(xiàn)6記述的例為螺形空穴傳輸材料在有機(jī)溶劑中溶解,利用旋轉(zhuǎn)涂布得到納米二氧化鈦粒子和空穴傳輸材料的結(jié)合體。但是,該太陽能電池中納米二氧化鈦粒子膜厚的最適值為2 μπι左右,使用碘電解液時(shí)為10?20 μm,相對(duì)來說非常薄。所以,氧化鈦上吸附的色素量也少,無法充分進(jìn)行光吸收、生成載體也困難,無法達(dá)到使用電解液時(shí)的特性。納米二氧化鈦粒子的膜厚為2 μ m為止的理由是,膜厚變厚時(shí)空穴傳輸材料的浸透不充分。
[0011]并且,作為使用導(dǎo)電性高分子類型的固體型太陽能電池,有大阪大學(xué)柳田等人報(bào)告的使用多吡咯(參照非專利文獻(xiàn)7)。即使這些太陽能電池轉(zhuǎn)換率也低,專利文獻(xiàn)3記述的使用聚噻吩衍生物的固體型色素增感太陽能電池,在吸附色素的多孔質(zhì)氧化鈦電極上,使用電解聚合法設(shè)有電荷移動(dòng)層,但存在色素從氧化鈦脫附,或者色素的分解的問題。
[0012]并且,近年由鈣鈦礦型化合物吸收光并發(fā)電的鈣鈦礦型太陽能電池由桐蔭橫浜大學(xué)宮坂等人報(bào)告(參照非專利文獻(xiàn)8)。該太陽能電池使用的鈣鈦礦型化合物為混合鹵化甲胺和鹵化鉛形成,在可見光范圍內(nèi)強(qiáng)吸收。但是,該化合物在溶液中不穩(wěn)定,使用碘電解液時(shí)太陽能電池特性降低。由此,有碘電解液變更為有機(jī)空穴傳輸材料以提高轉(zhuǎn)換率的太陽能電池的報(bào)告(參照非專利文獻(xiàn)9)。但是,非專利文獻(xiàn)9中報(bào)告的太陽能電池也不能達(dá)到充分的轉(zhuǎn)換率,需要進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換率。
[0013]以上,迄今為止研發(fā)的太陽能電池,其現(xiàn)狀都不能達(dá)到讓人滿意的特性。
[0014]【專利文獻(xiàn)】
[0015]【專利文獻(xiàn)I】專利第2664194號(hào)公報(bào)
[0016]【專利文獻(xiàn)2】特開平11-144773號(hào)公報(bào)
[0017]【專利文獻(xiàn)3】特開2000-106223號(hào)公報(bào)
[0018]【專利文獻(xiàn)4】W007/100095號(hào)公報(bào)
[0019]【非專利文獻(xiàn)】
[0020]【非專利文獻(xiàn)I】 Nature,353 (1991) 737
[0021]【非專利文獻(xiàn)2】J.Am.Chem.Soc.,115 (1993) 6382
[0022]【非專利文獻(xiàn)3】Semicond.Sc1.Technol.,10 (1995) 1689
[0023]【非專利文獻(xiàn)4】Electrochemistry,70 (2002) 432
[0024]【非專利文獻(xiàn)5】Synthetic Metals,89 (1997) 215
[0025]【非專利文獻(xiàn)6】Nature,398 (1998) 583
[0026]【非專利文獻(xiàn)7】Chem.Lett.,(1997)471
[0027]【非專利文獻(xiàn)8】J.Am.Chem.Soc.,131 (2009) 6050
[0028]【非專利文獻(xiàn)9】Science,338 (2012) 643
【發(fā)明內(nèi)容】
[0029]本發(fā)明就是鑒于上述以往技術(shù)中所存在的問題而提出來的,其目的在于,提供光電轉(zhuǎn)換率優(yōu)異的鈣鈦礦型太陽能電池。
[0030]為解決上述課題,本發(fā)明涉及的鈣鈦礦型太陽能電池,在基板上,包括:
[0031]第一電極;
[0032]電子傳輸層,含有電子傳輸性化合物,設(shè)在上述第一電極上;
[0033]鈣鈦礦化合物層,含有鈣鈦礦化合物,設(shè)在上述電子傳輸層上;
[0034]空穴傳輸層,含有空穴傳輸化合物,設(shè)在上述鈣鈦礦化合物層上;以及
[0035]第二電極,設(shè)在上述空穴傳輸層上;
[0036]上述鈣鈦礦型太陽能電池的特征在于:
[0037]上述鈣鈦礦化合物用化學(xué)式XaYfiMy表示,在上述化學(xué)式中,X為鹵素原子,Y為烷基胺化合物,M為含有鉛和銻的混合物,a: β: γ的比例為3:1:1。
[0038]下面,說明本發(fā)明的效果:
[0039]根據(jù)本發(fā)明,可以提供光電轉(zhuǎn)換率優(yōu)異的鈣鈦礦型太陽能電池。
【附圖說明】
[0040]圖1是表示本發(fā)明涉及的鈣鈦礦型太陽能電池的一實(shí)施形態(tài)中的構(gòu)造的概略截面圖。
[0041]圖2是表示實(shí)施例1和比較例I的鈣鈦礦型太陽能電池的光譜感光度特性的圖表。
【具體實(shí)施方式】
[0042](I)本發(fā)明涉及的鈣鈦礦型太陽能電池在基板I上,包括:
[0043]第一電極2;
[0044]電子傳輸層(3,4),含有電子傳輸性化合物,設(shè)在上述第一電極2上;
[0045]鈣鈦礦化合物層5,含有鈣鈦礦化合物,設(shè)在上述電子傳輸層(3,4)上;
[0046]空穴傳輸層6,含有空穴傳輸化合物,設(shè)在上述鈣鈦礦化合物層5上;以及
[0047]第二電極7,設(shè)在上述空穴傳輸層6上;
[0048]上述鈣鈦礦型太陽能電池的特征在于:
[0049]上述鈣鈦礦化合物用化學(xué)式XaYfiMy表示,在上述化學(xué)式中,X為鹵素原子,Y為烷基胺化合物,M為含有鉛和銻的混合物,a: β: γ的比例為3:1:1。
[0050]本發(fā)明涉及具有上述⑴中記述的構(gòu)成的“鈣鈦礦型太陽能電池”,該“鈣鈦礦型太陽能電池”也包括通過以下的詳細(xì)說明可以理解的、下述的⑵?(5)記述的形態(tài)的“鈣鈦礦型太陽能電池”。
[0051](2)如上述(I)所述的鈣鈦礦型太陽能電池,其特征在于,上述鈣鈦礦化合物由鹵化鉛和鹵化銻的混合物、以及鹵化烷基胺形成。
[0052](3)如上述⑵所述的鈣鈦礦型太陽能電池,其特征在于,上述鹵化烷基胺含有鹵化甲胺以及鹵化甲脒的任一種。
[0053](4)如上述(I)?(3)的任一項(xiàng)所述的鈣鈦礦型太陽能電池,其特征在于,電子傳輸性化合物為金屬氧化物。
[0054](5)如上述(4)所述的鈣鈦礦型太陽能電池,其特征在于,上述金屬氧化物為氧化鋅、氧化錫、氧化鈦、氧化鋁、氧化銀、氧化紀(jì)以及鈦酸鋇的任一種。
[0055]根據(jù)上述(2)、(3)所述的構(gòu)成,除了上述“發(fā)明效果”,還可以提供具有良好轉(zhuǎn)換率的鈣鈦礦型太陽能電池。
[0056]根據(jù)上述(4),(5)所述的構(gòu)成,通過在電子傳輸層使用金屬氧化物,能使電子移動(dòng)更高效,提供轉(zhuǎn)換率更加優(yōu)異的鈣鈦礦型太陽能電池。
[0057]其次,對(duì)本發(fā)明涉及的鈣鈦礦型太陽能電池進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0058]在以下各實(shí)施形態(tài)中,雖然對(duì)構(gòu)成要素,種類,組合等作了各種限定,但是,這些僅僅是例舉,本發(fā)明并不局限于此。
[0059]關(guān)于鈣鈦礦型太陽能電池的結(jié)構(gòu)根據(jù)圖1進(jìn)行說明。
[0060]并且,圖1是表示本發(fā)明涉及的鈣鈦礦型太陽能電池的一實(shí)施形態(tài)的構(gòu)造的概略截面圖。
[0061]在圖1所述的形態(tài)中,基板I上設(shè)有第一電極2,依次設(shè)有細(xì)密的電子傳輸層3,多孔質(zhì)狀的電子傳輸層4。其后,設(shè)為依次設(shè)有包覆電子傳輸層的鈣鈦礦化合物層5、空穴傳輸層6、第二電極7的結(jié)構(gòu)。
[0062]< 基板 >
[0063]在本發(fā)明使用的基板I必須能維持一定的硬性(硬度),作為基板I可以使用的物質(zhì)可列舉玻璃,透明塑料板,透明塑料膜,無機(jī)物透明結(jié)晶體等。
[0064]<第一電極(電子集電電極)>
[0065]在本發(fā)明使用的包含貫通孔的第一電極(以下,稱為“電子集電電極”)設(shè)在基板I上。作為電子集電電極2,由對(duì)可見光透明的導(dǎo)電性物質(zhì)或金屬構(gòu)成,可以使用通常的光電轉(zhuǎn)換元件,或者用于液晶面板等的公知物質(zhì)。例如可列舉銦/錫氧化物(以下,稱為ITO),氟摻雜氧化錫(以下,稱為FT0),銻摻雜氧化錫(以下,稱為ΑΤ0),銦/鋅氧化物,鈮/鈦氧化物,石墨烯,金,銀,Pt,Ti,Cr等金屬,可以是單獨(dú)或是復(fù)數(shù)疊層。電子集電電極的厚度優(yōu)選的是5nm?100 μ m,更優(yōu)選的是50nm?1ym0
[0066]并且,也可