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JP6509342B2 - PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, METHOD FOR MANUFACTURING PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, AND SOLAR CELL - Google Patents
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PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, METHOD FOR MANUFACTURING PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, AND SOLAR CELL Download PDF

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Description

本発明は、光電変換素子、光電変換素子の製造方法、および太陽電池に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element, a method of manufacturing a photoelectric conversion element, and a solar cell.

光電変換素子は、各種の光センサー、複写機、太陽電池等に用いられている。太陽電池は、非枯渇性の太陽エネルギーを利用するものとして、その本格的な実用化が期待されている。この中でも、増感剤として有機色素またはRuビピリジル錯体等を用いた色素増感太陽電池は、研究開発が盛んに進められ、光電変換効率が11%程度に到達している。   The photoelectric conversion element is used for various light sensors, copying machines, solar cells and the like. Solar cells are expected to be put into practical use as non-depleting solar energy. Among these, in the dye-sensitized solar cell using an organic dye or Ru bipyridyl complex as a sensitizer, research and development is actively promoted, and the photoelectric conversion efficiency has reached about 11%.

その一方で、近年、ペロブスカイト型結晶構造を有する金属ハロゲン化物を光吸収剤として用いた太陽電池が、比較的高い光電変換効率を達成できるとの研究成果が報告され、注目を集めている(例えば非特許文献1)。この非特許文献1には、導電性の支持体上に酸化チタンの層(下地層)が設けられ、その上に、光吸収剤を担持した多孔質層を設けた形態が記載されている。   On the other hand, in recent years, research results have been reported that solar cells using metal halides having a perovskite crystal structure as light absorbers can achieve relatively high photoelectric conversion efficiency, and are attracting attention (for example, Non Patent Literature 1). Non-Patent Document 1 describes a mode in which a layer (underlayer) of titanium oxide is provided on a conductive support, and a porous layer supporting a light absorbing agent is provided thereon.

Science,2012年,vol.338,p.643−647Science, 2012, vol. 338, p. 643-647

ペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物(以下、「ペロブスカイト化合物」ともいう)を光吸収剤として用いた光電変換素子は、光電変換効率の向上に一定の成果が得られている。しかし、ペロブスカイト化合物を用いた光電変換素子は、近年、注目されたものであり、光電変換効率以外の電池性能についてはほとんど知られていない。   In a photoelectric conversion element using a compound having a perovskite crystal structure (hereinafter, also referred to as "perovskite compound") as a light absorber, certain achievements have been obtained for the improvement of photoelectric conversion efficiency. However, a photoelectric conversion element using a perovskite compound has attracted attention in recent years, and little is known about battery performance other than the photoelectric conversion efficiency.

光電変換素子の実用化に際しては、高い光電変換効率に加え、製造した素子間の性能のばらつきを高度に低減することが求められる。しかし、ペロブスカイト化合物を用いた光電変換素子は、その構造と性能のばらつきとの関係に不明な点が多く、素子間における光電変換効率のばらつきを十分に低減するには至っていない。
本発明は、ペロブスカイト化合物を含む光吸収剤を用いた光電変換素子であって、光電変換効率に優れ、且つ、素子間の光電変換効率のばらつきを高度に低減することができる光電変換素子を提供することを課題とする。また本発明は、上記光電変換素子を用いた太陽電池を提供することを課題とする。さらに本発明は、上記光電変換素子の製造に好適な下地層の形成方法を提供することを課題とする。
In the practical application of photoelectric conversion elements, in addition to high photoelectric conversion efficiency, it is required to highly reduce variation in performance among manufactured elements. However, the photoelectric conversion element using the perovskite compound has many unknown points in the relation between the structure and the variation in performance, and the variation in photoelectric conversion efficiency between the elements has not been sufficiently reduced.
The present invention provides a photoelectric conversion element using a light absorbing agent containing a perovskite compound, which is excellent in photoelectric conversion efficiency and can highly reduce variations in photoelectric conversion efficiency between elements. To be a task. Moreover, this invention makes it a subject to provide the solar cell using the said photoelectric conversion element. Furthermore, this invention makes it a subject to provide the formation method of the base layer suitable for manufacture of the said photoelectric conversion element.

本発明者らは上記課題に鑑み鋭意検討を重ねた結果、ペロブスカイト化合物を光吸収剤として用いた光電変換素子を製造するに際し、導電性支持体上の下地層の形成に用いる塗布液に特定の溶媒を用いることにより、形成される下地層の最大高さ粗さRzを特定のレベルにまで低減することができ、かかる下地層表面に、ペロブスカイト化合物を含む感光層を、必要により多孔質層等を介して設けることにより、上記課題を解決できることを見い出した。
本発明はこれらの知見に基づきさらに検討を重ね、完成されるに至ったものである。
As a result of intensive investigations in view of the above problems, the inventors of the present invention have found that when manufacturing a photoelectric conversion element using a perovskite compound as a light absorber, the coating solution used for forming the underlayer on the conductive support is specific. By using a solvent, the maximum height roughness Rz of the formed underlayer can be reduced to a specific level, and a photosensitive layer containing a perovskite compound can be formed on the surface of such an underlayer, if necessary. It has been found that the above problems can be solved by providing
The present invention has been further studied based on these findings and has been completed.

すなわち、本発明の上記の課題は以下の手段により解決された。
〔1〕
導電性支持体上に、下地層と多孔質層と光吸収剤を含む感光層とをこの順に有する第一電極と、この第一電極に対向する第二電極とを有する光電変換素子の製造方法であって、
上記光吸収剤が、周期表第一族元素のカチオンまたは有機カチオンと、周期表第一族元素以外の金属原子のカチオンと、アニオンとを有するペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物を含み、
上記下地層表面の最大高さ粗さRzが250nm以下であり、
上記製造方法は、上記導電性支持体上に無機半導体材料またはその前駆体を含有する塗布液を塗布して塗布膜を形成する工程と、この塗布膜を焼成して上記下地層を形成する工程とを含み、
この塗布液中の溶媒が、沸点150℃以上の溶媒S と、沸点が150℃未満であり、且つ上記溶媒S の沸点よりも沸点が50℃以上低い溶媒S とを含有し、この溶媒中における上記溶媒S の含有量が1質量%以上であり、
上記下地層の形成が、上記塗布膜を、上記溶媒S の沸点よりも低く上記溶媒S の沸点よりも高い温度で1分間以上熱し、次いで、上記溶媒S の沸点以上の温度で焼成することにより行われる、光電変換素子の製造方法
〔2〕
上記Rzが230nm以下である、〔1〕に記載の光電変換素子の製造方法
〔3〕
上記Rzが200nm以下である、〔1〕または〔2〕に記載の光電変換素子の製造方法
〔4〕
上記下地層が無機半導体材料で形成されている、〔1〕〜〔3〕のいずれか1つに記載の光電変換素子の製造方法。
〔5
上記塗布液中の溶媒が、上記溶媒Sを3〜10質量%含有する、〔1〕〜〔4〕のいずれか1つに記載の光電変換素子の製造方法。

上記溶媒Sの沸点が250℃以上である、〔1〕〜〔5〕のいずれか1つに記載の光電変換素子の製造方法
That is, the above-mentioned subject of the present invention is solved by the following means.
[1]
A method of manufacturing a photoelectric conversion device , comprising: a first electrode having a base layer, a porous layer, and a photosensitive layer containing a light absorbing agent in this order on a conductive support; and a second electrode facing the first electrode. And
The light absorber includes a compound having a perovskite crystal structure having a cation or an organic cation of a periodic table first group element, a cation of a metal atom other than the periodic table first group element, and an anion,
Maximum height roughness Rz of the base layer surface Ri der less 250 nm,
The manufacturing method comprises the steps of applying a coating solution containing an inorganic semiconductor material or a precursor thereof onto the conductive support to form a coating film, and firing the coating film to form the underlayer. Including and
The solvent of the coating solution is a solvent S 1 higher than the boiling point 0.99 ° C., boiling point is less than 0.99 ° C., and a boiling point above the boiling point of the solvent S 1 is contained and low solvent S 2 or 50 ° C., this The content of the solvent S 1 in the solvent is 1% by mass or more,
Formation of the underlying layer, the coating film, heated for 1 minute or more at a temperature higher than the low boiling point of the solvent S 2 than the boiling point of the solvent S 1, then fired at a temperature higher than the boiling point of the solvent S 1 The manufacturing method of the photoelectric conversion element performed by performing .
[2]
The manufacturing method of the photoelectric conversion element as described in [1] whose said Rz is 230 nm or less.
[3]
The manufacturing method of the photoelectric conversion element as described in [1] or [2] whose said Rz is 200 nm or less.
[4]
The manufacturing method of the photoelectric conversion element as described in any one of [1]-[3] in which the said base layer is formed with the inorganic semiconductor material .
[5 ]
The manufacturing method of the photoelectric conversion element according to any one of [1] to [4] , wherein the solvent in the coating solution contains 3 to 10% by mass of the solvent S 1 .
[ 6 ]
Boiling point of the solvent S 1 is at 250 ° C. or higher, (1) a method for manufacturing a photoelectric conversion device according to any one of to [5].

本明細書において、各式の表記は、化合物の化学構造の理解のために、一部を示性式として表記することもある。これに伴い、各式において、部分構造を(置換)基、イオンまたは原子等と称するが、本明細書において、これらは、(置換)基、イオンまたは原子等のほかに、上記式で表される(置換)基もしくはイオンを構成する元素団、または、元素を意味することがある。   In the present specification, the notations of the respective formulas may be partially indicated as the explicit formulas for the purpose of understanding the chemical structure of the compound. Accordingly, in each formula, a partial structure is referred to as a (substituted) group, an ion, an atom or the like, but in the present specification, in addition to the (substituted) group, an ion, an atom, etc., It may mean an element group or an element constituting an ion (substituted) group or ion.

本明細書において、化合物の表記については、化合物そのもののほか、その塩、そのイオンを含む意味に用いる。また、目的の効果を奏する範囲で、構造の一部を変化させたものを含む意味である。さらに、置換または無置換を明記していない基ないし化合物については、所望の効果を奏する範囲で、任意の置換基を有する基ないし化合物を含む意味である。   In the present specification, the notation of a compound is used to include the salt itself and the ion as well as the compound itself. Moreover, it is a meaning including what changed a part of structure in the range which show | plays the target effect. Furthermore, as for groups or compounds in which no substitution or substitution is specified, it is meant to include groups or compounds having any substituent, as long as the desired effects are exhibited.

本明細書において、特定の符号で表示された置換基等が複数あるとき、または複数の置換基等を同時に規定するときには、特段の断りがない限り、それぞれの置換基等は互いに同一でも異なっていてもよい。このことは、置換基等の数の規定についても同様である。   In the present specification, when there are a plurality of substituents or the like represented by a specific code, or when a plurality of substituents or the like are simultaneously defined, the respective substituents or the like may be identical to or different from each other unless otherwise specified. May be The same applies to the definition of the number of substituents and the like.

また、本明細書において、「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。   Moreover, in this specification, the numerical range represented using "-" means the range which includes the numerical value described before and after "-" as a lower limit and an upper limit.

本発明の光電変換素子は、光電変換効率に優れ、且つ、素子間における光電変換効率のばらつきが高度に抑えられる。また、本発明の太陽電池は、光電変換効率に優れ、且つ、電池間の光電変換効率のばらつきが高度に抑えられる。さらに本発明の下地層の形成方法によれば、これをペロブスカイト化合物を光吸収剤として用いた光電変換素子の製造に適用することにより、素子間における光電変換効率のばらつきが高度に抑えられた光電変換素子の製造が可能となる。
本発明の上記および他の特徴および利点は、適宜添付の図面を参照して、下記の記載からより明らかになるであろう。
The photoelectric conversion element of the present invention is excellent in photoelectric conversion efficiency, and variation in photoelectric conversion efficiency between elements can be highly suppressed. In addition, the solar cell of the present invention is excellent in photoelectric conversion efficiency, and the variation in photoelectric conversion efficiency among the cells can be highly suppressed. Furthermore, according to the method for forming an underlayer according to the present invention, the photoelectric conversion device according to the present invention is applied to the manufacture of a photoelectric conversion device using a perovskite compound as a light absorbing agent, whereby the variation of photoelectric conversion efficiency among the devices is highly suppressed. It is possible to manufacture a conversion element.
The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following description with reference to the accompanying drawings as appropriate.

本発明の光電変換素子の好ましい態様について模式的に示した断面図である。It is sectional drawing shown typically about the preferable aspect of the photoelectric conversion element of this invention. 本発明の光電変換素子の厚い感光層を有する好ましい態様について模式的に示した断面図である。It is sectional drawing shown typically about the preferable aspect which has a thick photosensitive layer of the photoelectric conversion element of this invention. 本発明の光電変換素子の別の好ましい態様について模式的に示した断面図である。It is sectional drawing typically shown about another preferable aspect of the photoelectric conversion element of this invention. 本発明の光電変換素子のまた別の好ましい態様について模式的に示した断面図である。It is sectional drawing shown typically about another preferable aspect of the photoelectric conversion element of this invention. 下地層のRzの測定エリアの、下地層表面全体に対する位置関係を示す図面である。It is drawing which shows the positional relationship with respect to the whole base layer surface of the measurement area of Rz of a base layer.

<<光電変換素子>>
本発明の光電変換素子は、導電性支持体と、下地層と、光吸収剤を含む感光層とを有する第一電極と、第一電極に対向する第二電極とを有する。ここで、第一電極と第二電極が対向するとは、第一電極と第二電極が互いに接した状態で積層された形態、第一電極と第二電極とが他の層を介して積層された形態(すなわち第一電極と第二電極が他の層を挟んで互いに対向して設けられた形態)の両形態を含む意味である。
本発明の光電変換素子は好ましくは、第一電極と第二電極の間に設けられた正孔輸送層を有する。下地層、感光層および第二電極はこの順で導電性支持体上に設けられている。すなわち、光電変換素子が正孔輸送層を有する場合には、下地層、感光層、正孔輸送層および第二電極はこの順で導電性支持体上に設けられている。また、感光層は多孔質層上に設けられていることも好ましく、この場合、下地層、多孔質層、感光層、(必要により正孔輸送層)、および第二電極がこの順に設けられている。
光吸収剤は、後述するペロブスカイト化合物を少なくとも1種含んでいる。光吸収剤は、ペロブスカイト化合物と併せて、ペロブスカイト化合物以外の光吸収剤を含んでいてもよい。ペロブスカイト化合物以外の光吸収剤としては、例えば金属錯体色素および有機色素が挙げられる。
本発明において、多孔質層上に感光層を有する態様としては、例えば、感光層が、多孔質層の表面に薄い膜状等に設けられる態様(図1参照)、多孔質層の表面に厚く設けられる態様(図2および4参照)が挙げられる。また、感光層は下地層表面に直接設けられていてもよい(図3参照)。感光層は、線状または分散状に設けられてもよいが、好ましくは膜状に設けられる。
<< photoelectric conversion element >>
The photoelectric conversion element of the present invention has a first electrode having a conductive support, an underlayer, and a photosensitive layer containing a light absorbing agent, and a second electrode opposed to the first electrode. Here, that the first electrode and the second electrode face each other means that the first electrode and the second electrode are stacked in contact with each other, and the first electrode and the second electrode are stacked via another layer. This means that both forms of the form (that is, the form in which the first electrode and the second electrode are provided to face each other with the other layer interposed therebetween) are included.
The photoelectric conversion device of the present invention preferably has a hole transport layer provided between the first electrode and the second electrode. The underlayer, the photosensitive layer and the second electrode are provided in this order on the conductive support. That is, when the photoelectric conversion element has a hole transport layer, the base layer, the photosensitive layer, the hole transport layer and the second electrode are provided in this order on the conductive support. It is also preferable that the photosensitive layer be provided on the porous layer, in which case a base layer, a porous layer, a photosensitive layer, (if necessary, a hole transport layer), and a second electrode are provided in this order. There is.
The light absorber contains at least one perovskite compound described later. The light absorbing agent may contain a light absorbing agent other than the perovskite compound in combination with the perovskite compound. Examples of light absorbers other than the perovskite compounds include metal complex dyes and organic dyes.
In the present invention, as an embodiment having a photosensitive layer on the porous layer, for example, an embodiment in which the photosensitive layer is provided in the form of a thin film on the surface of the porous layer (see FIG. 1) Aspects provided (see FIGS. 2 and 4) can be mentioned. The photosensitive layer may be provided directly on the surface of the underlayer (see FIG. 3). The photosensitive layer may be provided linearly or dispersedly, but is preferably provided in the form of a film.

本発明の光電変換素子は、本発明で規定する構成以外の構成は特に限定されず、光電変換素子および太陽電池に関する公知の構成を採用できる。本発明の光電変換素子を構成する各層は、目的に応じて設計され、例えば、単層に形成されても、複層に形成されてもよい。   The configuration of the photoelectric conversion element of the present invention is not particularly limited except for the configuration specified in the present invention, and known configurations relating to the photoelectric conversion element and the solar cell can be adopted. Each layer which comprises the photoelectric conversion element of this invention may be designed according to the objective, for example, may be formed in a single | mono layer, or may be formed in multiple layers.

以下、本発明の光電変換素子の好ましい態様について説明する。
図1〜図4において、同じ符号は同じ構成要素(部材)を意味する。
なお、図1、2および4は、多孔質層12を形成する微粒子の大きさを強調して示してある。これらの微粒子は、好ましくは、導電性支持体11に対して水平方向および垂直方向に詰まり(堆積または密着して)、多孔質構造を形成している。
Hereinafter, the preferable aspect of the photoelectric conversion element of this invention is demonstrated.
In FIGS. 1 to 4, the same reference numerals indicate the same components (members).
FIGS. 1, 2 and 4 emphasize the size of the particles forming the porous layer 12. These fine particles are preferably clogged (deposited or closely attached) to the conductive support 11 in the horizontal and vertical directions to form a porous structure.

本明細書において、単に「光電変換素子10」という場合は、特に断らない限り、光電変換素子10A、10B、10C、および10Fを意味する。このことは、システム100、第一電極1についても同様である。また、単に、「感光層13」という場合は、特に断らない限り、感光層13A、13Bおよび13Cを意味する。同様に、「正孔輸送層3」という場合は、特に断らない限り、正孔輸送層3Aおよび3Bを意味する。   In the present specification, the “photoelectric conversion element 10” simply means the photoelectric conversion elements 10A, 10B, 10C, and 10F unless otherwise specified. The same applies to the system 100 and the first electrode 1. Moreover, simply referring to “photosensitive layer 13” means photosensitive layers 13A, 13B and 13C unless otherwise specified. Similarly, the "hole transport layer 3" means the hole transport layers 3A and 3B unless otherwise specified.

本発明の光電変換素子の好ましい態様として、例えば、図1に示す光電変換素子10Aが挙げられる。図1に示されるシステム100Aは、光電変換素子10Aを外部回路6で動作手段M(例えば電動モーター)に仕事をさせる電池用途に応用したシステムである。
この光電変換素子10Aは、第一電極1Aと、第二電極2と、第一電極1Aと第二電極2の間に、後述する正孔輸送材料を含む正孔輸送層3Aとを有している。
第一電極1Aは、支持体11aおよび透明電極11bからなる導電性支持体11と、多孔質層12と、多孔質層12上に感光層13Aとを有している。また透明電極11b上に下地層14を有し、下地層14上に多孔質層12が形成される。このように多孔質層12を有する光電変換素子10Aは、感光層13Aの表面積が大きくなるため、電荷分離および電荷移動効率が向上すると推測される。
As a preferable aspect of the photoelectric conversion element of this invention, 10 A of photoelectric conversion elements shown in FIG. 1 are mentioned, for example. The system 100A shown in FIG. 1 is a system in which the photoelectric conversion element 10A is applied to a battery application that causes the operation means M (for example, an electric motor) to work with the external circuit 6.
The photoelectric conversion element 10A includes a first electrode 1A, a second electrode 2, and a hole transport layer 3A including a hole transport material described later between the first electrode 1A and the second electrode 2 There is.
The first electrode 1A has a conductive support 11 composed of a support 11a and a transparent electrode 11b, a porous layer 12, and a photosensitive layer 13A on the porous layer 12. Further, the base layer 14 is provided on the transparent electrode 11 b, and the porous layer 12 is formed on the base layer 14. As described above, in the photoelectric conversion element 10A having the porous layer 12, the surface area of the photosensitive layer 13A is increased, so it is estimated that the charge separation and the charge transfer efficiency are improved.

図2に示す光電変換素子10Bは、図1に示す光電変換素子10Aの感光層13Aを厚く設けた好ましい態様を模式的に示したものである。この光電変換素子10Bにおいて、正孔輸送層3Bは薄く設けられている。光電変換素子10Bは、図1で示した光電変換素子10Aに対して感光層13Bおよび正孔輸送層3Bの膜厚(層厚)の点で異なるが、これらの点以外は光電変換素子10Aと同様に構成されている。   The photoelectric conversion element 10B shown in FIG. 2 schematically shows a preferred embodiment in which the photosensitive layer 13A of the photoelectric conversion element 10A shown in FIG. 1 is thickly provided. In the photoelectric conversion element 10B, the hole transport layer 3B is thinly provided. The photoelectric conversion element 10B is different from the photoelectric conversion element 10A shown in FIG. 1 in the film thickness (layer thickness) of the photosensitive layer 13B and the hole transport layer 3B, but the photoelectric conversion element 10A is different from the photoelectric conversion element 10A except these points. It is configured similarly.

図3に示す光電変換素子10Cは、本発明の光電変換素子の別の好ましい態様を模式的に示したものである。光電変換素子10Cは、図2に示す光電変換素子10Bに対して多孔質層12を設けていない点で異なるが、この点以外は光電変換素子10Bと同様に構成されている。すなわち、光電変換素子10Cにおいて、感光層13Cは下地層14の表面に厚い膜状に形成されている。光電変換素子10Cにおいて、正孔輸送層3Bは正孔輸送層3Aと同様に厚く設けることもできる。   The photoelectric conversion element 10C shown in FIG. 3 schematically shows another preferable embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention. The photoelectric conversion element 10C is different from the photoelectric conversion element 10B shown in FIG. 2 in that the porous layer 12 is not provided, but other than this point, the photoelectric conversion element 10C is configured in the same manner as the photoelectric conversion element 10B. That is, in the photoelectric conversion element 10C, the photosensitive layer 13C is formed on the surface of the base layer 14 in a thick film shape. In the photoelectric conversion element 10C, the hole transport layer 3B can be provided as thick as the hole transport layer 3A.

図4に示す光電変換素子10Fは、本発明の光電変換素子のさらにまた別の好ましい態様を模式的に示したものである。光電変換素子10Fは、図2に示す光電変換素子10Bに対して正孔輸送層3Bを設けていない点で異なるが、この点以外は光電変換素子10Bと同様に構成されている。   The photoelectric conversion element 10F shown in FIG. 4 schematically shows still another preferable embodiment of the photoelectric conversion element of the present invention. The photoelectric conversion element 10F is different from the photoelectric conversion element 10B shown in FIG. 2 in that the hole transport layer 3B is not provided, but the photoelectric conversion element 10F is configured the same as the photoelectric conversion element 10B except this point.

本発明において、光電変換素子10を応用したシステム100は、以下のようにして、太陽電池として、機能する。
すなわち、光電変換素子10Aにおいて、導電性支持体11を透過して、または第二電極2を透過して感光層13に入射した光は光吸収剤を励起する。励起された光吸収剤はエネルギーの高い電子を有しており、この電子を放出できる。エネルギーの高い電子を放出した光吸収剤は酸化体となる。
In the present invention, the system 100 to which the photoelectric conversion element 10 is applied functions as a solar cell as follows.
That is, in the photoelectric conversion element 10A, the light transmitted through the conductive support 11 or transmitted through the second electrode 2 and incident on the photosensitive layer 13 excites the light absorbing agent. The excited light absorber has high energy electrons and can emit the electrons. A light absorber that emits high energy electrons becomes an oxidant.

光電変換素子10A、10B、10Cおよび10Fにおいては、光吸収剤から放出された電子は、光吸収剤間を移動して導電性支持体11に到達する。このとき、エネルギーの高い電子を放出した光吸収剤は酸化体となっている。導電性支持体11に到達した電子が外部回路6で仕事をした後、第二電極2を経て(正孔輸送層3がある場合にはさらに正孔輸送層3を経由して)、感光層13に戻る。感光層13に戻った電子により光吸収剤が還元される。   In the photoelectric conversion elements 10A, 10B, 10C and 10F, electrons emitted from the light absorbing agent move between the light absorbing agents and reach the conductive support 11. At this time, the light absorbing agent that has emitted high-energy electrons is an oxidant. Electrons reaching the conductive support 11 work in the external circuit 6, and then pass through the second electrode 2 (if there is the hole transport layer 3, further via the hole transport layer 3), the photosensitive layer Return to 13. The light absorber is reduced by the electrons returned to the photosensitive layer 13.

本発明の光電変換素子10においては、感光層13から導電性支持体11への電子の流れ方は、多孔質層の有無およびその種類等により、異なる。本発明の光電変換素子10においては、光吸収剤間を電子が移動する電子伝導が起こる。したがって、多孔質層12を設ける場合、多孔質層12は従来の半導体以外に絶縁体で形成することができる。多孔質層12が半導体で形成される場合、多孔質層12の半導体微粒子内部や半導体微粒子間を電子が移動する電子伝導も起こる。一方、多孔質層12が絶縁体で形成される場合、多孔質層12での電子伝導は起こらない。多孔質層12が絶縁体で形成される場合、絶縁体微粒子に酸化アルミニウム(Al)の微粒子を用いると、比較的高い起電力(Voc)が得られる。
なお、下地層14が導体または半導体により形成された場合も下地層14での電子伝導が起こる。
In the photoelectric conversion element 10 of the present invention, the flow of electrons from the photosensitive layer 13 to the conductive support 11 differs depending on the presence or absence of the porous layer, the type thereof and the like. In the photoelectric conversion element 10 of the present invention, electron conduction occurs in which electrons move between light absorbers. Therefore, when the porous layer 12 is provided, the porous layer 12 can be formed of an insulator other than the conventional semiconductor. When the porous layer 12 is formed of a semiconductor, electron conduction in which electrons move between semiconductor fine particles in the porous layer 12 and between semiconductor fine particles also occurs. On the other hand, when the porous layer 12 is formed of an insulator, electron conduction in the porous layer 12 does not occur. When the porous layer 12 is formed of an insulator, relatively high electromotive force (Voc) can be obtained by using fine particles of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) as the insulator fine particles.
Note that electron conduction in the underlayer 14 also occurs when the underlayer 14 is formed of a conductor or a semiconductor.

本発明の光電変換素子および太陽電池は、上記の好ましい態様に限定されず、各態様の構成等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各態様間で適宜組み合わせることができる。例えば、光電変換素子10Cにおいて、光電変換素子10Fのように、正孔輸送層3Bを設けない構成とすることもできる。   The photoelectric conversion element and the solar cell of the present invention are not limited to the above preferred embodiments, and the configurations and the like of the respective embodiments can be appropriately combined between the respective embodiments without departing from the spirit of the present invention. For example, in the photoelectric conversion element 10C, as in the photoelectric conversion element 10F, the hole transport layer 3B may not be provided.

本発明において、光電変換素子または太陽電池に用いられる材料および各部材は、下地層および感光層を除いて、常法により調製することができる。ペロブスカイト化合物を用いた光電変換素子または太陽電池について、例えば、非特許文献1を参照することができる。また、色素増感太陽電池について、例えば、特開2001−291534号公報、米国特許第4,927,721号明細書、米国特許第4,684,537号明細書、米国特許第5,084,365号明細書、米国特許第5,350,644号明細書、米国特許第5,463,057号明細書、米国特許第5,525,440号明細書、特開平7−249790号公報、特開2004−220974号公報、特開2008−135197号公報を参照することができる。   In the present invention, the materials and members used for the photoelectric conversion element or the solar cell can be prepared by an ordinary method except for the underlayer and the photosensitive layer. For a photoelectric conversion element or a solar cell using a perovskite compound, for example, Non-Patent Document 1 can be referred to. With respect to dye-sensitized solar cells, for example, JP-A 2001-291534, U.S. Pat. No. 4,927,721, U.S. Pat. No. 4,684,537, U.S. Pat. No. 5,084, No. 365, U.S. Pat. No. 5,350,644, U.S. Pat. No. 5,463,057, U.S. Pat. No. 5,525,440, JP-A-7-249790, and the like. JP 2004-220974 A and JP 2008-135197 A can be referred to.

以下、本発明の光電変換素子および太陽電池の主たる部材および化合物の好ましい態様について、説明する。   Hereinafter, the preferable aspect of the main members of a photoelectric conversion element of this invention and a solar cell, and a compound is demonstrated.

<第一電極1>
第一電極1は、導電性支持体11と下地層14と感光層13とを有し、光電変換素子10において作用電極として機能する。
第一電極1は、図1〜4に示されるように、導電性支持体11、下地層14、感光層13に加え、多孔質層12を有することも好ましい。
<First electrode 1>
The first electrode 1 has a conductive support 11, an underlayer 14 and a photosensitive layer 13 and functions as a working electrode in the photoelectric conversion element 10.
It is also preferable that the first electrode 1 have a porous layer 12 in addition to the conductive support 11, the underlayer 14, and the photosensitive layer 13 as shown in FIGS.

− 導電性支持体11 −
導電性支持体11は、導電性を有し、感光層13等を支持できるものであれば特に限定されない。導電性支持体11は、導電性を有する材料、例えば金属で形成された構成、または、ガラスもしくはプラスチックの支持体11aとこの支持体11aの表面に形成された導電膜としての透明電極11bとを有する構成が好ましい。
-Conductive support 11-
The conductive support 11 is not particularly limited as long as it has conductivity and can support the photosensitive layer 13 and the like. The conductive support 11 is formed of a material having conductivity, for example, a metal, or a support 11a of glass or plastic and a transparent electrode 11b as a conductive film formed on the surface of the support 11a. The structure which it has is preferable.

なかでも、図1〜図4に示されるように、ガラスまたはプラスチックの支持体11aの表面に導電性の金属酸化物を塗設して透明電極11bを成膜した導電性支持体11がさらに好ましい。プラスチックで形成された支持体11aとしては、例えば、特開2001−291534号公報の段落番号0153に記載の透明ポリマーフィルムが挙げられる。支持体11aを形成する材料としては、ガラスおよびプラスチックの他にも、セラミック(特開2005−135902号公報)、導電性樹脂(特開2001−160425号公報)を用いることができる。金属酸化物としては、スズ酸化物(TO)が好ましく、インジウム−スズ酸化物(スズドープ酸化インジウム;ITO)、フッ素をドープした酸化スズ(FTO)等のフッ素ドープスズ酸化物が特に好ましい。このときの金属酸化物の塗布量は、支持体11aの表面積1m当たり0.1〜100gが好ましい。導電性支持体11を用いる場合、光は支持体11a側から入射させることが好ましい。Among them, as shown in FIGS. 1 to 4, the conductive support 11 in which the transparent electrode 11 b is formed by coating the conductive metal oxide on the surface of the support 11 a of glass or plastic is more preferable. . As the support body 11a formed with the plastics, the transparent polymer film as described in stage number 0153 of Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-291534 is mentioned, for example. As materials for forming the support 11a, ceramic (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-135902) and conductive resin (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-160425) can be used besides glass and plastic. As a metal oxide, tin oxide (TO) is preferable, and fluorine-doped tin oxide such as indium-tin oxide (tin-doped indium oxide; ITO) and fluorine-doped tin oxide (FTO) is particularly preferable. The coating amount of the metal oxide of this time, the surface area 1 m 2 per 0.1~100g supports 11a are preferred. In the case of using the conductive support 11, light is preferably incident from the support 11a side.

導電性支持体11は、実質的に透明であることが好ましい。本発明において、「実質的に透明である」とは、光(波長300〜1200nm)の透過率が10%以上であることを意味し、50%以上が好ましく、80%以上が特に好ましい。
支持体11aおよび導電性支持体11の厚みは、特に限定されず、適宜の厚みに設定される。例えば、0.01μm〜10mmであることが好ましく、0.1μm〜5mmであることがさらに好ましく、0.3μm〜4mmであることが特に好ましい。
透明電極11bを設ける場合、透明電極11bの膜厚は、特に限定されず、例えば、0.01〜30μmであることが好ましく、0.03〜25μmであることがさらに好ましく、0.05〜20μmであることが特に好ましい。
The conductive support 11 is preferably substantially transparent. In the present invention, "substantially transparent" means that the transmittance of light (wavelength 300 to 1200 nm) is 10% or more, preferably 50% or more, and particularly preferably 80% or more.
The thickness of the support 11 a and the conductive support 11 is not particularly limited, and is set to an appropriate thickness. For example, 0.01 μm to 10 mm is preferable, 0.1 μm to 5 mm is more preferable, and 0.3 μm to 4 mm is particularly preferable.
When the transparent electrode 11 b is provided, the film thickness of the transparent electrode 11 b is not particularly limited, and is preferably, for example, 0.01 to 30 μm, further preferably 0.03 to 25 μm, and 0.05 to 20 μm. Is particularly preferred.

導電性支持体11または支持体11aは、表面に光マネージメント機能を有してもよい。例えば、導電性支持体11または支持体11aの表面に、特開2003−123859号公報に記載の、高屈折膜および低屈折率の酸化物膜を交互に積層した反射防止膜を有してもよく、特開2002−260746号公報に記載のライトガイド機能を有してもよい。   The conductive support 11 or the support 11a may have a light management function on the surface. For example, even if the surface of the conductive support 11 or the support 11a has the anti-reflection film in which high-refractive-index films and low-refractive-index oxide films are alternately laminated as described in JP-A 2003-123859. Well, you may have the light guide function of Unexamined-Japanese-Patent No. 2002-260746.

− 下地層14 −
本発明においては、光電変換素子10A、10B、10Cおよび10Fのように、透明電極11bの表面に、すなわち、導電性支持体11と、多孔質層12または感光層13との間に、下地層14を有している。
光電変換素子および太陽電池において、例えば感光層13または正孔輸送層3と、透明電極11bとが電気的に接続すると逆電流を生じる。下地層14は、この逆電流を防止する機能を果たす。下地層14はブロッキング層あるいは短絡防止層とも呼ばれる。
この下地層は、光電変換素子が電子輸送層を有する場合にも設けられてもよい。例えば、図1、2および4の形態において、多孔質層14と下地層との間に電子輸送層が設けられてもよい。また、図3の形態において、感光層13Cと下地層14との間に電子輸送層が設けられてもよい。
-Base layer 14-
In the present invention, as in the photoelectric conversion elements 10A, 10B, 10C and 10F, an undercoat layer is provided on the surface of the transparent electrode 11b, that is, between the conductive support 11 and the porous layer 12 or the photosensitive layer 13. There are fourteen.
In the photoelectric conversion element and the solar cell, for example, when the photosensitive layer 13 or the hole transport layer 3 and the transparent electrode 11 b are electrically connected, a reverse current is generated. The underlayer 14 functions to prevent this reverse current. The underlayer 14 is also called a blocking layer or a short circuit prevention layer.
This base layer may be provided also when the photoelectric conversion element has an electron transport layer. For example, in the embodiments of FIGS. 1, 2 and 4, an electron transport layer may be provided between the porous layer 14 and the underlayer. In the embodiment of FIG. 3, an electron transport layer may be provided between the photosensitive layer 13C and the underlayer 14.

下地層14を形成する材料は、上記機能を果たすことのできる材料であれば特に限定されないが、可視光を透過する物質であって、導電性支持体11(透明電極11b)に対する絶縁性物質であることが好ましい。「導電性支持体11(透明電極11b)に対する絶縁性物質」とは、具体的には、伝導帯のエネルギー準位が、導電性支持体11を形成する材料(透明電極11bを形成する金属酸化物)の伝導帯のエネルギー準位以上であり、かつ、多孔質層12を構成する材料の伝導帯や光吸収剤の基底状態のエネルギー準位より低い化合物(n型半導体化合物)をいう。
下地層14を形成する材料は、例えば、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、ポリビニルアルコール、ポリウレタン等が挙げられる。また、下地層14は、一般的に光電変換材料に用いられる材料で構成されていてもよく、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化ニオブ、酸化タングステン等で構成されていてもよい。なかでも下地層は、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化スズ、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム等で構成されていることが好ましい。本発明に用いては、耐久性の観点から、下地層は無機半導体で形成されていることが好ましく、酸化チタン、酸化スズまたはで形成されていることがより好ましい。
本発明において、「下地層」は、その膜厚が150nm以下である。したがって、本発明において「下地層」は、膜厚が150nmを超える、後述する「多孔質層」とは、膜厚の点において明確に異なるものである。
下地層14の膜厚は、10〜150nmが好ましく、20〜130nmがさらに好ましく、30〜100nmが特に好ましい。
The material for forming the base layer 14 is not particularly limited as long as it is a material capable of performing the above-mentioned function, but is a substance that transmits visible light and is an insulating substance for the conductive support 11 (transparent electrode 11b). Is preferred. Specifically, “the insulating support for the conductive support 11 (transparent electrode 11 b)” is a material in which the energy level of the conduction band forms the conductive support 11 (metal oxide for forming the transparent electrode 11 b) Compound) (n-type semiconductor compound) which is higher than the energy level of the conduction band of the substance) and lower than the energy level of the conduction band of the material constituting the porous layer 12 or the ground state of the light absorber.
Examples of the material forming the underlayer 14 include silicon oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, calcium carbonate, polyvinyl alcohol, polyurethane and the like. The underlayer 14 may be made of a material generally used for photoelectric conversion materials, and may be made of, for example, titanium oxide, zinc oxide, tin oxide, niobium oxide, tungsten oxide or the like. Among them, the underlayer is preferably made of zinc oxide, titanium oxide, tin oxide, magnesium oxide, aluminum oxide or the like. In the present invention, from the viewpoint of durability, the underlayer is preferably formed of an inorganic semiconductor, and more preferably formed of titanium oxide, tin oxide, or the like.
In the present invention, the "underlayer" has a film thickness of 150 nm or less. Therefore, in the present invention, the "underlayer" is clearly different from the later-described "porous layer" having a film thickness of more than 150 nm in the film thickness.
10-150 nm is preferable, as for the film thickness of the base layer 14, 20-130 nm is more preferable, and 30-100 nm is especially preferable.

本発明において、各層の膜厚は、後述するように、走査型電子顕微鏡(SEM)等を用いて光電変換素子10の断面を観察することにより、測定できる。
なお、本発明において、下地層の膜厚は、後述の下地層表面の最大高さ粗さRzよりも通常は小さくなる。これは、下地層の膜厚が、下地層の特定部分の膜厚の測定値の平均値であることによる。すなわち、後述するように、下地層の膜厚は、特定の膜厚測定区間における膜厚の最小値の平均値として算出されるためである。
In the present invention, the film thickness of each layer can be measured by observing the cross section of the photoelectric conversion element 10 using a scanning electron microscope (SEM) or the like as described later.
In the present invention, the film thickness of the underlayer is usually smaller than the maximum height roughness Rz of the underlayer surface described later. This is because the film thickness of the underlayer is an average value of the measured values of the film thickness of the specific part of the underlayer. That is, as described later, the film thickness of the underlayer is calculated as an average value of the minimum values of the film thickness in a specific film thickness measurement section.

本発明において、下地層14表面(感光層側表面)の最大高さ粗さRzは250nm以下であり、230nm以下が好ましく、200nm以下がより好ましい。光電変換素子の下地層表面のRzを250nm以下とすることにより、素子間の光電変換効率のばらつきを効果的に低減することができる。その理由は定かではないが、かかる下地層の構造によって、導電性支持体11と光吸収剤等との接触をより確実に抑制でき、また、下地層上に多孔質層を設けた場合には、多孔質層と、第二電極やその下層である正孔輸送層との接触を効果的に防ぐことができ、逆電子移動の発生に伴う性能低下を低減できることが一因と考えられる。
下地層14表面のRzの下限値に制限はなく、小さい程好ましいのであるが、通常はRzが10nm以上となる。
Rzは、JIS B0601 2001に記載された表面粗さの指標であり、例えば、後述する実施例に記載の方法により測定することができる。すなわち、下地層14表面において、0.9mm×1.2mmの矩形のエリアを無作為に5箇所選択し、各エリア内のRzを測定する。得られた各測定エリアにおけるRzの平均値(5つのRzの平均値)を、本発明で規定する、下地層14表面のRzとする。
下地層14の形成方法については後述する。
In the present invention, the maximum height roughness Rz of the surface of the underlayer 14 (surface on the photosensitive layer side) is 250 nm or less, preferably 230 nm or less, and more preferably 200 nm or less. By setting the Rz of the base layer surface of the photoelectric conversion element to 250 nm or less, variation in photoelectric conversion efficiency between the elements can be effectively reduced. Although the reason is not clear, the contact of the conductive support 11 with the light absorbing agent and the like can be more reliably suppressed by the structure of the underlayer, and the porous layer is provided on the underlayer. It can be considered that the contact between the porous layer and the second electrode or the hole transport layer which is the lower layer thereof can be effectively prevented, and the performance deterioration due to the occurrence of reverse electron transfer can be reduced.
The lower limit value of Rz of the surface of the underlayer 14 is not limited, and is preferably as small as possible, but usually Rz is 10 nm or more.
Rz is an index of surface roughness described in JIS B0601 2001, and can be measured, for example, by the method described in the examples described later. That is, on the surface of the base layer 14, five rectangular areas of 0.9 mm × 1.2 mm are randomly selected, and Rz in each area is measured. The average value of Rz (average value of five Rz) in each measurement area obtained is taken as Rz of the surface of the underlayer 14 defined in the present invention.
The method of forming the underlayer 14 will be described later.

− 多孔質層12 −
本発明においては、光電変換素子10A、10Bおよび10Fのように、好ましくは、下地層14上に多孔質層12を有している。
多孔質層12は、表面に感光層13を担持する足場として機能する層である。太陽電池において、光吸収効率を高めるためには、少なくとも太陽光等の光を受ける部分の表面積を大きくすることが好ましく、多孔質層12の全体としての表面積を大きくすることが好ましい。
-Porous layer 12-
In the present invention, like the photoelectric conversion elements 10A, 10B and 10F, preferably, the porous layer 12 is provided on the underlayer 14.
The porous layer 12 is a layer that functions as a scaffold supporting the photosensitive layer 13 on the surface. In the solar cell, in order to enhance the light absorption efficiency, it is preferable to increase the surface area of at least a portion receiving light such as sunlight, and it is preferable to increase the surface area of the porous layer 12 as a whole.

多孔質層12は、多孔質層12を形成する材料の微粒子が堆積または密着してなる、細孔を有する微粒子層であることが好ましい。多孔質層12は、2種以上の多微粒子が堆積してなる微粒子層であってもよい。多孔質層12が細孔を有する微粒子層であると、光吸収剤の担持量(吸着量)を増量できる。
多孔質層12の表面積を大きくするには、多孔質層12を構成する個々の微粒子の表面積を大きくすることが好ましい。本発明では、多孔質層12を形成する微粒子を導電性支持体11等に塗設した状態で、この微粒子の表面積が投影面積に対して10倍以上であることが好ましく、100倍以上であることがより好ましい。この上限には特に制限はないが、通常5000倍程度である。多孔質層12を形成する微粒子の粒径は、投影面積を円に換算したときの直径を用いた平均粒径において、1次粒子として0.001〜1μmが好ましい。微粒子の分散物を用いて多孔質層12を形成する場合、微粒子の上記平均粒径は、分散物の平均粒径として0.01〜100μmが好ましい。
The porous layer 12 is preferably a fine particle layer having pores, in which fine particles of the material forming the porous layer 12 are deposited or in close contact. The porous layer 12 may be a fine particle layer formed by depositing two or more types of multi fine particles. When the porous layer 12 is a fine particle layer having pores, the amount of supported light (adsorbed amount) of the light absorber can be increased.
In order to increase the surface area of the porous layer 12, it is preferable to increase the surface area of each of the microparticles constituting the porous layer 12. In the present invention, in the state where the fine particles forming the porous layer 12 are coated on the conductive support 11 or the like, the surface area of the fine particles is preferably 10 times or more and 100 times or more the projected area. Is more preferred. The upper limit is not particularly limited, but is usually about 5000 times. The particle diameter of the fine particles forming the porous layer 12 is preferably 0.001 to 1 μm as primary particles in terms of the average particle diameter using the diameter when the projected area is converted to a circle. When forming the porous layer 12 using the dispersion of microparticles | fine-particles, 0.01-100 micrometers is preferable as said average particle diameter of microparticles | fine-particles as an average particle diameter of a dispersion.

多孔質層12を形成する材料(多孔質材料)は、導電性に関しては特に限定されず、絶縁体(絶縁性の材料)であっても、導電性の材料または半導体(半導電性の材料)であってもよい。
多孔質材料としては、例えば、金属のカルコゲニド(例えば酸化物、硫化物、セレン化物等)、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物(後述する光吸収剤を除く。)、ケイ素の酸化物(例えば、二酸化ケイ素、ゼオライト)、またはカーボンナノチューブ(カーボンナノワイヤおよびカーボンナノロッド等を含む)を用いることができる。
The material forming the porous layer 12 (porous material) is not particularly limited in terms of conductivity, and even if it is an insulator (insulating material), the conductive material or semiconductor (semiconductive material) It may be
As the porous material, for example, metal chalcogenides (for example, oxides, sulfides, selenides and the like), compounds having a perovskite crystal structure (except for the light absorbing agent described later), oxides of silicon (for example, dioxide) Silicon, zeolite, or carbon nanotubes (including carbon nanowires and carbon nanorods) can be used.

金属のカルコゲニドとしては、特に限定されないが、好ましくは、チタン、スズ、亜鉛、タングステン、ジルコニウム、ハフニウム、ストロンチウム、インジウム、セリウム、イットリウム、ランタン、バナジウム、ニオブ、アルミニウムまたはタンタルの各酸化物、硫化カドミウム、セレン化カドミウム等が挙げられる。金属のカルコゲニドの結晶構造として、アナターゼ型、ブルッカイト型またはルチル型が挙げられ、アナターゼ型、ブルッカイト型が好ましい。   The metal chalcogenide is not particularly limited, but preferably titanium, tin, zinc, tungsten, zirconium, hafnium, strontium, indium, cerium, yttrium, lanthanum, vanadium, niobium, aluminum or tantalum oxide, cadmium sulfide And cadmium selenide. As a crystal structure of a metal chalcogenide, anatase type, brookite type or rutile type may be mentioned, and anatase type and brookite type are preferable.

ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物としては、特に限定されないが、遷移金属酸化物等が挙げられる。例えば、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、ジルコン酸バリウム、スズ酸バリウム、ジルコン酸鉛、ジルコン酸ストロンチウム、タンタル酸ストロンチウム、ニオブ酸カリウム、鉄酸ビスマス、チタン酸ストロンチウムバリウム、チタン酸バリウムランタン、チタン酸カルシウム、チタン酸ナトリウム、チタン酸ビスマスが挙げられる。なかでも、チタン酸ストロンチウム、チタン酸カルシウム等が好ましい。   Although it does not specifically limit as a compound which has a perovskite-type crystal structure, A transition metal oxide etc. are mentioned. For example, strontium titanate, calcium titanate, barium titanate, lead titanate, barium zirconate, barium stannate, lead zirconate, strontium zirconate, strontium tantalate, potassium niobate, bismuth ferrate, strontium barium titanate And barium lanthanum titanate, calcium titanate, sodium titanate, and bismuth titanate. Among these, strontium titanate, calcium titanate and the like are preferable.

カーボンナノチューブは、炭素膜(グラフェンシート)を筒状に丸めた形状を有する。カーボンナノチューブは、1枚のグラフェンシートが円筒状に巻かれた単層カーボンナノチューブ(SWCNT)、2枚のグラフェンシートが同心円状に巻かれた2層カーボンナノチューブ(DWCNT)、複数のグラフェンシートが同心円状に巻かれた多層カーボンナノチューブ(MWCNT)に分類される。多孔質層12としては、いずれのカーボンナノチューブも特に限定されず、用いることができる。   The carbon nanotube has a shape in which a carbon film (graphene sheet) is rolled into a cylindrical shape. Carbon nanotubes are single-walled carbon nanotubes (SWCNT) in which one graphene sheet is cylindrically wound, double-walled carbon nanotubes (DWCNT) in which two graphene sheets are concentrically wound, and a plurality of graphene sheets are concentric It is classified into wound multi-walled carbon nanotubes (MWCNT). As the porous layer 12, any carbon nanotube is not particularly limited, and can be used.

多孔質材料は、なかでも、チタン、スズ、亜鉛、ジルコニウム、アルミニウムもしくはケイ素の酸化物、またはカーボンナノチューブが好ましく、酸化チタンまたは酸化アルミニウムがさらに好ましい。   The porous material is preferably titanium, tin, zinc, zirconium, an oxide of aluminum or silicon, or a carbon nanotube, and more preferably titanium oxide or aluminum oxide.

多孔質層12は、上述の、金属のカルコゲニド、ペロブスカイト型結晶構造を有する化合物、ケイ素の酸化物およびカーボンナノチューブのうち少なくとも1種で形成されていればよく、複数種で形成されていてもよい。   The porous layer 12 may be formed of at least one of a metal chalcogenide, a compound having a perovskite crystal structure, an oxide of silicon, and a carbon nanotube as described above, and may be formed of a plurality of types. .

本発明において「多孔質層」は、その膜厚が150nmを超えるものである。多孔質層12の膜厚は、160nm〜100μmであることが好ましく、200nm〜50μmであることがより好ましい。また、太陽電池として用いる場合は、多孔質層の膜厚は200nm〜30μmがより好ましい。   In the present invention, the "porous layer" has a thickness of more than 150 nm. The thickness of the porous layer 12 is preferably 160 nm to 100 μm, and more preferably 200 nm to 50 μm. Moreover, when using as a solar cell, 200 nm-30 micrometers of the film thickness of a porous layer are more preferable.

多孔質層12の膜厚は、光電変換素子10の断面において、導電性支持体11の表面に対して90°の角度で交わる直線方向に沿う、多孔質層12が形成されている下層表面から多孔質層12の表面までの平均距離で規定される。ここで、「多孔質層12が形成されている下層表面」は、下地層14と多孔質層12との界面を意味する。下地層14と多孔質層12との間に他の層が成膜されている場合には、この他の層と多孔質層12との界面を意味する。また、「多孔質層12の表面」は、導電性支持体11の表面に対して90°の角度で交わる仮想直線上における、最も第二電極2側に位置する多孔質層12の点(仮想直線と多孔質層12の輪郭線との交点)をいう。上記「平均距離」は次のように求める。
光電変換素子10を、基板平面に対し垂直に切断し、その断面の、導電性支持体11の表面に対して水平(平行)な方向(図1〜図4において左右方向)における端から端までの距離を「L」とした時、一方の端からL×1/12の位置、L×2/12の位置、L×3/12の位置、・・・L×11/12の位置をそれぞれ測定中心1)〜11)とする。各測定中心から左右に1μmずつ、計2μmの範囲において、計11箇所の測定範囲それぞれで、下層表面から多孔質層12の表面までの最小距離を求める。得られた11個の最小距離値について、値の大きなものから(最小距離の長いものから)順に1番から11番まで序列をつけ、序列が4、5および6番目となる3か所の測定範囲における、3つの最小距離値の平均値を算出し、上記平均距離とする。多孔質層12の膜厚は、光電変換素子10の断面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察することにより、測定される。
なお、特に言及しない限り、下地層等の他の層の膜厚についても同様にして測定される。
下地層等の他の層の膜厚についても、上記の多孔質層の膜厚の測定方法と同様にして決定される。
The film thickness of the porous layer 12 is from the lower layer surface on which the porous layer 12 is formed, along the linear direction intersecting the surface of the conductive support 11 at an angle of 90 ° in the cross section of the photoelectric conversion element 10 It is defined by the average distance to the surface of the porous layer 12. Here, “the lower surface on which the porous layer 12 is formed” means the interface between the underlayer 14 and the porous layer 12. When another layer is formed between the underlayer 14 and the porous layer 12, this means the interface between the other layer and the porous layer 12. In addition, “the surface of the porous layer 12” is a point (the virtual surface of the porous layer 12 located closest to the second electrode 2) on a virtual straight line that intersects the surface of the conductive support 11 at an angle of 90 °. The point of intersection of the straight line and the outline of the porous layer 12). The above "average distance" is determined as follows.
The photoelectric conversion element 10 is cut perpendicularly to the plane of the substrate, and the cross section thereof from end to end in a direction (horizontal direction in FIGS. 1 to 4) parallel to the surface of the conductive support 11 Of L from the one end, L × 1/12, L × 2/12, L × 3/12, ... L × 11/12 from the one end Measurement centers 1) to 11). The minimum distance from the surface of the lower layer to the surface of the porous layer 12 is determined in each of a total of 11 measurement ranges in a range of 2 μm in total of 1 μm from the measurement center to the left and right. For the 11 minimum distance values obtained, three measurements are made from 1 to 11 in order from the largest value (from the smallest distance) to 4th, 5th and 6th in order The average value of the three minimum distance values in the range is calculated to be the above average distance. The film thickness of the porous layer 12 is measured by observing the cross section of the photoelectric conversion element 10 with a scanning electron microscope (SEM).
In addition, unless it mentions in particular, it measures similarly about the film thickness of other layers, such as a base layer.
The film thickness of the other layers such as the underlayer is also determined in the same manner as the method of measuring the film thickness of the porous layer described above.

− 感光層(光吸収層)13 −
感光層13は、好ましくは、後述するペロブスカイト化合物が、光吸収剤として下地層14または多孔質層12の表面(感光層13が設けられる表面が凹凸の場合の内表面を含む。)に設けられる。
本発明において、光吸収剤は、後述するペロブスカイト化合物を少なくとも1種含有していればよく、2種以上のペロブスカイト化合物を含有してもよい。
感光層13は、単層であっても2層以上の積層であってもよい。感光層13が2層以上の積層構造である場合、各感光層には、互いに異なった光吸収剤を用いてもよく、また感光層と感光層の間に正孔輸送材料を含む中間層を設けてもよい。
-Photosensitive layer (light absorbing layer) 13-
The photosensitive layer 13 is preferably provided with a perovskite compound described later on the surface of the underlayer 14 or the porous layer 12 (including the inner surface when the surface on which the photosensitive layer 13 is provided is uneven) as a light absorbing agent. .
In the present invention, the light absorber may contain at least one perovskite compound described later, and may contain two or more perovskite compounds.
The photosensitive layer 13 may be a single layer or a laminate of two or more layers. When the photosensitive layer 13 has a laminated structure of two or more layers, different light absorbing agents may be used for each photosensitive layer, and an intermediate layer containing a hole transport material may be interposed between the photosensitive layer and the photosensitive layer. You may provide.

感光層13の膜厚は特に限定されず、目的に応じて適宜に調節される。例えば、感光層13の膜厚は、0.001〜100μmとすることができ、0.01〜10μmが好ましく、0.01〜5μmがより好ましい。図1のように、感光層13が薄い膜状である場合に、感光層13の膜厚は、多孔質層12の表面に垂直な方向に沿う、多孔質層12との界面と後述する正孔輸送層3との界面との距離をいう。
本発明において、感光層を厚い膜状に設ける場合(感光層13Bおよび13C)、この感光層に含まれる光吸収剤は正孔輸送材料として機能することもある。
The film thickness of the photosensitive layer 13 is not particularly limited, and is appropriately adjusted according to the purpose. For example, the film thickness of the photosensitive layer 13 can be 0.001 to 100 μm, preferably 0.01 to 10 μm, and more preferably 0.01 to 5 μm. As shown in FIG. 1, when the photosensitive layer 13 has a thin film shape, the thickness of the photosensitive layer 13 is in the direction perpendicular to the surface of the porous layer 12 and the interface with the porous layer 12 and the positive The distance to the interface with the hole transport layer 3 is referred to.
In the present invention, when the photosensitive layer is provided in the form of a thick film (photosensitive layers 13B and 13C), the light absorbing agent contained in the photosensitive layer may function as a hole transport material.

〔感光層の光吸収剤〕
感光層13は、光吸収剤として、周期表第一族元素のカチオンまたは有機カチオンと、周期表第一族元素以外の金属原子のカチオンと、アニオンとを有するペロブスカイト化合物を含む。
[Light Absorber for Photosensitive Layer]
The photosensitive layer 13 contains, as a light absorbing agent, a perovskite compound having a cation or an organic cation of a periodic table first group element, a cation of a metal atom other than the periodic table first group element, and an anion.

本発明に用いるペロブスカイト化合物において、周期表第一族元素のカチオンは、特に限定されず、例えば、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)またはセシウム(Cs)の各元素のカチオン(Li、Na、K、Cs)が挙げられ、特にセシウムのカチオン(Cs)が好ましい。
上記有機カチオンは、下記式(1)で表される有機カチオンであることが好ましい。
式(1):R1a−NH
In the perovskite compound used in the present invention, the cation of the first group element of the periodic table is not particularly limited. For example, the cation of each element of lithium (Li), sodium (Na), potassium (K) or cesium (Cs) Li <+> , Na <+> , K <+> , Cs <+> ) is mentioned, Especially the cation of cesium (Cs <+> ) is preferable.
The organic cation is preferably an organic cation represented by the following formula (1).
Formula (1): R 1a -NH 3 +

式中、R1aは置換基を表す。R1aは、有機基であれば特に限定されるものではないが、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基または下記式(2)で表すことができる基が好ましい。なかでも、アルキル基、下記式(2)で表すことができる基がより好ましい。In the formula, R 1a represents a substituent. R 1a is not particularly limited as long as it is an organic group, and an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group or a group which can be represented by the following formula (2) is preferable. Among them, an alkyl group and a group which can be represented by the following formula (2) are more preferable.

Figure 0006509342
Figure 0006509342

式中、XはNR1c、酸素原子または硫黄原子を表す。R1bおよびR1cは各々独立に水素原子または置換基を表す。***は式(1)の窒素原子との結合を表す。In the formula, X a represents NR 1c , an oxygen atom or a sulfur atom. Each of R 1b and R 1c independently represents a hydrogen atom or a substituent. *** represents a bond with the nitrogen atom of Formula (1).

本発明において、上記有機カチオンは、上記式(1)の有機アンモニウムカチオンに加えて共鳴構造のカチオンを含んでもよい。例えば、上記式(2)で表すことができる基においてXがNH(R1cが水素原子)である有機カチオンは、上記式(2)で表すことができる基とNH とが結合してなる有機アンモニウムカチオンに加えて、この有機アンモニウムカチオンの共鳴構造の1つである有機アミジニウムカチオンをも包含する。アミジニウムカチオン性有機基からなる有機アミジニウムカチオンとしては、下記式(Aam)で表されるカチオンが挙げられる。本明細書において、下記式(Aam)で表されるカチオンを便宜上、「R1bC(=NH)−NH 」と表記することがある。In the present invention, the organic cation may contain a cation having a resonance structure in addition to the organic ammonium cation of the above formula (1). For example, in a group which can be represented by the above formula (2), an organic cation in which X a is NH (R 1c is a hydrogen atom) is a group which can be represented by the above formula (2) and NH 3 + is bonded In addition to the organic ammonium cation, the organic amidinium cation which is one of the resonance structures of this organic ammonium cation is also included. As an organic amidinium cation which consists of an amidinium cationic organic group, the cation represented by a following formula ( Aam ) is mentioned. In this specification, for convenience the cation represented by the following formula (A am), may be referred to as "R 1b C (= NH) -NH 3 + ".

Figure 0006509342
Figure 0006509342

1aとして採り得るアルキル基は、炭素数が1〜18のアルキル基が好ましく、1〜6のアルキル基がより好ましく、1〜3のアルキル基がさらに好ましい。例えば、メチル、エチル、プロピル、イソプロピル、ブチル、tert−ブチル、ペンチル、ヘキシルまたはデシル等が挙げられる。
1aとして採り得るシクロアルキル基は、炭素数が3〜8のシクロアルキル基が好ましく、例えば、シクロプロピル、シクロペンチルまたはシクロヘキシル等が挙げられる。
The alkyl group which can be taken as R 1a is preferably an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, more preferably 1 to 6 alkyl groups, and still more preferably 1 to 3 alkyl groups. For example, methyl, ethyl, propyl, isopropyl, butyl, tert-butyl, pentyl, hexyl or decyl and the like can be mentioned.
The cycloalkyl group that can be taken as R 1a is preferably a cycloalkyl group having a carbon number of 3 to 8, and examples thereof include cyclopropyl, cyclopentyl and cyclohexyl.

1aとして採り得るアルケニル基は、炭素数が2〜18のアルケニル基が好ましく、2〜6のアルケニル基がより好ましい。例えば、ビニル、アリル、ブテニルまたはヘキセニル等が挙げられる。
1aとして採り得るアルキニル基は、炭素数が2〜18のアルキニル基が好ましく、2〜4のアルキニル基がより好ましい。例えば、エチニル、ブチニルまたはヘキシニル等が挙げられる。
The alkenyl group which can be taken as R 1a is preferably an alkenyl group having 2 to 18 carbon atoms, and more preferably an alkenyl group of 2 to 6 carbon atoms. For example, vinyl, allyl, butenyl or hexenyl and the like can be mentioned.
The alkynyl group which can be taken as R 1a is preferably an alkynyl group having 2 to 18 carbon atoms, and more preferably an alkynyl group of 2 to 4 carbon atoms. For example, ethynyl, butynyl or hexynyl and the like can be mentioned.

1aとして採り得るアリール基は、炭素数6〜14のアリール基が好ましく、炭素数6〜12のアリール基がより好ましく、例えば、フェニルが挙げられる。
1aとして採り得るヘテロアリール基は、芳香族ヘテロ環のみからなる基と、芳香族ヘテロ環に他の環、例えば、芳香環、脂肪族環やヘテロ環が縮合した縮合ヘテロ環からなる基とを包含する。
芳香族ヘテロ環を構成する環構成ヘテロ原子としては、窒素原子、酸素原子、硫黄原子が好ましい。また、芳香族ヘテロ環の環員数としては、3〜8員環が好ましく、5員環または6員環がより好ましい。
5員環の芳香族ヘテロ環および5員環の芳香族ヘテロ環を含む縮合ヘテロ環としては、例えば、ピロール環、イミダゾール環、ピラゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、トリアゾール環、フラン環、チオフェン環、ベンゾイミダゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、インドリン環、インダゾール環の各環基が挙げられる。また、6員環の芳香族ヘテロ環および6員環の芳香族ヘテロ環を含む縮合ヘテロ環としては、例えば、ピリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、トリアジン環、キノリン環、キナゾリン環の各環基が挙げられる。
The aryl group which can be taken as R 1a is preferably an aryl group having 6 to 14 carbon atoms, more preferably an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and examples thereof include phenyl.
The heteroaryl group that can be taken out as R 1a is a group consisting of only an aromatic heterocycle, and a group consisting of a fused heterocycle in which another ring such as an aromatic ring, an aliphatic ring or a heterocycle is fused to an aromatic heterocycle. Includes
As a ring-constituting hetero atom which comprises an aromatic heterocyclic ring, a nitrogen atom, an oxygen atom, and a sulfur atom are preferable. The number of ring members of the aromatic heterocycle is preferably a 3- to 8-membered ring, more preferably a 5- or 6-membered ring.
Examples of the fused heterocycle containing a 5-membered aromatic heterocycle and a 5-membered aromatic heterocycle include a pyrrole ring, an imidazole ring, a pyrazole ring, an oxazole ring, a thiazole ring, a triazole ring, a furan ring and a thiophene ring. And each ring group of benzimidazole ring, benzoxazole ring, benzothiazole ring, indoline ring and indazole ring. Moreover, as a fused heterocycle containing a 6-membered aromatic heterocycle and a 6-membered aromatic heterocycle, for example, each ring group of a pyridine ring, a pyrimidine ring, a pyrazine ring, a triazine ring, a quinoline ring, and a quinazoline ring Can be mentioned.

式(2)で表すことができる基において、XはNR1c、酸素原子または硫黄原子を表し、NR1cが好ましい。ここで、R1cは、水素原子または置換基を表し、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基またはヘテロアリール基が好ましく、水素原子がさらに好ましい。
1bは、水素原子または置換基を表し、水素原子が好ましい。R1bが採り得る置換基は、アミノ基、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基またはアミノ基が挙げられる。
1bおよびR1cがそれぞれ採り得る、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基およびヘテロアリール基は、それぞれ上記R1aが採り得るアルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基およびヘテロアリール基と同義であり、好ましいものも同じである。
式(2)で表すことができる基としては、(チオ)アシル基、(チオ)カルバモイル基、イミドイル基またはアミジノ基が挙げられる。
(チオ)アシル基は、アシル基およびチオアシル基を包含する。アシル基は、総炭素数が1〜7のアシル基が好ましく、例えば、ホルミル、アセチル(CHC(=O)−)、プロピオニル、ヘキサノイル等が挙げられる。チオアシル基は、総炭素数が1〜7のチオアシル基が好ましく、例えば、チオホルミル、チオアセチル(CHC(=S)−)、チオプロピオニル等が挙げられる。
(チオ)カルバモイル基は、カルバモイル基(HNC(=O)−)およびチオカルバモイル基(HNC(=S)−)を包含する。
イミドイル基は、R1b−C(=NR1c)−で表される基であり、R1bおよびR1cはそれぞれ水素原子またはアルキル基が好ましく、アルキル基は上記R1aのアルキル基と同義であるのがより好ましい。例えば、ホルムイミドイル(HC(=NH)−)、アセトイミドイル(CHC(=NH)−)、プロピオンイミドイル(CHCHC(=NH)−)等が挙げられる。中でも、ホルムイミドイルが好ましい。
式(2)で表すことができる基としてのアミジノ基は、上記イミドイル基のR1bがアミノ基でR1cが水素原子である構造(−C(=NH)NH)を有する。
In the group which can be represented by Formula (2), X a represents NR 1c , an oxygen atom or a sulfur atom, and NR 1c is preferable. Here, R 1c represents a hydrogen atom or a substituent, preferably a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group or a heteroaryl group, and more preferably a hydrogen atom.
R 1b represents a hydrogen atom or a substituent, preferably a hydrogen atom. The substituent that R 1b can adopt includes an amino group, an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heteroaryl group or an amino group.
An alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group and a heteroaryl group which R 1b and R 1c can be taken respectively are an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group and an alkynyl group which can be taken respectively by the above R 1a And aryl groups and heteroaryl groups, and preferred ones are also the same.
Examples of the group which can be represented by the formula (2) include (thio) acyl group, (thio) carbamoyl group, imidoyl group or amidino group.
The (thio) acyl group includes an acyl group and a thioacyl group. Acyl group, the total carbon number preferably an acyl group having 1 to 7, for example, formyl, acetyl (CH 3 C (= O) -), propionyl, hexanoyl and the like. Thioacyl group, the total carbon number of preferably thioacyl group having 1 to 7, for example, thioformyl, thioacetyl (CH 3 C (= S) -), thiopropionyl, and the like.
(Thio) carbamoyl group, a carbamoyl group (H 2 NC (= O) -) and thiocarbamoyl group (H 2 NC (= S) -) embraces.
Imidoyl group, R 1b -C (= NR 1c ) - is a group represented by is preferably a hydrogen atom or an alkyl group R 1b and R 1c are each alkyl groups are the same meaning as the above-described alkyl group R 1a Is more preferable. For example, formimidoyl (HC (= NH) -) , acetimidoyl (CH 3 C (= NH) -), propionic imidoyl (CH 3 CH 2 C (= NH) -) and the like. Among these, formimidoyl is preferable.
Amidino group as group which can be represented by the formula (2) is, R 1c R 1b of the imidoyl group at the amino group has the structure (-C (= NH) NH 2) is a hydrogen atom.

1aが採り得る、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基および上記式(2)で表すことができる基は、いずれも、置換基を有していてもよい。R1aが有していてもよい置換基Wとしては、特に限定されないが、例えば、アルキル基、シクロアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロ環基、アルコキシ基、アルキルチオ基、アミノ基、アルキルアミノ基、アリールアミノ基、アシル基、アルキルカルボニルオキシ基、アリールオキシ基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホンアミド基、カルバモイル基、スルファモイル基、ハロゲン原子、シアノ基、ヒドロキシ基、メルカプト基またはカルボキシ基が挙げられる。R1aが有していてもよい各置換基は、さらに置換基を有していてもよい。The alkyl group, the cycloalkyl group, the alkenyl group, the alkynyl group, the aryl group, the heteroaryl group and the group which can be represented by the above formula (2), which R 1a can adopt, may have a substituent. Good. The substituent W P which R 1a may have is not particularly limited, and examples thereof include an alkyl group, a cycloalkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, an aryl group, a heterocyclic group, an alkoxy group, an alkylthio group, and amino Group, alkylamino group, arylamino group, acyl group, alkylcarbonyloxy group, aryloxy group, alkoxycarbonyl group, aryloxycarbonyl group, acylamino group, sulfonamide group, carbamoyl group, sulfamoyl group, halogen atom, cyano group, A hydroxy group, a mercapto group or a carboxy group may be mentioned. Each substituent which R 1a may have may further have a substituent.

本発明に用いるペロブスカイト化合物は、その結晶構造中に、周期表第一族元素以外の金属原子のカチオンを有する。周期表第一族元素以外の金属原子としては、例えば、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、カドミウム(Cd)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、鉄(Fe)、コバルト(Co)、パラジウム(Pd)、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、鉛(Pb)、イッテルビウム(Yb)、ユウロピウム(Eu)、インジウム(In)、チタン(Ti)、ビスマス(Bi)等の金属原子が挙げられ、なかでも、Pb原子、Cu原子、Ge原子またはSn原子が特に好ましく、Pb原子またはSn原子がさらに好ましく、Pb原子が特に好ましい。本発明に用いるペロブスカイト化合物は、その結晶構造中に周期表第一族元素以外の金属原子のカチオンを1種有してもよく、2種以上の有してもよい。周期表第一族元素以外の金属原子のカチオンを2種以上有する場合には、Pb原子およびSn原子の2種を有することが好ましい。ペロブスカイト化合物が周期表第一族元素以外の金属原子のカチオンを2種以上有する場合、これら2種以上のカチオンの存在比率は特に限定されない。   The perovskite compound used in the present invention has, in its crystal structure, a cation of a metal atom other than a periodic table first group element. As metal atoms other than the periodic table first group element, for example, calcium (Ca), strontium (Sr), cadmium (Cd), copper (Cu), nickel (Ni), manganese (Mn), iron (Fe), Cobalt (Co), palladium (Pd), germanium (Ge), tin (Sn), lead (Pb), ytterbium (Yb), europium (Eu), indium (In), titanium (Ti), bismuth (Bi), etc. Among these, Pb atoms, Cu atoms, Ge atoms or Sn atoms are particularly preferable, Pb atoms or Sn atoms are more preferable, and Pb atoms are particularly preferable. The perovskite compound used in the present invention may have one or two or more cations of metal atoms other than the elements of the first group of the periodic table in its crystal structure. When two or more types of cations of metal atoms other than the periodic table first group element are contained, it is preferable to have two types of Pb atoms and Sn atoms. When the perovskite compound has two or more cations of a metal atom other than the periodic table first group element, the abundance ratio of these two or more cations is not particularly limited.

本発明に用いるペロブスカイト化合物を構成するアニオンは、単原子アニオンであってもよく、多原子アニオンでもよい。単原子アニオンとしてはハロゲン原子のアニオンが挙げられる。また、多原子アニオンの好ましい例としては、NCS、NCOおよびCOOが挙げられる。なかでも、ペロブスカイト化合物を構成するアニオンはハロゲン原子のアニオンであることが好ましい。ハロゲン原子としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子およびヨウ素原子が挙げられ、臭素原子またはヨウ素原子が好ましい。
本発明に用いるペロブスカイト化合物を構成するアニオンは、1種のアニオンであってもよく、2種以上のアニオンであってもよい。ペロブスカイト化合物を構成するアニオンが1種の場合、ヨウ素原子のアニオンが好ましい。また、ペロブスカイト化合物を構成するアニオンが2種以上の場合、2種以上のハロゲン原子のアニオンを有する形態が好ましく、なかでも塩素原子のアニオンおよびヨウ素原子のアニオンの2種を有する形態がより好ましい。ペロブスカイト化合物が2種以上のアニオンを有する場合、その割合に特に制限はない。
The anion which comprises the perovskite compound used for this invention may be a single atom anion, and may be a polyatomic anion. As a single atom anion, the anion of a halogen atom is mentioned. Preferred examples of the polyatomic anion, NCS -, NCO - and COO - and the like. Among them, the anion constituting the perovskite compound is preferably an anion of a halogen atom. As a halogen atom, a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom and an iodine atom are mentioned, and a bromine atom or an iodine atom is preferable.
The anion which comprises the perovskite compound used for this invention may be 1 type of anion, and 2 or more types of anions may be sufficient as it. When the anion constituting the perovskite compound is one kind, the anion of iodine atom is preferable. Moreover, when the anion which comprises a perovskite compound is 2 or more types, the form which has the anion of 2 or more types of halogen atoms is preferable, and the form which has 2 types of the anion of a chlorine atom and the anion of an iodine atom especially is more preferable. When the perovskite compound has two or more anions, the ratio is not particularly limited.

本発明に用いるペロブスカイト化合物は、上記の各構成イオンを有するペロブスカイト型結晶構造を有する。本発明に用いるペロブスカイト化合物は下記式(I)で表されるペロブスカイト化合物が好ましい。   The perovskite compound used in the present invention has a perovskite crystal structure having each of the constituent ions described above. The perovskite compound used in the present invention is preferably a perovskite compound represented by the following formula (I).

式(I)
式中、Aは周期表第一族元素またはカチオン性有機基を表す。Mは周期表第一族元素以外の金属原子を表す。Xはアニオン性原子またはアニオン性原子群を表す。
aは1または2を表し、mは1を表し、a、mおよびxはa+2m=xを満たす。
本明細書において、カチオン性有機基とは、ペロブスカイト型結晶構造においてカチオンとして存在する有機基を意味し、アニオン性原子とは、ペロブスカイト型結晶構造において単原子アニオンとして存在する原子を意味し、アニオン性原子群とは、ペロブスカイト型結晶構造において多原子アニオンとして存在する原子群を意味する。
A a M m x x formula (I)
In formula, A represents a periodic table group 1 element or a cationic organic group. M represents a metal atom other than a periodic table first group element. X represents an anionic atom or an anionic atom group.
a represents 1 or 2, m represents 1, and a, m and x satisfy a + 2 m = x.
In the present specification, a cationic organic group means an organic group present as a cation in a perovskite crystal structure, and an anionic atom means an atom present as a monoatomic anion in a perovskite crystal structure, an anion The sexing atom group means an atom group existing as a polyatomic anion in the perovskite crystal structure.

式(I)において、周期表第一族元素Aは、ペロブスカイト型結晶構造中においてカチオンとして存在する。
式(I)において、カチオン性有機基Aは、ペロブスカイト型結晶構造中において上述した有機カチオンとして存在する。
式(I)において、金属原子Mは、ペロブスカイト型結晶構造中において、上述した周期表第一族元素以外の金属原子のカチオンとして存在している。
式(I)において、アニオン性原子Xは、ペロブスカイト型結晶構造中において、上述した単原子アニオンとして存在する。
式(I)において、アニオン性原子群Xは、ペロブスカイト型結晶構造中において、上述した多原子アニオンとして存在する。
In the formula (I), the first group element A of the periodic table is present as a cation in the perovskite crystal structure.
In the formula (I), the cationic organic group A is present as the above-mentioned organic cation in the perovskite crystal structure.
In the formula (I), the metal atom M is present in the perovskite crystal structure as a cation of a metal atom other than the above-mentioned periodic table first group element.
In the formula (I), the anionic atom X is present in the perovskite crystal structure as the above-mentioned monoatomic anion.
In formula (I), the anionic atom group X is present as the polyatomic anion described above in the perovskite crystal structure.

本発明に用いるペロブスカイト化合物は、上記式(I)中のaが1のペロブスカイト化合物と、aが2のペロブスカイト化合物の混合物であってもよい。   The perovskite compound used in the present invention may be a mixture of a perovskite compound in which a is 1 in the above formula (I) and a perovskite compound in which a is 2.

本発明に用いるペロブスカイト化合物の具体例として、例えば、CHNHPbCl、CHNHPbBr、CHNHPbI、CHNHPbBrI、CHNHPbBrI、CHNHSnBr、CHNHSnI、CH(=NH)NHPbI
(CNHPbI、(CH=CHNHPbI、(CH≡CNHPbI、(n−CNHPbI、(n−CNHPbI、(C1021NHPbI、(CNHPbI、(CCHCHNHPbI、(CNHPbI、(CNHPbI、(CSNHPbI、(CNHGeI4、(CHNHCuCl、(CHCHNHFeBrが挙げられる。ここで、(CSNHPbIにおけるCSNHはアミノチオフェンである。
Specific examples of the perovskite compound used in the present invention include, for example, CH 3 NH 3 PbCl 3 , CH 3 NH 3 PbBr 3 , CH 3 NH 3 PbI 3 , CH 3 NH 3 PbBrI 2 , CH 3 NH 3 PbBr 2 I, CH 3 NH 3 SnBr 3 , CH 3 NH 3 SnI 3 , CH (= NH) NH 3 PbI 3 ,
(C 2 H 5 NH 3 ) 2 PbI 4 , (CH 2 CHCHNH 3 ) 2 PbI 4 , (CH≡CNH 3 ) 2 PbI 4 , (n-C 3 H 7 NH 3 ) 2 PbI 4 , (n− C 4 H 9 NH 3 ) 2 PbI 4 , (C 10 H 21 NH 3 ) 2 PbI 4 , (C 6 H 5 NH 3 ) 2 PbI 4 , (C 6 H 5 CH 2 CH 2 NH 3 ) 2 PbI 4 , (C 6 H 3 F 2 NH 3 ) 2 PbI 4 , (C 6 F 5 NH 3 ) 2 PbI 4 , (C 4 H 3 SNH 3 ) 2 PbI 4 , (C 4 H 9 NH 3 ) 2 GeI 4 And (CH 3 NH 3 ) 2 CuCl 4 and (CH 3 CH 2 NH 3 ) 2 FeBr 4 can be mentioned. Here, C 4 H 3 SNH 3 in (C 4 H 3 SNH 3) 2 PbI 4 is aminothiophene.

ペロブスカイト化合物は、MXとAXとから合成することができる。例えば、上記非特許文献1を参照してペロブスカイト化合物を合成することができる。また、Akihiro Kojima, Kenjiro Teshima, Yasuo Shirai, and Tsutomu Miyasaka, “Organometal Halide Perovskites as Visible−Light Sensitizers for Photovoltaic Cells”, J.Am.Chem.Soc.,2009,131(17),6050−6051も適宜に参照し、ペロブスカイト化合物を合成することができる。Perovskite compounds can be synthesized from MX 2 and AX. For example, a perovskite compound can be synthesized with reference to Non-Patent Document 1 above. Also, Akihiro Kojima, Kenjiro Teshima, Yasuo Shirai, and Tsutomu Miyasaka, "Organometal Halide Perovskites as Visible-Light Sensitizers for Photovoltaic Cells", J. Am. Chem. Soc. 2009, 131 (17), 6050-6051 can also be referred to as appropriate to synthesize a perovskite compound.

光吸収剤の使用量は、多孔質層12の表面のうち光が入射する表面の少なくとも一部であればよく、表面全体を覆う量が好ましい。   The amount of the light absorbing agent used may be at least a part of the surface of the porous layer 12 on which light is incident, and is preferably an amount covering the entire surface.

感光層13中、ペロブスカイト化合物の含有量は、通常は1〜100質量%である。   The content of the perovskite compound in the photosensitive layer 13 is usually 1 to 100% by mass.

<正孔輸送層3>
本発明の光電変換素子は、第一電極と第二電極との間に正孔輸送層3を有することが好ましい。
正孔輸送層3は、光吸収剤の酸化体に電子を補充する機能を有し、好ましくは固体状の層である。正孔輸送層3は、好ましくは第一電極1の感光層13と第二電極2の間に設けられる。
<Hole transport layer 3>
The photoelectric conversion element of the present invention preferably has the hole transport layer 3 between the first electrode and the second electrode.
The hole transport layer 3 has a function of replenishing the oxidant of the light absorber with electrons, and is preferably a solid layer. The hole transport layer 3 is preferably provided between the photosensitive layer 13 of the first electrode 1 and the second electrode 2.

正孔輸送層3を形成する正孔輸送材料は、特に限定されないが、CuI、CuNCS等の無機材料、および、特開2001−291534号公報の段落番号0209〜0212に記載の有機正孔輸送材料等が挙げられる。有機正孔輸送材料としては、好ましくは、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリピロールおよびポリシラン等の導電性高分子、2個の環がC、Siなど四面体構造をとる中心原子を共有するスピロ化合物、トリアリールアミン等の芳香族アミン化合物、トリフェニレン化合物、含窒素複素環化合物または液晶性シアノ化合物が挙げられる。
正孔輸送材料は、溶液塗布可能で固体状になる有機正孔輸送材料が好ましく、具体的には、2,2’,7,7’−テトラキス−(N,N−ジ−p−メトキシフェニルアミン)−9,9−スピロビフルオレン(Spiro−OMeTADともいう)、ポリ(3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル)、4−(ジエチルアミノ)ベンゾアルデヒド ジフェニルヒドラゾン、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)等が挙げられる。
Although the hole transport material which forms the hole transport layer 3 is not particularly limited, inorganic materials such as CuI and CuNCS, and the organic hole transport material described in paragraph Nos. 0209 to 0212 of JP 2001-291534 A Etc. As the organic hole transport material, preferably, conductive polymers such as polythiophene, polyaniline, polypyrrole and polysilane, spiro compounds in which two rings share a central atom having a tetrahedral structure such as C and Si, triarylamine And aromatic amine compounds, triphenylene compounds, nitrogen-containing heterocyclic compounds, or liquid crystalline cyano compounds.
The hole transport material is preferably an organic hole transport material which can be solution-coated and becomes solid, specifically, 2,2 ′, 7,7′-tetrakis- (N, N-di-p-methoxyphenyl) Amine) -9,9-spirobifluorene (also referred to as Spiro-OMeTAD), poly (3-hexylthiophene-2,5-diyl), 4- (diethylamino) benzaldehyde diphenylhydrazone, polyethylenedioxythiophene (PEDOT), etc. Can be mentioned.

正孔輸送層3の膜厚は、特に限定されないが、50μm以下が好ましく、1nm〜10μmがより好ましく、5nm〜5μmがさらに好ましく、10nm〜1μmが特に好ましい。   The thickness of the hole transport layer 3 is not particularly limited, but is preferably 50 μm or less, more preferably 1 nm to 10 μm, still more preferably 5 nm to 5 μm, and particularly preferably 10 nm to 1 μm.

本発明において、多孔質層12と感光層13と正孔輸送層3との合計膜厚は、特に限定されないが、例えば、180nm〜200μmが好ましく、200nm〜50μmがより好ましく、250nm〜5μmがさらに好ましい。   In the present invention, the total film thickness of the porous layer 12, the photosensitive layer 13, and the hole transport layer 3 is not particularly limited, but is preferably 180 nm to 200 μm, more preferably 200 nm to 50 μm, and still more preferably 250 nm to 5 μm. preferable.

<第二電極2>
第二電極2は、太陽電池において正極として機能する。第二電極2は、導電性を有していれば特に限定されず、通常、導電性支持体11と同じ構成とすることができる。強度が十分に保たれる場合は、支持体11aは必ずしも必要ではない。
第二電極2の構造としては、集電効果が高い構造が好ましい。感光層13に光が到達するためには、導電性支持体11と第二電極2との少なくとも一方は実質的に透明でなければならない。本発明の太陽電池においては、導電性支持体11が透明であって太陽光を支持体11a側から入射させるのが好ましい。この場合、第二電極2は光を反射する性質を有することがさらに好ましい。
<Second electrode 2>
The second electrode 2 functions as a positive electrode in the solar cell. The second electrode 2 is not particularly limited as long as it has conductivity, and can generally have the same configuration as the conductive support 11. When the strength is sufficiently maintained, the support 11a is not necessarily required.
The structure of the second electrode 2 is preferably a structure having a high current collection effect. In order for light to reach the photosensitive layer 13, at least one of the conductive support 11 and the second electrode 2 must be substantially transparent. In the solar cell of the present invention, it is preferable that the conductive support 11 be transparent and that sunlight be incident from the side of the support 11a. In this case, it is more preferable that the second electrode 2 have a property of reflecting light.

第二電極2を形成する材料としては、例えば、白金(Pt)、金(Au)、ニッケル(Ni)、銅(Cu)、銀(Ag)、インジウム(In)、ルテニウム(Ru)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、オスニウム(Os)、アルミニウム(Al)等の金属、上述の導電性の金属酸化物、炭素材料および伝導性高分子等が挙げられる。炭素材料としては、炭素原子同士が結合してなる、導電性を有する材料であればよく、例えば、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェン、カーボンブラック等が挙げられる。
第二電極2としては、金属もしくは導電性の金属酸化物の薄膜(蒸着してなる薄膜を含む)、または、この薄膜を有するガラス基板もしくはプラスチック基板が好ましい。ガラス基板もしくはプラスチック基板としては、金もしくは白金の薄膜を有するガラス、または、白金を蒸着したガラスが好ましい。
Examples of the material for forming the second electrode 2 include platinum (Pt), gold (Au), nickel (Ni), copper (Cu), silver (Ag), indium (In), ruthenium (Ru), palladium Examples thereof include metals such as Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), osmium (Os), aluminum (Al), the above-described conductive metal oxides, carbon materials, conductive polymers, and the like. The carbon material may be any material having conductivity, in which carbon atoms are bonded to each other, and examples thereof include fullerene, carbon nanotube, graphite, graphene, carbon black and the like.
The second electrode 2 is preferably a thin film (including a thin film formed by vapor deposition) of a metal or conductive metal oxide, or a glass substrate or a plastic substrate having the thin film. As a glass substrate or a plastic substrate, a glass having a thin film of gold or platinum or a glass on which platinum is vapor-deposited is preferable.

第二電極2の膜厚は、特に限定されず、0.01〜100μmが好ましく、0.01〜10μmがさらに好ましく、0.01〜1μmが特に好ましい。   The film thickness of the second electrode 2 is not particularly limited, and is preferably 0.01 to 100 μm, more preferably 0.01 to 10 μm, and particularly preferably 0.01 to 1 μm.

<その他の構成>
本発明では、第一電極1と第二電極2との接触を防ぐために、下地層14とともに、スペーサーやセパレータを用いることもできる。
また、第二電極2と正孔輸送層3の間に正孔ブロッキング層を設けてもよい。
<Other configuration>
In the present invention, in order to prevent the contact between the first electrode 1 and the second electrode 2, a spacer or a separator can be used together with the base layer 14.
In addition, a hole blocking layer may be provided between the second electrode 2 and the hole transport layer 3.

<<太陽電池>>
本発明の太陽電池は、本発明の光電変換素子を用いて構成される。例えば図1〜図4に示されるように、外部回路6に対して仕事させるように構成した光電変換素子10を太陽電池として用いることができる。第一電極1(導電性支持体11)および第二電極2に接続される外部回路は、公知のものを特に制限されることなく、用いることができる。
本発明は、例えば、非特許文献1、J.Am.Chem.Soc.,2009,131(17),p.6050−6051およびScience,338,p.643(2012)に記載の各太陽電池に適用することができる。
本発明の太陽電池は、構成物の劣化および蒸散等を防止するために、側面をポリマーや接着剤等で密封することが好ましい。
<< Solar cell >>
The solar cell of the present invention is configured using the photoelectric conversion element of the present invention. For example, as shown in FIGS. 1 to 4, the photoelectric conversion element 10 configured to work on the external circuit 6 can be used as a solar cell. The external circuit connected to the first electrode 1 (conductive support 11) and the second electrode 2 can be a known one without particular limitation.
The present invention is described, for example, in Non-Patent Document 1, J. Am. Chem. Soc. , 2009, 131 (17), p. 6050-6051 and Science, 338, p. It is applicable to each solar cell as described in 643 (2012).
In the solar cell of the present invention, it is preferable to seal the side with a polymer, an adhesive or the like in order to prevent deterioration and transpiration of the composition.

<<光電変換素子および太陽電池の製造方法>>
本発明の光電変換素子および太陽電池は、下地層14の形成以外は、公知の製造方法、例えば非特許文献1等に記載の方法に準拠して、製造できる。
以下に、本発明の光電変換素子および太陽電池の製造方法を、多孔質層12、正孔輸送層3を設ける場合を例にとって簡単に説明する。
<< photoelectric conversion element and method of manufacturing solar cell >>
The photoelectric conversion element and the solar cell of the present invention can be manufactured according to known manufacturing methods, for example, the method described in Non-Patent Document 1 etc., except for the formation of the base layer 14.
Below, the manufacturing method of the photoelectric conversion element of this invention and a solar cell is demonstrated easily taking the case where the porous layer 12 and the positive hole transport layer 3 are provided as an example.

導電性支持体11の表面に、下地層14を形成する。
下地層14は、例えば、上述した導電性支持体11(透明電極11b)に対する絶縁性物質またはその前駆体化合物等を含有する塗布液を導電性支持体11の表面に塗布して成膜し、この塗布膜を焼成して形成することが好ましい。導電性支持体11(透明電極11b)に対する絶縁性物質は、無機半導体材料が好ましい。この無機半導体材料としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化アルミニウム、炭酸カルシウム、酸化スズ、酸化ニオブ、および酸化タングステン等から選ばれるものが好ましい。
また、この無機半導体材料の前駆体化合物としては、例えば、各材料のアルコキシド(好ましくはチタンエトキシド、チタンイソプロポキシド、チタンブトキシド、ジイソプロポキシビス(アセチルアセトナト)チタン、アルミニウムトリイソプロポキシド、およびジエトキシ亜鉛から選ばれる1種または2種以上)、ハロゲン化物(好ましくは四塩化チタンおよび塩化亜鉛から選ばれる1種または2種)、および水酸化物(好ましくはテトラヒドロキシチタンおよびヒドロキシ亜鉛から選ばれる1種または2種)から選ばれる1種または2種以上を挙げることができる。
塗布液中、上記絶縁性物質またはその前駆体化合物の含有量は1〜99質量%が好ましく、1〜50質量%がより好ましい。
Underlayer 14 is formed on the surface of conductive support 11.
The underlayer 14 is formed, for example, by applying a coating solution containing an insulating material to the above-described conductive support 11 (transparent electrode 11 b) or a precursor compound thereof to the surface of the conductive support 11 to form a film. It is preferable to form this coating film by baking. The insulating material for the conductive support 11 (transparent electrode 11 b) is preferably an inorganic semiconductor material. The inorganic semiconductor material is preferably selected from titanium oxide, zinc oxide, silicon oxide, magnesium oxide, aluminum oxide, calcium carbonate, tin oxide, niobium oxide, tungsten oxide and the like.
Moreover, as a precursor compound of this inorganic semiconductor material, for example, alkoxides of the respective materials (preferably titanium ethoxide, titanium isopropoxide, titanium butoxide, titanium isopropoxide (diacetopropoxide (acetylacetonato)), aluminum triisopropoxide And one or more selected from diethoxy zinc), a halide (preferably one or more selected from titanium tetrachloride and zinc chloride), and a hydroxide (preferably from tetrahydroxy titanium and hydroxy zinc) 1 type or 2 types or more selected from 1 type or 2 types selected can be mentioned.
1-99 mass% is preferable in a coating liquid, and, as for content of the said insulating substance or its precursor compound, 1-50 mass% is more preferable.

下地層14を形成するための塗布液に用いる溶媒は、焼成時においても溶媒が一定程度の時間をかけて蒸発するように、沸点150℃以上の溶媒Sが含まれることが好ましい。塗布液中の溶媒が低沸点溶媒のみであると、短時間に溶媒が揮発してしまい、塗布ムラ(凹凸)が是正されないまま成膜されてしまう傾向がある。塗布液に含まれる溶媒Sは1種でも2種以上であってもよい。
下地層のRzをより抑える観点から、溶媒Sの沸点は200℃以上が好ましく、215℃以上がより好ましく、230℃以上がさらに好ましく、240℃以上がさらに好ましく、250℃以上がさらに好ましい。また、溶媒Sの沸点は400℃以下が好ましく、350℃以下がより好ましく、300℃以下がさらに好ましい。
また、塗布液中の溶媒は、溶媒Sを1質量%以上含有することが好ましく、3〜10質量%含有することがより好ましい。塗布液中の高沸点溶媒の割合が一定量を超えると、高温状態でTiOの析出が生じやすくなったり、凝集物が生じやすくなったりしてRzを本発明の規定内へと調節することが難しくなる傾向がある。
塗布液の溶媒中、溶媒S以外の残部を構成する溶媒は、溶媒Sの沸点にもよるが、沸点が140℃未満であることが好ましく、120℃未満であることがより好ましく、100℃未満であることがさらに好ましい。
The solvent used for the coating solution for forming the underlayer 14 preferably contains the solvent S 1 having a boiling point of 150 ° C. or more, so that the solvent evaporates over a certain length of time even during baking. If the solvent in the coating solution is only a low boiling point solvent, the solvent is volatilized in a short time, and there is a tendency that the film is formed without correcting the coating unevenness (concave and convex). The solvent S 1 contained in the coating solution may be one kind or two or more kinds.
From the viewpoint of suppressing more the Rz of the base layer, the boiling point is preferably at least 200 ° C. The solvent S 1, more preferably at least 215 ° C., more preferably above 230 ° C., more preferably above 240 ° C., and even more preferably 250 ° C.. Further, the boiling point of the solvent S 1 is preferably 400 ° C. or less, more preferably 350 ° C. or less, more preferably 300 ° C. or less.
The solvent in the coating solution preferably contains the solvent S 1 or 1 wt%, and more preferably contains 3 to 10 wt%. If the proportion of the high boiling point solvent in the coating solution exceeds a certain amount, precipitation of TiO 2 is likely to occur in a high temperature state or aggregation is likely to occur, and Rz is adjusted within the scope of the present invention. Tend to be difficult.
Solvent of the coating solution, the solvent constituting the remainder other than the solvent S 1, depending on the boiling point of the solvent S 1, preferably has a boiling point less than 140 ° C., more preferably less than 120 ° C., 100 More preferably, it is less than ° C.

下地層14を形成するための塗布液中の溶媒は、上記溶媒Sと、上記溶媒Sの沸点よりも沸点が50℃以上低い溶媒Sとを含有することが好ましい。溶媒Sの沸点は150℃未満であり、140℃未満がより好ましく、120℃未満がさらに好ましく、100℃未満がさらに好ましい。溶媒Sの沸点は通常は30℃以上であり、50℃以上がより好ましく、60℃以上がさらに好ましい。
溶媒Sは1種の溶媒でも2種以上の溶媒でもよい。この場合において、下地層14の形成は、導電性支持体11上に上記塗布液を塗布して塗布膜を形成し、この塗布膜を、上記溶媒Sの沸点よりも低く上記溶媒Sの沸点よりも高い温度で1分間以上(好ましくは5〜30分間)熱し、次いで、上記溶媒Sの沸点以上の温度で焼成することにより行うことが好ましい。こうすることで、溶媒の揮発速度を適度なレベルに調整することができ、下地層14表面のRzを効果的に低減することができる。上記溶媒Sの沸点よりも低く上記溶媒Sの沸点よりも高い温度での加熱中、温度は一定でも変動させてもよい。この温度は一定か、または加温していく態様が好ましい。
上記溶媒Sの沸点は、上記溶媒Sの沸点よりも50〜200℃低いことが好ましく、50〜180℃低いことがより好ましく、70〜160℃低いことがさらに好ましい。
Solvent of the coating solution for forming the undercoat layer 14, and the solvent S 1, a boiling point above the boiling point of the solvent S 1 is preferably contains a low solvent S 2 or 50 ° C.. The boiling point of the solvent S 2 is less than 150 ° C., more preferably less than 140 ° C., still more preferably less than 120 ° C., and still more preferably less than 100 ° C. Boiling point of the solvent S 2 is usually at 30 ° C. or higher, more preferably at least 50 ° C., more preferably 60 ° C. or higher.
Solvent S 2 may be two or more solvents in one solvent. In this case, formation of the underlying layer 14 is formed by applying the coating liquid to form a coating film on a conductive support 11, the coating film, the lower the solvent S 2 than the boiling point of the solvent S 1 over 1 minute at a temperature higher than the boiling point (preferably 5 to 30 minutes) heated, then it is preferable to carry out by firing temperature higher than the boiling point of the solvent S 1. By so doing, the evaporation rate of the solvent can be adjusted to an appropriate level, and Rz on the surface of the underlayer 14 can be effectively reduced. During heating at a temperature higher than the boiling point of the solvent S 2 lower than the boiling point of the solvent S 1, temperature may be varied at a constant. It is preferable that this temperature be constant or be heated.
Boiling point of the solvent S 2 is preferably less 50 to 200 ° C. than the boiling point of the solvent S 1, and more preferably less 50 to 180 ° C., and even more preferably less 70 to 160 ° C..

ここで、「溶媒Sと、溶媒Sの沸点よりも沸点が50℃以上低い溶媒Sとを含有する」とは、上記溶媒Sとして2種以上の溶媒を含む場合には、上記溶媒Sの沸点が、上記溶媒Sのうち沸点の最も低い溶媒の沸点よりも50℃以上低いことを意味する。
また、上記の「溶媒Sの沸点よりも低く溶媒Sの沸点よりも高い温度」は、溶媒Sの沸点(Sが2種以上の溶媒である場合には、最も沸点の低い溶媒の沸点、以下同様)よりも10〜190℃低く、溶媒Sの沸点(Sが2種以上の溶媒である場合には、最も沸点の高い溶媒の沸点、以下同様)よりも10〜190℃高いことが好ましく、溶媒Sの沸点よりも60〜150℃低く、溶媒Sの沸点よりも60〜150℃高いことがより好ましい。
また、「溶媒Sの沸点以上の温度で焼成する」とは、上記溶媒Sとして2種以上の溶媒を含む場合には、溶媒Sのうち最も沸点の高い溶媒の沸点以上の温度で焼成することを意味する。「溶媒Sの沸点以上の温度」は、溶媒Sの沸点(2種以上の溶媒を含む場合には、溶媒Sのうち最も沸点の高い溶媒の沸点)よりも10〜600℃高いことが好ましく、50〜300℃高いことがより好ましい。
上記溶媒Sが2種以上の溶媒である場合には、溶媒S中、最も沸点の高い溶媒の割合が80質量%以上であることが好ましく、90質量%以上であることがより好ましく、95質量%以上であることがさらに好ましく、98質量%以上であることがさらに好ましい。
また、上記溶媒Sが2種以上の溶媒である場合には、溶媒S中、最も沸点の低い溶媒の割合が10質量%以上であることが好ましく、20質量%以上であることがより好ましく、40質量%以上であることがさらに好ましく、60質量%以上であることがさらに好ましく80質量%以上であることがさらに好ましく、90質量%以上であることがさらに好ましい。
上記溶媒Sは1種の溶媒であることが好ましい。また、上記溶媒Sは1種または2種の溶媒からなることが好ましく、1種の溶媒であることがより好ましい。また塗布液は、溶媒S及びS以外の溶媒を含まないことが好ましい。
Here, when "a solvent S 1, the solvent boiling point than the boiling point of S 1 is containing a low solvent S 2 or 50 ° C." refers containing two or more solvents as the solvent S 1 is the the boiling point of the solvent S 2 that is less 50 ° C. or higher than the boiling point of the lowest solvent boiling point of the solvent S 1.
Further, the above-mentioned “temperature lower than the boiling point of solvent S 1 and higher than the boiling point of solvent S 2 ” is the boiling point of solvent S 1 (when S 1 is a solvent of two or more types, the solvent having the lowest boiling point boiling point, hereinafter the same) 10-190 ° C. lower than, when the boiling point of the solvent S 2 (S 2 is 2 or more solvents, the most high boiling point solvent having a boiling point, than hereinafter the same) 10-190 It is preferred that the temperature is higher by 60 ° C. to 150 ° C. than the boiling point of the solvent S 1 and more preferably 60 to 150 ° C. higher than the boiling point of the solvent S 2 .
Moreover, "fired at a temperature higher than the boiling point of the solvent S 1", in the case as the solvent S 1 comprising two or more solvents, the most high boiling point solvent having a boiling point above the temperature of the solvent S 1 It means to bake. "A temperature above the boiling point of the solvent S 1" is the boiling point of the solvent S 1 (if comprising two or more solvents, most high boiling point boiling point of the solvent of the solvent S 1) 10 to 600 ° C. higher than the Is preferable, and 50 to 300 ° C. is more preferable.
When the solvent S 1 is a solvent of two or more types, the proportion of the solvent having the highest boiling point in the solvent S 1 is preferably 80 mass% or more, and more preferably 90 mass% or more. It is more preferable that it is 95 mass% or more, and it is further more preferable that it is 98 mass% or more.
Further, when the solvent S 2 is two or more solvents, in a solvent S 2, and most preferably the ratio of the low boiling point solvent is 10 mass% or more, more not less than 20 wt% The content is preferably 40% by mass or more, more preferably 60% by mass or more, still more preferably 80% by mass or more, and still more preferably 90% by mass or more.
It is preferable that the solvent S 1 is one solvent. Further, the solvent S 2 is preferably composed of one or two solvents, more preferably one solvent. The coating solution preferably contains no solvent other than the solvents S 1 and S 2 .

上記溶媒Sとしては、オリゴアルキレングリコール(好ましくは炭素数2〜10のオリゴアルキレングリコール、具体例としては、トリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコールおよびテトラエチレングリコールから選ばれる1種または2種以上)、グリコールエーテル(好ましくはジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールブチルメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールジブチルエーテルおよびテトラエチレングリコールジブチルエーテルから選ばれる1種または2種以上)、アルコール(好ましくはαテルピネオールおよびデカノールから選ばれる1種または2種)、アミド(好ましくはジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミドおよびN−メチルピロリドンから選ばれる1種または2種以上)、およびラクトン(好ましくはγ−ブチロラクトン)から選ばれる1種または2種以上を用いることが好ましい。なかでもRzをより小さくする観点から、αテルピネオール、オリゴアルキレングリコールおよびグリコールエーテルから選ばれる1種または2種以上の溶媒を用いることが好ましい。As the solvent S 1 , an oligoalkylene glycol (preferably an oligoalkylene glycol having 2 to 10 carbon atoms, specifically, one or two selected from triethylene glycol, dipropylene glycol, tripropylene glycol and tetraethylene glycol A glycol ether (preferably one or more selected from diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol butyl methyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol dibutyl ether and tetraethylene glycol dibutyl ether), an alcohol (preferably α-terpineol and 1 or 2 types selected from decanol, amides (preferably dimethylformamide, dimethylacetoamide) And one or more selected from N- methylpyrrolidone), and lactone (preferably it is preferred to use one or more selected from γ- butyrolactone). Among them, from the viewpoint of reducing Rz, it is preferable to use one or more solvents selected from α-terpineol, oligoalkylene glycol and glycol ether.

また、上記溶媒Sとしては、アルコール(好ましくはメタノール、エタノール、イソプロパノールおよびブタノールから選ばれる1種または2種以上)、エステル(好ましくは酢酸メチルおよび酢酸エチルから選ばれる1種または2種)、ケトン(好ましくはアセトン、メチルエチルケトン、ジエチルケトンおよびシクロペンタノンから選ばれる1種または2種以上)、エーテル(好ましくはジエチルエーテルおよびテトラヒドロフランから選ばれる1種または2種)、炭化水素(置換炭化水素を含む。好ましくはヘキサン、塩化メチレン、クロロホルム、ベンゼンおよびトルエンから選ばれる1種または2種以上)、およびニトリル(好ましくはアセトニトリル)から選ばれる1種または2種以上の溶媒を用いることが好ましい。In addition, as the above-mentioned solvent S 2 , alcohol (preferably one or more selected from methanol, ethanol, isopropanol and butanol), ester (preferably one or two selected from methyl acetate and ethyl acetate), Ketone (preferably one or more selected from acetone, methyl ethyl ketone, diethyl ketone and cyclopentanone), ether (preferably one or two selected from diethyl ether and tetrahydrofuran), hydrocarbon (substituted hydrocarbon) Preferably, it is preferable to use one or more solvents selected from one or more selected from hexane, methylene chloride, chloroform, benzene and toluene), and a nitrile (preferably acetonitrile).

多孔質層12を形成する材料は、好ましくは微粒子として用いられ、さらに好ましくは微粒子を含有する分散物として用いられる。
多孔質層12を形成する方法としては、特に限定されず、例えば、湿式法、乾式法、その他の方法(例えば、Chemical Review,第110巻,6595頁(2010年刊)に記載の方法)が挙げられる。これらの方法において、導電性支持体11の表面または下地層14の表面に分散物(ペースト)を塗布した後に、100〜800℃の温度で10分〜10時間、例えば空気中で焼成することが好ましい。これにより、微粒子同士を密着させることができる。
焼成を複数回行う場合、最後の焼成以外の焼成の温度(最後以外の焼成温度)を、最後の焼成の温度(最後の焼成温度)よりも低い温度で行うのがよい。例えば、酸化チタンペーストを用いる場合、最後以外の焼成温度を50〜300℃の範囲内に設定することができる。また、最後の焼成温度を、100〜600℃の範囲内において、最後以外の焼成温度よりも高くなるように、設定することができる。支持体11aとしてガラス支持体を用いる場合、焼成温度は60〜500℃が好ましい。
The material forming the porous layer 12 is preferably used as fine particles, and more preferably as a dispersion containing fine particles.
The method for forming the porous layer 12 is not particularly limited, and examples thereof include a wet method, a dry method and other methods (for example, methods described in Chemical Review, Volume 110, page 6595 (2010)). Be In these methods, after the dispersion (paste) is applied to the surface of the conductive support 11 or the surface of the underlayer 14, baking may be performed, for example, in air for 10 minutes to 10 hours at a temperature of 100 to 800 ° C. preferable. Thereby, fine particles can be adhered to each other.
When the firing is performed a plurality of times, it is preferable to perform the temperature of the firing other than the final firing (the firing temperature other than the final) at a temperature lower than the temperature of the final firing (the final firing temperature). For example, when using a titanium oxide paste, the baking temperature other than the last can be set in the range of 50 to 300 ° C. In addition, the final baking temperature can be set to be higher than the baking temperature other than the final temperature in the range of 100 to 600 ° C. When using a glass support as the support 11a, 60-500 degreeC of baking temperature is preferable.

多孔質層12を形成するときの、多孔質材料の塗布量は、多孔質層12の膜厚および塗布回数等に応じて適宜に設定され、特に限定されない。導電性支持体11の表面積1m当たりの、多孔質材料の塗布量は、例えば、0.5〜500gが好ましく、さらには5〜100gが好ましい。The amount of application of the porous material when forming the porous layer 12 is appropriately set according to the film thickness of the porous layer 12, the number of times of application, and the like, and is not particularly limited. Surface area 1 m 2 per conductive support 11, the coating amount of the porous material, for example, preferably 0.5~500G, more 5~100g is preferred.

次いで、感光層13を設ける。
感光層13を設ける方法は、湿式法および乾式法が挙げられ、特に限定されない。本発明においては、湿式法が好ましく、例えば、吸収剤を含有する光吸収剤溶液に接触させる方法が好ましい。この方法においては、まず、感光層13を形成するための光吸収剤溶液を調製する。光吸収剤溶液は、上記ペロブスカイト化合物の原料であるMXとAXとを含有する。ここで、A、MおよびXは上記式(I)のA、MおよびXと同義である。この光吸収剤溶液において、MXとAXとのモル比は目的に応じて適宜に調整される。光吸収剤としてペロブスカイト化合物を形成する場合、AXとMXとのモル比は、1:1〜10:1であることが好ましい。この光吸収剤溶液は、AXとMXとを所定のモル比で混合した後に好ましくは加熱することにより、調製できる。この形成液は通常溶液であるが、懸濁液でもよい。加熱する条件は、特に限定されないが、加熱温度は30〜200℃が好ましく、60〜150℃がさらに好ましい。加熱時間は0.5〜100時間が好ましく、1〜3時間がさらに好ましい。溶媒または分散媒は後述するものを用いることができる。
次いで、調製した光吸収剤溶液を、その表面に感光層13を形成する層(例えば多孔質層12)の表面に接触させる。具体的には、光吸収剤溶液を塗布または浸漬することが好ましい。。これにより、ペロブスカイト化合物が多孔質層12の表面に形成される。接触させる温度は5〜100℃であることが好ましく、浸漬時間は5秒〜24時間であるのが好ましく、20秒〜1時間がより好ましい。塗布した光吸収剤溶液を乾燥させる場合、上記乾燥は熱による乾燥が好ましく、通常は、20〜300℃、好ましくは50〜170℃に加熱することで乾燥させる。
また、上記ペロブスカイト化合物の合成方法に準じて感光層を形成することもできる。
さらに、上記AXを含有するAX溶液と、上記MXを含有するMX溶液とを、別々に塗布(浸漬法を含む)し、必要により乾燥する方法も挙げられる。この方法では、いずれの溶液を先に塗布してもよいが、好ましくはMX溶液を先に塗布する。この方法におけAXとMXとのモル比、塗布条件および乾燥条件は、上記方法と同じである。この方法では、上記AX溶液および上記MX溶液の塗布に代えて、AXまたはMXを、蒸着させることもできる。
さらに他の方法として、上記光吸収剤溶液の溶剤を除去した化合物または混合物を用いた、真空蒸着等の乾式法が挙げられる。例えば、上記AXおよび上記MXを、同時または順次、蒸着させる方法も挙げられる。
これにより、光吸収剤が形成され、感光層13となる。
Next, the photosensitive layer 13 is provided.
The method of providing the photosensitive layer 13 includes a wet method and a dry method, and is not particularly limited. In the present invention, a wet method is preferred, and for example, a method of contacting with a light absorbent solution containing an absorbent is preferred. In this method, first, a light absorbing agent solution for forming the photosensitive layer 13 is prepared. The light absorbing agent solution contains MX 2 and AX, which are raw materials of the above-mentioned perovskite compound. Here, A, M and X have the same meanings as A, M and X in the above formula (I). In this light absorbing agent solution, the molar ratio of MX 2 to AX is appropriately adjusted according to the purpose. When forming a perovskite compound as a light absorber, the molar ratio of AX to MX 2 is preferably 1: 1 to 10: 1. This light absorbing agent solution can be prepared by mixing AX and MX 2 at a predetermined molar ratio and preferably heating. This forming solution is usually a solution, but may be a suspension. Although the conditions to heat are not specifically limited, 30-200 degreeC is preferable and 60-150 degreeC of heating temperature is more preferable. The heating time is preferably 0.5 to 100 hours, more preferably 1 to 3 hours. As the solvent or dispersion medium, those described later can be used.
Next, the prepared light absorbing agent solution is brought into contact with the surface of the layer forming the photosensitive layer 13 (for example, the porous layer 12) on the surface thereof. Specifically, it is preferable to apply or immerse a light absorbent solution. . Thereby, a perovskite compound is formed on the surface of the porous layer 12. The temperature for contact is preferably 5 to 100 ° C., the immersion time is preferably 5 seconds to 24 hours, and more preferably 20 seconds to 1 hour. When the applied light absorbing agent solution is dried, the drying is preferably performed by heat, and the drying is usually performed by heating to 20 to 300 ° C., preferably 50 to 170 ° C.
Moreover, a photosensitive layer can also be formed according to the synthesis method of the said perovskite compound.
Furthermore, a method of separately applying (including a dipping method) the AX solution containing the above AX and the MX 2 solution containing the above MX 2 and optionally drying it may also be mentioned. In this method, any solution may be applied first, but preferably the MX 2 solution is applied first. The molar ratio of AX to MX 2 in this method, the coating conditions and the drying conditions are the same as the above method. In this method, AX or MX 2 can be vapor deposited instead of the application of the AX solution and the MX 2 solution.
Still another method is a dry method such as vacuum evaporation using a compound or a mixture from which the solvent of the light absorber solution has been removed. For example, the method of vapor-depositing said AX and said MX 2 simultaneously or sequentially is also mentioned.
Thereby, a light absorbing agent is formed, and the photosensitive layer 13 is formed.

このようにして設けられた感光層13上に、好ましくは、正孔輸送層3を形成する。
正孔輸送層3は、正孔輸送材料を含有する正孔輸送材料溶液を塗布し、乾燥して、形成することができる。正孔輸送材料溶液は、塗布性に優れる点、および多孔質層12を有しかつ空隙がある場合は多孔質層12の孔内部まで侵入しやすい点で、正孔輸送材料の濃度が0.01〜1.0M(モル/L)であるのが好ましい。
The hole transport layer 3 is preferably formed on the photosensitive layer 13 provided in this manner.
The hole transport layer 3 can be formed by applying and drying a hole transport material solution containing a hole transport material. The hole transport material solution has a concentration of the hole transport material at a concentration of 0.% because the hole transport material solution is excellent in coatability and easily penetrates into the pores of the porous layer 12 when it has the porous layer 12 and there are voids. It is preferable that it is 01-1.0 M (mol / L).

正孔輸送層3を形成した後に、第二電極2を形成して、光電変換素子および太陽電池が製造される。   After forming the hole transport layer 3, the second electrode 2 is formed, and the photoelectric conversion element and the solar cell are manufactured.

各層の膜厚は、各分散液または溶液の濃度、塗布回数を適宜に変更して、調整できる。例えば、膜厚が厚い感光層13Bを設ける場合には、光吸収剤溶液を複数回塗布、乾燥すればよい。   The film thickness of each layer can be adjusted by appropriately changing the concentration of each dispersion or solution and the number of times of application. For example, in the case of providing the thick photosensitive layer 13B, the light absorbing agent solution may be applied and dried a plurality of times.

上述の各分散液および溶液は、それぞれ、必要に応じて、分散助剤、界面活性剤等の添加剤を含有していてもよい。   Each of the dispersions and solutions described above may contain additives such as a dispersion aid and a surfactant, as necessary.

光電変換素子および太陽電池の製造方法に使用する溶媒または分散媒としては、特開2001−291534号公報に記載の溶媒が挙げられるが、特にこれに限定されない。本発明においては、有機溶媒が好ましく、さらに、アルコール溶媒、アミド溶媒、ニトリル溶媒、炭化水素溶媒、ラクトン溶媒、ハロゲン溶媒、スルフィド溶媒、および、これらの2種以上の混合溶媒が好ましい。混合溶媒としては、アルコール溶媒と、アミド溶媒、ニトリル溶媒または炭化水素溶媒から選ばれる溶媒との混合溶媒が好ましい。具体的には、メタノール、エタノール、イソプロパノール、γ−ブチロラクトン、クロロベンゼン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド(DMF)もしくはジメチルアセトアミド、または、これらの混合溶媒が好ましい。   As a solvent or dispersion medium used for the manufacturing method of a photoelectric conversion element and a solar cell, although the solvent of Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-291534 is mentioned, it does not specifically limit to this. In the present invention, organic solvents are preferable, and alcohol solvents, amide solvents, nitrile solvents, hydrocarbon solvents, lactone solvents, halogen solvents, sulfide solvents, and mixed solvents of two or more of them are more preferable. The mixed solvent is preferably a mixed solvent of an alcohol solvent and a solvent selected from an amide solvent, a nitrile solvent or a hydrocarbon solvent. Specifically, methanol, ethanol, isopropanol, γ-butyrolactone, chlorobenzene, acetonitrile, dimethylformamide (DMF) or dimethylacetamide, or a mixed solvent thereof is preferable.

各層を形成する溶液または分散剤の塗布方法は、特に限定されず、スピンコート、エクストルージョンダイコート、ブレードコート、バーコート、スクリーン印刷、ステンシル印刷、ロールコート、カーテンコート、スプレーコート、ディップコート、インクジェット印刷法、浸漬法等、公知の塗布方法を用いることができる。なかでも、スピンコート、スクリーン印刷、浸漬法等が好ましい。   The coating method of the solution or dispersant for forming each layer is not particularly limited, and spin coating, extrusion die coating, blade coating, blade coating, bar coating, screen printing, stencil printing, roll coating, curtain coating, spray coating, dip coating, inkjet Well-known coating methods, such as a printing method and an immersion method, can be used. Among them, spin coating, screen printing, immersion method and the like are preferable.

上記のようにして作製した光電変換素子は、第一電極1および第二電極2に外部回路6を接続して、太陽電池として用いることができる。   The photoelectric conversion element produced as mentioned above can connect the external circuit 6 to the 1st electrode 1 and the 2nd electrode 2, and can use it as a solar cell.

以下に実施例に基づき本発明について更に詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。   The present invention will be described in more detail based on the following examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例、比較例
[光電変換素子の製造]
以下に示す手順により、図1に示される光電変換素子10Aを製造した。なお、感光層13の膜厚が大きい場合は、図2に示される光電変換素子10Bに対応することになる。
Example, comparative example [manufacture of photoelectric conversion element]
The photoelectric conversion element 10A shown in FIG. 1 was manufactured by the procedure shown below. When the film thickness of the photosensitive layer 13 is large, it corresponds to the photoelectric conversion element 10B shown in FIG.

<導電性支持体11の作製>
ガラス基板(支持体11a、縦×横×厚さ=25mm×25mm×2.2mm)上にフッ素ドープされたSnO導電膜(透明電極11b、膜厚300nm)を形成し、導電性支持体11を作製した。
<Preparation of Conductive Support 11>
A fluorine-doped SnO 2 conductive film (transparent electrode 11 b, film thickness 300 nm) is formed on a glass substrate (support 11 a, length × width × thickness = 25 mm × 25 mm × 2.2 mm), and conductive support 11 Was produced.

<下地層用溶液の調製>
チタニウム(IV)イソプロポキシド(アルドリッチ社製)を、下記溶媒(a)及び(b)の混合溶媒で希釈して、0.02Mの下地層用溶液を調製した。
Preparation of Solution for Underlayer
Titanium (IV) isopropoxide (manufactured by Aldrich) was diluted with a mixed solvent of the following solvents (a) and (b) to prepare a 0.02 M underlayer solution.

<下地層14の形成>
調製したチタニウム(IV)イソプロポキシドを0.02M濃度で含有する下地層用溶液を、比較例1〜3および実施例1についてはスプレー法により、その他の例についてはスピンコート法により、導電性支持体11のSnO導電膜上に塗布した。
次いで、比較例1〜4並びに実施例1〜8、10および11については、空気中、室温から10℃/分で加温して500℃に到達後、1時間焼成し、導電性支持体11の導電膜上に酸化チタンからなる下地層14(膜厚50nm)を形成した。また、実施例9については、空気中、室温から10℃/分で加温して150℃に到達後、150℃±10℃の温度範囲で10分間維持した。その後、10℃/分で加温して500℃に到達後、30分間焼成した。
<Formation of Base Layer 14>
The undercoat layer solution containing the prepared titanium (IV) isopropoxide at a concentration of 0.02 M was electroconductive by the spray method for Comparative Examples 1 to 3 and Example 1 and by the spin coating method for the other examples. It was coated on a SnO 2 conductive film of the support 11.
Then, for Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 8, 10 and 11, after reaching 500 ° C. by heating from room temperature at 10 ° C./minute in air, the conductive support 11 is fired for 1 hour. The underlayer 14 (film thickness 50 nm) made of titanium oxide was formed on the conductive film of the above. In Example 9, the temperature was raised from room temperature to 10 ° C./minute in air, and after reaching 150 ° C., the temperature range was maintained at 150 ° C. ± 10 ° C. for 10 minutes. Thereafter, the temperature was raised at 10 ° C./min to reach 500 ° C., followed by firing for 30 minutes.

<酸化チタンペーストの調製>
酸化チタン(アナターゼ、平均粒径20nm)のエタノール分散液に、エチルセルロース、ラウリン酸およびテルピネオールを加えて、酸化チタンペーストを調製した。
<Preparation of titanium oxide paste>
Ethyl cellulose, lauric acid and terpineol were added to an ethanol dispersion of titanium oxide (anatase, average particle size 20 nm) to prepare a titanium oxide paste.

<多孔質層12の形成>
調製した酸化チタンペーストを下地層14の上にスクリーン印刷法で塗布し、焼成した。この酸化チタンペーストの塗布および焼成を2回繰り返した。焼成温度は、1回目の焼成を130℃で行い、2回目の焼成を500℃で1時間行った。得られた酸化チタンの焼成体を、40mMのTiCl水溶液に浸した後、60℃で1時間加熱し、続けて500℃で30分間加熱して、TiOからなる多孔質層12(膜厚300nm)を形成した。
<Formation of Porous Layer 12>
The prepared titanium oxide paste was applied on the underlayer 14 by screen printing and baked. The application and firing of this titanium oxide paste were repeated twice. The baking temperature performed the 1st baking at 130 degreeC, and performed the 2nd baking at 500 degreeC for 1 hour. The obtained sintered body of titanium oxide is immersed in a 40 mM aqueous TiCl 4 solution, heated at 60 ° C. for 1 hour, and then heated at 500 ° C. for 30 minutes to form a porous layer 12 (film thickness of TiO 2) 300 nm).

<感光層13Aの形成>
メチルアミンの40%メタノール溶液(27.86mL)と、57質量%のヨウ化水素の水溶液(ヨウ化水素酸、30mL)を、フラスコ中、0℃で2時間攪拌した後、濃縮して、CHNHIの粗体を得た。得られたCHNHIの粗体をエタノールに溶解し、ジエチルエーテルで再結晶した。析出した結晶をろ取し、60℃で24時間減圧乾燥して、精製CHNHIを得た。
次いで、精製CHNHIとPbIを、モル比で2:1とし、γ−ブチロラクトン中、60℃で12時間攪拌して混合した後、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)シリンジフィルターでろ過して、40質量%の光吸収剤溶液Aを調製した。
<Formation of Photosensitive Layer 13A>
A solution of methylamine in 40% methanol (27.86 mL) and an aqueous solution of 57% by mass of hydrogen iodide (hydroiodic acid, 30 mL) are stirred in a flask at 0 ° C. for 2 hours and then concentrated to give CH 2 CH 2. A crude product of 3 NH 3 I was obtained. The resulting crude CH 3 NH 3 I was dissolved in ethanol and recrystallized with diethyl ether. The precipitated crystals were collected by filtration and dried under reduced pressure at 60 ° C. for 24 hours to obtain purified CH 3 NH 3 I.
Next, the purified CH 3 NH 3 I and PbI 2 are mixed at a molar ratio of 2: 1, mixed in γ-butyrolactone for 12 hours with stirring at 60 ° C., and then filtered with a polytetrafluoroethylene (PTFE) syringe filter Thus, a 40% by mass light absorber solution A was prepared.

調製した光吸収剤溶液Aをスピンコート法(2000rpmで60秒、続けて3000rpmで60秒)により多孔質層12の上に塗布し、塗布した光吸収剤溶液Aをホットプレートにより100℃で40分間乾燥して、ペロブスカイト化合物を有する感光層13Aとしての感光層A(膜厚350nm(多孔質層12の膜厚300nmを含む))を形成した。得られたペロブスカイト化合物はCHNHPbIであった。
このようにして、第一電極1を作製した。
The prepared light absorbing agent solution A is applied on the porous layer 12 by spin coating (2000 rpm for 60 seconds, then 3000 rpm for 60 seconds), and the applied light absorbing agent solution A is heated at 100 ° C. After drying for a minute, a photosensitive layer A (film thickness 350 nm (including the film thickness 300 nm of the porous layer 12)) as the photosensitive layer 13A having a perovskite compound was formed. The obtained perovskite compound was CH 3 NH 3 PbI 3 .
Thus, the first electrode 1 was produced.

<正孔輸送材料溶液の調製>
正孔輸送材料としてのSpiro−OMeTAD(180mg)をクロロベンゼン(1mL)に溶解させた。このクロロベンゼン溶液に、リチウム−ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミド(170mg)をアセトニトリル(1mL)に溶解させたアセトニトリル溶液(37.5μL)と、t−ブチルピリジン(TBP、17.5μL)とを加えて混合し、正孔輸送材料溶液を調製した。
<Preparation of hole transport material solution>
Spiro-OMeTAD (180 mg) as a hole transport material was dissolved in chlorobenzene (1 mL). An acetonitrile solution (37.5 μL) in which lithium-bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (170 mg) is dissolved in acetonitrile (1 mL) and t-butylpyridine (TBP, 17.5 μL) are added to this chlorobenzene solution. The solution was mixed to prepare a hole transport material solution.

<正孔輸送層3の形成>
次いで、正孔輸送材料溶液を、スピンコート法により、第一電極1の感光層13上に塗布し、塗布した正孔輸送材料溶液を乾燥して、正孔輸送層3(膜厚0.5μm)を形成した。
<Formation of Hole Transport Layer 3>
Next, a hole transport material solution is applied on the photosensitive layer 13 of the first electrode 1 by spin coating, and the applied hole transport material solution is dried to form a hole transport layer 3 (film thickness 0.5 μm). Formed.

<第二電極2の作製>
蒸着法により金を正孔輸送層3上に蒸着して、第二電極2(膜厚0.3μm)を作製した。
このようにして、比較例1〜4並びに実施例1〜11の光電変換素子10を製造した。
<Preparation of Second Electrode 2>
Gold was vapor-deposited on the hole transport layer 3 by vapor deposition to prepare a second electrode 2 (film thickness 0.3 μm).
Thus, photoelectric conversion elements 10 of Comparative Examples 1 to 4 and Examples 1 to 11 were manufactured.

[下地層14表面の最大高さ粗さRzの測定]
導電性支持体11上に、上述の通り下地層14を形成した後(感光層形成前)の試料を用いて、下地層14表面(感光層が形成される側の表面)のRzを以下のように測定した。
<Rzの測定方法>
図5に示すように5箇所の各測定エリア(1.2mm×0.9mm)について、白色光干渉計(Wyko、日本ビーコ社製)を用いてエリア全体のRzを測定した。ここでいうエリア全体のRzとは、XY軸それぞれの方向に対し5μmの分解能でRz(Rz’とする)を測定した結果を指す。5つの測定エリアの各Rz値の平均(測定値5つの平均)を下地層14表面のRzとした。
図5に示す5箇所の測定エリアは、無作為に選んだ5箇所の測定エリアと等価である。無作為に選んだ5箇所の測定エリアにより決定されるRzは、下地層14の表面全体のRzと同視できる。
[Measurement of Maximum Height Roughness Rz of Base Layer 14 Surface]
Using the sample after forming the underlayer 14 on the conductive support 11 as described above (before forming the photosensitive layer), the Rz of the surface of the underlayer 14 (the surface on which the photosensitive layer is formed) is calculated as follows: Was measured.
<Measurement method of Rz>
As shown in FIG. 5, Rz of the entire area was measured using a white light interferometer (Wyko, manufactured by Nippon Bico) for each of five measurement areas (1.2 mm × 0.9 mm). The Rz of the entire area herein refers to the result of measuring Rz (referred to as Rz ′) with a resolution of 5 μm in the direction of each of the XY axes. The average of the respective Rz values of the five measurement areas (average of five measurement values) was taken as Rz of the surface of the underlayer 14.
The five measurement areas shown in FIG. 5 are equivalent to five measurement areas randomly selected. Rz determined by five measurement areas selected at random can be regarded as Rz of the entire surface of the underlayer 14.

[光電変換効率のばらつきの評価]
<初期の光電変換効率の測定>
光電変換効率を以下のようにして評価した。
上記各比較例及び実施例の光電変換素子をそれぞれ10検体作製し、電池特性試験を行って、光電変換効率(η/%)を測定した。電池特性試験は、ソーラーシミュレーター「WXS−85H」(WACOM社製)を用いて、AM1.5フィルタを通したキセノンランプから1000W/mの擬似太陽光を照射することにより行った。I−Vテスターを用いて電流−電圧特性を測定し、光電変換効率(η/%)を求めた。
各比較例、実施例毎に、10検体の光電変換効率のばらつきを、下記評価基準により評価した。結果を下表に示す。
ここで、下表に記載された各比較例および実施例における多孔質層のRzは、10検体のうち最も高かったRz値である。つまり、各比較例および実施例において、10検体の多孔質層のRz値はすべて、表中のRz値以下であった。
また、各実施例および比較例において、光電変換効率の平均値は7%以上であり、高い光電変換効率を示した。
[Evaluation of variation of photoelectric conversion efficiency]
<Measurement of initial photoelectric conversion efficiency>
The photoelectric conversion efficiency was evaluated as follows.
Ten samples of each of the photoelectric conversion elements of the above Comparative Examples and Examples were produced, and a battery characteristic test was performed to measure the photoelectric conversion efficiency (η /%). The battery characteristic test was performed by irradiating 1000 W / m < 2 > simulated sunlight from the xenon lamp which let the AM1.5 filter pass using solar simulator "WXS-85H" (made by WACOM). The current-voltage characteristic was measured using an IV tester to determine the photoelectric conversion efficiency (η /%).
The variation of the photoelectric conversion efficiency of 10 specimens was evaluated according to the following evaluation criteria for each comparative example and each example. The results are shown in the table below.
Here, Rz of the porous layer in each of the comparative examples and examples described in the following table is the highest Rz value among 10 specimens. That is, in each of the comparative examples and the examples, the Rz values of the 10 samples of porous layers were all equal to or less than the Rz values in the table.
Moreover, in each Example and the comparative example, the average value of the photoelectric conversion efficiency was 7% or more, and showed high photoelectric conversion efficiency.

(ばらつきの評価基準)
A:10検体の光電変換効率の平均値(Av%)に対し、10検体各々の光電変換効率(%)がすべて、[Av−0.5](%)以上[Av+0.5](%)以下を満たす。
B:上記Aを満たさず、且つ、10検体の光電変換効率の平均値(Av%)に対し、10検体各々の光電変換効率(%)がすべて、[Av−0.6](%)以上[Av+0.6](%)以下を満たす。
C:上記Bを満たさず、且つ、10検体の光電変換効率の平均値(Av%)に対し、10検体各々の光電変換効率(%)がすべて、[Av−0.8](%)以上[Av+0.8](%)以下を満たす。
D:上記Cを満たさず、且つ、10検体の光電変換効率の平均値(Av%)に対し、10検体各々の光電変換効率(%)がすべて、[Av−1.1](%)以上[Av+1.1](%)以下を満たす。
E:10検体の光電変換効率の平均値(Av%)に対し、10検体の光電変換効率(%)のうち少なくとも1つが、[Av−1.1](%)未満であるか、または[Av+1.1](%)超である。
(Evaluation standard of variation)
A: With respect to the average value (Av%) of the photoelectric conversion efficiency of 10 samples, the photoelectric conversion efficiency (%) of each of 10 samples is all [Av-0.5] (%) or more [Av + 0.5] (%) The following is satisfied.
B: The photoelectric conversion efficiency (%) of each of 10 samples is all [Av-0.6] (%) or more with respect to the average value (Av%) of photoelectric conversion efficiencies of 10 samples not satisfying the above A. [Av + 0.6] (%) or less is satisfied.
C: The photoelectric conversion efficiency (%) of each of 10 samples is all [Av-0.8] (%) or more with respect to the average value (Av%) of photoelectric conversion efficiencies of 10 samples which do not satisfy B above. [Av + 0.8] (%) or less is satisfied.
D: The photoelectric conversion efficiency (%) of each of 10 samples is all [Av-1.1] (%) or more with respect to the average value (Av%) of photoelectric conversion efficiencies of 10 samples which do not satisfy C. [Av + 1.1] (%) or less is satisfied.
E: With respect to the average value (Av%) of photoelectric conversion efficiencies of 10 samples, at least one of the photoelectric conversion efficiencies (%) of 10 samples is less than [Av-1.1] (%), or [ Av + 1.1] is over (%).

下表中、使用した溶媒の比率は質量比である。また、溶媒(a)が2種類の溶媒からなる場合、溶媒(a)の沸点のカラムには、溶媒(a)に含まれる溶媒のうち沸点の高い溶媒の沸点を示した。   In the following table, the proportions of solvents used are mass ratios. Moreover, when the solvent (a) consists of two types of solvents, the column of the boiling point of the solvent (a) showed the boiling point of the solvent having the highest boiling point among the solvents contained in the solvent (a).

Figure 0006509342
Figure 0006509342

上記の結果から、下地層のRzを本発明の規定内とした光電変換素子は、光電変換効率に優れ、且つ、素子間(10検体間)における光電変換効率のばらつきを高度に低減できることがわかった。   From the above results, it is understood that the photoelectric conversion device in which Rz of the underlayer is within the definition of the present invention is excellent in the photoelectric conversion efficiency and can highly reduce the variation of the photoelectric conversion efficiency between the devices (10 specimens). The

本発明をその実施態様および図面とともに説明したが、我々は特に指定しない限り我々の発明を説明のどの細部においても限定しようとするものではなく、添付の請求の範囲に示した発明の精神と範囲に反することなく幅広く解釈されるべきであると考える。   While the present invention has been described with its embodiments and drawings, it is not intended that the invention be limited in any detail of the description unless otherwise specified, and the spirit and scope of the invention as set forth in the appended claims. Should be interpreted broadly without contradicting

本願は、2015年6月22日に日本国で特許出願された特願2015−124713に基づく優先権を主張するものであり、これはここに参照してその内容を本明細書の記載の一部として取り込む。   This application claims the priority of Japanese Patent Application No. 2015-124713 filed in Japan on June 22, 2015, which is incorporated herein by reference in its entirety. Capture as part.

1A、1B、1C、1F 第一電極
11 導電性支持体
11a 支持体
11b 透明電極
12 多孔質層
13A、13B、13C 感光層
14 下地層
2 第二電極
3A、3B 正孔輸送層
6 外部回路(リード)
10A、10B、10C、10F 光電変換素子
100A、100B、100C、100F 光電変換素子を電池用途に応用したシステム
M 電動モーター
1A, 1B, 1C, 1F first electrode 11 conductive support 11a support 11b transparent electrode 12 porous layer 13A, 13B, 13C photosensitive layer 14 base layer 2 second electrode 3A, 3B hole transport layer 6 external circuit ( Lead)
10A, 10B, 10C, 10F Photoelectric conversion device 100A, 100B, 100C, 100F System M that applies photoelectric conversion device to battery application Electric motor

Claims (6)

導電性支持体上に、下地層と多孔質層と光吸収剤を含む感光層とをこの順に有する第一電極と、該第一電極に対向する第二電極とを有する光電変換素子の製造方法であって、
前記光吸収剤が、周期表第一族元素のカチオンまたは有機カチオンと、周期表第一族元素以外の金属原子のカチオンと、アニオンとを有するペロブスカイト型結晶構造を持つ化合物を含み、
前記下地層表面の最大高さ粗さRzが250nm以下であり、
前記製造方法は、前記導電性支持体上に無機半導体材料またはその前駆体を含有する塗布液を塗布して塗布膜を形成する工程と、該塗布膜を焼成して前記下地層を形成する工程とを含み、
該塗布液中の溶媒が、沸点150℃以上の溶媒S と、沸点が150℃未満であり、且つ前記溶媒S の沸点よりも沸点が50℃以上低い溶媒S とを含有し、該溶媒中における前記溶媒S の含有量が1質量%以上であり、
前記下地層の形成が、前記塗布膜を、前記溶媒S の沸点よりも低く前記溶媒S の沸点よりも高い温度で1分間以上熱し、次いで、前記溶媒S の沸点以上の温度で焼成することにより行われる、光電変換素子の製造方法
A method of manufacturing a photoelectric conversion device, comprising: a first electrode having a base layer, a porous layer, and a photosensitive layer containing a light absorbing agent in this order on a conductive support; and a second electrode facing the first electrode. And
The light absorber includes a compound having a perovskite crystal structure having a cation or an organic cation of a periodic table first group element, a cation of a metal atom other than the periodic table first group element, and an anion,
The maximum height roughness Rz of the base layer surface Ri der less 250 nm,
The manufacturing method comprises the steps of applying a coating solution containing an inorganic semiconductor material or a precursor thereof onto the conductive support to form a coating film, and firing the coating film to form the underlayer. Including and
The solvent of the coating solution is a solvent S 1 higher than the boiling point 0.99 ° C., boiling point of less than 0.99 ° C., and a boiling point greater than the boiling point of the solvent S 1 is contained and low solvent S 2 or 50 ° C., the The content of the solvent S 1 in the solvent is 1% by mass or more,
Formation of the underlying layer, the coating film, the heated over 1 minute at a temperature higher than the boiling point of the solvent S 2 lower than the boiling point of the solvent S 1, then fired in the solvent S 1 above the boiling point temperature The manufacturing method of the photoelectric conversion element performed by performing .
前記Rzが230nm以下である、請求項1に記載の光電変換素子の製造方法 The manufacturing method of the photoelectric conversion element of Claim 1 whose said Rz is 230 nm or less. 前記Rzが200nm以下である、請求項1または2に記載の光電変換素子の製造方法 The manufacturing method of the photoelectric conversion element of Claim 1 or 2 whose said Rz is 200 nm or less. 前記下地層が無機半導体材料で形成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法 The manufacturing method of the photoelectric conversion element of any one of Claims 1-3 in which the said base layer is formed with the inorganic semiconductor material. 前記塗布液中の溶媒が、前記溶媒Sを3〜10質量%含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。 The solvent in the coating solution, the solvent-containing S 1 3 to 10% by weight, method of manufacturing the photoelectric conversion device according to any one of claims 1-4. 前記溶媒Sの沸点が250℃以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の光電変換素子の製造方法。
The boiling point of the solvent S 1 is at 250 ° C. or higher, a method for manufacturing a photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 5.
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