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JP7623714B2 - Highly purified tin-containing perovskite semiconductor material - Google Patents
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JP7623714B2 - Highly purified tin-containing perovskite semiconductor material - Google Patents

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Description

この発明は,光電変換効率に優れたスズ含有ペロブスカイト半導体材料に関する。This invention relates to a tin-containing perovskite semiconductor material that has excellent photoelectric conversion efficiency.

これまで,鉛 (Pb2+) をBサイトに含むペロブスカイトを用いて20%を超える高い光電変換効率 (PCE) を示す太陽電池が報告されている。しかしながら,鉛系ペロブスカイトを光吸収層に用いた太陽電池は,材料中の鉛が環境へ及ぼす影響が懸念されている。そこで,実用化の観点から,鉛の一部又は全部をスズ (Sn2+) に置き換えたスズ含有ペロブスカイトを光吸収層に用いた太陽電池が,環境負荷の少ない太陽電池として期待されている(非特許文献1)。 To date, solar cells that use lead (Pb 2+ )-containing perovskite in the B site have been reported to have high photoelectric conversion efficiencies (PCEs) exceeding 20%. However, solar cells that use lead-based perovskite in the light absorption layer have concerns about the environmental impact of the lead in the material. From the perspective of practical application, solar cells that use tin-containing perovskite in the light absorption layer, in which part or all of the lead is replaced with tin (Sn 2+ ), are expected to have a lower environmental impact (Non-Patent Document 1).

しかし,スズ含有ペロブスカイトは,鉛系ペロブスカイトのPb2+と異なり,材料中のSn2+がSn4+へと酸化されやすく,これが膜中の正孔密度を増加させ,太陽電池特性を低下させるという問題がある。また,スズ含有ペロブスカイト太陽電池の光電変換効率は,光励起によって生成したキャリアの寿命が短いという問題がある。 However, unlike lead-based perovskite , tin-containing perovskite has a problem in that the Sn 2+ in the material is easily oxidized to Sn 4+ , which increases the hole density in the film and reduces the solar cell characteristics.In addition, the photoelectric conversion efficiency of tin-containing perovskite solar cells has a problem in that the lifetime of the carriers generated by photoexcitation is short.

Shi, Z.; Guo, J.; Chen, Y.; Li, Q.; Pan, Y.; Zhang, H.; Xia, Y.; Huang, W. Adv. Mater. 2017, 29, 1605005.Shi, Z.; Guo, J.; Chen, Y.; Li, Q.; Pan, Y.; Zhang, H.; Xia, Y.; Huang, W. Adv. Mater. 2017, 29, 1605005.

この明細書に記載される発明のある態様は,系中に微量存在するSn4+を(捕捉することで)取り除いて高純度化し,Sn2+がSn4+へと酸化されにくく,良好な光電変換効率を有するスズ含有ペロブスカイト層を提供することを目的のひとつとする。 One of the objects of an embodiment of the invention described in this specification is to provide a tin-containing perovskite layer that has good photoelectric conversion efficiency by removing (by capturing) trace amounts of Sn 4+ present in the system and highly purifying it, thereby making it difficult for Sn 2+ to be oxidized to Sn 4+ .

この明細書に記載される発明のある態様は,優れたスズ含有ペロブスカイト層を有する発光性材料や光電変換素子(例えば有機EL素子,太陽電池)を提供することを目的とする。An object of one embodiment of the invention described in this specification is to provide a luminescent material or a photoelectric conversion device (for example, an organic EL device or a solar cell) having an excellent tin-containing perovskite layer.

この明細書に記載される発明は,上記の目的に限定されず,この明細書中に記載された各種効果を得ることを目的とするものであっても構わない。The invention described in this specification is not limited to the above object, and may have the object of obtaining the various effects described in this specification.

この明細書に記載される発明のうちある態様のものは, ペロブスカイト層内のSn の濃度を所定の範囲内にすることにより,スズ含有ペロブスカイト層による光電変換効率を高めることができるという,実施例による知見に基づく。 Certain aspects of the invention described in this specification are based on the finding in the examples that the photoelectric conversion efficiency of a tin-containing perovskite layer can be increased by setting the concentration of Sn + 4 in the perovskite layer within a specified range.

この明細書に記載されるある発明は,スズ含有ペロブスカイト層に関する。スズ含有ペロブスカイト層は,スズを含むペロブスカイト層を意味する。スズを含むペロブスカイト層は,スズ含有ペロブスカイト層ともいう。このペロブスカイト層は,スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部の深さ40nmの領域である第2測定領域における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率であるSn+4 40nm値が0%以上0.5%以下である。Sn+4 40nm値が0.0%以上0.3%以下であることが好ましい。 An invention described in this specification relates to a tin-containing perovskite layer. The tin-containing perovskite layer means a perovskite layer containing tin. The perovskite layer containing tin is also called a tin-containing perovskite layer. This perovskite layer has an Sn+4 40nm value, which is the percentage of the atomic content of tetravalent tin in the total atomic content of tetravalent tin and the atomic content of divalent tin in a second measurement region, which is a region 40 nm deep from the center of the surface of the tin-containing perovskite layer, of 0% or more and 0.5% or less. It is preferable that the Sn + 4 40nm value is 0.0% or more and 0.3% or less.

スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率であるSn+4 表面値と,Sn+4 40nm値との比が3以上であるものが好ましい。 It is preferable that the ratio of the Sn + 4 surface value, which is the percentage of the tetravalent tin atomic content in the total of the tetravalent tin atomic content and the divalent tin atomic content at the surface center of the tin-containing perovskite layer, to the Sn +4 40 nm value is 3 or more.

スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部の深さ20nmの領域である第1測定領域における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率であるSn+4 20nm値が0.1%以上5%以下であるものが好ましい。この例では,Sn+4 20nm値が0.1%以上2%以下であるものが好ましい。 The Sn+4 20nm value, which is the percentage of the atomic content of tetravalent tin in the total atomic content of tetravalent tin and divalent tin in the first measurement region, which is a region 20 nm deep from the center of the surface of the tin-containing perovskite layer, is preferably 0.1% or more and 5% or less. In this example, the Sn + 4 20nm value is preferably 0.1% or more and 2% or less.

スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率であるSn+4 表面値と,Sn+4 20nm値との比が3以上20以下であるものが好ましい。 It is preferable that the ratio of the Sn + 4 surface value, which is the percentage of the tetravalent tin atomic content in the total of the tetravalent tin atomic content and the divalent tin atomic content at the surface center of the tin-containing perovskite layer, to the Sn +4 20nm value is 3 or more and 20 or less.

スズ原子の含有量に対する鉛原子の原子含有量が0%以上900%以下であるものが好ましい。The atomic content of lead atoms relative to the content of tin atoms is preferably 0% or more and 900% or less.

スズ含有スズ含有ズの原子含有量の100分率であるSn+4 20nm値が0.1%以上5%以下である。 The Sn + 420nm value, which is a percentage of the atomic content of tin in the tin-containing alloy, is 0.1% or more and 5% or less.

スズ含有ペロブスカイト層は,スズを含むペロブスカイト層を意味する。ペロブスカイト層は,通常矩形をしている。このため,スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部とは,例えば,表面のうち重心付近を意味する。The tin-containing perovskite layer means a perovskite layer containing tin. The perovskite layer is usually rectangular. Therefore, the central part of the surface of the tin-containing perovskite layer means, for example, the vicinity of the center of gravity of the surface.

表面中央部の深さ20nmの領域である第1測定領域は,後述するように,ペロブスカイト層の表面をエッチングして20nm削り,露出したペロブスカイト層の表面中央部を意味する。エッチングは,酸素がない雰囲気下(例えば真空中)において行えばよい。エッチングの例は,アルゴンエッチングである。The first measurement region, which is a region 20 nm deep in the center of the surface, refers to the center of the surface of the perovskite layer that is exposed by etching the surface of the perovskite layer to remove 20 nm, as described below. Etching may be performed in an oxygen-free atmosphere (e.g., in a vacuum). An example of the etching is argon etching.

Sn+4 20nm値は,第1測定領域における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率である。4価のスズの原子含有量や2価のスズの原子含有量は,X線光電子分光(XPS)測定を用いて,得られたスペクトルから2価のスズや4価のスズに対応するピークを分離し,その面積を求めることで得ることができる。また,ピーク分離にはガウシアンフィットを行ってもよいし,面積を求めるには,公知のソフトウェアやプログラムを用いて自動的に行ってもよい。
換言するとSn+4 20nm値は,以下の式により求められる。
Sn+4 20nm値=100×(4価のスズの原子含有量)/((2価のスズの原子含有量)+(4価のスズの原子含有量))
The Sn + 420nm value is the percentage of the atomic content of tetravalent tin in the total atomic content of tetravalent tin and divalent tin in the first measurement region. The atomic content of tetravalent tin and the atomic content of divalent tin can be obtained by separating peaks corresponding to divalent tin and tetravalent tin from the spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement and calculating the area. In addition, the peak separation may be performed by Gaussian fitting, and the area may be calculated automatically using known software or programs.
In other words, the Sn +4 20 nm value is calculated by the following formula:
Sn +4 20 nm value = 100 x (atomic content of tetravalent tin) / (atomic content of divalent tin) + (atomic content of tetravalent tin)

後述する実施例により実証された通り,Sn+4 20nm値が0.1%以上5%以下であれば,4価のスズの割合が減少し,様々な物性を維持しつつ,光電変換効率が著しく高まる。 As demonstrated by the examples described later, when the Sn +4 20 nm value is 0.1% or more and 5% or less, the proportion of tetravalent tin decreases, and the photoelectric conversion efficiency is significantly increased while maintaining various physical properties.

Sn+4 40nm値は,スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部の深さ40nmの領域である第2測定領域における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率である。
表面中央部の深さ40nmの領域である第2測定領域は,ペロブスカイト層の表面をエッチングして40nm削り,露出したペロブスカイト層の表面中央部を意味する。
Sn+4 40nm値は,Sn+4 20nm値と同様にして求めることができる。
The Sn +4 40 nm value is the percentage of the tetravalent tin atomic content of the total tetravalent tin atomic content and divalent tin atomic content in the second measurement region, which is a region 40 nm deep from the center of the surface of the tin-containing perovskite layer.
The second measurement region, which is a region at a depth of 40 nm in the center of the surface, means the center of the surface of the perovskite layer that is exposed by removing the surface of the perovskite layer by etching 40 nm.
The Sn +4 40 nm value can be determined in the same manner as the Sn +4 20 nm value.

Sn+4 表面値は,スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率である。Sn+4 表面値と,Sn+4 20nm値との比は,Sn+4 表面値/Sn+4 20 nm値により求めることができる。 The Sn +4 surface value is the percentage of the atomic content of tetravalent tin in the total atomic content of tetravalent tin and divalent tin at the center of the surface of the tin-containing perovskite layer. The ratio of the Sn +4 surface value to the Sn +4 20 nm value can be calculated by Sn +4 surface value/Sn +4 20 nm value.

上記したスズ含有ペロブスカイト層の好ましい例は,0価のスズ,ピラジン系化合物,ケイ素系化合物,及びゲルマニウム系化合物から選ばれる1種又は2種以上を合計で0.01ppm以上1000ppm以下含むものである。A preferred example of the tin-containing perovskite layer is one that contains 0.01 ppm to 1000 ppm in total of one or more compounds selected from zero-valent tin, pyrazine-based compounds, silicon-based compounds, and germanium-based compounds.

上記したスズ含有ペロブスカイト層の好ましい利用例は,上記したいずれかのスズ含有ペロブスカイト層を有する発光性材料である。A preferred example of the use of the above-mentioned tin-containing perovskite layer is a luminescent material having any of the above-mentioned tin-containing perovskite layers.

上記したスズ含有ペロブスカイト層の好ましい利用例は,上記したいずれかのスズ含有ペロブスカイト層を有する表示装置である。A preferred example of use of the above-mentioned tin-containing perovskite layer is a display device having any of the above-mentioned tin-containing perovskite layers.

上記したスズ含有ペロブスカイト層の好ましい利用例は,上記したいずれかのスズ含有ペロブスカイト層を有する光電変換素子である。A preferred example of the use of the above-mentioned tin-containing perovskite layer is a photoelectric conversion element having any of the above-mentioned tin-containing perovskite layers.

上記したスズ含有ペロブスカイト層の好ましい利用例は,上記したいずれかのスズ含有ペロブスカイト層を有する太陽電池である。A preferred example of use of the above-mentioned tin-containing perovskite layer is a solar cell having any of the above-mentioned tin-containing perovskite layers.

この明細書によれば,系中に微量存在するSn4+を(捕捉することで)取り除いて高純度化し,Sn2+がSn4+へと酸化されにくく,良好な光電変換効率を有するスズ含有ペロブスカイト層を提供することができる。 According to this specification, it is possible to provide a tin-containing perovskite layer that is highly purified by removing (by capturing) trace amounts of Sn 4+ present in the system, that is less likely to be oxidized to Sn 4+ , and that has good photoelectric conversion efficiency.

図1は,実施例1における還元剤1を用いた場合のPLスペクトルを示す図面に代わるグラフ及びその結果をまとめたものである。図1の縦軸は,強度(任意単位)であり,横軸は波長(nm)である。1 is a graph instead of a drawing showing the PL spectrum when reducing agent 1 in Example 1 was used, and a summary of the results. The vertical axis of Fig. 1 is intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis is wavelength (nm). 図2は,実施例1における還元剤1を用いた場合の蛍光寿命の測定結果を示す図面に代わるグラフ及びその結果をまとめたものである。図2の縦軸は,強度(任意単位)であり,横軸は時間(n秒)である。2 is a graph instead of a drawing showing the measurement results of the fluorescence lifetime when the reducing agent 1 in Example 1 was used, and a summary of the results. The vertical axis of Fig. 2 is intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis is time (n seconds). 図3は,実施例1における還元剤2を用いた場合のPLスペクトルを示す図面に代わるグラフ及びその結果をまとめたものである。図3の縦軸は,強度(任意単位)であり,横軸は波長(nm)である。3 is a graph instead of a drawing showing the PL spectrum when reducing agent 2 in Example 1 was used, and a summary of the results. The vertical axis of Fig. 3 is intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis is wavelength (nm). 図4は,実施例1における還元剤2を用いた場合の蛍光寿命の測定結果を示す図面に代わるグラフ及びその結果をまとめたものである。図4の縦軸は,強度(任意単位)であり,横軸は時間(n秒)である。4 is a graph instead of a drawing showing the measurement results of the fluorescence lifetime when the reducing agent 2 in Example 1 was used, and a summary of the results. The vertical axis of Fig. 4 is intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis is time (n seconds). 図5は,実施例2における,図面に代わる,ペロブスカイト膜の表面SEM写真である。左から参照,還元剤1をSnI2に対して0.1mol%(SnF2に対して1.0mol%))添加したもの,還元剤1をSnI2に対して5.0mol%(SnF2に対して50mol%))添加したもの,還元剤1をSnI2に対して1mol%(SnF2に対して10mol%))添加したもの,還元剤1をSnI2に対して5mol%(SnF2に対して50mol%))添加したものを示す。5 is a SEM photograph of the surface of a perovskite film in place of a drawing in Example 2. From the left, the photographs show a case where reducing agent 1 was added at 0.1 mol% relative to SnI2 (1.0 mol% relative to SnF2 ), a case where reducing agent 1 was added at 5.0 mol% relative to SnI2 (50 mol% relative to SnF2 ), a case where reducing agent 1 was added at 1 mol% relative to SnI2 (10 mol% relative to SnF2 ), and a case where reducing agent 1 was added at 5 mol% relative to SnI2 (50 mol% relative to SnF2 ). 図6は,実施例2における太陽電池特性(J-Vカーブ)を示す,図面に代わるグラフである。縦軸は電流密度を示し,横軸は電圧を示す。6 is a graph, instead of a drawing, showing the solar cell characteristics (JV curve) in Example 2. The vertical axis indicates the current density, and the horizontal axis indicates the voltage. 図7は,実施例3における,図面に代わる,ペロブスカイト膜の表面SEM写真である。左から参照,還元剤2をSnI2に対して0.5mol%(SnF2に対して5mol%))添加したもの,還元剤2をSnI2に対して1mol%(SnF2に対して10mol%))添加したもの,還元剤2をSnI2に対して5mol%(SnF2に対して50mol%))添加したもの,還元剤2をSnI2に対して10mol%(SnF2に対して100mol%))添加したものを示す。7 is a SEM photograph of the surface of a perovskite film in place of a drawing in Example 3. From the left, the photographs show a case where reducing agent 2 was added at 0.5 mol% relative to SnI2 (5 mol% relative to SnF2 ), a case where reducing agent 2 was added at 1 mol% relative to SnI2 (10 mol% relative to SnF2 ), a case where reducing agent 2 was added at 5 mol% relative to SnI2 (50 mol% relative to SnF2 ), and a case where reducing agent 2 was added at 10 mol% relative to SnI2 (100 mol% relative to SnF2 ). 図8は,実施例3における太陽電池特性(J-Vカーブ)を示す,図面に代わるグラフである。縦軸は電流密度を示し,横軸は電圧を示す。8 is a graph, instead of a drawing, showing the solar cell characteristics (JV curve) in Example 3. The vertical axis indicates the current density, and the horizontal axis indicates the voltage. 図9は,実施例4における太陽電池特性の評価結果を示す,図面に代わるグラフである。縦軸はカウント,横軸は電流密度を示す。9 is a graph, instead of a drawing, showing the evaluation results of the solar cell characteristics in Example 4. The vertical axis indicates the count, and the horizontal axis indicates the current density. 図10は,実施例4における太陽電池特性の評価結果を示す,図面に代わるグラフである。縦軸はカウント,横軸は電圧を示す。10 is a graph, instead of a drawing, showing the evaluation results of the solar cell characteristics in Example 4. The vertical axis indicates the count, and the horizontal axis indicates the voltage. 図11は,実施例4における太陽電池特性の評価結果を示す,図面に代わるグラフである。縦軸はカウント,横軸はFF(フィルファクター)を示す。11 is a graph, instead of a drawing, showing the evaluation results of the solar cell characteristics in Example 4. The vertical axis indicates the count, and the horizontal axis indicates the FF (fill factor). 図12は,実施例4における太陽電池特性の評価結果を示す,図面に代わるグラフである。縦軸はカウント,横軸はPCE(変換効率)を示す。12 is a graph, instead of a drawing, showing the evaluation results of the solar cell characteristics in Example 4. The vertical axis indicates the count, and the horizontal axis indicates PCE (conversion efficiency). 図13は,実施例5における,図面に代わる,ペロブスカイト膜の表面SEM写真である。左から0.9 Mのスズ含有ペロブスカイト前駆体溶液に還元剤2をSnI2に対して1 mol%添加した溶液から作製したもの,1.2 Mのスズ含有ペロブスカイト前駆体溶液に還元剤2をSnI2に対して1 mol%添加した溶液から作製したもの,1.3 Mのスズ含有ペロブスカイト前駆体溶液に還元剤2をSnI2に対して1 mol%添加した溶液から作製したもの,1.4 Mのスズ含有ペロブスカイト前駆体溶液に還元剤2をSnI2に対して1 mol%添加した溶液から作製したものを示す。13 is a SEM photograph of the surface of a perovskite film in place of a drawing in Example 5. From the left, the following are shown: one made from a solution in which a 0.9 M tin-containing perovskite precursor solution was added with 1 mol% of reducing agent 2 relative to SnI2 , one made from a solution in which a 1.2 M tin-containing perovskite precursor solution was added with 1 mol% of reducing agent 2 relative to SnI2 , one made from a solution in which a 1.3 M tin-containing perovskite precursor solution was added with 1 mol% of reducing agent 2 relative to SnI2 , and one made from a solution in which a 1.4 M tin-containing perovskite precursor solution was added with 1 mol% of reducing agent 2 relative to SnI2. 図14は,実施例5における,図面に代わる,ペロブスカイト膜の断面のSEM写真である。左から0.9 Mのスズ含有ペロブスカイト前駆体溶液に還元剤2をSnI2に対して1 mol%添加した溶液から作製したもの,1.2 Mのスズ含有ペロブスカイト前駆体溶液に還元剤2をSnI2に対して1 mol%添加した溶液から作製したもの,1.3 Mのスズ含有ペロブスカイト前駆体溶液に還元剤2をSnI2に対して1 mol%添加した溶液から作製したもの,1.4 Mのスズ含有ペロブスカイト前駆体溶液に還元剤2をSnI2に対して1 mol%添加した溶液から作製したものを示す。14 is a SEM photograph of a cross section of a perovskite film in place of a drawing in Example 5. From the left, the following are shown: one made from a solution in which a reducing agent 2 was added at 1 mol% relative to SnI2 to a 0.9 M tin-containing perovskite precursor solution, one made from a solution in which a reducing agent 2 was added at 1 mol% relative to SnI2 to a 1.2 M tin-containing perovskite precursor solution, one made from a solution in which a reducing agent 2 was added at 1 mol% relative to SnI2 to a 1.3 M tin-containing perovskite precursor solution, and one made from a solution in which a reducing agent 2 was added at 1 mol% relative to SnI2 to a 1.4 M tin-containing perovskite precursor solution. 図15は,実施例5における太陽電池特性(J-Vカーブ)を示す,図面に代わるグラフである。縦軸は電流密度を示し,横軸は電圧を示す。15 is a graph, instead of a drawing, showing the solar cell characteristics (JV curve) in Example 5. The vertical axis indicates the current density, and the horizontal axis indicates the voltage. 図16-1は,実施例6における還元剤2の添加前後の様子を示す図面に代わる写真である。左上の写真は,還元剤2の添加前の溶液(2)の写真であり,左下の写真は還元剤2の添加後の溶液(2)の写真である。中央上の写真は,還元剤2の添加前の溶液(3)の写真であり,中央下の写真は還元剤2の添加後の溶液(3)の写真である。右上の写真は,還元剤2の添加前の溶液(4)の写真であり,右下の写真は還元剤2の添加後の溶液(4)の写真である。16-1 is a photograph in lieu of a drawing showing the state before and after the addition of reducing agent 2 in Example 6. The upper left photograph is a photograph of solution (2) before the addition of reducing agent 2, and the lower left photograph is a photograph of solution (2) after the addition of reducing agent 2. The upper center photograph is a photograph of solution (3) before the addition of reducing agent 2, and the lower center photograph is a photograph of solution (3) after the addition of reducing agent 2. The upper right photograph is a photograph of solution (4) before the addition of reducing agent 2, and the lower right photograph is a photograph of solution (4) after the addition of reducing agent 2. 図16-2は,実施例6における,図面に代わる,ペロブスカイト膜の表面SEM写真である。左から還元剤2を含まないエントリー1(参照),エントリー2(SnIのDMSO溶液に還元剤2を添加したもの),エントリー3(SnFのDMSO溶液に還元剤2を添加したもの),及びエントリー4(FA0.75MA0. 25SnIのDMSO溶液に還元剤2を添加したもの)を示す。16-2 is a surface SEM photograph of a perovskite film in place of a drawing in Example 6. From the left, entry 1 (reference) not containing reducing agent 2, entry 2 (a DMSO solution of SnI2 to which reducing agent 2 has been added), entry 3 (a DMSO solution of SnF2 to which reducing agent 2 has been added), and entry 4 (a DMSO solution of FA 0.75 MA 0.25 SnI3 to which reducing agent 2 has been added) are shown. 図17は,実施例6における還元剤2を用いた場合のPLスペクトルを示す図面に代わるグラフ及びその結果をまとめたものである。図17の縦軸は,強度(任意単位)であり,横軸は波長(nm)である。17 is a graph instead of a drawing showing the PL spectrum when reducing agent 2 in Example 6 was used, and a summary of the results. The vertical axis of Fig. 17 is intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis is wavelength (nm). 図18は,実施例6における還元剤2を用いた場合の蛍光寿命の測定結果を示す図面に代わるグラフ及びその結果をまとめたものである。図18の縦軸は,強度(任意単位)であり,横軸は時間(n秒)である。18 is a graph instead of a drawing showing the measurement results of the fluorescence lifetime when the reducing agent 2 in Example 6 was used, and a summary of the results. The vertical axis of Fig. 18 is intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis is time (n seconds). 図19は,実施例6における,図面に代わる,ペロブスカイト膜の表面SEM写真である。左から還元剤2を含まないエントリー1(参照),エントリー2(SnIのDMSO溶液に還元剤2を添加したもの),及びエントリー4(FA0.75MA0.25SnIのDMSO溶液に還元剤2を添加したもの)を示す。19 is a SEM photograph of the surface of a perovskite film in Example 6, in place of a drawing. From the left, entry 1 (reference) not containing reducing agent 2, entry 2 (a DMSO solution of SnI2 to which reducing agent 2 was added), and entry 4 (a DMSO solution of FA0.75MA0.25SnI3 to which reducing agent 2 was added ) are shown. 図20は,実施例6における太陽電池特性(J-Vカーブ)を示す,図面に代わるグラフである。縦軸は電流密度を示し,横軸は電圧を示す。20 is a graph, instead of a drawing, showing the solar cell characteristics (JV curve) in Example 6. The vertical axis indicates the current density, and the horizontal axis indicates the voltage. 図21は,実施例7における還元剤2を用いた場合のPLスペクトルを示す図面に代わるグラフ及びその結果をまとめたものである。図21の縦軸は,強度(任意単位)であり,横軸は波長(nm)である。21 is a graph instead of a drawing showing the PL spectrum when reducing agent 2 in Example 7 was used, and a summary of the results. The vertical axis of Fig. 21 is intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis is wavelength (nm). 図22は,実施例7における還元剤2を用いた場合の蛍光寿命の測定結果を示す図面に代わるグラフ及びその結果をまとめたものである。図22の縦軸は,強度(任意単位)であり,横軸は時間(n秒)である。22 is a graph instead of a drawing showing the measurement results of the fluorescence lifetime when the reducing agent 2 in Example 7 was used, and a summary of the results. The vertical axis of Fig. 22 is intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis is time (n seconds). 図23は,実施例8における太陽電池特性(J-Vカーブ)を示す,図面に代わるグラフである。縦軸は電流密度を示し,横軸は電圧を示す。23 is a graph, instead of a drawing, showing the solar cell characteristics (JV curve) in Example 8. The vertical axis indicates the current density, and the horizontal axis indicates the voltage. 図24は,実施例8におけるIPCEスペクトルを示す,図面に代わるグラフである。縦軸はIPCEを示し,横軸は波長(nm)を示す。24 is a graph, instead of a drawing, showing the IPCE spectrum in Example 8. The vertical axis shows IPCE, and the horizontal axis shows wavelength (nm). 図25は,実施例9におけるSnIのケミカルシフトを示す図面に代わるグラフである。上図は,試料1(還元剤2を添加しない状態)のものを示し,下図は,試料2(還元剤2を添加した状態)のものを示す。25 is a graph instead of a drawing showing the chemical shift of SnI2 in Example 9. The upper figure shows that of Sample 1 (without adding reducing agent 2), and the lower figure shows that of Sample 2 (with adding reducing agent 2). 図26は,実施例9におけるSnFのケミカルシフトを示す図面に代わるグラフである。上図は,試料1(還元剤2を添加しない状態)のものを示し,下図は,試料2(還元剤2を添加した状態)のものを示す。26 is a graph instead of a drawing showing the chemical shift of SnF2 in Example 9. The upper figure shows sample 1 (without adding reducing agent 2), and the lower figure shows sample 2 (with adding reducing agent 2). 図27は,実施例9において粒子が得られたことを示す図面に代わるTEM写真である。FIG. 27 is a TEM photograph, instead of a drawing, showing that particles were obtained in Example 9. 図28は,実施例9におけるSnIのケミカルシフトを示す図面に代わるグラフである。上図は,試料1(還元剤2を添加しない状態)のものを示し,下図は,試料2(還元剤2を添加した状態)のものを示す。28 is a graph instead of a drawing showing the chemical shift of SnI4 in Example 9. The upper figure shows that of Sample 1 (without adding reducing agent 2), and the lower figure shows that of Sample 2 (with adding reducing agent 2). 図29は,実施例9におけるSnI及びSnFを含む系のケミカルシフトを示す図面に代わるグラフである。上図は,試料1(還元剤2を添加しない状態)のものを示し,下図は,試料2(還元剤2を添加した状態)のものを示す。29 is a graph instead of a drawing showing the chemical shift of a system containing SnI4 and SnF2 in Example 9. The upper figure shows sample 1 (without adding reducing agent 2), and the lower figure shows sample 2 (with adding reducing agent 2). 図30は,実施例10におけるEtSiHを還元剤として用いた場合の蛍光寿命の測定結果を示す図面に代わるグラフ及びその結果をまとめたものである。図30の縦軸は,強度(任意単位)であり,横軸は時間(n秒)である。Fig. 30 is a graph instead of a drawing showing the measurement results of the fluorescence lifetime when Et3SiH was used as the reducing agent in Example 10, and a summary of the results. The vertical axis of Fig. 30 is intensity (arbitrary unit), and the horizontal axis is time (n seconds). 図31は,実施例10における,図面に代わる,ペロブスカイト膜の表面SEM写真である。左から還元剤を含まない参照(Reference),還元剤EtSiHをSnI2に対して1mol%添加したもの,還元剤EtSiHを5mol%添加したもの,及び還元剤EtSiHをSnI2に対して10mol%添加したものを示す。31 is a SEM photograph of the surface of a perovskite film in place of a drawing in Example 10. From the left, a reference containing no reducing agent, a sample in which the reducing agent Et 3 SiH was added at 1 mol% relative to SnI 2 , a sample in which the reducing agent Et 3 SiH was added at 5 mol%, and a sample in which the reducing agent Et 3 SiH was added at 10 mol% relative to SnI 2 are shown. 図32は,実施例10における太陽電池特性(J-Vカーブ)を示す,図面に代わるグラフである。縦軸は電流密度を示し,横軸は電圧を示す。32 is a graph, instead of a drawing, showing the solar cell characteristics (JV curve) in Example 10. The vertical axis indicates the current density, and the horizontal axis indicates the voltage. 図33は,スカベンジャー処理の様子を示す図面に代わる写真である。図33は,還元剤TM-DHPを加える前(左), 加えた直後(中), および15分攪拌後(右)の前駆体溶液の写真を示す。Fig. 33 is a photograph in lieu of a drawing showing the state of the scavenger treatment. Fig. 33 shows photographs of the precursor solution before (left), immediately after (middle), and after 15 minutes of stirring (right) of the reducing agent TM-DHP. 図34は,スズ含有ペロブスカイト薄膜の(a)表面および(b)断面を示す図面に代わるSEM画像である.FIG. 34 shows SEM images in place of drawings showing (a) the surface and (b) the cross section of a tin-containing perovskite thin film. 図35は,ペロブスカイト薄膜中に含まれるスズイオンの定量評価を行うための図である。図35(a)は,図面に代わる断面SEM画像を示し,図35(b)は,スズ含有ペロブスカイト薄膜のSn 3d5/2 XPSスペクトルを示す。Fig. 35 shows a diagram for quantitatively evaluating tin ions contained in a perovskite thin film, in which (a) shows a cross-sectional SEM image in place of a drawing, and (b) shows a Sn 3d5/2 XPS spectrum of the tin-containing perovskite thin film. 図36は,スズ含有ペロブスカイト薄膜の光物性測定結果を示す図面に代わるグラフである。図36(a)は,蛍光スペクトルを示す。図36(a)の縦軸は蛍光強度を示し,横軸はエネルギー(eV)を示す。図36(b)は,蛍光寿命の測定結果を示す図面に代わるグラフ(時間分解減衰曲線)である。図36(b)の縦軸は,蛍光強度(規格化後)であり,横軸は時間(n秒)である。Fig. 36 is a graph instead of a drawing showing the optical property measurement results of a tin-containing perovskite thin film. Fig. 36(a) shows a fluorescence spectrum. The vertical axis of Fig. 36(a) shows fluorescence intensity, and the horizontal axis shows energy (eV). Fig. 36(b) is a graph (time-resolved decay curve) instead of a drawing showing the measurement results of fluorescence lifetime. The vertical axis of Fig. 36(b) shows fluorescence intensity (normalized), and the horizontal axis shows time (n seconds). 図37は,スカベンジャーによるメカニズムの解明に関する図面である。図37(a)は,TM-DHPの添加前(上段)及び添加後(下段)における,SnFのDMSO-d6溶液中における2価のスズ及び4価のスズの存在を示すNMR測定結果を示す図面に代わるグラフである。図37(b)は,TM-DHPの添加前(上段)及び添加後(下段)における,SnIのDMSO-d6溶液中における2価のスズ及び4価のスズの存在を示すNMR測定結果を示す図面に代わるグラフである。図37(c)は,TM-DHPの添加前(上段)及び添加後(下段)における,SnBrのDMSO-d6溶液中における2価のスズ及び4価のスズの存在を示すNMR測定結果を示す図面に代わるグラフである。図37(d)は,TM-DHPの添加前(上段)及び添加後(下段)における,SnClのDMSO-d6溶液中における2価のスズ及び4価のスズの存在を示すNMR測定結果を示す図面に代わるグラフである。図37(e)は,TM-DHPの添加前(左)及び添加後(右)における,SnFのDMSO-d6溶液を示す図面に代わる写真である。図37(f)は,TM-DHPの添加後(右)に生じたSnナノ粒子を示す図面に代わるTEM写真である。FIG. 37 is a drawing related to elucidation of the mechanism by scavengers. FIG. 37(a) is a graph instead of a drawing showing the NMR measurement results showing the presence of divalent tin and tetravalent tin in a DMSO-d 6 solution of SnF 2 before (upper) and after (lower) the addition of TM-DHP. FIG. 37(b) is a graph instead of a drawing showing the NMR measurement results showing the presence of divalent tin and tetravalent tin in a DMSO-d 6 solution of SnI 2 before (upper) and after (lower) the addition of TM-DHP. FIG. 37(c) is a graph instead of a drawing showing the NMR measurement results showing the presence of divalent tin and tetravalent tin in a DMSO-d 6 solution of SnBr 2 before (upper) and after (lower) the addition of TM-DHP. Fig. 37(d) is a graph in lieu of a drawing showing the results of NMR measurements indicating the presence of divalent tin and tetravalent tin in a DMSO- d6 solution of SnCl2 before (top) and after (bottom) the addition of TM-DHP. Fig. 37(e) is a photograph in lieu of a drawing showing a DMSO- d6 solution of SnF2 before (left) and after (right) the addition of TM-DHP. Fig. 37(f) is a TEM photograph in lieu of a drawing showing Sn0 nanoparticles formed after the addition of TM-DHP (right). 図38は,ペロブスカイト太陽電池の特性を示す図面に代わるグラフである。図38(a)は,電流密度-電圧曲線を示し,図38(b)は40セルの光電変換効率(PCE)の分布を示す。Figure 38 is a graph showing the characteristics of a perovskite solar cell, instead of a drawing, in which (a) shows a current density-voltage curve, and (b) shows the distribution of photoelectric conversion efficiency (PCE) of 40 cells. 図39は,表面処理を行ったペロブスカイト層の物性を示す図である。図39(a)は, スズ含有ペロブスカイト太陽電池の電流密度-電圧曲線を示す図面に代わるグラフである.図39(b)は, エネルギー準位図を示す図である.図39(c)は,外部量子効率(EQE)および内部量子効率(IQE)を示す図面に代わるグラフである。図39(d)は,30セルの光電変換効率(PCE)の分布を示す図面に代わるグラフである.Figure 39 shows the physical properties of the surface-treated perovskite layer. Figure 39(a) is a graph replacing a drawing showing the current density-voltage curve of a tin-containing perovskite solar cell. Figure 39(b) is a diagram showing an energy level diagram. Figure 39(c) is a graph replacing a drawing showing the external quantum efficiency (EQE) and internal quantum efficiency (IQE). Figure 39(d) is a graph replacing a drawing showing the distribution of photoelectric conversion efficiency (PCE) of 30 cells. 図40は,MASnI1.5Br1.5ペロブスカイト薄膜に関する図面に代わるグラフである。図40(a)は, 蛍光スペクトルを示す。図40(a)の縦軸は蛍光強度を示し,横軸はエネルギー(eV)を示す。図40(b)は,蛍光寿命の測定結果を示す図面に代わるグラフ(時間分解減衰曲線)である。図40(b)の縦軸は,蛍光強度(規格化後)であり,横軸は時間(n秒)である。Fig. 40 is a graph in lieu of a drawing relating to a MASnI1.5Br1.5 perovskite thin film. Fig. 40(a) shows a fluorescence spectrum. The vertical axis of Fig. 40(a) shows fluorescence intensity, and the horizontal axis shows energy (eV). Fig. 40(b) is a graph in lieu of a drawing showing the measurement results of fluorescence lifetime (time-resolved decay curve). The vertical axis of Fig. 40(b) shows fluorescence intensity (normalized), and the horizontal axis shows time (n seconds). 図41は,MASnBrペロブスカイト薄膜に関する図面に代わるグラフである。図41(a)は,蛍光スペクトルを示す。図41(a)の縦軸は蛍光強度を示し,横軸はエネルギー(eV)を示す。図41(b)は,蛍光寿命の測定結果を示す図面に代わるグラフ(時間分解減衰曲線)である。図41(b)の縦軸は,蛍光強度(規格化後)であり,横軸は時間(n秒)である。FIG. 41 is a graph in lieu of a drawing relating to a MASnBr3 perovskite thin film. FIG. 41(a) shows a fluorescence spectrum. The vertical axis of FIG. 41(a) shows fluorescence intensity, and the horizontal axis shows energy (eV). FIG. 41(b) is a graph in lieu of a drawing showing the measurement results of fluorescence lifetime (time-resolved decay curve). The vertical axis of FIG. 41(b) shows fluorescence intensity (normalized), and the horizontal axis shows time (n seconds). 図42は,MASnI1.5Br1.5ペロブスカイト薄膜のSn 3d5/2 XPSスペクトルを示す図面に代わるグラフである。FIG. 42 is a graph, instead of a drawing, showing the Sn 3d 5/2 XPS spectrum of a MASnI 1.5 Br 1.5 perovskite thin film. 図43は, スカベンジャー法を用いて作製したASnI3-XBrX系ペロブスカイト太陽電池素子に関する図面に代わるグラフである。図43(a)は 電流密度-電圧曲線を示し,図43(b)は外部量子効率(EQE)を示す。Figure 43 is a graph, instead of a drawing, relating to an ASnI 3 -XBrX-based perovskite solar cell element prepared using the scavenger method, in which (a) shows the current density-voltage curve, and (b) shows the external quantum efficiency (EQE). 図44は,Cs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3ペロブスカイト薄膜に関する図面に代わるグラフである。図44(a)は,蛍光スペクトルを示す。図44(a)の縦軸は蛍光強度を示し,横軸はエネルギー(eV)を示す。図44(b)は,蛍光寿命の測定結果を示す図面に代わるグラフ(時間分解減衰曲線)である。図44(b)の縦軸は,蛍光強度(規格化後)であり,横軸は時間(n秒)である。FIG. 44 is a graph in lieu of a drawing relating to a Cs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3 perovskite thin film. FIG. 44 (a) shows a fluorescence spectrum. The vertical axis of FIG . 44 (a) shows fluorescence intensity, and the horizontal axis shows energy (eV). FIG. 44(b) is a graph in lieu of a drawing showing the measurement results of fluorescence lifetime (time-resolved decay curve). The vertical axis of FIG. 44(b) shows fluorescence intensity (normalized), and the horizontal axis shows time (n seconds). 図45は,Cs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3ペロブスカイト膜を用いた太陽電池素子の電流密度-電圧曲線を示す図面に代わるグラフである。図45(a)はスカベンジャー法を用いていない場合を示し,図45(b)はスカベンジャー法を用いた場合を示す。Figure 45 is a graph, instead of a drawing, showing the current density-voltage curve of a solar cell element using a Cs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3 perovskite film. Figure 45 ( a ) shows the case where the scavenger method is not used, and Figure 45( b ) shows the case where the scavenger method is used. 図46は,Cs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3ペロブスカイト薄膜のSn 3d に関するXPSスペクトルを示す図面に代わるグラフである。FIG. 46 is a graph, instead of a drawing, showing an XPS spectrum for Sn 3d of a Cs 0.1 FA 0.6 MA 0.3 Pb 0.5 Sn 0.5 I 3 perovskite thin film.

以下,図面を用いて本発明を実施するための形態について説明する。本発明は,以下に説明する形態に限定されるものではなく,以下の形態から当業者が自明な範囲で適宜修正したものも含む。Hereinafter, the embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to the embodiments described below, and includes appropriate modifications of the embodiments described below within the scope obvious to those skilled in the art.

1.ペロブスカイト層の製造方法
本明細書に記載されるスズ含有ペロブスカイト層の製造方法は,重ハロゲン化スズを含む溶液に,還元剤を添加し,スズ含有ペロブスカイト前駆体溶液を得る工程を含む。このペロブスカイト層の製造方法は,ペロブスカイト層の製造するための公知の工程や条件を適宜採用できる。例えば,方法は,スズ含有ペロブスカイト化合物を含む溶液を基板に塗布する工程と,基板に貧溶媒を塗布する工程と,基板をアニール処理する工程とを含んでもよい。
1. Method for Producing a Perovskite Layer The method for producing a tin-containing perovskite layer described herein includes a step of adding a reducing agent to a solution containing a tin heavy halide to obtain a tin-containing perovskite precursor solution. This method for producing a perovskite layer can appropriately adopt known steps and conditions for producing a perovskite layer. For example, the method may include a step of applying a solution containing a tin-containing perovskite compound to a substrate, a step of applying a poor solvent to the substrate, and a step of annealing the substrate.

還元剤
還元剤は,例えば,スズ含有ペロブスカイト前駆体溶液中のフッ化スズをスズ(0価のスズ)に還元し,スズ含有ペロブスカイト前駆体溶液中の重ハロゲン化スズをスズに還元しない還元剤である。スズ含有ペロブスカイト前駆体溶液中のフッ化スズをスズに還元するとは,溶液中のフッ化スズ又はフッ化スズ由来のイオンを完全に還元することまでは意味しなくてもよい。溶液中のフッ化スズを,例えば1%以上,3%以上,5%以上,又は10%以上,還元できれば良い。重ハロゲン化スズをスズに還元しないという用語についても同様に,重ハロゲン化スズのうち例えば50%以上,60%以上,70%以上,80%以上,85%以上,90%以上,95%以上,又は98%以上,スズに還元しないものであればよい。
Reducing agent The reducing agent is, for example, a reducing agent that reduces tin fluoride in a tin-containing perovskite precursor solution to tin (zero-valent tin) and does not reduce tin heavy halides in a tin-containing perovskite precursor solution to tin. Reducing tin fluoride in a tin-containing perovskite precursor solution to tin does not necessarily mean completely reducing tin fluoride or ions derived from tin fluoride in the solution. It is sufficient to reduce tin fluoride in the solution, for example, 1% or more, 3% or more, 5% or more, or 10% or more. Similarly, the term "not reducing tin heavy halides to tin" means that it is sufficient to not reduce, for example, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, 85% or more, 90% or more, 95% or more, or 98% or more of tin heavy halides to tin.

還元剤の酸化還元電位は,サイクリックボルタンメトリーで酸化電位が-1.0 V vs Fc/Fc+以上+0.8 V vs Fc/Fc+以下であり,より好ましくは-0.5 V vs Fc/Fc+以上+0.3 V vs Fc/Fc+である。また,還元剤は,シリル基を有する還元剤であってもよい。例えば,シリル基を基本骨格として,又は基本骨格の一部に含む還元剤は,SnFのフッ素原子とシリル基のSi原子が選択的に反応するので,例えばSnIに比べてSnFと選択的に反応すると考えられる。シリル基を有する還元剤のうち,Et3SiHは,蛍光寿命の延長に効果があり,この場合もSnFがSiに配位して生じるH-(ヒドリド)がSnを還元しているものと考えられる。) The oxidation-reduction potential of the reducing agent is -1.0 V vs Fc/Fc + or more and +0.8 V vs Fc/Fc + or less, more preferably -0.5 V vs Fc/Fc + or more and +0.3 V vs Fc/Fc + or more, in cyclic voltammetry. The reducing agent may also be a reducing agent having a silyl group. For example, a reducing agent that has a silyl group as its basic skeleton or as part of its basic skeleton is considered to react selectively with SnF2 compared to, for example, SnI2 , since the fluorine atom of SnF2 and the Si atom of the silyl group react selectively. Among reducing agents having a silyl group, Et3SiH is effective in extending the fluorescence lifetime, and in this case, it is considered that H- (hydride) generated by coordination of SnF2 to Si reduces Sn.)

還元剤の例は,下記式(I)から式(V)で示されるいずれかの化合物である。

Figure 0007623714000001
Examples of the reducing agent are any of the compounds represented by the following formulas (I) to (V).
Figure 0007623714000001

式(I)中,R~Rは,同一でも異なってもよく,水素原子,又はC~Cアルキル基を示し,R~R10は,同一でも異なってもよく,水素原子,又はC~Cアルキル基を示し,X及びXは,同一でも異なってもよく,N又は炭素原子を示す。
式(I)において,R~Rは,同一でも異なってもよく,水素原子,メチル基,又はエチル基であり,R~R10は,同一でも異なってもよく,メチル基,又はエチル基であることが好ましい。
In formula (I), R 1 to R 4 may be the same or different and each represent a hydrogen atom or a C 1 to C 4 alkyl group, R 5 to R 10 may be the same or different and each represent a hydrogen atom or a C 1 to C 4 alkyl group, and X 1 and X 2 may be the same or different and each represent N or a carbon atom.
In formula (I), R 1 to R 4 may be the same or different and each is preferably a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and R 5 to R 10 may be the same or different and each is preferably a methyl group or an ethyl group.

式(I)で示される化合物のうち,X及びXがNで示されるものは,以下の化合物(Ia)である。 Among the compounds represented by formula (I), those in which X1 and X2 are N are the following compounds (Ia).

Figure 0007623714000002
Figure 0007623714000002

式(Ia)中,R~Rは,同一でも異なってもよく,水素原子,メチル基,又はエチル基であり,R~R10は,同一でも異なってもよく,メチル基,又はエチル基であることが好ましい。
例えば,R~Rは,全て水素原子又はメチル基であってもよいし,
及びRが水素原子であり,R及びRがメチル基であってもよい。
~R10は,全てメチル基であってもよい。
In formula (Ia), R 1 to R 4 may be the same or different and each is a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and R 5 to R 10 may be the same or different and each is preferably a methyl group or an ethyl group.
For example, R 1 to R 4 may all be hydrogen atoms or methyl groups;
R 1 and R 4 may be hydrogen atoms, and R 2 and R 3 may be methyl groups.
R 5 to R 10 may all be methyl groups.

式(I)で示される化合物のうち,XがNで示され,Xが炭素原子であるものは,以下の化合物(Ib)である。 Among the compounds represented by formula (I), those in which X 1 is N and X 2 is a carbon atom are the following compounds (Ib).

Figure 0007623714000003
Figure 0007623714000003

式(Ib)中,R~Rは,同一でも異なってもよく,水素原子,メチル基,又はエチル基であり,R~R10は,同一でも異なってもよく,メチル基,又はエチル基であることが好ましい。
例えば,R~Rは,全て水素原子又はメチル基であってもよいし,
及びRが水素原子であり,R及びRがメチル基であってもよいし,Rがメチル基であり,R~Rが水素原子であってもよい。
~R10は,全てメチル基であってもよい。
具体的な式(Ib)で示される化合物は,R~Rは,全て水素原子であり,R~R10は,全てメチル基である化合物である。
In formula (Ib), R 1 to R 4 may be the same or different and each is a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and R 5 to R 10 may be the same or different and each is preferably a methyl group or an ethyl group.
For example, R 1 to R 4 may all be hydrogen atoms or methyl groups;
R 1 and R 4 may be hydrogen atoms and R 2 and R 3 may be methyl groups, or R 1 may be a methyl group and R 2 to R 4 may be hydrogen atoms.
R 5 to R 10 may all be methyl groups.
A specific compound represented by formula (Ib) is a compound in which R 1 to R 4 are all hydrogen atoms, and R 5 to R 10 are all methyl groups.

式(I)で示される化合物のうち,X及びXが炭素原子であるものは,以下の化合物(Ic)である。 Among the compounds represented by formula (I), those in which X 1 and X 2 are carbon atoms are the following compounds (Ic).

Figure 0007623714000004
Figure 0007623714000004

式(Ic)中,R~Rは,同一でも異なってもよく,水素原子,メチル基,又はエチル基であり,R~R10は,同一でも異なってもよく,メチル基,又はエチル基であることが好ましい。
例えば,例えば,R~Rは,全て水素原子又はメチル基であってもよいし,
及びRが水素原子であり,R及びRがメチル基であってもよいし,Rがメチル基であり,R~Rが水素原子であってもよい。R~R10は,全てメチル基であってもよい。具体的な式(Ic)で示される化合物は,Rがメチル基であり,R~Rが水素原子であり,R~R10は,全てメチル基である化合物である。
In formula (Ic), R 1 to R 4 may be the same or different and each is a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and R 5 to R 10 may be the same or different and each is preferably a methyl group or an ethyl group.
For example, R 1 to R 4 may all be hydrogen atoms or methyl groups;
R1 and R4 may be hydrogen atoms and R2 and R3 may be methyl groups, or R1 may be a methyl group and R2 to R4 may be hydrogen atoms. R5 to R10 may all be methyl groups. A specific compound represented by formula (Ic) is a compound in which R1 is a methyl group, R2 to R4 are hydrogen atoms, and R5 to R10 are all methyl groups.

Figure 0007623714000005
Figure 0007623714000005

式(II)中,R11~R18は,同一でも異なってもよく,水素原子,又はC~Cアルキル基を示し, R19~R24は,同一でも異なってもよく,水素原子,又はC~Cアルキル基を示し,X及びXは,同一でも異なってもよく,N又は単結合を示す。
式(II)において,R11~R18は,同一でも異なってもよく,水素原子,メチル基又はエチル基を示し,R19~R24は,同一でも異なってもよく,水素原子,メチル基又はエチル基を示し,X及びXは,同一でも異なってもよく,N又は炭素原子を示すものが好ましい。
In formula (II), R 11 to R 18 may be the same or different and each represents a hydrogen atom or a C 1 to C 4 alkyl group, R 19 to R 24 may be the same or different and each represents a hydrogen atom or a C 1 to C 4 alkyl group, and X 3 and X 4 may be the same or different and each represents N or a single bond.
In formula (II), R 11 to R 18 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, R 19 to R 24 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and X 3 and X 4 may be the same or different and each represents N or a carbon atom.

式(II)で示される化合物のうち,X及びXがNで示されるものは,以下の式(IIa)で示される。 Among the compounds represented by formula (II), those in which X3 and X4 are N are represented by the following formula (IIa).

Figure 0007623714000006
Figure 0007623714000006

式(IIa)で示される具体的な化合物は,R11~R18が水素原子であり,R19~R24がメチル基の化合物である。 A specific compound represented by formula (IIa) is a compound in which R 11 to R 18 are hydrogen atoms and R 19 to R 24 are methyl groups.

Figure 0007623714000007
Figure 0007623714000007

式(III)中,R31~R34は,同一でも異なってもよく,水素原子,C~Cアルキル基,C~Cアルケニル基,C~Cアルキニル基,C~Cアルコキシ基,C~Cアルキルチオ基,アリール基,アリールオキシ基,又はアリールチオ基を示す。 In formula (III), R 31 to R 34 may be the same or different and each represent a hydrogen atom, a C 1 to C 4 alkyl group, a C 2 to C 4 alkenyl group, a C 2 to C 4 alkynyl group, a C 1 to C 4 alkoxy group, a C 1 to C 4 alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, or an arylthio group.

上記において,アリール基は,例えば炭素数6-12のアリール基であり,アリール基の例は,ベンジル基又はフェニル基であり,アリールオキシ基は,例えば炭素数6-2のアリールオキシ基であり,アリールオキシ基の例は,フェノキシ基である。アリールチオ基は,例えば,炭素数6-12のアリールチオ基である。C~Cアルケニル基は,炭素数が2~4の直鎖状又は分岐側鎖を有するアルケニル基である。C~Cアルケニル基の例は,ビニル基,プロペニル基,及びブテニル基等である。C~Cアルキニル基は,炭素数が2~4の直鎖状又は分岐側鎖を有するアルキニル基である。C~Cアルキニル基の例は,エチニル基及びプロピニル基である。
以下同様である。
In the above, the aryl group is, for example, an aryl group having 6 to 12 carbon atoms, and examples of the aryl group are benzyl and phenyl groups. The aryloxy group is, for example, an aryloxy group having 6 to 2 carbon atoms, and an example of the aryloxy group is a phenoxy group. The arylthio group is, for example, an arylthio group having 6 to 12 carbon atoms. The C2 -C4 alkenyl group is an alkenyl group having a linear or branched side chain having 2 to 4 carbon atoms. Examples of the C2 - C4 alkenyl group are vinyl, propenyl, and butenyl groups. The C2 - C4 alkynyl group is an alkynyl group having a linear or branched side chain having 2 to 4 carbon atoms. Examples of the C2 - C4 alkynyl group are ethynyl and propynyl groups.
The same applies below.

式(III)において,
31~R34のすべてが水素原子以外のもの(例えばメチル基,又はエチル基)であってもよいし,
31~R34のうち1つが水素原子で,残りが C~Cアルキル基,C~Cアルコキシ基,C~Cアルキルチオ基,アリール基,アリールオキシ基,又はアリールチオ基であってもよい。
In formula (III),
All of R 31 to R 34 may be other than a hydrogen atom (e.g., a methyl group or an ethyl group),
One of R 31 to R 34 may be a hydrogen atom, and the rest may be a C 1 to C 4 alkyl group, a C 1 to C 4 alkoxy group, a C 1 to C 4 alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, or an arylthio group.

式(III)において,R31が水素原子であり,R32~R34がエチル基である化合物は,EtSiHである。 In the formula (III), the compound in which R 31 is a hydrogen atom and R 32 to R 34 are ethyl groups is Et 3 SiH.

Figure 0007623714000008
Figure 0007623714000008

式(IV)中,R35~R37は,同一でも異なってもよく,水素原子,C~Cアルキル基,C~Cアルケニル基,C~Cアルキニル基,C~Cアルコキシ基,C~Cアルキルチオ基,アリール基,アリールオキシ基,又はアリールチオ基を示し,
は,ハロゲン原子を示す。
式(IV)において,
35~R37のすべてが水素原子以外のもの(例えばメチル基,又はエチル基)であってもよい。ハロゲン原子の例は,重ハロゲン原子(塩素原子,臭素原子及びヨウ素原子)である。
In formula (IV), R 35 to R 37 may be the same or different and each represents a hydrogen atom, a C 1 to C 4 alkyl group, a C 2 to C 4 alkenyl group, a C 2 to C 4 alkynyl group, a C 1 to C 4 alkoxy group, a C 1 to C 4 alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, or an arylthio group;
X5 represents a halogen atom.
In formula (IV),
All of R 35 to R 37 may be other than a hydrogen atom (for example, a methyl group or an ethyl group). Examples of halogen atoms are heavy halogen atoms (chlorine atom, bromine atom and iodine atom).

Figure 0007623714000009
Figure 0007623714000009

式(V)中,R41~R46は,同一でも異なってもよく,水素原子,C~Cアルキル基,C~Cアルケニル基,C~Cアルキニル基,C~Cアルコキシ基,C~Cアルキルチオ基,アリール基,アリールオキシ基,又はアリールチオ基を示す。 In formula (V), R 41 to R 46 may be the same or different and each represent a hydrogen atom, a C 1 to C 4 alkyl group, a C 2 to C 4 alkenyl group, a C 2 to C 4 alkynyl group, a C 1 to C 4 alkoxy group, a C 1 to C 4 alkylthio group, an aryl group, an aryloxy group, or an arylthio group.

式(V)において,R41~R46のすべてが水素原子以外のもの(例えばメチル基,又はエチル基)であってもよいし,R41~R46のうち1つが水素原子で,残りが水素原子以外のもの(例えばメチル基,又はエチル基)であってもよい。 In formula (V), all of R 41 to R 46 may be other than hydrogen atoms (e.g., methyl groups or ethyl groups), or one of R 41 to R 46 may be a hydrogen atom and the rest may be other than hydrogen atoms (e.g., methyl groups or ethyl groups).

還元剤は,基本的には,スズ含有ペロブスカイト前駆体溶液中のフッ化スズをスズに還元し,スズ含有ペロブスカイト前駆体溶液中の重ハロゲン化スズをスズに還元しないものであり,上記式(I)から式(V)で示されるいずれかの化合物で表される還元剤に限られない。また,還元剤は,成膜工程において,層中に残留しないか,残留しても,ペロブスカイト層に悪影響を与えない,又は微量に残留することがかえって,ペロブスカイト層の特性を向上させるものであることが好ましい。上記の通り,式(1)から式(V)で示される化合物は,そのような望ましい特性を有する,本発明の還元剤である。これと同様の観点から,以下の化合物も,本発明の還元剤として有効であると考えられる。The reducing agent is basically one that reduces tin fluoride in the tin-containing perovskite precursor solution to tin, but does not reduce tin heavy halide in the tin-containing perovskite precursor solution to tin, and is not limited to the reducing agent represented by any of the compounds represented by the above formulas (I) to (V). In addition, it is preferable that the reducing agent does not remain in the layer during the film formation process, or if it remains, it does not adversely affect the perovskite layer, or even if it remains in a small amount, it improves the characteristics of the perovskite layer. As described above, the compounds represented by formulas (1) to (V) are reducing agents of the present invention that have such desirable characteristics. From the same viewpoint, the following compounds are also considered to be effective as reducing agents of the present invention.

ゲルマニウム系還元剤
ゲルマニウム系還元剤の例は,GeF,GeCl,GeBr,GeI,GeO,GeP,GeS,GeI,及びGeClである。
Germanium-Based Reducing Agents Examples of germanium-based reducing agents are GeF2 , GeCl2 , GeBr2 , GeI2 , GeO, GeP, GeS, GeI4 , and GeCl4 .

ボラン系還元剤
ボラン系還元剤の例は,BH-THF及びBH-SMeである
Borane-based reducing agents Examples of borane-based reducing agents are BH 3 -THF and BH 3 -SMe 2.

アルミニウム系還元剤
アルミニウム系還元剤の例は,DIBAL-H(水素化ジイソブチルアルミニウム)及びLAH(水素化アルミニウムリチウム)である。
Aluminum-Based Reducing Agents Examples of aluminum-based reducing agents are DIBAL-H (diisobutylaluminum hydride) and LAH (lithium aluminum hydride).

上記以外の還元剤の例は,ナフタセノ[5,6-cd:11,12-c’,d’]ビス[1,2]ジチオール(Naphthaceno[5,6-cd:11,12-c'd']bis[1,2]dithiole):CAS番号193-44-2又は,その誘導体(例えば,この化合物の環の1又は複数の水素原子がアルキル基又はアルコキシ基により置換されたもの,この環の一部の炭素原子が,窒素原子又は硫黄原子で置換されたもの)である。An example of a reducing agent other than those mentioned above is naphthaceno[5,6-cd:11,12-c',d']bis[1,2]dithiole (CAS number 193-44-2) or a derivative thereof (for example, one or more hydrogen atoms in the ring of this compound are substituted with alkyl or alkoxy groups, or some of the carbon atoms in the ring are substituted with nitrogen or sulfur atoms).

重ハロゲン化スズ
重ハロゲン化スズを含む溶液(スズ含有ペロブスカイト前駆体溶液)の例は,スズ含有ペロブスカイト層を作成するための前駆体を含む溶液(スズ含有ペロブスカイト前駆体溶液)である。この溶液は,例えば添加物として,フッ化スズを含む。フッ化スズの含有量は,通常微量である。重ハロゲン化スズは,ヨウ化スズ,臭化スズおよび塩化スズから選ばれる1種又は2種以上を含む。
Tin heavy halide An example of a solution containing a tin heavy halide (tin-containing perovskite precursor solution) is a solution containing a precursor for forming a tin-containing perovskite layer (tin-containing perovskite precursor solution). This solution contains, for example, tin fluoride as an additive. The content of tin fluoride is usually small. The tin heavy halide contains one or more selected from tin iodide, tin bromide, and tin chloride.

ペロブスカイト層に用いられるスズ含有ペロブスカイト化合物自体は公知であり,本明細書においても,Sn(スズ)を含むスズ含有ペロブスカイト化合物を適宜用いることができる。重ハロゲン化スズは,例えば,SnXm1(Xは I, Br, Clのいずれか1種以上であり,m1は,1.8≦m1≦2.2)で示される。重ハロゲン化スズは,ヨウ化スズを含むものが好ましい。重ハロゲン化スズは,ヨウ化スズ,臭化スズおよび塩化スズを含むものであってもよい。例えば,重ハロゲン化スズは,ヨウ化スズおよび臭化スズから主に構成される。スズ含有ペロブスカイト前駆体溶液において,重ハロゲン化スズは,イオンとして電離した状態で存在していてもよい。 The tin-containing perovskite compound used in the perovskite layer is known, and in this specification, a tin-containing perovskite compound containing Sn (tin) can be used as appropriate. The heavy tin halide is represented, for example, by SnX m1 (X is one or more of I, Br, and Cl, and m1 is 1.8≦m1≦2.2). The heavy tin halide preferably contains tin iodide. The heavy tin halide may contain tin iodide, tin bromide, and tin chloride. For example, the heavy tin halide is mainly composed of tin iodide and tin bromide. In the tin-containing perovskite precursor solution, the heavy tin halide may be present in an ionized state as ions.

重ハロゲン化スズは,式(VI)で示されるスズ含有ペロブスカイト化合物(本発明のペロブスカイト化合物ともよぶ)であってもよい。
RSnX (VI)
[式中,Snの酸化数は1.5~4である。Rは少なくとも1種の1価のカチオンを示す。Xは少なくとも1種の重ハロゲン原子を示す。jは2.5~3.5を示す。]
Snの酸化数は1.5~3.5であることが好ましく1.5~2.5でもよいし,1.8~2.2でもよいし,1.5~2でもよい。
The tin heavy halide may be a tin-containing perovskite compound (also called the perovskite compound of the present invention) represented by formula (VI):
RSnXj (VI)
[In the formula, the oxidation number of Sn is 1.5 to 4. R represents at least one type of monovalent cation. X represents at least one type of heavy halogen atom. j represents 2.5 to 3.5.]
The oxidation number of Sn is preferably 1.5 to 3.5, but may be 1.5 to 2.5, 1.8 to 2.2, or 1.5 to 2.

一般式(VI)において,Rは少なくとも1種の1価のカチオンである。Rは2種以上のカチオンであってもよい。このような1価のカチオンの例は,アルカリ金属カチオンや1価の遷移金属カチオンである。In general formula (VI), R is at least one type of monovalent cation. R may be two or more types of cations. Examples of such monovalent cations include alkali metal cations and monovalent transition metal cations.

アルカリ金属カチオンの例は,ナトリウムカチオン,カリウムカチオン,セシウムカチオン,ルビジウムカチオンである。Examples of alkali metal cations are the sodium cation, the potassium cation, the cesium cation, and the rubidium cation.

1価の遷移金属カチオンの例は,銅カチオン,銀カチオン,金カチオン,鉄カチオン,ルテニウムカチオンである。Examples of monovalent transition metal cations are copper cation, silver cation, gold cation, iron cation, and ruthenium cation.

Rの具体的な例は,R51NH3+である示されるカチオン(R51は1価の置換又は非置換の炭化水素基を示す。)である。置換の炭化水素基は,炭化水素基の水素原子が他の原子又は置換基によって置換された炭化水素を意味する。Rの別の具体的な例は, A specific example of R is the cation shown below, which is R 51 NH 3+ (R 51 represents a monovalent substituted or unsubstituted hydrocarbon group). The substituted hydrocarbon group means a hydrocarbon in which the hydrogen atom of the hydrocarbon group is replaced by another atom or a substituent. Another specific example of R is:

NH =C(R52)-NH NH 2 + =C(R 52 )-NH 2

(R42は水素原子又は1価の置換若しくは非置換炭化水素基を示す。)
で表されるカチオンである。
(R 42 represents a hydrogen atom or a monovalent substituted or unsubstituted hydrocarbon group.)
It is a cation represented by the formula:

本明細書において,「1価の炭化水素基」の例は,アルキル基,アリール基又はアラルキル基である。In this specification, examples of a "monovalent hydrocarbon group" are an alkyl group, an aryl group, or an aralkyl group.

アルキル基は,炭素数1~20の直鎖状,分岐状又は環状アルキル基が好ましい。アルキル基の具体例は,メチル基,エチル基,n-プロピル基,2-プロピル基,n-ブチル基,1-メチルプロピル基,2-メチルプロピル基,tert-ブチル基,n-ペンチル基,1-メチルブチル基,1-エチルプロピル基,tert-ペンチル基,2-メチルブチル基,3-メチルブチル基,2,2-ジメチルプロピル基,n-ヘキシル基,1-メチルペンチル基,1-エチルブチル基,2-メチルペンチル基,3-メチルペンチル基,4-メチルペンチル基,2-メチルペンタン-3-イル基,3,3-ジメチルブチル基,2,2-ジメチルブチル基,1,1-ジメチルブチル基,1,2-ジメチルブチル基,1,3-ジメチルブチル基,2,3-ジメチルブチル基,1-エチルブチル基,2-エチルブチル基,n-ヘプチル基,n-オクチル基,n-ノニル基,n-デシル基,n-ウンデシル基,n-ドデシル基,n-トリデシル基,n-テトラデシル基,n-ペンタデシル基,n-ヘキサデシル基,n-ヘプタデシル基,n-オクタデシル基,n-ノナデシル基,n-イコシル基,シクロプロピル基,シクロブチル基,シクロペンチル基,シクロヘキシル基である。The alkyl group is preferably a linear, branched or cyclic alkyl group having 1 to 20 carbon atoms. Specific examples of the alkyl group include a methyl group, an ethyl group, an n-propyl group, a 2-propyl group, an n-butyl group, a 1-methylpropyl group, a 2-methylpropyl group, a tert-butyl group, an n-pentyl group, a 1-methylbutyl group, a 1-ethylpropyl group, a tert-pentyl group, a 2-methylbutyl group, a 3-methylbutyl group, a 2,2-dimethylpropyl group, an n-hexyl group, a 1-methylpentyl group, a 1-ethylbutyl group, a 2-methylpentyl group, a 3-methylpentyl group, a 4-methylpentyl group, a 2-methylpentan-3-yl group, a 3,3-dimethylbutyl group, a 2, These are 2-dimethylbutyl group, 1,1-dimethylbutyl group, 1,2-dimethylbutyl group, 1,3-dimethylbutyl group, 2,3-dimethylbutyl group, 1-ethylbutyl group, 2-ethylbutyl group, n-heptyl group, n-octyl group, n-nonyl group, n-decyl group, n-undecyl group, n-dodecyl group, n-tridecyl group, n-tetradecyl group, n-pentadecyl group, n-hexadecyl group, n-heptadecyl group, n-octadecyl group, n-nonadecyl group, n-icosyl group, cyclopropyl group, cyclobutyl group, cyclopentyl group, and cyclohexyl group.

「アリール基」は,炭素数6~20のアリール基が好ましい。アリール基の例は,フェニル基,インデニル基,ペンタレニル基,ナフチル基,アズレニル基,フルオレニル基,フェナントレニル基,アントラセニル基,アセナフチレニル基,ビフェニレニル基,ナフタセニル基,ピレニル基である。The "aryl group" is preferably an aryl group having a carbon number of 6 to 20. Examples of the aryl group include a phenyl group, an indenyl group, a pentalenyl group, a naphthyl group, an azulenyl group, a fluorenyl group, a phenanthrenyl group, an anthracenyl group, an acenaphthylenyl group, a biphenylenyl group, a naphthacenyl group, and a pyrenyl group.

「アラルキル基」は,炭素数7~20のアラルキル基が好ましい。アラルキル基の例は,ベンジル基,フェネチル基,1-フェニルプロピル基,2-フェニルプロピル基,3-フェニルプロピル基,1-フェニルブチル基,2-フェニルブチル基,3-フェニルブチル基,4-フェニルブチル基,1-フェニルペンチルブチル基,2-フェニルペンチルブチル基,3-フェニルペンチルブチル基,4-フェニルペンチルブチル基,5-フェニルペンチルブチル基,1-フェニルヘキシルブチル基,2-フェニルヘキシルブチル基,3-フェニルヘキシルブチル基,4-フェニルヘキシルブチル基,5-フェニルヘキシルブチル基,6-フェニルヘキシルブチル基,1-フェニルヘプチル基,1-フェニルオクチル基,1-フェニルノニル基,1-フェニルデシル基,1-フェニルウンデシル基,1-フェニルドデシル基,1-フェニルトリデシル基,1-フェニルテトラデシル基である。The "aralkyl group" is preferably an aralkyl group having 7 to 20 carbon atoms. Examples of the aralkyl group include a benzyl group, a phenethyl group, a 1-phenylpropyl group, a 2-phenylpropyl group, a 3-phenylpropyl group, a 1-phenylbutyl group, a 2-phenylbutyl group, a 3-phenylbutyl group, a 4-phenylbutyl group, a 1-phenylpentylbutyl group, a 2-phenylpentylbutyl group, a 3-phenylpentylbutyl group, a 4-phenylpentylbutyl group, a 5-phenylpentylbutyl group, a 1-phenylhexylbutyl group, a 2-phenylhexylbutyl group, a 3-phenylhexylbutyl group, a 4-phenylhexylbutyl group, a 5-phenylhexylbutyl group, a 6-phenylhexylbutyl group, a 1-phenylheptyl group, a 1-phenyloctyl group, a 1-phenylnonyl group, a 1-phenyldecyl group, a 1-phenylundecyl group, a 1-phenyldodecyl group, a 1-phenyltridecyl group, and a 1-phenyltetradecyl group.

「置換基」の例は,上記した1価の炭化水素基,ハロゲン原子(例えば,フッ素原子,塩素原子,臭素原子,ヨウ素原子),-OR1a(R1aは水素原子又は上記1価の炭化水素基を示す),-SR1b(R1bは水素原子又は上記1価の炭化水素基を示す),ニトロ基,アミノ基,シアノ基,スルホ基,カルボキシ基,カルバモイル基,アミノスルホニル基,オキソ基である。置換基を有する場合の置換基の数は,特に限定されず,10以下が好ましく,5以下がより好ましく,3以下がさらに好ましい。 Examples of the "substituent" are the above-mentioned monovalent hydrocarbon groups, halogen atoms (e.g., fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom), -OR 1a (R 1a represents a hydrogen atom or the above-mentioned monovalent hydrocarbon group), -SR 1b (R 1b represents a hydrogen atom or the above-mentioned monovalent hydrocarbon group), nitro group, amino group, cyano group, sulfo group, carboxy group, carbamoyl group, aminosulfonyl group, and oxo group. The number of substituents, when present, is not particularly limited, and is preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and even more preferably 3 or less.

R51及びR52で示される1価の炭化水素基としては,本発明のペロブスカイト化合物が三次元構造を有しやすく,より広い波長域で光を吸収し,エネルギー変換効率(PCE)及び内部量子効率(IQE)を向上させやすい観点から,炭素数1~10のアルキル基,炭素数6~20のアリール基及び炭素数7~12のアラルキル基が好ましく,炭素数1~6のアルキル基及び炭素数6~14のアリール基がより好ましく,炭素数1~4のアルキル基がさらに好ましい。また,同様の理由により,R51及びR52としては,アルキル基が好ましく,直鎖状又は分岐状アルキル基がより好ましく,直鎖状アルキル基がさらに好ましい。特に,メチル基が最も好ましい。As the monovalent hydrocarbon group represented by R51 and R52 , from the viewpoint that the perovskite compound of the present invention is likely to have a three-dimensional structure, absorb light in a wider wavelength range, and easily improve the power conversion efficiency (PCE) and internal quantum efficiency (IQE), an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, an aryl group having 6 to 20 carbon atoms, and an aralkyl group having 7 to 12 carbon atoms are preferable, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms and an aryl group having 6 to 14 carbon atoms are more preferable, and an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms is even more preferable. Also, for the same reason, an alkyl group is preferable as R51 and R52 , a linear or branched alkyl group is more preferable, and a linear alkyl group is even more preferable. In particular, a methyl group is the most preferable.

上記R51及びR52としては,本発明のペロブスカイト化合物が三次元構造を有しやすく,より広い波長域で光を吸収し,エネルギー変換効率(PCE)及び内部量子効率(IQE)を向上させやすい観点から,R51はメチル基が好ましく,R52は水素原子が好ましい。つまり,Rとしては,アルカリ金属カチオンや1価の遷移金属カチオンの他には,CH3NH3 +又は以下のカチオンであることが好ましい。 As for R51 and R52 , from the viewpoint that the perovskite compound of the present invention is likely to have a three-dimensional structure, absorb light in a wider wavelength range, and easily improve the power conversion efficiency (PCE) and internal quantum efficiency ( IQE ), R51 is preferably a methyl group and R52 is preferably a hydrogen atom. In other words, R is preferably CH3NH3 + or the following cations in addition to alkali metal cations and monovalent transition metal cations.

NH =CH-NH NH 2 + =CH-NH 2

Rとして好ましいものは,CHNH-,(NHCH-,及び(CHNH )x((NHCH)1-x-(xは,0~1の数であり,0.1以上0.4以下が好ましく,0.2以上0.3以下でもよい)で示される基である。 Preferred as R are groups represented by CH 3 NH 3 -, (NH 2 ) 2 CH-, and (CH 3 NH 3 ) x ( (NH 2 ) 2 CH) 1-x - (x is a number from 0 to 1, preferably 0.1 to 0.4, and may be 0.2 to 0.3).

一般式(II)において,エネルギー変換効率(PCE)及び内部量子効率(IQE)を向上させやすい観点から,jは,2.8~3.2が好ましい。In general formula (II), j is preferably 2.8 to 3.2 from the viewpoint of facilitating improvement of the power conversion efficiency (PCE) and the internal quantum efficiency (IQE).

このような条件を満たす本発明のペロブスカイト化合物の例は,ヨウ化スズメチルアンモニウム(CHNHSnI:「MASnI」と略記),(CHNHSn:「MASn」と略記,臭化スズメチルアンモニウム(CHNHSnBr:「MASnBr」と略記),ヨウ化スズホルムアミジニウム((NHCHSnI:「FASnI」と略記),及び臭化スズホルムアミジニウム((NHCHSnBr:「FASnBr」と略記),FA1-xMASnI(xは,0~1の数であり,0.1以上0.4以下が好ましく,0.2以上0.3以下でもよい),CsSnI,CsSnBr及びこれらの混合物である。これらの中では,FA0.7 MA0.25SnI,MASnI及びFASnIが好ましい。 Examples of the perovskite compound of the present invention that meets these conditions include methylammonium tin iodide (CH 3 NH 3 SnI 3 : abbreviated as MASnI 3 ), (CH 3 NH 3 ) 2 Sn 3 I 8 : abbreviated as MA 2 Sn 3 I 8 , methylammonium tin bromide (CH 3 NH 3 SnBr 3 : abbreviated as MASnBr 3 ), formamidinium tin iodide ((NH 2 ) 2 CHSnI 3 : abbreviated as FASnI 3 ), and formamidinium tin bromide ((NH 2 ) 2 CHSnBr 3 : abbreviated as FASnBr 3 ), FA 1-x MA x SnI 3 (x is a number from 0 to 1, preferably 0.1 to 0.4, and may be 0.2 to 0.3), CsSnI 3 , CsSnBr 3 , and mixtures thereof. Among these, FA 0.7 5 MA 0.25 SnI 3 , MASnI 3 , and FASnI 3 are preferred.

以下の実施例では,微量のフッ化スズを含む重ハロゲン化スズを用いたペロブスカイト層の製造方法を中心として,説明されている。一方,上記の還元剤は,例えば,ASnX型といった,様々なスズ含有ペロブスカイト層においても,フッ化スズ由来のスズのナノパーティクルによるスカベンジャーの効果が期待される。 In the following examples, a method for producing a perovskite layer using a tin heavy halide containing a trace amount of tin fluoride is mainly described. On the other hand, the above reducing agent is expected to have a scavenger effect due to tin nanoparticles derived from tin fluoride even in various tin-containing perovskite layers, such as ASnX3 type.

スズ含有ペロブスカイト化合物を含む溶液は,基本的には,ハロゲン化スズ,ハロゲン化されたカチオン源となる化合物を溶媒に溶解させることで得ることができる。溶媒は,極性溶媒であることが好ましく,非プロトン性の極性溶媒であることがより好ましい。ハロゲン化されたカチオン源となる化合物の例は,FAI,MAI,FABr,MABr,FA1-xMAI,FA1-xMABr及びこれらの混合物である。ハロゲン化スズとハロゲン化されたカチオン源となる化合物とのモル比は,1:3以上3:1でもよく,1:2~2:1でもよく,3:2~2:3でもよく,3:4~4:3でもよい。 The solution containing the tin-containing perovskite compound can basically be obtained by dissolving a tin halide and a compound serving as a halogenated cation source in a solvent. The solvent is preferably a polar solvent, more preferably an aprotic polar solvent. Examples of the compound serving as a halogenated cation source are FAI, MAI, FABr, MABr, FA1 - xMAxI , FA1 - xMAxBr , and mixtures thereof. The molar ratio of the tin halide to the compound serving as a halogenated cation source may be 1:3 or more and 3:1, 1:2 to 2:1, 3:2 to 2:3, or 3:4 to 4:3.

溶媒は,沸点が35~250℃程度の溶媒が好ましい。溶媒の例は,N,N-ジメチルホルムアミド(DMF),ジメチルスルホキシド(DMSO),スルホラン,N-メチルピロリドン,プロピレンカーボネート,α-アセチル-γ-ブチロラクトン,テトラメチレンスルホキシド,エチルシアノアセテート,アセチルアセトン,3-メトキシN,N-ジメチルプロパンアミド,N,N‘-ジメチルエチレンウレア,1,1,3,3-テトラメチルウレア,2-アセチルシクロヘキサノン,1,3-ジメチル-3,4,5,6-テトラヒドロ-2(1H)-ピリミジノン,3,4-ジヒドロ-1(2H)-ナフタレノン,シクロペンタノン,シクロヘキサノン,シクロヘプタノン,アニリン,ピペリジン,ピリジン,4-tert-ブチルピリジン,4-アミルピリジン,4-アミノピリジン,2-アミルピリジン,4-メチルピリジン,ペンタフルオロピリジン,2,4,6-テトラメチルピリジン,2,6-ジ-tert-ブチル-4-メチルピリジン,4-ピリジンエチルアミン,シクロオクタノン,2,5-ジメトキシテトラヒドロフラン,1,4,7,10-テトラオキサシクロドデカン,エチルp-トルエート,1,2-ジメトキシベンゼン,テトラヒドロフルフリルアセテート,シクロヘキシルアセテート,シクロペンチルメチルエーテル,フェニルエチルアミン,エチレンジアミン,トリエチルアミン,ジイソプロピルエチルアミン,ヒドラジン等が挙げられる。なかでも,金属中心に配位結合を形成するという観点から,N,N-ジメチルホルムアミド(DMF)又はジメチルスルホキシド(DMSO)が好ましい。The solvent preferably has a boiling point of about 35 to 250° C. Examples of the solvent include N,N-dimethylformamide (DMF), dimethyl sulfoxide (DMSO), sulfolane, N-methylpyrrolidone, propylene carbonate, α-acetyl-γ-butyrolactone, tetramethylene sulfoxide, ethyl cyanoacetate, acetylacetone, 3-methoxy-N,N-dimethylpropanamide, N,N'-dimethylethyleneurea, 1,1,3,3-tetramethylurea, 2-acetylcyclohexanone, 1,3-dimethyl-3,4,5,6-tetrahydro-2(1H)-pyrimidinone, 3,4-dihydro-1(2H)-naphthalenone, cyclopentanone, cyclohexanone, cycloheptanone, aniline, piperidine, pyridine, Examples of suitable amines include 4-tert-butylpyridine, 4-amylpyridine, 4-aminopyridine, 2-amylpyridine, 4-methylpyridine, pentafluoropyridine, 2,4,6-tetramethylpyridine, 2,6-di-tert-butyl-4-methylpyridine, 4-pyridineethylamine, cyclooctanone, 2,5-dimethoxytetrahydrofuran, 1,4,7,10-tetraoxacyclododecane, ethyl p-toluate, 1,2-dimethoxybenzene, tetrahydrofurfuryl acetate, cyclohexyl acetate, cyclopentyl methyl ether, phenylethylamine, ethylenediamine, triethylamine, diisopropylethylamine, and hydrazine. Among these, N,N-dimethylformamide (DMF) or dimethylsulfoxide (DMSO) are preferred from the viewpoint of forming a coordinate bond to the metal center.

溶媒中におけるハロゲン化スズの濃度の例は,0.1~5mol/L(又は0.5~3mol/L)である。スズ含有ペロブスカイト化合物を含む溶液は,上記の溶媒に,上記した化合物を適宜混合することにより得ることができる。また,必要に応じて,溶媒を適宜攪拌及び加熱し,化合物を溶解すればよい。 An example of the concentration of the tin halide in the solvent is 0.1 to 5 mol/L (or 0.5 to 3 mol/L). The solution containing the tin-containing perovskite compound can be obtained by appropriately mixing the above-mentioned compound with the above-mentioned solvent. If necessary, the solvent may be appropriately stirred and heated to dissolve the compound.

基板
基板として,ペロブスカイト型太陽電池や有機EL素子における公知の基板を適宜用いることができる。基板の例は,ガラス基板,絶縁体基板,半導体基板,金属基板及び導電性基板(導電性フィルムも含む)である。また,これらの表面の一部又は全部の上に,金属膜,半導体膜,導電性膜及び絶縁性膜の少なくとも1種の膜が形成されている基板も好適に用いることができる。
Substrate As the substrate, a known substrate for a perovskite solar cell or an organic EL element can be appropriately used. Examples of the substrate are a glass substrate, an insulating substrate, a semiconductor substrate, a metal substrate, and a conductive substrate (including a conductive film). In addition, a substrate having at least one film of a metal film, a semiconductor film, a conductive film, and an insulating film formed on a part or all of the surface of the substrate can also be suitably used.

金属膜の構成金属の例は,ガリウム,鉄,インジウム,アルミニウム,バナジウム,チタン,クロム,ロジウム,ニッケル,コバルト,亜鉛,マグネシウム,カルシウム,シリコン,イットリウム,ストロンチウム及びバリウムから選ばれる1種又は2種以上の金属である。半導体膜の構成材料の例は,シリコン,ゲルマニウム等の元素単体,周期表の第3族~第5族,第13族~第15族の元素を有する化合物,金属酸化物,金属硫化物,金属セレン化物,金属窒化物等が挙げられる。また,導電性膜の構成材料の例は,スズドープ酸化インジウム(ITO),フッ素ドープ酸化インジウム(FTO),酸化亜鉛(ZnO),アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO),ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO),酸化スズ(SnO2),酸化インジウム(In2O3),酸化タングステン(WO3)である。絶縁性膜の構成材料の例は,酸化アルミニウム(Al2O3),酸化チタン(TiO2),酸化シリコン(SiO2),窒化シリコン(Si3N4),酸窒化シリコン(Si4O5N3)である。 Examples of the metals constituting the metal film include one or more metals selected from gallium, iron, indium, aluminum, vanadium, titanium, chromium, rhodium, nickel, cobalt, zinc, magnesium, calcium, silicon, yttrium, strontium, and barium. Examples of the materials constituting the semiconductor film include simple elements such as silicon and germanium, compounds containing elements of groups 3 to 5 and groups 13 to 15 of the periodic table, metal oxides, metal sulfides, metal selenides, and metal nitrides. Examples of the materials constituting the conductive film include tin-doped indium oxide (ITO), fluorine-doped indium oxide (FTO), zinc oxide (ZnO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), gallium-doped zinc oxide (GZO), tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), and tungsten oxide (WO 3 ). Examples of materials that can be used to form insulating films include aluminum oxide (Al 2 O 3 ), titanium oxide (TiO 2 ), silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and silicon oxynitride (Si 4 O 5 N 3 ).

基板の形状の例は,平板や円板等の板状,繊維状,棒状,円柱状,角柱状,筒状,螺旋状,球状,リング状であり,多孔質構造体であってもよい。これらのうちでは板状の基板が好ましい。基板の厚さの例は,0.1μm~100mmが好ましく,1μm~10mmがより好ましい。Examples of the shape of the substrate include a plate-like shape such as a flat plate or a disk, a fiber-like shape, a rod-like shape, a cylindrical shape, a prismatic shape, a cylindrical shape, a spiral shape, a spherical shape, a ring shape, and a porous structure. Among these, a plate-like substrate is preferred. Examples of the thickness of the substrate are preferably 0.1 μm to 100 mm, and more preferably 1 μm to 10 mm.

スズ含有ペロブスカイト化合物を含む溶液を基板に塗布する工程
スズ含有ペロブスカイト化合物を含む溶液を基板に塗布する際に,基板には,下地層である半導体層が形成されている場合がある。その場合,スズ含有ペロブスカイト化合物を含む溶液を基板に塗布するとは,下地層が形成された基板に(の下地層の上に)スズ含有ペロブスカイト化合物を含む溶液を塗布する工程を意味する。
When applying a solution containing a tin-containing perovskite compound to a substrate, the substrate may have a semiconductor layer formed thereon as an underlayer. In this case, applying a solution containing a tin-containing perovskite compound to a substrate means applying a solution containing a tin-containing perovskite compound to (onto) the substrate on which the underlayer has been formed.

スズ含有ペロブスカイト化合物を含む溶液を基板に塗布するためには,スピンコート,ディップコート,スクリーン印刷法,ロールコート,ダイコート法,転写印刷法,スプレー法,又はスリットコートを用いればよい。これらの中では,スピンコートにより基板上に溶液を塗布することが好ましい。スピンコートは,基板を回転させつつ,溶液を滴下し,基板上に溶液を塗布する方法である。また,溶液を搭載した基板を回転させ,基板に溶液を塗布してもよい。回転速度は,最大速度が1000~1万rpmを30秒から5分,最高速度までを2秒から15秒,最大速度から停止までを1秒から15秒とすればよい。In order to apply the solution containing the tin-containing perovskite compound to the substrate, spin coating, dip coating, screen printing, roll coating, die coating, transfer printing, spraying, or slit coating may be used. Among these, it is preferable to apply the solution to the substrate by spin coating. Spin coating is a method in which the solution is dropped onto the substrate while rotating it, and the solution is applied to the substrate. The substrate carrying the solution may also be rotated to apply the solution to the substrate. The rotation speed may be a maximum speed of 1,000 to 10,000 rpm for 30 seconds to 5 minutes, 2 to 15 seconds to reach the maximum speed, and 1 to 15 seconds from the maximum speed to stopping.

次に,基板に貧溶媒を塗布する工程について説明するNext, we will explain the process of applying a poor solvent to the substrate.

貧溶媒とは,溶質を溶かす能力はあるものの,溶質の溶解度が高くない溶媒を意味する。貧溶媒の例は,ジクロロメタン,クロロホルム等の置換脂肪族炭化水素;トルエン,ベンゼン等の芳香族炭化水素;クロロベンゼン,オルトジクロロベンゼン,ニトロベンゼン等の置換芳香族炭化水素;酢酸;ジエチルエーテル,テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル;メタノール,エタノール,イソプロパノール,ブタノール,オクタノール等のアルコール;ヘキサン等の長鎖炭化水素(特にC4-10炭化水素);アセトニトリル等が挙げられる。これら貧溶媒は,単独で使用することもできるし,2種以上を組合せて使用することもできる。これらの中では,クロロベンゼン又はトルエンが好ましい。A poor solvent means a solvent that has the ability to dissolve a solute but does not have a high solubility in the solute. Examples of poor solvents include substituted aliphatic hydrocarbons such as dichloromethane and chloroform; aromatic hydrocarbons such as toluene and benzene; substituted aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene, orthodichlorobenzene, and nitrobenzene; acetic acid; ethers such as diethyl ether and tetrahydrofuran (THF); alcohols such as methanol, ethanol, isopropanol, butanol, and octanol; long-chain hydrocarbons such as hexane (especially C4-10 hydrocarbons); and acetonitrile. These poor solvents can be used alone or in combination of two or more. Among these, chlorobenzene or toluene is preferred.

貧溶媒は,単独でも,極性溶媒と混合して用いられてもよい。貧溶媒が極性溶媒と混合される場合,極性溶媒と,貧溶媒との比が,貧溶媒/極性溶媒=2.0~10.0/1.0(体積比)が好ましく,3.0~8.0/1.0(体積比)がより好ましい。The poor solvent may be used alone or in combination with a polar solvent. When the poor solvent is mixed with a polar solvent, the ratio of the polar solvent to the poor solvent (poor solvent/polar solvent) is preferably 2.0 to 10.0/1.0 (volume ratio), and more preferably 3.0 to 8.0/1.0 (volume ratio).

貧溶媒を塗布する際には,スズ含有ペロブスカイト化合物が基板に塗布されているので,基板に貧溶媒を塗布するとは,スズ含有ペロブスカイト化合物が塗布されている状態の基板に貧溶媒を塗布することを意味する。基板に貧溶媒を塗布する方法は,スズ含有ペロブスカイト化合物を塗布する方法と同様である。なお,スズ含有ペロブスカイト化合物をスピンコート塗布している際に,貧溶媒を基板に滴下して,貧溶媒を基板に塗布してもよい。塗布される貧溶媒の量は適宜調整すればよい。スズ含有ペロブスカイト化合物を含む溶液と貧溶媒の体積比は,1:10~2:1でもよいし,1:5~1:1でもよい。When applying the poor solvent, since the tin-containing perovskite compound is applied to the substrate, applying the poor solvent to the substrate means applying the poor solvent to the substrate in a state in which the tin-containing perovskite compound is applied. The method of applying the poor solvent to the substrate is the same as the method of applying the tin-containing perovskite compound. Note that, when applying the tin-containing perovskite compound by spin coating, the poor solvent may be applied to the substrate by dropping the poor solvent onto the substrate. The amount of the poor solvent applied may be appropriately adjusted. The volume ratio of the solution containing the tin-containing perovskite compound to the poor solvent may be 1:10 to 2:1, or 1:5 to 1:1.

基板に貧溶媒を塗布する際の貧溶媒の温度が45℃以上100℃以下であることが好ましい。後述する実施例により示された条件のもとでは,この温度の貧溶媒を用いる場合には,種結晶からの結晶成長を抑制し,種結晶の形成を促進できるので,その結果,スズ含有ペロブスカイト層を充填させ,スズ含有ペロブスカイト層の凹凸を軽減し,平坦で抜けのないスズ含有ペロブスカイト層を得ることができる。この方法は,貧溶媒の温度が45℃以上85℃以下であってもよいし,50℃以上70℃以下であってもよい。この温度であれば,下地層を傷つけずにスズ含有ペロブスカイト化合物を成長させることができる。貧溶媒の温度は,スズ含有ペロブスカイト化合物の種類等に応じて適宜調整すればよい。The temperature of the poor solvent when applying the poor solvent to the substrate is preferably 45° C. or more and 100° C. or less. Under the conditions shown in the examples described later, when a poor solvent at this temperature is used, crystal growth from the seed crystals can be suppressed and the formation of the seed crystals can be promoted, so that the tin-containing perovskite layer is filled, the unevenness of the tin-containing perovskite layer is reduced, and a flat tin-containing perovskite layer without any gaps can be obtained. In this method, the temperature of the poor solvent may be 45° C. or more and 85° C. or less, or 50° C. or more and 70° C. or less. At this temperature, the tin-containing perovskite compound can be grown without damaging the underlayer. The temperature of the poor solvent may be appropriately adjusted depending on the type of the tin-containing perovskite compound, etc.

貧溶媒は,基板を回転しつつ貧溶媒を滴下することにより塗布され,貧溶媒が塗布された後0.5秒以上7.5秒以内(例えば,1秒以上7秒以下,1秒以上6秒以下)に回転が停止するものが好ましい。後述する実施例により実証された通り,貧溶媒を滴下後,極めて迅速に回転を停止させることで,スズ含有ペロブスカイト化合物の状態を調整できることとなる。また,従来,通常貧溶媒を滴下後30秒程度回転速度を維持した後に,基板の回転を減速させていた。本明細書においては,後述する実施例により示された通り,貧溶媒の滴下完了直後~10秒以内(直後から5秒以内,直後から3秒以内,直後から2秒以内,直後から1秒以内,又は直後)に,基板の回転速度を減速し始めることが好ましい。このようにすることで,ペロブスカイト層(膜)内での特性のばらつきを抑えることができる。The poor solvent is applied by dropping the poor solvent while rotating the substrate, and the rotation is preferably stopped within 0.5 to 7.5 seconds (for example, 1 to 7 seconds, 1 to 6 seconds) after the poor solvent is applied. As demonstrated by the examples described later, by stopping the rotation very quickly after dropping the poor solvent, the state of the tin-containing perovskite compound can be adjusted. Conventionally, the rotation speed of the substrate was usually maintained for about 30 seconds after dropping the poor solvent, and then the rotation of the substrate was decelerated. In this specification, as shown by the examples described later, it is preferable to start decelerating the rotation speed of the substrate immediately to within 10 seconds (within 5 seconds immediately after, within 3 seconds immediately after, within 2 seconds immediately after, within 1 second immediately after, or immediately after) after the poor solvent is dropped. In this way, it is possible to suppress the variation in characteristics within the perovskite layer (film).

なお,スズ含有ペロブスカイト化合物を含む溶液を塗布する工程や,貧溶媒を塗布する工程においては,後述するアニール処理工程と同様,密閉系で行うことが好ましい。そして,密閉系では,スズ含有ペロブスカイト化合物を含む溶液に含まれる溶媒の蒸気が存在することが好ましく,さらに好ましくは,密閉系内ではその溶媒が飽和蒸気圧又は飽和蒸気圧の90%以上の分圧となっていることが好ましい。In addition, the step of applying the solution containing the tin-containing perovskite compound and the step of applying the poor solvent are preferably performed in a closed system, similar to the annealing treatment step described below. In the closed system, it is preferable that the vapor of the solvent contained in the solution containing the tin-containing perovskite compound is present, and more preferably, the solvent is at a saturated vapor pressure or a partial pressure of 90% or more of the saturated vapor pressure in the closed system.

次に,基板をアニール処理する工程について説明する。アニール処理とは,基板を加熱等する工程を意味する。アニール工程は,貧溶媒の滴下後,又は基板が停止した後,速やかに行うことが好ましい。アニール処理する工程は,後述する実施例により示された通り,溶媒蒸気を含む密閉系にて,段階的に基板加熱する工程を含むものが好ましい。そして,密閉系では,スズ含有ペロブスカイト化合物を含む溶液に含まれる溶媒の蒸気が存在することが好ましく,さらに好ましくは,密閉系内ではその溶媒が飽和蒸気圧又は飽和蒸気圧の90%以上の分圧となっていることが好ましい。Next, the process of annealing the substrate will be described. Annealing refers to a process of heating the substrate. The annealing process is preferably performed promptly after the poor solvent is dropped or after the substrate is stopped. As shown in the examples described later, the annealing process preferably includes a process of gradually heating the substrate in a closed system containing solvent vapor. In the closed system, it is preferable that the vapor of the solvent contained in the solution containing the tin-containing perovskite compound is present, and more preferably, the solvent is at a saturated vapor pressure or a partial pressure of 90% or more of the saturated vapor pressure in the closed system.

基板をアニール処理する工程は,2段又はそれ以上の段階で温度を上昇させることが好ましい。そのように多段で温度を上昇させることで,実施例により実証された通り,スズ含有ペロブスカイト化合物の成長を促し,粒子サイズを大きくすることができ,それによりスズ含有ペロブスカイト層を充填させることができる。The step of annealing the substrate preferably involves increasing the temperature in two or more stages, which, as demonstrated in the examples, can promote the growth of the tin-containing perovskite compound and increase the grain size, thereby filling the tin-containing perovskite layer.

アニール処理が多段階を含む場合とは,目標となる複数の温度まで基板温度を上昇させた後,その設定温度で所定時間維持し,その後次の設定温度まで基板温度を上昇させることを意味する。
第1段の設定温度の例は,30℃以上60℃以下であり,35℃以上55℃以下でもよいし,40℃以上50℃以下でもよい。
第1段の設定温度の滞留時間は,5秒以上1分以下でもよいし,5分以上20分以下でもよい。
第2段の設定温度は,第1段の設定温度より高いことが好ましい。第2段の設定温度の例は,50℃以上80℃以下であり,55℃以上75℃以下でもよいし,60℃以上70℃以下でもよい。
第2段の設定温度の滞留時間は,5秒以上1分以下でもよいし,5分以上30分以下でもよいし,5分以上20分以下でもよいし,10分以上20分以下でもよい。
第3弾の設定温度(第1段又は第2段を省略した場合は,第2段の設定温度)は,第1段又は第2段の設定温度より高いものが好ましい。第3段の設定温度の例は,70℃以上120℃以下であり,80℃以上110℃以下でもよいし,90℃以上110℃以下でもよい。
第3段の設定温度の滞留時間は,5秒以上1分以下でもよいし,5分以上20分以下でもよい。
このようにして,ペロブスカイト層を得ることができるペロブスカイト層の膜厚の例は,10nm以上1000nm以下である。膜厚は,50nm以上500nm以下でもよいし,100nm以上500nm以下でもよいし,250nm以上500nm以下でもよい。
When the annealing process includes multiple stages, it means that the substrate temperature is raised to multiple target temperatures, maintained at the set temperatures for a predetermined period of time, and then raised to the next set temperature.
An example of the set temperature for the first stage is 30° C. or more and 60° C. or less, may be 35° C. or more and 55° C. or less, or may be 40° C. or more and 50° C. or less.
The residence time at the set temperature of the first stage may be from 5 seconds to 1 minute, or from 5 minutes to 20 minutes.
The set temperature of the second stage is preferably higher than the set temperature of the first stage. An example of the set temperature of the second stage is 50° C. or higher and 80° C. or lower, may be 55° C. or higher and 75° C. or lower, or may be 60° C. or higher and 70° C. or lower.
The residence time at the set temperature of the second stage may be from 5 seconds to 1 minute, from 5 minutes to 30 minutes, from 5 minutes to 20 minutes, or from 10 minutes to 20 minutes.
The set temperature of the third stage (if the first or second stage is omitted, the set temperature of the second stage) is preferably higher than the set temperature of the first or second stage. An example of the set temperature of the third stage is 70°C or higher and 120°C or lower, or may be 80°C or higher and 110°C or lower, or may be 90°C or higher and 110°C or lower.
The residence time at the set temperature of the third stage may be from 5 seconds to 1 minute, or from 5 minutes to 20 minutes.
The thickness of the perovskite layer that can be obtained in this manner is, for example, 10 nm to 1000 nm. The thickness may be 50 nm to 500 nm, 100 nm to 500 nm, or 250 nm to 500 nm.

上記のペロブスカイト層の製造方法によりペロブスカイト層を得た後,通常の方法に従って,ペロブスカイト型太陽電池を製造できる。もっとも,ペロブスカイト層は,有機EL素子の製造にも用いることができるため,上記のペロブスカイト層の製造方法によりペロブスカイト層を得た後に,そのペロブスカイト層を用いて有機EL素子を製造できる。After obtaining a perovskite layer by the above-mentioned method for producing a perovskite layer, a perovskite solar cell can be produced according to a normal method. However, since the perovskite layer can also be used for producing an organic EL element, after obtaining a perovskite layer by the above-mentioned method for producing a perovskite layer, an organic EL element can be produced using the perovskite layer.

本明細書に記載される次の発明は,ペロブスカイト層及びそのペロブスカイト層を含むペロブスカイト型太陽電池に関する。そのペロブスカイト層は,スズ含有ペロブスカイト化合物を含み,スズ含有ペロブスカイト化合物による被覆率が95%以上100%以下であることが好ましい。被覆率は98%以上100%以下がより好ましく,99%以上100%以下がより好ましい。もっとも,特性を損なわない限り,被覆率が95%以上100%であっても,従来技術に基づいて製造した場合に比べて被覆率が高まるので好ましい。このペロブスカイト層は,スズ含有ペロブスカイト化合物の平均粒子径が150nm以上500nm以下であることが好ましい。被覆率は,SEM画像を撮影し,その面積から算出すればよい。具体的に説明すると,画像解析ソフトを用いて被覆率を求めてもよいし,ペロブスカイト化合物が覆っておらず黒くなっている領域を取り囲み,取り囲んだ部分の面積を求めることで,ペロブスカイト化合物が基板を覆っている面積の割合である被覆率を求めてもよい。また,スズ含有ペロブスカイト化合物の平均粒子径もスズ含有ペロブスカイト層を撮影し,スズ含有ペロブスカイト化合物境界面を用いて,平均となる大きさ(例えば,境界面の最大長さの平均値)を求めればよい。平均粒子径は,算術平均値を採用すればよい。The next invention described in this specification relates to a perovskite layer and a perovskite type solar cell including the perovskite layer. The perovskite layer includes a tin-containing perovskite compound, and the coverage of the tin-containing perovskite compound is preferably 95% to 100%. The coverage is more preferably 98% to 100%, and more preferably 99% to 100%. However, as long as the characteristics are not impaired, a coverage of 95% to 100% is preferable because the coverage is higher than that produced based on the conventional technology. The perovskite layer preferably has an average particle size of 150 nm to 500 nm of the tin-containing perovskite compound. The coverage can be calculated by taking a SEM image and calculating the area of the image. Specifically, the coverage rate may be determined using image analysis software, or the coverage rate, which is the ratio of the area of the substrate covered by the perovskite compound, may be determined by surrounding the black area not covered by the perovskite compound and determining the area of the surrounded portion. The average particle size of the tin-containing perovskite compound may also be determined by photographing the tin-containing perovskite layer and using the tin-containing perovskite compound boundary surface to determine the average size (e.g., the average value of the maximum length of the boundary surface). The average particle size may be an arithmetic mean value.

2.ペロブスカイト型太陽電池
ペロブスカイト型太陽電池は,例えば,透明電極,(正孔)ブロッキング層,電子輸送層,ペロブスカイト層(光吸収層),正孔輸送層,及び金属電極をこの順に備える。ペロブスカイト型太陽電池は,透明電極上にn型半導体層が設けられた順型であってもよいし,透明電極上にp型半導体層が設けられた逆型であってもよい。以下に,透明電極,(正孔)ブロッキング層,電子輸送層,ペロブスカイト層(光吸収層),正孔輸送層,及び金属電極をこの順に備えるペロブスカイト型太陽電池を例にして,ペロブスカイト型太陽電池を説明する。
2. Perovskite solar cell A perovskite solar cell includes, for example, a transparent electrode, a (hole) blocking layer, an electron transport layer, a perovskite layer (light absorbing layer), a hole transport layer, and a metal electrode in this order. The perovskite solar cell may be a forward type in which an n-type semiconductor layer is provided on a transparent electrode, or an inverted type in which a p-type semiconductor layer is provided on a transparent electrode. Below, the perovskite solar cell is described using as an example a perovskite solar cell including, in this order, a transparent electrode, a (hole) blocking layer, an electron transport layer, a perovskite layer (light absorbing layer), a hole transport layer, and a metal electrode.

2.1.透明電極
透明電極は,電子輸送層の支持体であるとともに,(正孔)ブロッキング層を介してペロブスカイト層(光吸収層)より電流(電子)を取り出す機能を有する層であることから,導電性基板が好ましく,光電変換に寄与する光を透過可能な透光性を有する透明導電層が好ましい。
2.1 Transparent Electrode The transparent electrode is a support for the electron transport layer and also has the function of extracting a current (electrons) from the perovskite layer (light absorption layer) via the (hole) blocking layer. Therefore, a conductive substrate is preferable, and a transparent conductive layer having translucency that allows the transmission of light that contributes to photoelectric conversion is preferable.

透明導電層としては,例えば,スズドープ酸化インジウム(ITO)膜,不純物ドープの酸化インジウム(In)膜,不純物ドープの酸化亜鉛(ZnO)膜,フッ素ドープ二酸化スズ(FTO)膜,これらを積層してなる積層膜等が挙げられる。これら透明導電層の厚みは特に制限されず,通常,抵抗が5~15Ω/□(単位面積当たり)となるように調整することが好ましい。当該透明導電層は,成形する材料に応じ,公知の成膜方法により得ることができる。 Examples of the transparent conductive layer include a tin-doped indium oxide (ITO) film, an impurity-doped indium oxide (In 2 O 3 ) film, an impurity-doped zinc oxide (ZnO) film, a fluorine-doped tin dioxide (FTO) film, and a laminated film formed by laminating these films. There are no particular limitations on the thickness of these transparent conductive layers, and it is usually preferable to adjust the resistance to 5 to 15 Ω/□ (per unit area). The transparent conductive layer can be obtained by a known film formation method depending on the material to be formed.

透明導電層は,外部から保護するために,必要に応じて,透光性被覆体により覆われ得る。当該透光性被覆体としては,例えば,フッ素樹脂,ポリ塩化ビニル,ポリイミド等の樹脂シート;白板ガラス,ソーダガラス等の無機シート;これらの素材を組合せてなるハイブリッドシート等が挙げられる。これら透光性被覆体の厚みは特に制限されず,通常,抵抗が5~15Ω/□となるように調整することが好ましい。The transparent conductive layer may be covered with a light-transmitting covering body as necessary to protect it from the outside. Examples of the light-transmitting covering body include resin sheets such as fluororesin, polyvinyl chloride, and polyimide; inorganic sheets such as white plate glass and soda glass; and hybrid sheets made by combining these materials. There are no particular limitations on the thickness of these light-transmitting covering bodies, and it is usually preferable to adjust the resistance to 5 to 15 Ω/□.

2.2.(正孔)ブロッキング層
(正孔)ブロッキング層は,正孔の漏れを防ぎ,逆電流を抑制して太陽電池特性(特に光電変換効率)を向上させるために設けられる層であり,透明電極とペロブスカイト層(光吸収層)との間に設けられることが好ましい。(正孔)ブロッキング層は,酸化チタン等の金属酸化物からなる層が好ましく,コンパクトTiO等のn型半導体で透明電極の表面を平滑且つ緻密に覆った層がより好ましい。「緻密」とは,電子輸送層中の金属化合物の充填密度より高密度で金属化合物が充填されていることを意味する。なお,透明電極と電子輸送層とが電気的に接続されなければ,ピンホール,クラック等が存在していてもよい。
2.2. (Hole) Blocking Layer The (hole) blocking layer is a layer provided to prevent leakage of holes, suppress reverse current, and improve solar cell characteristics (particularly photoelectric conversion efficiency), and is preferably provided between the transparent electrode and the perovskite layer (light absorbing layer). The (hole) blocking layer is preferably a layer made of a metal oxide such as titanium oxide, and more preferably a layer in which the surface of the transparent electrode is smoothly and densely covered with an n-type semiconductor such as compact TiO2 . "Dense" means that the metal compound is packed at a higher density than the packing density of the metal compound in the electron transport layer. Note that pinholes, cracks, etc. may be present as long as the transparent electrode and the electron transport layer are not electrically connected.

(正孔)ブロッキング層の膜厚は,例えば,5~300nmである。(正孔)ブロッキング層の膜厚は,電極への電子注入効率の観点より,10~200nmがより好ましい。The thickness of the (hole) blocking layer is, for example, 5 to 300 nm, and is more preferably 10 to 200 nm from the viewpoint of the efficiency of electron injection into the electrode.

(正孔)ブロッキング層は上記透明電極上に形成される。金属酸化物を(正孔)ブロッキング層に用いる場合,既知の方法に従って(例えば,非特許文献4,J. Phys. D: Appl. Phys. 2008, 41, 102002.等),スプレーパイロリシスを行うことにより作製できる。例えば,200~550℃(特に300~500℃)に加熱したホットプレート上に置いた透明電極に0.01~0.40M(特に0.02~0.20M)の金属アルコキシド(チタンジ(イソプロポキシド)ビス(アセチルアセトナート)等のチタンアルコキシド等)のアルコール溶液(例えばイソプロピルアルコール溶液等)をスプレーで吹き付けて作製できる。The (hole) blocking layer is formed on the transparent electrode. When a metal oxide is used for the (hole) blocking layer, it can be prepared by performing spray pyrolysis according to a known method (e.g., Non-Patent Document 4, J. Phys. D: Appl. Phys. 2008, 41, 102002, etc.). For example, it can be prepared by spraying an alcohol solution (e.g., isopropyl alcohol solution) of 0.01 to 0.40 M (especially 0.02 to 0.20 M) of a metal alkoxide (titanium alkoxide such as titanium di(isopropoxide)bis(acetylacetonate)) onto a transparent electrode placed on a hot plate heated to 200 to 550°C (especially 300 to 500°C).

その後,得られた基板を,酸化チタン(TiO等),チタンアルコキシド(チタンイソプロポキシド等),チタンハロゲン化物(TiCl等)の水溶液中に浸漬して加熱することで,より緻密な膜とすることもできる。 The resulting substrate can then be immersed in an aqueous solution of titanium oxide (such as TiO2 ), titanium alkoxide (such as titanium isopropoxide), or titanium halide (such as TiCl4 ) and heated to form a denser film.

(正孔)ブロッキング層の原料を含む水溶液における原料の濃度は,0.1~1.0mMが好ましく,0.2~0.7mMがより好ましい。また,浸漬温度は30~100℃が好ましく,50~80℃がより好ましい。さらに,加熱条件は200~1000℃(特に300~700℃)で5~60分(特に10~30分)が好ましい。The concentration of the raw material in the aqueous solution containing the raw material of the (hole) blocking layer is preferably 0.1 to 1.0 mM, more preferably 0.2 to 0.7 mM. The immersion temperature is preferably 30 to 100° C., more preferably 50 to 80° C. Furthermore, the heating conditions are preferably 200 to 1000° C. (particularly 300 to 700° C.) and 5 to 60 minutes (particularly 10 to 30 minutes).

2.3.電子輸送層
電子輸送層は,ペロブスカイト層(光吸収層)の活性表面積を増加させ,光電変換効率を向上させるとともに,電子収集しやすくするために形成される。電子輸送層は,基板上に形成してもよいが,(正孔)ブロッキング層の上に形成することが好ましい。また,上記の(正孔)ブロッキング層が,電子輸送層として機能してもよいし,電子輸送層が(正孔)ブロッキング層を兼ねてもよい。電子輸送層はフラーレン誘導体等有機半導体材料を用いた平坦な層でもよい。また,電子輸送層は,酸化チタン(TiO)(メソポーラスTiOを含む),SnO層,又はZnO層であってもよい。電子輸送層は,メソポーラスTiO等多孔質構造を有していることが好ましい。多孔質構造は,例えば,粒状体,針状体,チューブ状体,柱状体等が集合して,全体として多孔質な性質を有していることが好ましい。また,細孔サイズはナノスケールが好ましい。多孔質構造を有することにより,ナノスケールであるため,光吸収層の活性表面積を著しく増加させ,太陽電池特性(特に光電変換効率)を向上させるとともに,電子収集に優れる多孔質電子輸送層とすることができる。
2.3. Electron transport layer The electron transport layer is formed to increase the active surface area of the perovskite layer (light absorbing layer), improve the photoelectric conversion efficiency, and facilitate electron collection. The electron transport layer may be formed on a substrate, but is preferably formed on a (hole) blocking layer. The (hole) blocking layer may function as the electron transport layer, or the electron transport layer may also function as the (hole) blocking layer. The electron transport layer may be a flat layer using an organic semiconductor material such as a fullerene derivative. The electron transport layer may be titanium oxide (TiO 2 ) (including mesoporous TiO 2 ), a SnO 2 layer, or a ZnO layer. The electron transport layer preferably has a porous structure such as mesoporous TiO 2. The porous structure is preferably a collection of granular bodies, needle-shaped bodies, tubular bodies, columnar bodies, etc., and has a porous property as a whole. The pore size is preferably nanoscale. The porous structure, which is nanoscale, significantly increases the active surface area of the light absorption layer, improving solar cell characteristics (particularly photoelectric conversion efficiency) and forming a porous electron transport layer with excellent electron collection.

電子輸送層は,酸化チタン,酸化スズ等の金属酸化物からなる層であってもよい。なお,金属化合物が半導体である場合,半導体を使用する場合には,ドナーをドープすることもできる。これにより,電子輸送層がペロブスカイト層(光吸収層)に導入するための窓層となり,且つ,ペロブスカイト層(光吸収層)から得られた電力をより効率よく取り出すことができる。The electron transport layer may be a layer made of a metal oxide such as titanium oxide or tin oxide. If the metal compound is a semiconductor, it may be doped with a donor. This allows the electron transport layer to function as a window layer for introducing electrons into the perovskite layer (light absorbing layer), and allows the power obtained from the perovskite layer (light absorbing layer) to be extracted more efficiently.

電子輸送層の厚みは,特に制限されず,ペロブスカイト層(光吸収層)からの電子をより収集できる観点から,10~300nm程度が好ましく,10~250nm程度がより好ましい。電子輸送層は,成形する材料に応じて公知の成膜方法を用いて得ることができる。例えば,(正孔)ブロッキング層の上に,5~50質量%(特に10~30質量%)の酸化チタンペーストのアルコール溶液(例えばエタノール溶液等)を塗布して作製することができる。酸化チタンペーストは公知又は市販品を用いることができる。塗布の方法は,スピンコート法が好ましい。なお,塗布は例えば15~30℃程度で行うことができる。The thickness of the electron transport layer is not particularly limited, and is preferably about 10 to 300 nm, more preferably about 10 to 250 nm, from the viewpoint of collecting more electrons from the perovskite layer (light absorbing layer). The electron transport layer can be obtained by using a known film forming method according to the material to be molded. For example, the electron transport layer can be prepared by applying an alcohol solution (e.g., ethanol solution, etc.) of 5 to 50% by mass (particularly 10 to 30% by mass) of titanium oxide paste on the (hole) blocking layer. Known or commercially available titanium oxide pastes can be used. The preferred application method is spin coating. The application can be performed at, for example, about 15 to 30°C.

2.4.ペロブスカイト層(光吸収層)
ペロブスカイト型太陽電池におけるペロブスカイト層(光吸収層)は,光を吸収し,励起された電子を移動させることにより,光電変換を行う層である。ペロブスカイト層(光吸収層)は,ペロブスカイト材料や,ペロブスカイト錯体を含む。ペロブスカイト層は,先に説明した方法に基づいて製造すればよい。ペロブスカイト層は,ロール・トゥ・ロールによる大量生産を実現することが好ましい。混合液をスピンコート,ディップコート,スクリーン印刷法,ロールコート,ダイコート法,転写印刷法,スプレー法,スリットコート法等,好ましくはスピンコートにより基板上に塗布することが好ましい。
2.4. Perovskite layer (light absorbing layer)
The perovskite layer (light absorbing layer) in a perovskite solar cell is a layer that absorbs light and transfers excited electrons to perform photoelectric conversion. The perovskite layer (light absorbing layer) contains a perovskite material or a perovskite complex. The perovskite layer may be manufactured based on the method described above. It is preferable to realize mass production of the perovskite layer by roll-to-roll. It is preferable to apply the mixed liquid to the substrate by spin coating, dip coating, screen printing, roll coating, die coating, transfer printing, spraying, slit coating, or the like, preferably by spin coating.

以下,スズ含有ペロブスカイト層について説明する。このスズ含有ペロブスカイト層は,スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部の深さ20nmの領域である第1測定領域における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率であるSn+4 20nm値が0.1%以上5%以下である。 The tin-containing perovskite layer is described below. This tin-containing perovskite layer has an Sn+4 20nm value, which is the percentage of the atomic content of tetravalent tin in the total atomic content of tetravalent tin and divalent tin in a first measurement region, which is a region 20 nm deep from the center of the surface of the tin-containing perovskite layer, of 0.1% to 5%.

スズ含有ペロブスカイト層は,スズを含むペロブスカイト層を意味する。ペロブスカイト層は,通常矩形をしている。このため,スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部とは,表面のうち重心付近を意味する。The tin-containing perovskite layer means a perovskite layer containing tin. The perovskite layer is usually rectangular. Therefore, the surface center of the tin-containing perovskite layer means the vicinity of the center of gravity of the surface.

表面中央部の深さ20nmの領域である第1測定領域は,後述するように,ペロブスカイト層の表面をエッチングして20nm削り,露出したペロブスカイト層の表面中央部を意味する。エッチングは,酸素がない雰囲気下(例えば真空中)において行えばよい。エッチングの例は,アルゴンエッチングである。The first measurement region, which is a region 20 nm deep in the center of the surface, refers to the center of the surface of the perovskite layer that is exposed by etching the surface of the perovskite layer to remove 20 nm, as described below. Etching may be performed in an oxygen-free atmosphere (e.g., in a vacuum). An example of the etching is argon etching.

Sn+4 20nm値は,第1測定領域における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率である。4価のスズの原子含有量や2価のスズの原子含有量は,X線光電子分光(XPS)測定を用いて,得られたスペクトルから2価のスズや4価のスズに対応するピークを分離し,その面積を求めることで得ることができる。また,ピーク分離にはガウシアンフィットを行ってもよいし,面積を求めるには,公知のソフトウェアやプログラムを用いて自動的に行ってもよい。
換言するとSn+4 20nm値は,以下の式により求められる。
Sn+4 20nm値=100×(4価のスズの原子含有量)/((2価のスズの原子含有量)+(4価のスズの原子含有量))
The Sn + 420nm value is the percentage of the atomic content of tetravalent tin in the total atomic content of tetravalent tin and divalent tin in the first measurement region. The atomic content of tetravalent tin and the atomic content of divalent tin can be obtained by separating peaks corresponding to divalent tin and tetravalent tin from the spectrum obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurement and calculating the area. In addition, the peak separation may be performed by Gaussian fitting, and the area may be calculated automatically using known software or programs.
In other words, the Sn +4 20 nm value is calculated by the following formula:
Sn +4 20 nm value = 100 x (atomic content of tetravalent tin) / (atomic content of divalent tin) + (atomic content of tetravalent tin)

後述する実施例により実証された通り,Sn+4 20nm値が0.1%以上5%以下であれば,4価のスズの割合が減少し,様々な物性を維持しつつ,光電変換効率が著しく高まる。 上記したスズ含有ペロブスカイト層は,Sn+4 20nm値が0.1%以上3%以下であるものが好ましい。Sn+4 20nm値は,0.6%以上2.4%以下でもよいし,0.8%以上2%以下でもよいし,1%以上1.4%以下でもよい。後述する実施例を参考にして,製造条件を微調整することで,Sn+4 20nm値を微調整できる。 As demonstrated by the examples described later, if the Sn +4 20nm value is 0.1% or more and 5% or less, the proportion of tetravalent tin is reduced, and the photoelectric conversion efficiency is significantly increased while maintaining various physical properties. The above-mentioned tin-containing perovskite layer preferably has an Sn +4 20nm value of 0.1% or more and 3% or less. The Sn +4 20nm value may be 0.6% or more and 2.4% or less, 0.8% or more and 2% or less, or 1% or more and 1.4% or less. The Sn +4 20nm value can be finely adjusted by finely adjusting the manufacturing conditions with reference to the examples described later.

上記したスズ含有ペロブスカイト層の好ましい例は,Sn+4 40nm値が0%以上0.5%以下である。Sn+4 40nm値は,0%以上0.3%以下でもよいし,0.1%以上0.3%以下でもよいし,0%以上0.2%以下でもよいし,0%以上0.1%以下でもよい。
Sn+4 40nm値は,スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部の深さ40nmの領域である第2測定領域における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率である。表面中央部の深さ40nmの領域である第2測定領域は,ペロブスカイト層の表面をエッチングして40nm削り,露出したペロブスカイト層の表面中央部を意味する。Sn+4 40nm値は,Sn+4 20nm値と同様にして求めることができる。
A preferred example of the tin-containing perovskite layer described above is one in which the Sn +4 40nm value is 0% or more and 0.5% or less. The Sn +4 40nm value may be 0% or more and 0.3% or less, 0.1% or more and 0.3% or less, 0% or more and 0.2% or less, or 0% or more and 0.1% or less.
The Sn +4 40nm value is the percentage of the atomic content of tetravalent tin in the total atomic content of tetravalent tin and divalent tin in the second measurement region, which is a region 40 nm deep from the center of the surface of the tin-containing perovskite layer. The second measurement region, which is a region 40 nm deep from the center of the surface, refers to the center of the surface of the perovskite layer that is exposed by etching the surface of the perovskite layer to remove 40 nm. The Sn +4 40nm value can be determined in the same manner as the Sn +4 20nm value.

上記したスズ含有ペロブスカイト層の好ましい例は,Sn+4 表面値と,Sn+4 20 nm値との比(Sn+4 表面値/Sn+4 20nm値)が3以上20以下のものである。この比は,5以上20以下でもよいし,6以上10以下でもよいし,10以上20以下でもよい。
Sn+4 表面値は,スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率である。 Sn+4 表面値と,Sn+4 20nm値との比は,Sn+4 表面値/Sn+4 0nm値により求めることができる。
上記したスズ含有ペロブスカイト層の好ましい例は,Sn+4 表面値と,Sn+4 40 nm値との比(Sn+4 表面値/Sn+4 40nm値)が3以上のものである。この比は,5以上でもよいし,8以上でもよいし,10以上でもよい。
A preferred example of the tin-containing perovskite layer described above is one in which the ratio of the Sn +4 surface value to the Sn + 4 20 nm value (Sn +4 surface value/Sn +4 20 nm value) is 3 or more and 20 or less. This ratio may be 5 or more and 20 or less, 6 or more and 10 or less, or 10 or more and 20 or less.
The Sn +4 surface value is the percentage of the atomic content of tetravalent tin in the total atomic content of tetravalent tin and divalent tin at the center of the surface of the tin-containing perovskite layer. The ratio of the Sn +4 surface value to the Sn +4 20nm value can be calculated by Sn +4 surface value/Sn + 4 20nm value.
A preferred example of the tin-containing perovskite layer described above is one in which the ratio of the Sn +4 surface value to the Sn + 4 40 nm value (Sn +4 surface value/Sn +4 40 nm value) is 3 or more. This ratio may be 5 or more, 8 or more, or 10 or more.

上記したスズ含有ペロブスカイト層のうち、高い光電変換効率を得る観点から好ましい例は鉛原子(Pb+2)を含むPb-Sn混合型ペロブスカイト層である。この場合、スズ原子(Sn+2及びSn+4の合計)の含有量に対する鉛原子(Pb+2)の原子含有量が0%以上900%以下であるのが好ましく、より好ましくは、0%以上200%以下であり、さらに好ましくは0%以上100%以下である。 Among the above-mentioned tin-containing perovskite layers, a preferred example from the viewpoint of obtaining high photoelectric conversion efficiency is a Pb-Sn mixed perovskite layer containing lead atoms (Pb + 2). In this case, the atomic content of lead atoms (Pb +2 ) relative to the content of tin atoms (the sum of Sn +2 and Sn +4 ) is preferably 0% or more and 900% or less, more preferably 0% or more and 200% or less, and even more preferably 0% or more and 100% or less.

上記したスズ含有ペロブスカイト層のうち、環境負荷を少なくする観点から好ましい例は鉛原子を全く含まないか,鉛原子を含む場合はスズ原子の1/10以下の量の鉛原子を含むものである。鉛の原子量が少なくても,以下の実施例により示された通り,好ましい特性を有するペロブスカイト層を得ることができる。もっとも,鉛は不純物のレベルで含有されていてもよい。Among the above-mentioned tin-containing perovskite layers, preferred examples from the viewpoint of reducing the environmental load are those that do not contain any lead atoms, or, if they contain lead atoms, contain lead atoms in an amount of 1/10 or less of the amount of tin atoms. Even if the amount of lead atoms is small, as shown in the following examples, a perovskite layer having preferable properties can be obtained. However, lead may be contained at the level of an impurity.

ペロブスカイト層(光吸収層)の膜厚は,光吸収効率と励起子拡散長とのバランス及び透明電極で反射した光の吸収効率の観点から,例えば,50~1000nmが好ましく,200~800nmがより好ましい。なお,本発明のペロブスカイト層(光吸収層)の膜厚は,100~1000nmの範囲内であることが好ましく,250~500nmの範囲内であることがより好ましい。具体的には,本発明のペロブスカイト層(光吸収層)の膜厚の下限値が100nm以上(特に250nm)以上であり,上限値が1000nm以下(特に500nm以下)であることが好ましい。本発明のペロブスカイト層(光吸収層)の膜厚は,本発明の錯体からなる膜の断面走査型電子顕微鏡(断面SEM)により測定する。From the viewpoint of the balance between light absorption efficiency and exciton diffusion length and the absorption efficiency of light reflected by the transparent electrode, the film thickness of the perovskite layer (light absorption layer) is preferably, for example, 50 to 1000 nm, and more preferably 200 to 800 nm. The film thickness of the perovskite layer (light absorption layer) of the present invention is preferably within the range of 100 to 1000 nm, and more preferably within the range of 250 to 500 nm. Specifically, the lower limit of the film thickness of the perovskite layer (light absorption layer) of the present invention is preferably 100 nm or more (particularly 250 nm) or more, and the upper limit is preferably 1000 nm or less (particularly 500 nm or less). The film thickness of the perovskite layer (light absorption layer) of the present invention is measured by a cross-sectional scanning electron microscope (cross-sectional SEM) of a film made of the complex of the present invention.

また,本発明のペロブスカイト層(光吸収層)の平坦性は,走査型電子顕微鏡により測定した表面の水平方向500nm×500nmの範囲において高低差が50nm以下(-25nm~+25nm)であるものが好ましく,高低差が40nm以下(-20nm~+20nm)であるのがより好ましい。これにより,光吸収効率と励起子拡散長とのバランスをより取りやすくし,透明電極で反射した光の吸収効率をより向上させることができる。なお,ペロブスカイト層(光吸収層)の平坦性とは,任意に決定した測定点を基準点とし,測定範囲内において最も膜厚が大きいところとの差を上限値,最も小さいところとの差を下限値としており,本発明のペロブスカイト層(光吸収層)の断面走査型電子顕微鏡(断面SEM)により測定する。The flatness of the perovskite layer (light absorbing layer) of the present invention is preferably such that the difference in height is 50 nm or less (-25 nm to +25 nm) in a range of 500 nm x 500 nm in the horizontal direction of the surface measured by a scanning electron microscope, and more preferably the difference in height is 40 nm or less (-20 nm to +20 nm). This makes it easier to balance the light absorption efficiency and the exciton diffusion length, and the absorption efficiency of light reflected by the transparent electrode can be further improved. The flatness of the perovskite layer (light absorbing layer) is measured by a cross-sectional scanning electron microscope (cross-sectional SEM) of the perovskite layer (light absorbing layer) of the present invention, with an arbitrarily determined measurement point as the reference point, the difference between the maximum film thickness and the minimum film thickness within the measurement range as the upper limit, and the difference between the maximum film thickness and the minimum film thickness as the lower limit.

このスズ含有ペロブスカイト層は,0価のスズ,ピラジン系化合物,ケイ素系化合物,及びゲルマニウム系化合物から選ばれる1種又は2種以上を合計で0.01ppm以上1000ppm以下含む。このスズ含有ペロブスカイト層は,上記のスズ含有ペロブスカイト層の製造方法に基づいて得ることができ,還元剤などの残留物が所定量存在する。所定量の特定の物質が残留することで,スズ含有ペロブスカイト層は,パッシベーションに優れたものとなる。これらの物質の含有量は,スズ含有ペロブスカイト層を成分分析することにより分析できる。以下に説明する実施例において実際にスズ含有ペロブスカイト層が得られている。そして,上記の含有量には,臨界性がある(上記の数値の範囲外と範囲内とではパッシベーションに有意差がある)。ピラジン系化合物及びケイ素系化合物の例は,式(I)~式(V)で示される化合物である。ゲルマニウム系化合物は,先に説明したゲルマニウム系還元剤や,それらの還元剤と,溶液中の化合物が反応して生成された化合物である。上記の合計量は,0.1ppm以上500ppm以下でもよいし,1ppm以上500ppm以下でもよい。このようなスズ含有ペロブスカイト層を有する発光性材料や,光電変換素子は,上記の特性を生かし,良好な特性を有することとなる。This tin-containing perovskite layer contains one or more selected from zero-valent tin, pyrazine-based compounds, silicon-based compounds, and germanium-based compounds in a total amount of 0.01 ppm to 1000 ppm. This tin-containing perovskite layer can be obtained based on the above-mentioned method for producing a tin-containing perovskite layer, and a predetermined amount of residual substances such as reducing agents are present. The tin-containing perovskite layer has excellent passivation properties due to the presence of a predetermined amount of specific substances remaining. The contents of these substances can be analyzed by performing a component analysis of the tin-containing perovskite layer. In the examples described below, a tin-containing perovskite layer is actually obtained. The above contents have a criticality (there is a significant difference in passivation between outside and within the above numerical range). Examples of pyrazine-based compounds and silicon-based compounds are compounds represented by formulas (I) to (V). The germanium-based compound is a compound produced by reacting the germanium-based reducing agent described above or a compound in the solution with the reducing agent. The total amount may be 0.1 ppm or more and 500 ppm or less, or 1 ppm or more and 500 ppm or less. A luminescent material or a photoelectric conversion element having such a tin-containing perovskite layer will have good characteristics by utilizing the above characteristics.

2.5.正孔輸送層
正孔輸送層は,電荷を輸送する機能を有する層である。正孔輸送層には,例えば,導電体,半導体,有機正孔輸送材料等を用いることができる。当該材料は,ペロブスカイト層(光吸収層)から正孔を受け取り,正孔を輸送する正孔輸送材料として機能し得る。正孔輸送層はペロブスカイト層(光吸収層)上に形成される。当該導電体及び半導体としては,例えば,CuI,CuInSe,CuS等の1価銅を含む化合物半導体;GaP,NiO,CoO,FeO,Bi,MoO,Cr等の銅以外の金属を含む化合物が挙げられる。なかでも,より効率的に正孔のみを受け取り,より高い正孔移動度を得る観点から,1価銅を含む半導体が好ましく,CuIがより好ましい。有機正孔輸送材料としては,例えば,ポリ-3-ヘキシルチオフェン(P3HT),ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)等のポリチオフェン誘導体;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)等のフルオレン誘導体;ポリビニルカルバゾール等のカルバゾール誘導体;ポリ[ビス(4-フェニル)(2,4,6-トリメチルフェニル)アミン](PTAA)等のトリフェニルアミン誘導体;ジフェニルアミン誘導体;ポリシラン誘導体;ポリアニリン誘導体等が挙げられる。なかでも,より効率的に正孔のみを受け取り,より高い正孔移動度を得る観点から,トリフェニルアミン誘導体,フルオレン誘導体等が好ましく,PTAA,spiro-OMeTADなどがより好ましい。
2.5. Hole transport layer The hole transport layer is a layer that has the function of transporting charges. For example, a conductor, a semiconductor, an organic hole transport material, etc. can be used for the hole transport layer. The material can function as a hole transport material that receives holes from the perovskite layer (light absorption layer) and transports the holes. The hole transport layer is formed on the perovskite layer (light absorption layer). Examples of the conductor and semiconductor include compound semiconductors containing monovalent copper such as CuI, CuInSe 2 , and CuS; and compounds containing metals other than copper such as GaP, NiO, CoO, FeO, Bi 2 O 3 , MoO 2 , and Cr 2 O 3. Among them, from the viewpoint of more efficiently receiving only holes and obtaining higher hole mobility, a semiconductor containing monovalent copper is preferable, and CuI is more preferable. Examples of organic hole transport materials include polythiophene derivatives such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) and polyethylenedioxythiophene (PEDOT); fluorene derivatives such as 2,2',7,7'-tetrakis-(N,N-di-p-methoxyphenylamine)-9,9'-spirobifluorene (spiro-OMeTAD); carbazole derivatives such as polyvinylcarbazole; triphenylamine derivatives such as poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine] (PTAA); diphenylamine derivatives; polysilane derivatives; polyaniline derivatives, etc. Among these, from the viewpoint of more efficiently receiving only holes and obtaining higher hole mobility, triphenylamine derivatives, fluorene derivatives, etc. are preferred, and PTAA, spiro-OMeTAD, etc. are more preferred.

正孔輸送層中には,正孔輸送特性をさらに向上させることを目的として,リチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(LiTFSI),銀ビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド,トリフルオロメチルスルホニルオキシ銀,NOSbF,SbCl,SbF等の酸化剤を含むこともできる。また,正孔輸送層中には,t-ブチルピリジン(TBP),2-ピコリン,2,6-ルチジン等の塩基性化合物を含むこともできる。酸化剤及び塩基性化合物の含有量は,従来から通常使用される量とすることができる。正孔輸送層の膜厚は,より効率的に正孔のみを受け取り,より高い正孔移動度を得る観点から,例えば,30~200nmが好ましく,50~100nmがより好ましい。正孔輸送層を成膜する方法は,例えば,乾燥雰囲気下で行うことが好ましい。例えば,有機正孔輸送材料を含む溶液を,乾燥雰囲気下,ペロブスカイト層(光吸収層)上に塗布(スピンコート等)し,30~150℃(特に50~100℃)で加熱することが好ましい。 In order to further improve the hole transport properties, the hole transport layer may contain an oxidizing agent such as lithium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide (LiTFSI), silver bis(trifluoromethylsulfonyl)imide, trifluoromethylsulfonyloxysilver, NOSbF 6 , SbCl 5 , or SbF 5. The hole transport layer may also contain a basic compound such as t-butylpyridine (TBP), 2-picoline, or 2,6-lutidine. The content of the oxidizing agent and basic compound may be the amount that has been conventionally used. The thickness of the hole transport layer is preferably, for example, 30 to 200 nm, and more preferably 50 to 100 nm, from the viewpoint of more efficiently receiving only holes and obtaining higher hole mobility. The method of forming the hole transport layer is preferably performed, for example, under a dry atmosphere. For example, it is preferable to apply (by spin coating or the like) a solution containing an organic hole transport material onto a perovskite layer (light absorbing layer) in a dry atmosphere, and then heat the solution at 30 to 150° C. (particularly 50 to 100° C.).

2.6.金属電極
金属電極は,透明電極に対向配置され,正孔輸送層の上に形成されることで,正孔輸送層と電荷のやり取りが可能である。金属電極としては,当業界で用いられる公知の素材を用いることが可能であり,例えば,白金,チタン,ステンレス,アルミニウム,金,銀,ニッケル等の金属又はこれらの合金が挙げられる。これらの中でも金属電極は,乾燥雰囲気下で電極を形成することができる点から,蒸着等の方法で形成できる材料が好ましい。
上記層構成以外の構成を有するペロブスカイト型太陽電池についても,同様の方法により,製造することができる。
2.6 Metal Electrode The metal electrode is disposed opposite the transparent electrode and formed on the hole transport layer, enabling charge exchange with the hole transport layer. Any known material used in the industry can be used as the metal electrode, and examples of such materials include metals such as platinum, titanium, stainless steel, aluminum, gold, silver, and nickel, or alloys thereof. Among these, the metal electrode is preferably made of a material that can be formed by a method such as vapor deposition, since the electrode can be formed in a dry atmosphere.
Perovskite solar cells having layer configurations other than those described above can also be manufactured by the same method.

3.有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)
有機EL素子は,例えば特開2017-123352号公報,特開2015-071619号公報に記載される通り,公知の素子であり,その製造方法も公知である。有機EL素子の例は,基板と,陽極と,陰極と,陽極と陰極との間に配置された有機層と,を有する。 そして,有機層は,陽極側から順に,正孔注入層,正孔輸送層,発光層,電子輸送層,および電子注入層が,この順番で積層されて構成される。本発明の化合物は,電子輸送層における電子輸送材料として用いることができる。
3. Organic electroluminescence element (organic EL element)
The organic EL element is a known element, as described in, for example, JP 2017-123352 A and JP 2015-071619 A, and its manufacturing method is also known. An example of an organic EL element has a substrate, an anode, a cathode, and an organic layer disposed between the anode and the cathode. The organic layer is configured by stacking a hole injection layer, a hole transport layer, a light-emitting layer, an electron transport layer, and an electron injection layer in this order from the anode side. The compound of the present invention can be used as an electron transport material in the electron transport layer.

4.太陽電池の製造方法
本発明は,太陽電池の製造方法をも提供する。この方法は,先に説明したペロブスカイト層の製造方法を用いて,基板上に,電子輸送(ブロッキング)層を形成する工程と,電子輸送層上にペロブスカイト層を形成する工程と,ペロブスカイト層上にホール輸送層を形成する工程と,ホール輸送層上に電極を形成する工程とを含む。
4. Manufacturing method of solar cell The present invention also provides a manufacturing method of a solar cell. This method includes the steps of forming an electron transport (blocking) layer on a substrate using the manufacturing method of a perovskite layer described above, forming a perovskite layer on the electron transport layer, forming a hole transport layer on the perovskite layer, and forming an electrode on the hole transport layer.

5.重ハロゲン化スズ含有物質の精製方法
この明細書に記載される発明のある態様は,Sn4+を取り除くととともに,Sn2+がSn4+へと酸化されにくいように調整した,重ハロゲン化スズ含有物質の精製方法に関する。この方法は,不純物を含む重ハロゲン化スズの溶液に,還元剤を添加する還元剤添加工程と,還元剤添加工程の後に,重ハロゲン化スズ由来の物質を取得する取得工程とを含む。重ハロゲン化スズ及び還元剤は,先に説明した通りである。重ハロゲン化スズの溶液は,添加物としてフッ化スズを含む。また,不純物は,SnO2やSnX4種などに起因する4価のスズイオンを含むものであってもよいし,フッ化スズと4価のスズイオンとを共に含んでいてもよい。
5. Purification method for tin-containing heavy halide substances One embodiment of the invention described in this specification relates to a purification method for tin-containing heavy halide substances, which removes Sn 4+ and adjusts the concentration of Sn 2+ to be less likely to be oxidized to Sn 4+ . This method includes a reducing agent addition step of adding a reducing agent to a tin-containing heavy halide solution containing impurities, and an acquisition step of acquiring a tin-containing heavy halide-derived substance after the reducing agent addition step. The tin-containing heavy halide and the reducing agent are as described above. The tin-containing heavy halide solution contains tin fluoride as an additive. The impurities may include tetravalent tin ions resulting from SnO 2 or SnX 4 species, or may include both tin fluoride and tetravalent tin ions.

重ハロゲン化スズ含有物質の精製方法は,還元剤添加工程の後に,沈殿物を除去する沈殿物除去工程と,
沈殿物除去工程の後に,沈殿物を除去した溶液を静置する静置工程をさらに含むものであってもよい。
そして,取得工程は,静置工程により析出した結晶を得る結晶取得工程を含んでもよい。
The method for purifying a heavy halide tin-containing material includes a reducing agent addition step, a precipitate removal step for removing a precipitate, and
The method may further include a step of leaving the solution from which the precipitate has been removed still after the step of removing the precipitate.
The obtaining step may include a crystal obtaining step of obtaining the crystals precipitated by the standing step.

重ハロゲン化スズ溶液
この明細書に記載される発明のある態様は,スズ含有ペロブスカイト層の前駆体溶液や,純度の高い重ハロゲン化スズ含有物質を得ることができる,重ハロゲン化スズと,フッ化スズと,還元剤とを含む溶液に関する。例えば,先に説明したペロブスカイト前駆体溶液が,重ハロゲン化スズ溶液として機能する。純度の高い重ハロゲン化スズ:SnX(X = Cl, Br, I)を生成することは難しく,例えば,SnO2やSnX4種などの4価のスズイオン種(Sn4+)といった不純物が混入する。重ハロゲン化スズとSnFとの混合系において,SnFを還元し,Sn由来のナノパーティクルを生成させ,これを捕捉材(スカベンジャー)として機能させることで,SnXがSnXに酸化される事態を効果的に防止できる。その結果,純度の高い重ハロゲン化スズ含有物質を得ることができる。重ハロゲン化スズ含有物質は,重ハロゲン化スズであってもよいし,重ハロゲン化スズをその組成の一部に含む化合物であってもよい。
Tin heavy halide solution One aspect of the invention described in this specification relates to a solution containing tin heavy halide, tin fluoride, and a reducing agent, which can provide a precursor solution for a tin-containing perovskite layer or a highly pure tin heavy halide-containing material. For example, the perovskite precursor solution described above functions as a tin heavy halide solution. It is difficult to produce a highly pure tin heavy halide: SnX 2 (X = Cl, Br, I), and impurities such as tetravalent tin ion species (Sn 4+ ) such as SnO 2 and SnX 4 species are mixed in. In a mixed system of tin heavy halide and SnF 2 , SnF 2 is reduced to generate Sn-derived nanoparticles, which function as a scavenger, thereby effectively preventing the oxidation of SnX 2 to SnX 4. As a result, a highly pure tin heavy halide-containing material can be obtained. The tin dihalide-containing substance may be a tin dihalide or a compound that contains a tin dihalide as part of its composition.

この溶液は,重ハロゲン化スズと,フッ化スズと,還元剤とを含む溶液である。重ハロゲン化スズ及び還元剤は,先に説明した通りである。この溶液は,フッ化スズの他に,4価のスズイオンを不純物として含んでもよい。この溶液は,スズ含有ペロブスカイト前駆体溶液として用いられてもよい。なお,このスズ含有ペロブスカイト前駆体溶液として用いられる還元剤の濃度は,スズ含有ペロブスカイト前駆体溶液として用いられるフッ化スズの濃度よりも小さくてもよい。This solution contains a tin heavy halide, a tin fluoride, and a reducing agent. The tin heavy halide and the reducing agent are as described above. In addition to the tin fluoride, this solution may contain tetravalent tin ions as an impurity. This solution may be used as a tin-containing perovskite precursor solution. The concentration of the reducing agent used in this tin-containing perovskite precursor solution may be lower than the concentration of the tin fluoride used in the tin-containing perovskite precursor solution.

実施例
以下に,実施例を用いて,本発明を具体的に説明する。本発明は,上記の記載や,実施例に限定されるものではなく,当業者にとって自明な事項を適宜含んでもよい。
EXAMPLES The present invention will be specifically described below using examples. The present invention is not limited to the above description or examples, and may include matters that are obvious to a person skilled in the art.

以下に説明する実施例では,以下の装置を用いた。
Photoluminescence(PL)スペクトル測定:
ピコ秒レーザーパルス(波長444nm もしくは 688nm, Advanced Laser Diode Systems, Inc)
窒素冷却CCDカメラ(Princeton Instruments, Inc)
In the examples described below, the following equipment was used:
Photoluminescence (PL) spectrum measurement:
Picosecond laser pulse (wavelength 444nm or 688nm, Advanced Laser Diode Systems, Inc.)
Nitrogen-cooled CCD camera (Princeton Instruments, Inc.)

時間分解PL測定
アバランシェフォトダイオード(ID Quantique, Inc)
時間相関単一光子計数ボード(Becker & Hickl, Inc)
Time-resolved PL measurement Avalanche photodiode (ID Quantique, Inc.)
Time-correlated single-photon counting board (Becker & Hickl, Inc.)

J-V測定
OTENTO-SUN-P1G (BUNKOUKEIKI Co., Ltd.)
Keithley 2400
J-V measurement
OTENTO-SUN-P1G (BUNKOUKEIKI Co., Ltd.)
Keithley 2400

IPCE測定
SM-250 diffuse reflection unit (BUNKOUKEIKI Co., Ltd.)
IPCE measurement SM-250 diffuse reflection unit (BUNKOUKEIKI Co., Ltd.)

SEM観察
S8010 (Hitachi High-Technologies Co., Ltd)
SEM observation
S8010 (Hitachi High-Technologies Co., Ltd)

119Sn NMR測定
Bruker Avance III 600US Plus NMR
119Sn NMR measurements
Bruker Avance III 600US Plus NMR

TEM観察
JEM-1011 (JEOL Co., Ltd.)
TEM observation
JEM-1011 (JEOL Co., Ltd.)

スズ含有ペロブスカイト膜の光物性測定
グローブボックス中(Arガス,H2O < 0.1 ppm, H2O <0.1 ppm)にて,後述の様にして調整したペロブスカイト前駆体溶液(1)および(2)を石英基板上に約200 μL塗布し,スピンコートし,その最中に65 °Cに加温した300 μLのクロロベンゼンを滴下し,褐色の膜を得た(スロープ5秒で5000 rpm にし,さらに60秒間スピンコートした最後の2秒から1秒の間でクロロベンゼンを滴下し,スロープ1秒で停止させた)。得られた褐色膜を,45 ℃で10分間,65 ℃で10~30分間アニールし,その後100 ℃で5分間,続いて100 ℃で30分間アニールして,黒色のペロブスカイト膜を得た。
Optical properties of tin-containing perovskite films In a glove box (Ar gas, H 2 O < 0.1 ppm, H 2 O < 0.1 ppm), about 200 μL of perovskite precursor solutions (1) and (2) prepared as described below were applied to a quartz substrate and spin-coated. During the spin-coating, 300 μL of chlorobenzene heated to 65 °C was dropped to obtain a brown film (5 s slope at 5000 rpm, 60 s spin-coating, chlorobenzene was dropped between the last 2 s and 1 s, and the slope was stopped at 1 s). The obtained brown film was annealed at 45 °C for 10 min, 65 °C for 10 to 30 min, and then 100 °C for 5 min and 100 °C for 30 min to obtain a black perovskite film.

得られたペロブスカイト膜をアルゴン充填した試料ケースに入れ,Photoluminescence(PL)スペクトル測定および時間分解PL測定を行った。測定の励起光には,ピコ秒レーザーパルス(波長444nm もしくは 688nm, Advanced Laser Diode Systems, Inc)を用いた。試料位置での励起密度は127 nJ/cm2とし,弱励起条件下で測定を行った。PLスペクトルは,分光器および窒素冷却CCDカメラ(Princeton Instruments, Inc)を用いて測定した。時間分解PL測定では,試料からのPLをアバランシェフォトダイオード(ID Quantique, Inc)で検出し,時間相関単一光子計数ボード(Becker & Hickl, Inc)を用いて時間分解減衰曲線を得た。 The obtained perovskite film was placed in an argon-filled sample case, and photoluminescence (PL) spectrum and time-resolved PL measurements were performed. A picosecond laser pulse (wavelength 444 nm or 688 nm, Advanced Laser Diode Systems, Inc) was used as the excitation light for the measurements. The excitation density at the sample position was 127 nJ/ cm2 , and measurements were performed under weak excitation conditions. PL spectra were measured using a spectrometer and a nitrogen-cooled CCD camera (Princeton Instruments, Inc). In the time-resolved PL measurements, PL from the sample was detected with an avalanche photodiode (ID Quantique, Inc), and time-resolved decay curves were obtained using a time-correlated single-photon counting board (Becker & Hickl, Inc).

PL測定および時間分解PL測定より,還元剤1をSnI2に対して0.1 mol%加えた際に,蛍光波長を保持しながら蛍光寿命が6.0 ns から7.3 nsへと伸びていることが分かった (図1,図2)。還元剤1をSnI2に対して10.0 mol%まで加えた際に蛍光波長が短波長側へシフトしていることは,後述する様に,添加剤として加えているSnF2がすべて還元されたことによる影響だと考えられる。また,還元剤2を加えた際には,蛍光波長を保持しながら,蛍光寿命が顕著に長くなり,SnI2に対して1.0 mol%加えた際には,14 nsまで延びることが明らかになった (図3,4)。これは,Sn4+種の補足剤として還元剤1および2を加えた溶液を用いて成膜することで,ペロブスカイト化合物の構造や組成は保持しながら,光励起によって生成したキャリアの再結合が抑えられたことを示唆する結果である。 From PL and time-resolved PL measurements, it was found that when reducing agent 1 was added at 0.1 mol% to SnI2 , the fluorescence lifetime was extended from 6.0 ns to 7.3 ns while maintaining the fluorescence wavelength (Figs. 1 and 2). The fluorescence wavelength shifted to the shorter wavelength side when reducing agent 1 was added up to 10.0 mol% to SnI2 , which is considered to be due to the effect of all SnF2 added as an additive being reduced, as described below. In addition, when reducing agent 2 was added, the fluorescence lifetime was significantly extended while maintaining the fluorescence wavelength, and it was extended to 14 ns when reducing agent 2 was added at 1.0 mol % to SnI2 (Figs. 3 and 4). This result suggests that the recombination of carriers generated by photoexcitation was suppressed while maintaining the structure and composition of the perovskite compound by forming a film using a solution containing reducing agents 1 and 2 as a capture agent for Sn4+ species.

なお,ペロブスカイト前駆体溶液(1)および(2)は,以下のようにして得た。

Figure 0007623714000010
The perovskite precursor solutions (1) and (2) were obtained as follows.
Figure 0007623714000010

前駆体溶液(1):還元剤1を添加したペロブスカイト前駆体溶液
グローブボックス内にてSnI2 (1341 mg, 3.6 mmol),FAI (464 mg, 2.7 mmol),MAI (143 mg, 0.9mmol),SnF2 (56 mg, 0.36 mmol) を超脱水DMSO (4.0 mL) に45 °Cにて溶解させた。1時間45 °Cにて撹拌後,PTFEフィルターを用いて濾過し,FA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液を調製した。1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (1) (7.9 mg, 0.035 mmol)をDMF(50 μL)に65°Cにて溶解させ,これを1mLのFA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液に1.3 μL滴下した。還元剤1の添加によって,黄色のFA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液は深緑色の懸濁液へと変化した。15分間45 °Cにて撹拌すると懸濁液は再び黄色の溶液となり金属光沢を持つ沈殿が生成した。PTFEフィルターを用いて濾過して沈殿を除き,前駆体溶液(SnI2に対して0.1 mol%の還元剤1添加)を得た。同様にして,還元剤1をSnI2に対して1.0および 10.0 mol%添加した溶液を得た。
Precursor solution (1): Perovskite precursor solution with reducing agent 1 SnI2 (1341 mg, 3.6 mmol), FAI (464 mg, 2.7 mmol), MAI (143 mg, 0.9 mmol), and SnF2 (56 mg, 0.36 mmol) were dissolved in ultra-dehydrated DMSO (4.0 mL) at 45 °C in a glove box. After stirring for 1 h at 45 °C, the solution was filtered using a PTFE filter to prepare the FA0.75MA0.25SnI3 precursor solution. 1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (1) (7.9 mg, 0.035 mmol) was dissolved in DMF (50 μL) at 65 °C, and 1.3 μL of this solution was added dropwise to 1 mL of the FA0.75MA0.25SnI3 precursor solution. By adding reducing agent 1, the yellow FA 0.75 MA 0.25 SnI 3 precursor solution changed to a dark green suspension. After stirring for 15 min at 45 °C, the suspension turned yellow again and a precipitate with a metallic luster was formed. The precipitate was removed by filtration using a PTFE filter to obtain the precursor solution (0.1 mol% reducing agent 1 added relative to SnI 2 ). In a similar manner, solutions in which reducing agent 1 was added at 1.0 and 10.0 mol% relative to SnI 2 were obtained.

前駆体溶液(2):還元剤2を添加したペロブスカイト前駆体溶液
グローブボックス内にてSnI2 (1341 mg, 3.6 mmol),FAI (464 mg, 2.7 mmol),MAI (143 mg, 0.9 mmol),SnF2 (56 mg, 0.36 mmol) を超脱水DMSO (4.0 mL) に45 °Cにて溶解させた。1時間45 °Cにて撹拌後,PTFEフィルターを用いて濾過し,FA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液(0.9M)を調製した。2,3,5,6-tetramethyl-1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (2) (9.9 mg, 0.035 mmol)をDMF(50 μL)に65 °Cにて溶解させ,これを1 mLのFA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液に1.3 μL滴下した。還元剤2の添加によって,黄色のFA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液は深緑色の懸濁液へと変化した。15分間45 °Cにて撹拌すると懸濁液は再び黄色の溶液となり沈殿が生成した。PTFEフィルターを用いて濾過して沈殿を除き,前駆体溶液(SnI2に対して0.1mol%の還元剤2 添加)を得た。同様にして,還元剤2をSnI2に対して1.0および 10.0 mol%添加した溶液を得た。
Precursor solution (2): Perovskite precursor solution containing reducing agent 2 SnI2 (1341 mg, 3.6 mmol), FAI (464 mg, 2.7 mmol), MAI (143 mg, 0.9 mmol), and SnF2 (56 mg, 0.36 mmol) were dissolved in ultra-dehydrated DMSO (4.0 mL) at 45 °C in a glove box. After stirring at 45 °C for 1 h, the mixture was filtered using a PTFE filter to prepare a FA0.75MA0.25SnI3 precursor solution (0.9 M). 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (2) (9.9 mg, 0.035 mmol) was dissolved in DMF (50 μL) at 65 °C, and 1.3 μL of this solution was added dropwise to 1 mL of the FA 0.75 MA 0.25 SnI 3 precursor solution. The yellow FA 0.75 MA 0.25 SnI 3 precursor solution changed to a dark green suspension upon addition of the reducing agent 2. After stirring for 15 min at 45 °C, the suspension turned yellow again and a precipitate formed. The precipitate was removed by filtration using a PTFE filter to obtain the precursor solution (0.1 mol% reducing agent 2 added relative to SnI 2 ). In the same manner, solutions were obtained in which the reducing agent 2 was added at 1.0 and 10.0 mol% relative to SnI 2 .

逆型構造のスズ含有ペロブスカイト型太陽電池作製
パターン化した透明導電性ガラス基板(ITO, 25 mm×25 mm, 5 Ω, Geomatec Co., Ltd. Japan)を,1 w%中性洗剤水溶液,アセトン,2-プロパノールの順でそれぞれ10分間超音波洗浄した。最後に,15分間のUVオゾン洗浄を行った。
Fabrication of an inverted tin-containing perovskite solar cell A patterned transparent conductive glass substrate (ITO, 25 mm × 25 mm, 5 Ω, Geomatec Co., Ltd. Japan) was ultrasonically cleaned with 1 w% neutral detergent solution, acetone, and 2-propanol, in that order, for 10 min each, and finally, UV ozone cleaning was performed for 15 min.

PEDOT:PSS (Clevious P VP AI 4083) の水分散液をPTFEフィルターにより濾過した後に,ITO基板上に約400 μL塗布し,スピンコートした(スロープ1秒で500 rpm にし,9秒間スピンコートした後に,スロープ1秒で4000 rpmにし,60秒間スピンコートし,スロープ1秒で停止させた)。続いて,基板を140 °Cで加熱して約20 nmの膜厚のPEDOT:PSS層(正孔輸送層)を成膜した。得られた基板をグローブボックスに入れ,続くペロブスカイト層の成膜を行った。After filtering the aqueous dispersion of PEDOT:PSS (Clevious P VP AI 4083) through a PTFE filter, about 400 μL was applied onto an ITO substrate and spin-coated (500 rpm with a slope of 1 s, spin-coated for 9 s, then 4000 rpm with a slope of 1 s, spin-coated for 60 s, and stopped with a slope of 1 s). The substrate was then heated at 140 °C to deposit a PEDOT:PSS layer (hole transport layer) with a thickness of about 20 nm. The resulting substrate was placed in a glove box for the subsequent deposition of the perovskite layer.

ペロブスカイト前駆体溶液(1)の調製と同様にして,還元剤1をSnI2に対して0.1, 0.5, 1.0,および 5.0mol%添加したペロブスカイト前駆体溶液を得た。これをPEDOT:PSS基板上に約200 μL塗布し,スピンコートし,その最中に65 °Cに加温したクロロベンゼンを300
μL滴下し,褐色の膜を得た(スロープ5秒で5000 rpm にし,さらに60秒間スピンコートした最後の2秒から1秒の間でクロロベンゼンを滴下し,スロープ1秒で停止させた)。得られた褐色膜を,45 ℃で10分間,65 ℃で10~30分間アニールし,その後100 ℃で5分間,続いて100 ℃で30分間アニールして,黒色のペロブスカイト層を作製した。
得られたペロブスカイト膜に,C60 (20 nm), BCP (8 nm), Ag (100 nm)を真空蒸着にて積層して,逆型構造のスズ含有ペロブスカイト型太陽電池素子を作製した。
In the same manner as in the preparation of the perovskite precursor solution (1), the perovskite precursor solutions were prepared by adding the reducing agent 1 at 0.1, 0.5, 1.0, and 5.0 mol% relative to SnI2 . Approximately 200 μL of this solution was applied to the PEDOT:PSS substrate by spin coating, and during this process, chlorobenzene heated to 65 °C was added for 300
(The 5000 rpm ramp was set to 5 seconds, and chlorobenzene was dropped between the last 2 and 1 seconds of the 60-second spin coating, with the ramp stopped at 1 second.) The brown film was annealed at 45 °C for 10 minutes, 65 °C for 10 to 30 minutes, and then 100 °C for 5 minutes and 100 °C for 30 minutes to produce a black perovskite layer.
On the obtained perovskite film, C 60 (20 nm), BCP (8 nm), and Ag (100 nm) were laminated by vacuum deposition to fabricate an inverted-type tin-containing perovskite solar cell element.

ペロブスカイト膜の表面SEM観察により,還元剤1の添加の有無や量の違いではペロブスカイト結晶の形態に変化がなく,いずれの場合も表面被覆率が高く緻密な膜が得られることを確認した (図5)。不活性ガス雰囲気下で太陽電池特性を評価したところ,還元剤1を添加したデバイスにおいて,短絡電流密度(Jsc(電圧0Vの際の電流密度J)), 開放電圧(Voc(電流密度J=0の時の電圧V))が向上し,その光電変換効率(PCE)は還元剤1を0.5 mol%加えることで最大の7.05%となった (図6, 表1)。 SEM observation of the perovskite film surface confirmed that the morphology of the perovskite crystals did not change with the addition of reducing agent 1 or with different amounts of reducing agent 1, and that a dense film with high surface coverage was obtained in both cases (Fig. 5). When the solar cell characteristics were evaluated under an inert gas atmosphere, the short-circuit current density (J sc (current density J when voltage is 0 V)) and open-circuit voltage (V oc (voltage V when current density J = 0)) were improved in the device with the addition of reducing agent 1, and the photoelectric conversion efficiency (PCE) reached a maximum of 7.05% by adding 0.5 mol% of reducing agent 1 (Fig. 6, Table 1).

Figure 0007623714000011
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逆型構造のスズ含有ペロブスカイト型太陽電池作製
ペロブスカイト前駆体溶液(2)の調製と同様にして,還元剤2をSnI2に対して0.5, 1.0, 5.0, および10.0 mol%添加したペロブスカイト前駆体溶液を得た。これを用いて実施例2と同様にして逆型構造のスズ含有ペロブスカイト型太陽電池素子を作製した。
ペロブスカイト膜の表面SEM観察により,還元剤2の添加の有無や量の違いではペロブスカイト結晶の形態に変化がなく,いずれの場合も表面被覆率が高く緻密な膜が得られることを確認した (図7)。不活性ガス雰囲気下で太陽電池特性を評価したところ,還元剤2の添加によって,Jscが向上し,そのPCEは還元剤2をSnI2に対して1.0 mol%加えることで最大の8.45%となった(図8, 表2)。Jscが増加したのは,ペロブスカイト層内でのキャリアの再結合が抑えられたためだと考えられる。
Fabrication of an inverted tin-containing perovskite solar cell In the same manner as in the preparation of the perovskite precursor solution (2), perovskite precursor solutions were obtained in which the reducing agent 2 was added at 0.5, 1.0, 5.0, and 10.0 mol% relative to SnI2 . Using this, an inverted tin-containing perovskite solar cell element was fabricated in the same manner as in Example 2.
SEM observation of the perovskite film surface confirmed that the morphology of the perovskite crystals did not change with the addition of reducing agent 2 or with different amounts, and that a dense film with high surface coverage was obtained in both cases (Fig. 7). When the solar cell characteristics were evaluated under an inert gas atmosphere, the addition of reducing agent 2 improved J sc , and the PCE reached a maximum of 8.45% by adding 1.0 mol% of reducing agent 2 to SnI 2 (Fig. 8, Table 2). The increase in J sc is believed to be due to the suppression of carrier recombination in the perovskite layer.

Figure 0007623714000012
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再現性の確認
ペロブスカイト前駆体溶液(2)の調製と同様にして,還元剤2をSnI2に対して1.0 mol%添加したペロブスカイト前駆体溶液と添加しない溶液を調整した。これを用いて実施例2と同様にして逆型構造のスズ含有ペロブスカイト型太陽電池素子をそれぞれ20個ずつ作製した。これらに対し,不活性ガス雰囲気下で太陽電池特性を評価した。その結果,還元剤2の添加によるJscの増加が再現性良く確認され,Voc,FFはほぼ同程度の値を示した
(図9,10,11)。結果として,PCEは平均で6.9%から7.5%にまで向上することが明らかとなった (図12)。
Confirmation of reproducibility In the same manner as in the preparation of perovskite precursor solution (2), a perovskite precursor solution was prepared in which reducing agent 2 was added at 1.0 mol% relative to SnI2 , and in which no reducing agent was added. Using these, 20 pieces of each of inverted tin-containing perovskite solar cell elements were fabricated in the same manner as in Example 2. The solar cell characteristics of these were evaluated under an inert gas atmosphere. As a result, an increase in Jsc due to the addition of reducing agent 2 was confirmed with good reproducibility, and Voc and FF showed almost the same values.
(Figs. 9, 10, and 11) As a result, it was found that the PCE improved from 6.9% to 7.5% on average (Fig. 12).

ペロブスカイト層の厚膜化
後述の様にして調整したペロブスカイト前駆体溶液 (3) を用いて実施例2と同様にして逆型構造のスズ含有ペロブスカイト型太陽電池素子を作製した。
ペロブスカイト膜の表面SEM観察により,前駆体溶液の濃度を0.9Mから1.2,1.3,1.4Mと高くすることでペロブスカイト結晶の粒径が約500 nmから約1 μmまで大きくなっていることが分かった。また,還元剤2の添加の有無ではペロブスカイト結晶の形態に変化がなく,いずれの場合も表面被覆率が高く緻密な膜が得られることを確認した (図13)。
また,得られた素子の断面SEM観察を行ったところ,ペロブスカイト層の膜厚は,前駆体溶液の濃度を0.9 Mから1.2,1.3,1.4Mと高くすることで210 nm (0.9M) から450 nm (1.4M) にまで厚くなっていることが分かった (図14)。
得られた素子に対して,不活性ガス雰囲気下で太陽電池特性を評価したところ,いずれの濃度の前駆体溶液(1.2,1.3,1.4 M )を用いた場合においても還元剤2の添加によって,Jscが向上した(図15, 表3)。また,膜厚の増加に相関してJscが増加し,還元剤2をSnI2に対して1.0 mol%添加した1.4 Mの前駆体溶液を用いて作製した素子が本検討において最も高い8.14%のPCEを示した。この結果から,キャリア寿命の長寿命化によって,450 nm程度の厚膜のペロブスカイト層を用いても効率的な電荷の回収が可能であることが明らかになった。
Thickening of Perovskite Layer A tin-containing perovskite solar cell element having an inverted structure was fabricated in the same manner as in Example 2 using the perovskite precursor solution (3) prepared as described below.
SEM observation of the perovskite film surface revealed that the grain size of the perovskite crystals increased from approximately 500 nm to approximately 1 μm by increasing the concentration of the precursor solution from 0.9 M to 1.2, 1.3, and 1.4 M. In addition, it was confirmed that the morphology of the perovskite crystals did not change with or without the addition of reducing agent 2, and that a dense film with a high surface coverage was obtained in all cases (Figure 13).
In addition, cross-sectional SEM observation of the obtained element revealed that the thickness of the perovskite layer increased from 210 nm (0.9 M) to 450 nm (1.4 M) by increasing the concentration of the precursor solution from 0.9 M to 1.2, 1.3, and 1.4 M (Figure 14).
The solar cell characteristics of the obtained device were evaluated under an inert gas atmosphere, and it was found that the addition of reducing agent 2 improved Jsc regardless of the concentration of the precursor solution (1.2, 1.3, 1.4 M) used (Fig. 15, Table 3). Furthermore, Jsc increased in correlation with the increase in film thickness, and the device fabricated using a 1.4 M precursor solution containing 1.0 mol% of reducing agent 2 relative to SnI2 showed the highest PCE of 8.14% in this study. This result demonstrated that the extension of the carrier lifetime enables efficient charge recovery even when a thick perovskite layer of about 450 nm is used.

Figure 0007623714000013
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なお,ペロブスカイト前駆体溶液(3)は,以下のようにして得た。The perovskite precursor solution (3) was obtained as follows.

前駆体溶液(3):還元剤2を添加したペロブスカイト前駆体溶液
グローブボックス内にてSnI2 (1341 mg, 3.6 mmol),FAI (464 mg, 2.7 mmol),MAI (143 mg, 0.9 mmol),SnF2 (56 mg, 0.36 mmol) を超脱水DMSO (3.0 mL) に45 °Cにて溶解させた。1時間45°Cにて撹拌後,PTFEフィルターを用いて濾過し,FA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液 (1.2 M) を調製した。同様にして,FA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液(1.3 Mおよび1.4
M)を調製した。2,3,5,6-tetramethyl-1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (2) (9.9 mg, 0.035 mmol)をDMF(50 μL)に65 °Cにて溶解させ,1 mLのFA0.75MA0.2 5SnI3前駆体溶液 (1.2 M) に,これを17 μL滴下した。還元剤2の添加によって,黄色のFA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液は深緑色の懸濁液へと変化した。15分間45 °Cにて撹拌すると懸濁液は再び黄色の溶液となり沈殿が生成した。PTFEフィルターを用いて濾過して沈殿を除き,還元剤2を1.0 mol%添加したFA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液(1.2 M)を得た。同様にして,還元剤2を1.0 mol%添加したFA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液(1.3 Mおよび1.4 M)を得た。
Precursor solution (3): Perovskite precursor solution with reducing agent 2 SnI2 (1341 mg, 3.6 mmol), FAI (464 mg, 2.7 mmol), MAI (143 mg, 0.9 mmol), and SnF2 (56 mg, 0.36 mmol) were dissolved in ultra-dehydrated DMSO (3.0 mL) at 45 °C in a glove box. After stirring at 45 °C for 1 h, the solution was filtered using a PTFE filter to prepare a FA0.75MA0.25SnI3 precursor solution (1.2 M). In the same manner, FA0.75MA0.25SnI3 precursor solutions ( 1.3 M and 1.4 M) were also prepared .
A FA 0.75 MA 0.25 SnI 3 precursor solution (1.2 M) was prepared. 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (2) (9.9 mg, 0.035 mmol) was dissolved in DMF (50 μL) at 65 °C, and 17 μL of the solution was added dropwise to 1 mL of FA 0.75 MA 0.25 SnI 3 precursor solution (1.2 M). The yellow FA 0.75 MA 0.25 SnI 3 precursor solution changed to a dark green suspension upon addition of reducing agent 2. After stirring for 15 min at 45 °C, the suspension turned yellow again and a precipitate formed. The precipitate was removed by filtration using a PTFE filter, and a FA 0.75 MA 0.25 SnI 3 precursor solution (1.2 M) containing 1.0 mol% reducing agent 2 was obtained. Similarly, FA 0.75 MA 0.25 SnI 3 precursor solutions (1.3 M and 1.4 M) containing 1.0 mol% of reducing agent 2 were prepared.

還元剤2の添加法の最適化
グローブボックス内にて(1)SnI2 (335 mg, 0.9 mmol),FAI (116 mg, 0.7 mmol),MAI (36 mg, 0.2 mmol),SnF2 (14 mg, 0.09 mmol),(2)SnI2 (335 mg, 0.9 mmol),(3)SnF2 (14 mg, 0.09 mmol),(4)SnI2 (335 mg, 0.9 mmol),FAI (116 mg, 0.7 mmol),MAI (36 mg, 0.2 mmol),SnF2 (14 mg, 0.09 mmol)をそれぞれ超脱水DMSO (1.0 mL) に45 °Cにて溶解させ,(1),(4)FA0.75MA0.25SnI3前駆体のDMSO溶液 (0.9 M),(2)SnI2のDMSO溶液 (0.9 M),(3)SnF2のDMSO溶液 (0.09 M),を調整した。
Optimization of the method of adding reducing agent 2 In a glove box, (1) SnI2 (335 mg, 0.9 mmol), FAI (116 mg, 0.7 mmol), MAI (36 mg, 0.2 mmol), SnF2 (14 mg, 0.09 mmol), (2) SnI2 (335 mg, 0.9 mmol), (3) SnF2 (14 mg, 0.09 mmol), (4) SnI2 (335 mg, 0.9 mmol), FAI (116 mg, 0.7 mmol), MAI (36 mg, 0.2 mmol), and SnF2 (14 mg, 0.09 mmol) were dissolved in ultra-dehydrated DMSO (1.0 mL) at 45 °C, and (1) and (4) DMSO solutions of the FA 0.75 MA 0.25 SnI3 precursor (0.9 (1) DMSO solution of SnI2 (0.9 M), and (2) DMSO solution of SnF2 (0.09 M) were prepared.

2,3,5,6-tetramethyl-1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (2) (9.9 mg, 0.035 mmol)をDMF(50 μL)に65 °Cにて溶解させ,これを1 mLの溶液(2),(3),(4)にそれぞれ13 μL滴下した。(2)にFAI (116 mg, 0.7 mmol),MAI (36 mg, 0.2 mmol),SnF2 (14 mg, 0.09 mmol)を,(3)にSnI2 (335 mg, 0.9 mmol),FAI (116 mg, 0.7 mmol),MAI (36 mg, 0.2 mmol)を加えFA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液 (0.9 M) を調整した。これらの溶液(1)~(4)を用いて実施例1と同様にして石英基板上にペロブスカイト層を成膜した。 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (2) (9.9 mg, 0.035 mmol) was dissolved in DMF (50 μL) at 65 °C, and 13 μL of this solution was added dropwise to 1 mL of solutions (2), (3), and (4). FAI (116 mg, 0.7 mmol), MAI (36 mg, 0.2 mmol), and SnF2 (14 mg, 0.09 mmol) were added to (2), and SnI2 (335 mg, 0.9 mmol), FAI (116 mg, 0.7 mmol), and MAI (36 mg, 0.2 mmol) were added to ( 3 ) to prepare a FA0.75MA0.25SnI3 precursor solution (0.9 M). Using these solutions (1) to (4), a perovskite layer was formed on a quartz substrate in the same manner as in Example 1.

得られたペロブスカイト膜の表面SEM観察により,SnI2のDMSO溶液に還元剤2を加えた場合(Entry(2))のみ,ペロブスカイト結晶の粒径が約2 μmまで大きくなっていることが分かった(図16-2)。 SEM observation of the surface of the obtained perovskite film revealed that the grain size of the perovskite crystals had increased to approximately 2 μm only when reducing agent 2 was added to the DMSO solution of SnI 2 (Entry (2)) (Figure 16-2).

PL測定および時間分解PL測定を行ったところ,Entry(2)のみPLスペクトルが0.02 eV程度短波長へシフトし,半値全幅が104 meVと広くなっていることがわかった (図17)。短波長へシフトした理由は,ペロブスカイト結晶の粒径が大きくなったことで,再結合サイトとなりやすい結晶の表面積の割合が減ったためと推察される。また,発光寿命はSnI2およびFAI + MAI + SnI2 + SnF2のDMSO溶液に還元剤2を加えた場合(Entry(2)および(4))に,それぞれ,19.0 ns,16.8 nsにまで伸びていたが,Entry(2)の結果についてはペロブスカイト結晶の粒径増大の寄与が大きいと考えられる (図18)。 PL and time-resolved PL measurements showed that the PL spectrum of only Entry (2) was shifted to shorter wavelengths by about 0.02 eV and the full width at half maximum was broadened to 104 meV (Fig. 17). The shift to shorter wavelengths is presumed to be due to the increase in the grain size of the perovskite crystals, which reduces the proportion of the crystal surface area that is likely to become a recombination site. In addition, the emission lifetime was extended to 19.0 ns and 16.8 ns when reducing agent 2 was added to the DMSO solution of SnI2 and FAI + MAI + SnI2 + SnF2 (Entry (2) and (4)), respectively, but the increase in the grain size of the perovskite crystals is thought to have contributed greatly to the results of Entry (2) (Fig. 18).

そこで,これらの前駆体溶液(1),(2),(4)を用いて,実施例2と同様にしてPEDOT:PSS基板上にペロブスカイト層を成膜した。得られたペロブスカイト膜の表面SEM観察により,いずれの方法で調製した前駆体溶液を用いた場合にも1 μm以下の粒径のペロブスカイト結晶が形成されていることが分かった (図19)。これらの膜を用いて実施例2と同様にして作製した逆型構造デバイスに対して,太陽電池特性を評価したところ,FAI + MAI + SnI2 + SnF2のDMSO溶液に還元剤2を加えた場合(Entry(4))に最も良いPCE (8.0%) が得られた (図20,表4)。 Using these precursor solutions (1), (2), and (4), a perovskite layer was formed on a PEDOT:PSS substrate in the same manner as in Example 2. SEM observation of the surface of the obtained perovskite film revealed that perovskite crystals with a grain size of 1 μm or less were formed regardless of which precursor solution was used (Figure 19). When the solar cell characteristics were evaluated for the inverted structure device fabricated in the same manner as in Example 2 using these films, the best PCE (8.0%) was obtained when reducing agent 2 was added to a DMSO solution of FAI + MAI + SnI2 + SnF2 (Entry (4)) (Figure 20, Table 4).

Figure 0007623714000014
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I-Br混合系ペロブスカイト膜の光物性測定
後述の様にして調整した,Brを0.0~25%まで加えたI-Br混合系ペロブスカイト前駆体溶液(4)を用いて実施例1と同様にして石英基板上にペロブスカイト層を成膜しPL測定および時間分解PL測定を行った。
PL測定および時間分解PL測定より,いずれのI-Br混合系ペロブスカイト膜も還元剤2の添加によって,蛍光波長を保持しながら蛍光寿命が顕著に長くなり,2 ns程度から最大で11 nsまで長くなることが確認できた (図21,22)。これは,FA0.75MA0.25SnI3の場合と同様に,ペロブスカイトの構造や組成は保持しながら,光励起によって生成したキャリアの再結合が抑えられたことを示唆している。
Measurement of optical properties of I-Br mixed perovskite film Using the I-Br mixed perovskite precursor solution (4) containing 0.0 to 25% Br , prepared as described below, a perovskite layer was formed on a quartz substrate in the same manner as in Example 1, and PL measurements and time-resolved PL measurements were performed.
From PL and time-resolved PL measurements, it was confirmed that the addition of reducing agent 2 significantly lengthened the fluorescence lifetime of all I-Br mixed perovskite films while maintaining the fluorescence wavelength, from approximately 2 ns to a maximum of 11 ns (Figures 21 and 22). This suggests that, as in the case of FA0.75MA0.25SnI3 , the recombination of carriers generated by photoexcitation was suppressed while the structure and composition of the perovskite were maintained.

なお,ペロブスカイト前駆体溶液(4)は,以下のようにして得た。The perovskite precursor solution (4) was obtained as follows.

前駆体溶液(4):I-Br混合系ペロブスカイト前駆体溶液
グローブボックス内にてSnI2 (335 mg, 0.9 mmol),FABr (84 mg, 0.7 mmol),MAI (36
mg, 0.2 mmol),SnF2 (14 mg, 0.09 mmol) を超脱水DMSO (1.0 mL) に45 °Cにて溶解させた。45 °Cにて1時間撹拌後,PTFEフィルターを用いて濾過し,Brを25%混合したFA0.75MA0.25Sn(I0.75Br0.25)3前駆体溶液を調製した。同様にしてBrをそれぞれ5%および 10%混合したFA0.75MA0.25Sn(I0.95Br0.05)3およびFA0.75MA0.25Sn(I0.80Br0.10)3前駆体溶液を調製した。また,2,3,5,6-tetramethyl-1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (2) (9.9 mg, 0.035 mmol)をDMF(50 μL)に65 °Cにて溶解させ,これを500 μLのFA0.75MA0.25Sn(I1-xBrx)3 (x=0.0, 0.05, 0.10, 0.25) 前駆体溶液に6.5 μL滴下した。還元剤2の添加によって,黄色のFA0.75MA0.25Sn(I1-xBrx)3 (x=0.0, 0.05, 0.10, 0.25)
前駆体溶液は深緑色の懸濁液へと変化した。15分間45°Cにて撹拌すると懸濁液は再び黄色の溶液となり沈殿が生成した。PTFEフィルターを用いて濾過して沈殿を除き,還元剤2をSnI2(換算)に対して1.0mol%添加したFA0.75MA0.25Sn(I1-xBrx)3 (x=0.0, 0.05, 0.10, 0.25) 前駆体溶液を得た。
Precursor solution (4): I-Br mixed perovskite precursor solution . SnI 2 (335 mg, 0.9 mmol), FABr (84 mg, 0.7 mmol), MAI (36
SnF 2 (14 mg, 0.09 mmol) and SnF 2 (14 mg, 0.09 mmol) were dissolved in ultra-dehydrated DMSO (1.0 mL) at 45 °C. After stirring at 45 °C for 1 h, the solution was filtered using a PTFE filter to prepare a FA 0.75 MA 0.25 Sn(I 0.75 Br 0.25 ) 3 precursor solution containing 25% Br. In the same manner, FA 0.75 MA 0.25 Sn(I 0.95 Br 0.05 ) 3 and FA 0.75 MA 0.25 Sn(I 0.80 Br 0.10 ) 3 precursor solutions containing 5% and 10% Br, respectively, were prepared. In addition, 2,3,5,6-tetramethyl-1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (2) (9.9 mg, 0.035 mmol) was dissolved in DMF (50 μL) at 65 °C, and 6.5 μL of this solution was added dropwise to 500 μL of FA 0.75 MA 0.25 Sn(I 1-x Br x ) 3 (x=0.0, 0.05, 0.10, 0.25) precursor solution. The addition of reducing agent 2 gave yellow FA 0.75 MA 0.25 Sn(I 1-x Br x ) 3 (x=0.0, 0.05, 0.10, 0.25) precursor solution.
The precursor solution changed to a deep green suspension. After stirring for 15 minutes at 45°C, the suspension turned yellow again and a precipitate formed. The precipitate was removed by filtration using a PTFE filter to obtain a precursor solution containing 1.0 mol% of reducing agent 2 relative to SnI2 (calculated): FA0.75MA0.25Sn (I1 - xBrx ) 3 ( x =0.0, 0.05, 0.10, 0.25).

順型構造のスズ含有ペロブスカイト型太陽電池
パターン化した透明導電性ガラス基板(FTO, 25 mm×25 mm, Asahi Glass Co., Ltd., Japan)を,1w%中性洗剤水溶液,アセトン,2-プロパノール及び蒸留水の順でそれぞれ10分間超音波洗浄した。最後に,15分間のUVオゾン洗浄を行った。
エタノール(wako, 超脱水)39 mLにチタンジ(イソプロポキシド)ビス(アセチルアセトナート)(Ti(OiPr)2(acac)2, 2-プロパノールの75質量%溶液, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., Japan)を1 mL加えた。上記のFTO基板(透明電極)を450 ℃のホットプレート上に並べ,Ti(OiPr)2(acac)2溶液をスプレー(キャリアガス:N2,0.5 MPa)で吹き付け,コンパクトTiO2層(約30 nm)を作製した。さらに,得られた基板を,TiCl4(440 μL, special grade, Wako Pure Chemical Industries Ltd., Japan)の水溶液100 mLに70 ℃で30分間浸漬した。その後,基板を500 ℃で20分間焼成し,(正孔)ブロッキング層を形成した。
A transparent conductive glass substrate (FTO, 25 mm × 25 mm, Asahi Glass Co., Ltd., Japan) with a pattern of tin-containing perovskite solar cells with a normal structure was ultrasonically cleaned in a 1w% neutral detergent solution, acetone, 2-propanol, and distilled water, for 10 min each, and then UV ozone cleaning for 15 min.
1 mL of titanium di(isopropoxide)bis(acetylacetonate) (Ti(OiPr) 2 (acac) 2 , 75% by mass solution in 2-propanol, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd., Japan) was added to 39 mL of ethanol (wako, ultra-dehydrated). The above FTO substrates (transparent electrodes) were arranged on a hot plate at 450 °C, and Ti(OiPr) 2 (acac) 2 solution was sprayed (carrier gas: N2 , 0.5 MPa) to fabricate a compact TiO2 layer (approximately 30 nm). The resulting substrate was then immersed in 100 mL of an aqueous solution of TiCl4 (440 μL, special grade, Wako Pure Chemical Industries Ltd., Japan) at 70 °C for 30 min. The substrate was then baked at 500 °C for 20 min to form a (hole) blocking layer.

得られたコンパクトTiO2層((正孔)ブロッキング層)の上に,TiO2ペースト(PST-18NR, JGC Catalysts and Chemicals Ltd.)のエタノール溶液(paste: ethanol= 1: 8(質量比))を約190 μL滴下してスピンコートすることで,約100~150 nmの厚みのメソポーラスTiO2層(電子輸送層)を形成した。 On the obtained compact TiO2 layer (hole-blocking layer), approximately 190 μL of an ethanol solution (paste:ethanol = 1:8 (mass ratio)) of TiO2 paste (PST-18NR, JGC Catalysts and Chemicals Ltd.) was dropped and spin-coated to form a mesoporous TiO2 layer (electron transport layer) with a thickness of approximately 100 to 150 nm.

直前にUVオゾン処理したメソポーラスTiO2層(電子輸送層)まで作製した基板をグローブボックスに入れた。ペロブスカイト前駆体溶液(4)をPEDOT:PSS基板上に約200 μL塗布し,スピンコートし,その最中に65 °Cに加温したクロロベンゼンを300 μL落とし,褐色の膜を得た(スロープ5秒で5000 rpm にし,さらに60秒間スピンコートした最後の2秒から1秒の間でクロロベンゼンを滴下し,スロープ1秒で停止させた)。得られた褐色膜を,45 ℃で10分間,65 ℃で10~30分間アニールし,その後100 ℃で5分間,続いて100 ℃で30分間アニールして,黒色のペロブスカイト層を作製した。 The substrate, which had just been treated with UV ozone and had been fabricated with a mesoporous TiO2 layer (electron transport layer), was placed in a glove box. Approximately 200 μL of the perovskite precursor solution (4) was applied to the PEDOT:PSS substrate and spin-coated. During this process, 300 μL of chlorobenzene heated to 65 °C was dropped to obtain a brown film (5 s ramp at 5000 rpm, 60 s spin-coated, and chlorobenzene was dropped between the last 2 and 1 s, and the ramp was stopped at 1 s). The brown film obtained was annealed at 45 °C for 10 min, 65 °C for 10–30 min, and then 100 °C for 5 min and 100 °C for 30 min to produce a black perovskite layer.

正孔輸送材料(PTAA;ポリ[ビス(4-フェニル)(2,4,6-トリメチルフェニル)アミン], 20.2 mg)と4-イソプロピル-4′-メチルジフェニルヨードニウムテトラキス(ペンタフルオロフェニル)ボレート(TPFB, 2.7 mg)を1 mLのクロロベンゼンに溶解させた。30分間撹拌後,溶液をメンブランフィルターでろ過し,ろ液をペロブスカイト層上にスピンコートした。得られた基板を70 ℃で5分間アニールして正孔輸送層を成膜した後,真空蒸着により,正孔輸送層の上に80 nmの金電極を積層して,順型構造のスズ含有ペロブスカイト型太陽電池を得た。A hole transport material (PTAA; poly[bis(4-phenyl)(2,4,6-trimethylphenyl)amine], 20.2 mg) and 4-isopropyl-4′-methyldiphenyliodonium tetrakis(pentafluorophenyl)borate (TPFB, 2.7 mg) were dissolved in 1 mL of chlorobenzene. After stirring for 30 min, the solution was filtered through a membrane filter, and the filtrate was spin-coated on the perovskite layer. The resulting substrate was annealed at 70 °C for 5 min to form a hole transport layer, and then an 80 nm gold electrode was deposited on the hole transport layer by vacuum deposition to obtain a tin-containing perovskite solar cell with a normal structure.

不活性ガス雰囲気下で太陽電池特性を評価したところ,還元剤2の添加によって,Jscが向上し,そのPCEは還元剤2をSnI2(換算)に対して1.0 mol%添加したFA0.75MA0.25Sn(I0. 95Br0.05)3前駆体溶液を用いて作製した素子において,本検討において最大の2.9%となった (図23,表5)。また,各素子の外部量子収率(EQE)を測定したところ,還元剤2をSnI2(換算)に対して1.0 mol%添加したFA0.75MA0.25Sn(I1―xBrx)3 (x=0.0, 0.05) 前駆体溶液を用いて作製した素子のIPCEが80%を超える高い値を示した (図24)。 When the solar cell characteristics were evaluated under an inert gas atmosphere, the addition of reducing agent 2 improved Jsc , and the PCE was 2.9%, the highest in this study, in the device fabricated using the FA0.75MA0.25Sn ( I0.95Br0.05 ) 3 precursor solution to which reducing agent 2 was added at 1.0 mol% relative to SnI2 ( equivalent ) (Fig. 23, Table 5) . In addition, when the external quantum yield (EQE) of each device was measured, the device fabricated using the FA0.75MA0.25Sn ( I1―xBrx ) 3 (x=0.0, 0.05) precursor solution to which reducing agent 2 was added at 1.0 mol% relative to SnI2 ( equivalent ) showed a high IPCE of over 80% (Fig. 24).

Figure 0007623714000015
Figure 0007623714000015

119 Sn NMR測定
グローブボックス内にて,(1)SnI2 (88 mg, 0.24 mmol),(2)SnF2 (88 mg, 0.56
mmol),(3)SnI4 (88 mg, 0.14 mmol),(4)SnI4 (88 mg, 0.14 mmol) とSnF2 (22 mg, 0.14 mmol)をそれぞれ約750 μLのDMSO-d6に溶解させた。これらに対して119Sn
NMR測定 (224 MHz, Bruker Avance III 600US Plus NMR) を行った。その後,再びグローブボックス内でそれぞれに対して1当量の還元剤2を加え,119Sn NMR測定を行った。
In a glove box for 119 Sn NMR measurements , (1) SnI 2 (88 mg, 0.24 mmol) and (2) SnF 2 (88 mg, 0.56 mmol) were
(3) SnI (88 mg, 0.14 mmol), (4) SnI (88 mg, 0.14 mmol) and SnF (22 mg, 0.14 mmol) were dissolved in approximately 750 μL of DMSO-d 6 .
NMR measurements (224 MHz, Bruker Avance III 600US Plus NMR) were performed. After that, 1 equivalent of reducing agent 2 was added to each of them in the glove box, and 119 Sn NMR measurements were performed.

まず,(1)に関して,還元剤2の添加前後ともにSnI2由来のピークが得られたことから,還元剤2のSnI2への反応性は高くないことが分かった (図25)。一方で,(2)に関して,還元剤2の添加後にはSnF2由来のピークが無くなったことから,溶液中の2価のスズが還元され,固体の0価のスズとして析出したと考えられ,このことは還元剤2のSnF2への反応性が高いことを示唆している (図26)。 First, for (1), a peak derived from SnI2 was obtained both before and after the addition of reducing agent 2, indicating that reducing agent 2 does not have a high reactivity with SnI2 (Fig. 25). On the other hand, for (2), the peak derived from SnF2 disappeared after the addition of reducing agent 2, which suggests that divalent tin in the solution was reduced and precipitated as solid zero-valent tin, suggesting that reducing agent 2 has a high reactivity with SnF2 (Fig. 26).

この現象に関して,SnF2 のDMSO溶液 (0.09 M) に対して還元剤2を加えて得られる懸濁液に対して透過型電子顕微鏡による観察を行ったところ,粒径が15 nm程度までのナノ粒子が形成されていることを確認した (図27)。 Regarding this phenomenon, a suspension obtained by adding reducing agent 2 to a DMSO solution of SnF2 (0.09 M) was observed with a transmission electron microscope, and it was confirmed that nanoparticles with a particle size of up to about 15 nm were formed (Figure 27).

続いて,(3)に関して,還元剤2の添加後ではSnI4に由来するピークに加えて,わずかにSnI2に由来するピークが得られ,還元剤2によりSnI4が部分的に還元されていることが確認された (図28)。(4)に関して,SnF2の存在下で還元剤2を添加した後では,4価のスズに由来するピークが完全になくなり,SnI2に由来するピークのみが得られた (図29)。この結果は,SnF2の還元によって生成した反応活性の高い0価のSnナノ粒子とSnI4を係中で反応させることで,4価のスズが効果的に還元されたということを示唆している。 Next, regarding (3), after the addition of reducing agent 2, in addition to the peaks derived from SnI4 , a small peak derived from SnI2 was obtained, confirming that SnI4 was partially reduced by reducing agent 2 (Fig. 28). Regarding (4), after the addition of reducing agent 2 in the presence of SnF2 , the peaks derived from tetravalent tin completely disappeared, and only the peaks derived from SnI2 were obtained (Fig. 29). This result suggests that tetravalent tin was effectively reduced by reacting highly reactive zerovalent Sn nanoparticles generated by the reduction of SnF2 with SnI4 in the system.

Et 3 SiHの添加による光物性,太陽電池特性への効果
後述の様にして調整した,Et3SiHをSnI2に対して0.0~ 10.0 mol%まで加えたペロブスカイト前駆体溶液 (5)を用いて実施例1と同様にして石英基板上にペロブスカイト層を成膜し,時間分解PL測定を行った。
その結果,Et3SiHをSnI2に対して1.0 mol%加えることで蛍光寿命が5.9 nsから8.0 nsまで伸びていることが分かった (図30)。これは再結合中心となるSn4+がEt3SiHの添加によって減少したためだと予想される。
Effect of adding Et3SiH on optical properties and solar cell characteristics A perovskite precursor solution (5) containing 0.0 to 10.0 mol% Et3SiH added to SnI2 , prepared as described below, was used to form a perovskite layer on a quartz substrate in the same manner as in Example 1, and time-resolved PL measurements were performed.
As a result, it was found that the fluorescence lifetime was extended from 5.9 ns to 8.0 ns by adding 1.0 mol% of Et 3 SiH to SnI 2 (Figure 30). This is expected to be because the addition of Et 3 SiH reduces the number of Sn 4+ ions that act as recombination centers.

続いて,ペロブスカイト前駆体溶液(5)を用いて,実施例2と同様にして逆型構造のスズ含有ペロブスカイト型太陽電池素子を作製した。得られたペロブスカイト膜の表面SEM画像より,Et3SiHの添加の有無やその量はペロブスカイト結晶形態に影響しないことが分かった (図31)。不活性ガス雰囲気下で太陽電池特性を評価したところ,時間分解PL測定の結果から予想されるように,Et3SiHを加えたことによりJscが増加し,Et3SiHをSnI2に対して1.0 mol%加えた場合にPCEは最大(5.31%) となった (図32)。この結果は,やはりペロブスカイト層内で生成したキャリアの再結合が抑制されたことを示唆している。 Next, a tin-containing perovskite solar cell element with an inverted structure was fabricated in the same manner as in Example 2 using the perovskite precursor solution (5). From the surface SEM images of the obtained perovskite film, it was found that the addition of Et 3 SiH or its amount did not affect the perovskite crystal morphology (Fig. 31). When the solar cell characteristics were evaluated under an inert gas atmosphere, as expected from the results of the time-resolved PL measurement, the addition of Et 3 SiH increased J sc , and the PCE was maximized (5.31%) when Et 3 SiH was added at 1.0 mol% relative to SnI 2 (Fig. 32). This result suggests that the recombination of carriers generated in the perovskite layer was suppressed.

前駆体溶液(5):Et 3 SiHを添加したペロブスカイト前駆体溶液
グローブボックス内にてSnI2 (1341 mg, 3.6 mmol),FAI (464 mg, 2.7 mmol),MAI (143 mg, 0.9 mmol),SnF2 (56 mg, 0.36 mmol) を超脱水DMSO (4.0 mL) に45 °Cにて溶解させた。一時間45 °Cにて撹拌後,PTFEフィルターを用いて濾過し,FA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液を調製した。脱気脱水したEt3SiHを1 mLのFA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液に1.4 μL滴下した。15分間45 °Cにて撹拌した後に,PTFEフィルターを用いて濾過し,前駆体溶液(SnI2に対して1.0 mol% Et3SiH 添加)を得た。同様にして,Et3SiHをSnI2に対して5.0および 10.0 mol%添加した溶液を得た。
Precursor solution (5): Perovskite precursor solution with Et 3 SiH added. SnI 2 (1341 mg, 3.6 mmol), FAI (464 mg, 2.7 mmol), MAI (143 mg, 0.9 mmol), and SnF 2 (56 mg, 0.36 mmol) were dissolved in ultra-dehydrated DMSO (4.0 mL) at 45 °C in a glove box. After stirring at 45 °C for one hour, the solution was filtered using a PTFE filter to prepare the FA 0.75 MA 0.25 SnI 3 precursor solution. 1.4 μL of degassed and dehydrated Et 3 SiH was added dropwise to 1 mL of the FA 0.75 MA 0.25 SnI 3 precursor solution. After stirring at 45 °C for 15 minutes, the solution was filtered using a PTFE filter to obtain the precursor solution (1.0 mol% Et 3 SiH added relative to SnI 2 ). Similarly, solutions were obtained in which Et 3 SiH was added at 5.0 and 10.0 mol% relative to SnI 2 .

スカベンジャー法を用いたペロブスカイト膜の作製
グローブボックス中(Arガス,O2 < 0.1 ppm, H2O < 0.1 ppm)にて,SnI2 (335.3 mg,
0.90 mmol)またはSnI2(dmf)錯体 (401.0 mg, 0.90 mmol),FAI (116.1 mg, 0.68 mmol),MAI (35.8 mg, 0.23 mmol),及びSnF2 (14.1 mg, 0.09 mmol, 10 mol%) を超脱水DMSO (1.0 mL) に溶解させた。45 °Cにて30分間撹拌し,0.9 M FA0.75MA0.25SnI3前駆体溶液を得た。この溶液に対して,スカベンジャー法による精製を行なった。具体的には,前駆体溶液に還元剤1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (TM-DHP) の0.9 M DMF溶液 (10 μL, 0.09 mmol, 1 mol%) を滴下した。還元剤TM-DHPの添加によって,黄色の溶液から黄灰色の懸濁液へと変化した(図33)。45 °Cにて15分間撹拌すると懸濁液は再び黄色の溶液となり,金属光沢を持つ沈殿が生成した。さらに15分間撹拌したのち,PTFEフィルターを用いて濾過して沈殿を除いた。この溶液をPEDOT:PSS基板上に約200 μL塗布し,スピンコートし,その最中に65 °Cに加温した300 μLのクロロベンゼンを滴下し,褐色の膜を得た(スロープ5秒で5000 rpm にし,さらに60秒間スピンコートした最後の2秒から1秒の間でクロロベンゼンを滴下し,スロープ1秒で停止させた)。得られた褐色膜を,45 ℃で10分間,65 ℃で10~30分間,100 ℃で10分間アニールして,黒色のペロブスカイト層を作製した。
Preparation of perovskite films using the scavenger method In a glove box (Ar gas, O 2 < 0.1 ppm, H 2 O < 0.1 ppm), SnI 2 (335.3 mg,
0.90 mmol) or SnI 2 (dmf) complex (401.0 mg, 0.90 mmol), FAI (116.1 mg, 0.68 mmol), MAI (35.8 mg, 0.23 mmol), and SnF 2 (14.1 mg, 0.09 mmol, 10 mol%) were dissolved in ultra-dehydrated DMSO (1.0 mL). The mixture was stirred at 45 °C for 30 min to obtain a 0.9 M FA 0.75 MA 0.25 SnI 3 precursor solution. This solution was purified by a scavenger method. Specifically, a 0.9 M DMF solution (10 μL, 0.09 mmol, 1 mol%) of the reducing agent 1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (TM-DHP) was added dropwise to the precursor solution. The addition of the reducing agent TM-DHP caused the solution to change from a yellow solution to a yellow-gray suspension (Figure 33). After stirring for 15 minutes at 45 °C, the suspension became yellow again, and a precipitate with a metallic luster was formed. After stirring for another 15 minutes, the precipitate was removed by filtration using a PTFE filter. About 200 μL of this solution was applied to a PEDOT:PSS substrate and spin-coated, during which 300 μL of chlorobenzene heated to 65 °C was dropped onto it to obtain a brown film (5 sec ramp at 5000 rpm, 60 sec spin-coating, chlorobenzene dropped between the last 2 and 1 sec, and the ramp was stopped at 1 sec). The brown film obtained was annealed at 45 °C for 10 min, 65 °C for 10-30 min, and 100 °C for 10 min to produce a black perovskite layer.

図33は,スカベンジャー処理の様子を示す図面に代わる写真である。図33は,還元剤TM-DHPを加える前(左), 加えた直後(中), および15分攪拌後(右)の前駆体溶液の写真を示す。Fig. 33 is a photograph in lieu of a drawing showing the state of the scavenger treatment. Fig. 33 shows photographs of the precursor solution before (left), immediately after (middle), and after 15 minutes of stirring (right) of the reducing agent TM-DHP.

スカベンジャー処理を行なっていない前駆体溶液,およびスカベンジャー処理を行なった前駆体溶液を用いて作製したペロブスカイト薄膜について,表面および断面SEM観察を行った。SEM観察にはSU8010 (Hitachi High-Technologies Co.) を使用した。The surface and cross-sectional SEM observations were performed on perovskite thin films prepared using precursor solutions that were not scavenger-treated and precursor solutions that were scavenger-treated. An SU8010 (Hitachi High-Technologies Co.) was used for the SEM observations.

図34は,スズ含有ペロブスカイト薄膜の(a)表面および(b)断面を示す図面に代わるSEM画像である。図34から,スカベンジャー処理を行なっても薄膜の形態はほとんど変化せず,表面被覆率の高い,厚さ190 nm程度の薄膜が得られることがわかった。Figure 34 shows SEM images in lieu of drawings, showing (a) the surface and (b) the cross section of a tin-containing perovskite thin film. Figure 34 shows that the morphology of the thin film hardly changes even when the scavenger treatment is performed, and a thin film with a thickness of about 190 nm and a high surface coverage can be obtained.

XPSによるSn 4+ の定量
ペロブスカイト薄膜中に含まれるSn4+種の量を定量するために,X線光電子分光(XPS)測定を行なった。XPS測定にはESCA-3400HSE(SHIMADZU Co.)を使用した。サンプルセット時の空気暴露による影響を最小限にするため,ペロブスカイト薄膜の上に20 nmのBCPを保護層として蒸着したものを測定サンプルとした。
Quantification of Sn4 + by XPSTo quantify the amount of Sn4 + species contained in the perovskite thin film, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements were performed. An ESCA-3400HSE (Shimadzu Co.) was used for the XPS measurements. To minimize the effect of air exposure when setting the sample, a 20 nm thick BCP protective layer was evaporated onto the perovskite thin film to prepare the measurement sample.

図35は,ペロブスカイト薄膜中に含まれるスズイオンの定量評価を行うための図である。図35(a)は,図面に代わる断面SEM画像を示し,図35(b)は,スズ含有ペロブスカイト薄膜のSn 3d5/2 XPSスペクトルを示す。 Fig. 35 shows a diagram for quantitatively evaluating tin ions contained in a perovskite thin film, in which (a) shows a cross-sectional SEM image in place of a drawing, and (b) shows a Sn 3d 5/2 XPS spectrum of the tin-containing perovskite thin film.

図35(a)に示される通り,アルゴンエッチングにより保護層のみを取り除いたサンプルについて断面SEM観察を行うと,ペロブスカイト層の膜厚は約190 nmであった。図35(b)に示される通り,このサンプルのSn 3d5/2スペクトルから,スカベンジャー法を用いることでペロブスカイト薄膜表面のSn4+量が6.6%から4.7%に減少していることがわかった。そして,2.5cm角の測定サンプルの重心付近(表面中央部)から5mm角の測定サンプルを1個または複数取得し,取得した5mm角の測定サンプルを用いてXPS測定を行った。 As shown in Fig. 35(a), cross-sectional SEM observation of a sample from which only the protective layer was removed by argon etching revealed that the film thickness of the perovskite layer was approximately 190 nm. As shown in Fig. 35(b), the Sn 3d 5/2 spectrum of this sample revealed that the amount of Sn 4+ on the surface of the perovskite thin film was reduced from 6.6% to 4.7% by using the scavenger method. One or more 5 mm square measurement samples were then obtained from near the center of gravity (center of the surface) of the 2.5 cm square measurement sample, and XPS measurements were performed using the obtained 5 mm square measurement samples.

次に,ペロブスカイト膜内部のSn4+量を見積もるために,スカベンジャー法を用いて作製した薄膜について,印加電圧0.5 V,エミッション電流20 mAで4秒間または8秒間アルゴンエッチングを行った。図35(a)に示される通り,これらのサンプルにおいて,ペロブスカイト層の膜厚はそれぞれ約170 nm(深さ20 nm),150 nm(深さ40 nm)であった。図35(b)に示される通り,Sn 3d5/2スペクトルから,ペロブスカイト内部のSn4+量は表面よりも少なく,深さ20 nmで1.2%,深さ40 nmで0.0%まで減少することがわかった。 Next, to estimate the amount of Sn 4+ inside the perovskite film, the thin films prepared using the scavenger method were argon etched for 4 or 8 seconds at an applied voltage of 0.5 V and an emission current of 20 mA. As shown in Fig. 35(a), the thicknesses of the perovskite layers in these samples were approximately 170 nm (depth 20 nm) and 150 nm (depth 40 nm), respectively. As shown in Fig. 35(b), the Sn 3d 5/2 spectrum revealed that the amount of Sn 4+ inside the perovskite was less than that on the surface, decreasing to 1.2% at a depth of 20 nm and 0.0% at a depth of 40 nm.

光物性測定
先述した方法により石英基板上に成膜したペロブスカイト膜をアルゴン充填した試料ケースに入れ,蛍光(PL)測定および時間分解PL測定を行った。測定の励起光には,ピコ秒レーザーパルス(波長688nm, Advanced Laser Diode Systems Co., Ltd)を用いた。試料位置での励起密度は127 nJ/cm2とし,弱励起条件下で測定を行った。PLスペクトルは,分光器および窒素冷却CCDカメラ(Princeton Instruments社)を用いて測定した。時間分解PL測定では,試料からのPLをアバランシェフォトダイオード(IDQ Co., Ltd)で検出し,時間相関単一光子計数ボード(Becker and Hickl Co., Ltd)を用いて時間分解減衰曲線を得た。
Optical properties measurements The perovskite film formed on a quartz substrate by the method described above was placed in an argon-filled sample case, and fluorescence (PL) measurements and time-resolved PL measurements were performed. A picosecond laser pulse (wavelength 688 nm, Advanced Laser Diode Systems Co., Ltd) was used as the excitation light for the measurements. The excitation density at the sample position was 127 nJ/ cm2 , and measurements were performed under weak excitation conditions. PL spectra were measured using a spectrometer and a nitrogen-cooled CCD camera (Princeton Instruments). In the time-resolved PL measurements, PL from the sample was detected with an avalanche photodiode (IDQ Co., Ltd), and a time-resolved decay curve was obtained using a time-correlated single-photon counting board (Becker and Hickl Co., Ltd).

図36は,スズ含有ペロブスカイト薄膜の光物性測定結果を示す図面に代わるグラフである。図36(a)は,蛍光スペクトルを示し,図36(b)は,時間分解減衰曲線を示す。36 is a graph instead of a drawing showing the results of measuring the optical properties of a tin-containing perovskite thin film, in which (a) shows the fluorescence spectrum and (b) shows the time-resolved decay curve.

図36(a)及び図36(b)に示される通り,PL測定および時間分解PL測定により,スカベンジャー法を用いると,ピーク位置は変わらず蛍光強度が2倍程度増大し,蛍光寿命が4.0 nsから14.3 nsまで大幅に伸びることがわかった。これは,ペロブスカイトの構造や組成を保持しながら,光励起によって生成したキャリアの再結合が抑えられたことを示唆する結果である。As shown in Figures 36(a) and 36(b), PL measurements and time-resolved PL measurements revealed that when the scavenger method was used, the fluorescence intensity increased by about two times without changing the peak position, and the fluorescence lifetime was significantly extended from 4.0 ns to 14.3 ns. This result suggests that the recombination of carriers generated by photoexcitation was suppressed while maintaining the structure and composition of the perovskite.

119Sn NMR測定
SnBr4、SnCl4のDMSO-d6溶液に対して,1当量の還元剤TM-DHPを加え,119Sn NMR測定 (224 MHz, Bruker Avance III 600US Plus NMR) を行った。その結果を図37に示す。
119Sn NMR measurements
One equivalent of the reducing agent TM-DHP was added to a DMSO- d6 solution of SnBr4 and SnCl4 , and 119Sn NMR measurements (224 MHz, Bruker Avance III 600US Plus NMR) were performed. The results are shown in FIG.

図37は,スカベンジャーによるメカニズムの解明に関する図面である。
図37(a)は,TM-DHPの添加前(上段)及び添加後(下段)における,SnFのDMSO-d6溶液中における2価のスズ及び4価のスズの存在を示すNMR測定結果を示す図面に代わるグラフであり、図26のグラフと同一である。
図37(b)は,TM-DHPの添加前(上段)及び添加後(下段)における,SnIのDMSO-d6溶液中における2価のスズ及び4価のスズの存在を示すNMR測定結果を示す図面に代わるグラフであり、図25のグラフと同一である。
図37(c)は,TM-DHPの添加前(上段)及び添加後(下段)における,SnBrのDMSO-d6溶液中における2価のスズ及び4価のスズの存在を示すNMR測定結果を示す図面に代わるグラフである。
図37(d)は,TM-DHPの添加前(上段)及び添加後(下段)における,SnClのDMSO-d6溶液中における2価のスズ及び4価のスズの存在を示すNMR測定結果を示す図面に代わるグラフである。
図37(e)は,TM-DHPの添加前(左)及び添加後(右)における,SnFのDMSO-d6溶液を示す図面に代わる写真である。
図37(f)は,TM-DHPの添加後(右)に生じたSnナノ粒子を示す図面に代わるTEM写真であり、図27のTEM写真と同一である。
FIG. 37 is a diagram relating to elucidation of the mechanism by scavengers.
FIG. 37(a) is a graph instead of a drawing showing the results of NMR measurement indicating the presence of divalent tin and tetravalent tin in a DMSO-d solution of SnF2 before (upper row) and after (lower row) the addition of TM-DHP, and is the same as the graph in FIG. 26.
FIG. 37(b) is a graph instead of a drawing showing the results of NMR measurement indicating the presence of divalent tin and tetravalent tin in a DMSO-d solution of SnI2 before (upper row) and after (lower row) the addition of TM-DHP, and is the same as the graph in FIG. 25.
FIG. 37(c) is a graph instead of a drawing showing the results of NMR measurement indicating the presence of divalent tin and tetravalent tin in a DMSO-d solution of SnBr2 before (upper row) and after (lower row) the addition of TM-DHP.
FIG. 37(d) is a graph instead of a drawing showing the results of NMR measurement indicating the presence of divalent tin and tetravalent tin in a DMSO- d solution of SnCl2 before (upper row) and after (lower row) the addition of TM-DHP.
FIG. 37(e) is a photograph, instead of a drawing, showing a solution of SnF2 in DMSO- d6 before (left) and after (right) the addition of TM-DHP.
FIG. 37( f ) is a TEM photograph in place of a drawing showing Sn 0 nanoparticles formed after the addition of TM-DHP (right), which is the same as the TEM photograph of FIG. 27 .

図37(a)に示されるように,SnFだけを溶解させた溶液にTM-DHPを加えると,SnFに由来するピークが完全に消失した。この現象に関して,還元剤TM-DHPを加えてすぐに得られる懸濁液(図37(e))に対して透過型電子顕微鏡(TEM)による観察を行ったところ,図37(f)に示されるように,粒径15 nm以下のナノ粒子が形成されていることがわかった。 As shown in Fig. 37(a), when TM-DHP was added to a solution in which only SnF2 was dissolved, the peak derived from SnF2 completely disappeared. Regarding this phenomenon, when the suspension obtained immediately after adding the reducing agent TM-DHP (Fig. 37(e)) was observed with a transmission electron microscope (TEM), it was found that nanoparticles with a particle size of 15 nm or less were formed, as shown in Fig. 37(f).

図37(b)に示されるように,SnIはTM-DHPによって還元されなかった。したがって,SnIの還元は,(i) TM-DHPによるSnFの選択的な還元によるSnナノ粒子の生成,及び(ii) Snナノ粒子表面でのSnIの還元,という2段階で起こっていると考えられる。さらに,図37(c)及び図37(d)に示される通り,SnBrやSnClもTM-DHPによって還元さることはなく,SnFに対する選択性が確認された。 As shown in Figure 37(b), SnI2 was not reduced by TM-DHP. Therefore, it is considered that the reduction of SnI4 occurs in two steps: (i) the generation of Sn0 nanoparticles by selective reduction of SnF2 by TM-DHP, and (ii) the reduction of SnI4 on the surface of the Sn0 nanoparticles. Furthermore, as shown in Figures 37(c) and 37(d), SnBr2 and SnCl2 were not reduced by TM-DHP either, confirming the selectivity for SnF2 .

すると,スズ含有ペロブスカイト層として,IのみならずFが含まれているものが好ましいといえる。IとFとの原子比I/Fは,0.1以上10以下でもよいし,0.2以上8以下でもよいし,0.3以上7以下でもよいし,0.5以上4以下でもよい,0.5以上2以下でもよいと考えられる。Therefore, it can be said that the tin-containing perovskite layer preferably contains not only I but also F. It is considered that the atomic ratio I/F of I to F may be 0.1 to 10, 0.2 to 8, 0.3 to 7, 0.5 to 4, or 0.5 to 2.

ペロブスカイト太陽電池の作製
パターン化した透明導電性ガラス基板(ITO, 25 mm×25 mm, 10 Ω, Geomatec Co., Ltd. Japan)を,水,アセトン,洗浄液(セミコクリーン56, フルウチ化学),水,2-プロパノールの順でそれぞれ15分間超音波洗浄したのち,プラズマ処理を行った。PEDOT:PSS
(Clevious P VP AI 4083) の水分散液をPVDFフィルターにより濾過した後に,ITO基板上に約400 μL塗布し,スピンコートした(スロープ1秒で500 rpm にし,9秒間スピンコートした後に,スロープ1秒で4000 rpmにし,60秒間スピンコートし,スロープ1秒で停止させた)。続いて,基板を140 °Cで20分間,グローブボックス中でさらに140 °Cで20分間加熱し,約20 nmの膜厚のPEDOT:PSS層(正孔輸送層)を成膜した。先述した方法により,PEDOT:PSS層の上にペロブスカイト層を成膜した.C60 (20 nm) (電子輸送層), BCP
(8 nm) を真空蒸着にて積層し,最後に,金属電極としてAg (100 nm) を真空蒸着にて成膜した。不活性ガス雰囲気下で太陽電池特性を評価した。その結果を図38及び表6に示す。
Fabrication of Perovskite Solar Cells A patterned transparent conductive glass substrate (ITO, 25 mm × 25 mm, 10 Ω, Geomatec Co., Ltd. Japan) was ultrasonically cleaned in water, acetone, cleaning solution (Semicoclean 56, Furuuchi Chemical), water, and 2-propanol for 15 minutes each, and then plasma treatment was performed. PEDOT:PSS
After filtering the aqueous dispersion of (Clevious P VP AI 4083) through a PVDF filter, about 400 μL was applied onto an ITO substrate and spin-coated (500 rpm with a slope of 1 s, spin-coated for 9 s, then 4000 rpm with a slope of 1 s, spin-coated for 60 s, and stopped at a slope of 1 s). The substrate was then heated at 140 °C for 20 min in a glove box and another 20 min at 140 °C to form a PEDOT:PSS layer (hole transport layer) with a thickness of about 20 nm. A perovskite layer was formed on the PEDOT:PSS layer by the method described above. C60 (20 nm) (electron transport layer), BCP
(8 nm) was deposited by vacuum deposition, and finally, Ag (100 nm) was deposited by vacuum deposition as a metal electrode. The solar cell characteristics were evaluated under an inert gas atmosphere. The results are shown in Figure 38 and Table 6.

図38は,ペロブスカイト太陽電池の特性を示す図面に代わるグラフである。図38(a)は,電流密度-電圧曲線を示し,図38(b)は40セルの光電変換効率(PCE)の分布を示す。Figure 38 is a graph showing the characteristics of a perovskite solar cell, instead of a drawing, in which (a) shows a current density-voltage curve, and (b) shows the distribution of photoelectric conversion efficiency (PCE) of 40 cells.

Figure 0007623714000016
Figure 0007623714000016

図38及び表6から,スカベンジャー法を用いると平均の光電変換効率(PCE)が6.6%から8.9%まで向上することがわかった。表6に示される通り,短絡電流密度(JSC)だけでなく開放電圧(VOC)および曲線因子(FF)が増大していることから,キャリアの再結合が効果的に抑制されていることがわかる。図38(a)に示される通り,スカベンジャー法を用いたチャンピオンセルでは9.9%の変換効率(JSC = 21.1 mA cm-2, VOC = 0.63 V, FF = 0.74)が得られた。また図38(b)に示される通り,40セルの変換効率のヒストグラムより,高い再現性が得られることを確認した。 From Fig. 38 and Table 6, it was found that the average photoelectric conversion efficiency (PCE) was improved from 6.6% to 8.9% when the scavenger method was used. As shown in Table 6, the short circuit current density (J SC ) as well as the open circuit voltage (V OC ) and fill factor (FF) increased, which indicates that the carrier recombination was effectively suppressed. As shown in Fig. 38(a), the champion cell using the scavenger method achieved a conversion efficiency of 9.9% (J SC = 21.1 mA cm -2 , V OC = 0.63 V, FF = 0.74). Also, as shown in Fig. 38(b), the histogram of the conversion efficiencies of 40 cells confirmed that high reproducibility was obtained.

表面処理による光電変換効率の向上
スズ含有ペロブスカイト素子の開放電圧(VOC)は,スカベンジャー法を用いても最大0.63 Vであり,FA0.75MA0.25SnIのバンドギャップ(1.36 eV)を考えるとまだ不十分であると言える。大きな電圧ロス(0.73 V)はペロブスカイト層と電荷輸送層の界面に由来すると考えた。そこでまず,スカベンジャー法に加えて,ペロブスカイト表面をエチレンジアミン(EDA)で処理し,各種物性を測定した。その結果を図39及び表7に示す。
Improving photoelectric conversion efficiency by surface treatment The open circuit voltage (VOC) of the tin-containing perovskite element was a maximum of 0.63 V even when using the scavenger method, which is still insufficient considering the band gap (1.36 eV) of FA 0.75 MA 0.25 SnI 3. We considered that the large voltage loss (0.73 V) was due to the interface between the perovskite layer and the charge transport layer. Therefore, in addition to the scavenger method, we first treated the perovskite surface with ethylenediamine (EDA) and measured various physical properties. The results are shown in Figure 39 and Table 7.

図39は,表面処理を行ったペロブスカイト層の物性を示す図である。図39(a)は, スズ含有ペロブスカイト太陽電池の電流密度-電圧曲線を示す図面に代わるグラフである。図39(b)は, エネルギー準位図を示す図である。図39(c)は,外部量子効率(EQE)および内部量子効率(IQE)を示す図面に代わるグラフである。図39(d)は,30セルの光電変換効率(PCE)の分布を示す図面に代わるグラフである。Figure 39 shows the physical properties of the surface-treated perovskite layer. Figure 39(a) is a graph replacing a drawing showing the current density-voltage curve of a tin-containing perovskite solar cell. Figure 39(b) is a diagram showing an energy level diagram. Figure 39(c) is a graph replacing a drawing showing the external quantum efficiency (EQE) and internal quantum efficiency (IQE). Figure 39(d) is a graph replacing a drawing showing the distribution of photoelectric conversion efficiency (PCE) of 30 cells.

Figure 0007623714000017
Figure 0007623714000017

図39(a)及び表7に示される通り,表面処理により,VOCが0.68 Vまで増加した。さらに,図39(b)を参照し,ペロブスカイト層と電子輸送層(C60)のエネルギー準位の接続を改善し界面での電荷再結合を抑制するために,薄いPC61BMの層(5 nm未満)を挿入した。図39(c)に示される通り,これにより,変換効率は最大で11.5%まで向上した(JSC = 22.0 mA cm-2, VOC = 0.76 V, FF = 0.69)。外部量子効率(EQE)スペクトルから算出した積算JSCは21.6 mA cm-2となり,J-V曲線における値と良い一致を示した。さらに,図39(d)に示される通り,30セルの変換効率のヒストグラムより,平均のPCEが10.2±0.8%と高い再現性が得られることを確認した。 As shown in Fig. 39(a) and Table 7, the VOC increased to 0.68 V by the surface treatment. Furthermore, a thin PC61BM layer (less than 5 nm) was inserted to improve the energy level connection between the perovskite layer and the electron transport layer (C60) and suppress the charge recombination at the interface, as shown in Fig. 39(b). As shown in Fig. 39(c), this improved the conversion efficiency to a maximum of 11.5% (JSC = 22.0 mA cm -2 , VOC = 0.76 V, FF = 0.69). The integrated JSC calculated from the external quantum efficiency (EQE) spectrum was 21.6 mA cm -2 , which showed good agreement with the value in the J-V curve. Furthermore, as shown in Fig. 39(d), the histogram of the conversion efficiency of 30 cells confirmed that the average PCE was 10.2 ± 0.8%, which was highly reproducible.

このことから,ペロブスカイト層と電子輸送層との界面となるペロブスカイト層表面をエチレンジアミンなどのアミン系溶媒で洗浄することで,好ましい太陽電池や有機EL素子が得られることが示された。よって,この明細書は,ペロブスカイト層の表面を溶媒で処理(例えば洗浄処理)した後に,処理後のペロブスカイト層の表面に層(例えば電子輸送層)を形成する工程を含む太陽電池又は有機EL素子の製造方法をも提供する。This shows that a preferable solar cell or organic EL device can be obtained by cleaning the surface of the perovskite layer, which is the interface between the perovskite layer and the electron transport layer, with an amine solvent such as ethylenediamine. Therefore, this specification also provides a method for manufacturing a solar cell or an organic EL device, which includes a step of treating the surface of the perovskite layer with a solvent (e.g., cleaning treatment), and then forming a layer (e.g., an electron transport layer) on the surface of the treated perovskite layer.

Figure 0007623714000018
Figure 0007623714000018

ASnI 3-X Br X 系におけるスカベンジャー法の効果
[スカベンジャー法を用いたMASnI3-XBrXペロブスカイト膜(X = 1.5, 3)の作製]
グローブボックス中(Arガス,O2 < 0.1 ppm, H2O < 0.1 ppm)にて,SnI2 (372.5 mg,
1.0 mmol), MAI (159.0 mg, 1.0 mmol), SnF2 (14.1 mg, 0.10 mmol, 10 mol%) を超脱水DMSO (1.0 mL) に溶解させた.45 °Cにて30分間撹拌し,1.0 M MASnI3前駆体溶液を得た.SnBr2 (278.5 mg, 1.0 mmol) またはSnBr2(dmf) 錯体 (351.6 mg, 1.0 mmol),MABr (112.0 mg, 1.0 mmol), SnF2 (14.1 mg, 0.10 mmol, 10 mol%) を超脱水DMSO (1.0 mL)に溶解させた.45 °Cにて30分間撹拌し,1.0 M MASnBr3前駆体溶液を得た.得られた1.0 M
MASnI3前駆体溶液と1.0 M MASnBr3前駆体溶液を500 μLずつ混合し,1.0 M MASnI1.5Br1 .5前駆体溶液を調製した.
Effect of scavenger method on ASnI3 - XBrX system [Preparation of MASnI3 -XBrX perovskite films (X = 1.5, 3) using the scavenger method]
In a glove box (Ar gas, O 2 < 0.1 ppm, H 2 O < 0.1 ppm), SnI 2 (372.5 mg,
1.0 mmol), MAI (159.0 mg, 1.0 mmol), and SnF2 (14.1 mg, 0.10 mmol, 10 mol%) were dissolved in ultra-dehydrated DMSO (1.0 mL). The mixture was stirred at 45 °C for 30 min to obtain a 1.0 M MASnI3 precursor solution. SnBr2 (278.5 mg, 1.0 mmol) or SnBr2 (dmf) complex (351.6 mg, 1.0 mmol), MABr (112.0 mg, 1.0 mmol), and SnF2 (14.1 mg, 0.10 mmol, 10 mol%) were dissolved in ultra-dehydrated DMSO (1.0 mL). The mixture was stirred at 45 °C for 30 min to obtain a 1.0 M MASnBr3 precursor solution.
500 μL each of the MASnI3 precursor solution and the 1.0 M MASnBr3 precursor solution was mixed to prepare a 1.0 M MASnI1.5Br1.5 precursor solution.

上記の1.0 M MASnI1.5Br1.5溶液および1.0 M MASnBr3溶液1.0 mLに対して,還元剤1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (TM-DHP) の1.0 M DMF溶液 (10 μL, 0.10 mmol, 1 mol%) を加え,45 °Cにて30分間撹拌したのち,PTFEフィルターを用いて濾過した.この溶液を石英基板上に約200 μL塗布し,スピンコートし,その最中に65 °Cに加温した300 μLのクロロベンゼンを滴下し,褐色の膜を得た(スロープ5秒で5000 rpm にし,さらに60秒間スピンコートした最後の2秒から1秒の間でクロロベンゼンを滴下し,スロープ1秒で停止させた).得られた褐色膜を,45 ℃で10分間,65 ℃で10~30分間,100
℃で10分間アニールして,褐色のペロブスカイト層を作製した.
A 1.0 M DMF solution (10 μL, 0.10 mmol, 1 mol%) of the reducing agent 1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (TM-DHP) was added to 1.0 mL of the above 1.0 M MASnI 1.5 Br 1.5 solution and 1.0 M MASnBr 3 solution, and the mixture was stirred at 45 °C for 30 min and then filtered using a PTFE filter. Approximately 200 μL of this solution was applied to a quartz substrate and spin-coated, during which 300 μL of chlorobenzene heated to 65 °C was dropped to obtain a brown film (slope was set to 5000 rpm for 5 seconds, and chlorobenzene was dropped between the last 2 and 1 seconds of the 60-second spin coating, and the slope was stopped at 1 second). The obtained brown film was then heated at 45 °C for 10 minutes, 65 °C for 10 to 30 minutes, and 100 μL of chlorobenzene was dropped to obtain a brown film (slope was set to 5000 rpm for 5 seconds, and chlorobenzene was dropped between the last 2 and 1 seconds of the 60-second spin coating, and the slope was stopped at 1 second).
The film was then annealed at ℃ for 10 min to produce a brown perovskite layer.

[MASnI3-XBrXペロブスカイト膜(X = 1.5, 3)の蛍光特性]
上記の方法により石英基板上に成膜したペロブスカイト膜をアルゴン充填した試料ケースに入れ,蛍光(PL)測定および時間分解PL測定を行った.測定の励起光には,ピコ秒レーザーパルス(波長406 nm, Advanced Laser Diode Systems Co., Ltd)を用いた.試料位置での励起密度はMASnI1.5Br1.5では 782 nJ/cm2, MASnBr3では10 μJ/cm2とし,弱励起条件下で測定を行った.PLスペクトルは,分光器および窒素冷却CCDカメラ(Princeton
Instruments社)を用いて測定した.時間分解PL測定では,試料からのPLをアバランシェフォトダイオード(IDQ Co., Ltd)で検出し,時間相関単一光子計数ボード(Becker & Hickl Co., Ltd)を用いて時間分解減衰曲線を得た.
[Fluorescence properties of MASnI3 -XBrX perovskite films (X = 1.5, 3)]
The perovskite film formed on a quartz substrate by the above method was placed in a sample case filled with argon, and fluorescence (PL) and time-resolved PL measurements were performed. A picosecond laser pulse (wavelength 406 nm, Advanced Laser Diode Systems Co., Ltd) was used as the excitation light for the measurements. The excitation density at the sample position was 782 nJ/ cm2 for MASnI1.5Br1.5 and 10 μJ / cm2 for MASnBr3 , and measurements were performed under weak excitation conditions. PL spectra were recorded using a spectrometer and a nitrogen-cooled CCD camera (Princeton
For time-resolved PL measurements, the PL from the sample was detected with an avalanche photodiode (IDQ Co., Ltd), and time-resolved decay curves were obtained using a time-correlated single-photon counting board (Becker & Hickl Co., Ltd).

MASnI1.5Br1.5ペロブスカイト膜のPL測定および時間分解PL測定により,スカベンジャー法を用いると,ピーク位置は変わらず蛍光強度が10倍程度増大し,蛍光寿命が0.78 nsから2.28 nsまで大幅に伸びることがわかった(図40).ペロブスカイトの構造や組成は保持しながら,光励起によって生成したキャリアの再結合が抑えられたことを示唆する結果である.また,MASnBr3ペロブスカイト膜について,蛍光寿命は検出限界よりも短かったが,蛍光強度がスカベンジャー法を用いることで3倍程度増大することがわかった(図42). PL and time-resolved PL measurements of MASnI1.5Br1.5 perovskite films showed that the fluorescence intensity increased by about 10 times and the fluorescence lifetime was significantly extended from 0.78 ns to 2.28 ns when the scavenger method was used, without changing the peak position (Fig. 40). This result suggests that the recombination of carriers generated by photoexcitation was suppressed while maintaining the structure and composition of the perovskite. In addition, for MASnBr3 perovskite films, the fluorescence lifetime was shorter than the detection limit, but the fluorescence intensity was increased by about 3 times when the scavenger method was used (Fig. 42).

[XPSによるSn4+の定量]
ペロブスカイト薄膜中に含まれるSn4+種の量を定量するために,X線光電子分光(XPS)測定を行なった.XPS測定にはJPS-9010(JEOL)を使用した.アルゴン充填したトランスファーベッセルを用いてサンプルセットを行うことで,試料を空気に暴露することなく測定を行なった.
[Quantitative analysis of Sn4 + by XPS]
X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) measurements were performed to quantify the amount of Sn 4+ species contained in the perovskite thin film. A JPS-9010 (JEOL) was used for the XPS measurements. The samples were set in an argon-filled transfer vessel, so that the measurements were performed without exposing the samples to air.

MASnI1.5Br1.5ペロブスカイト薄膜について,Sn 3d5/2スペクトルからSn4+量を見積もると,スカベンジャー法を用いることでペロブスカイト膜表面のSn4+量が2.4%から0.4%に減少していることがわかった(図42)。さらに,スカベンジャー法を用いて作製した薄膜について,アルゴンエッチングを行い膜内部のSn4+量を見積もると,深さ40 nmでSn4+量は0.0%となっていることがわかった(図42)。 For the MASnI1.5Br1.5 perovskite thin film, the amount of Sn4 + was estimated from the Sn 3d5 /2 spectrum, and it was found that the amount of Sn4 + on the surface of the perovskite film was reduced from 2.4% to 0.4% by using the scavenger method (Fig. 42). Furthermore, when the amount of Sn4 + inside the film prepared using the scavenger method was estimated by argon etching, it was found that the amount of Sn4 + was 0.0% at a depth of 40 nm (Fig. 42).

[ペロブスカイト太陽電池の作製]
パターン化した透明導電性ガラス基板(ITO, 25 mm×25 mm, 10 Ω, Geomatec Co., Ltd. Japan)を,水,アセトン,洗浄液(セミコクリーン56, フルウチ化学),水,2-プロパノールの順でそれぞれ15分間超音波洗浄したのち,プラズマ処理を行った.PEDOT:PSS (Clevious P VP AI 4083) の水分散液をPVDFフィルターにより濾過した後に,ITO基板上に約300 μL塗布し,スピンコートした(スロープ1秒で500 rpm にし,9秒間スピンコートした後に,スロープ1秒で4000 rpmにし,60秒間スピンコートし,スロープ1秒で停止させた).続いて,基板を140 °Cで20分間,グローブボックス中でさらに140 °Cで20分間加熱し,約20 nmの膜厚のPEDOT:PSS層(正孔輸送層)を成膜した.
[Fabrication of perovskite solar cells]
The patterned transparent conductive glass substrate (ITO, 25 mm × 25 mm, 10 Ω, Geomatec Co., Ltd. Japan) was ultrasonically cleaned in water, acetone, cleaning solution (Semicoclean 56, Furuuchi Chemical), water, and 2-propanol for 15 min each, and then plasma treated. After filtering the aqueous dispersion of PEDOT:PSS (Clevious P VP AI 4083) through a PVDF filter, approximately 300 μL was applied onto the ITO substrate and spin-coated (500 rpm with a slope of 1 s, spin-coated for 9 s, then 4000 rpm with a slope of 1 s, spin-coated for 60 s, and stopped with a slope of 1 s). The substrate was then heated at 140 °C for 20 min in a glove box and then at 140 °C for another 20 min to form a PEDOT:PSS layer (hole transport layer) with a thickness of approximately 20 nm.

グローブボックス中(Arガス,O2 < 0.1 ppm, H2O < 0.1 ppm)にて,SnI2 (232.8 mg,
0.625 mmol), SnBr2(dmf) 錯体 (131.9 mg, 0.375 mmol),FAI (129.0 mg, 0.75 mmol),MAI (40.0 mg, 0.25 mmol),SnF2 (15.8 mg, 0.10 mmol, 10 mol%) を超脱水DMSO (971
μL) に溶解させた.45 °Cにて30分間撹拌し,1.0 M FA0.75MA0.25SnI2.25Br0.75前駆体溶液を得た.同様に,SnI2 (232.8 mg, 0.625 mmol), SnBr2(dmf) 錯体 (131.9 mg, 0.375 mmol),FAI (86.0 mg, 0.50 mmol),MAI (79.5 mg, 0.50 mmol), SnF2 (15.8 mg, 0.10 mmol, 10 mol%) を超脱水DMSO (971 μL) に溶解させ,1.0 M FA0.50MA0.50SnI2.25Br0.75前駆体溶液を得た.これらの前駆体溶液に対してTM-DHPを用いたスカベンジャー処理を行い,PEDOT:PSS層の上に先述した方法によりペロブスカイト層を成膜した.C60 (20 nm)(電子輸送層), BCP (8 nm) を真空蒸着にて積層し,最後に,金属電極としてAg (100
nm) を真空蒸着にて成膜した.
In a glove box (Ar gas, O 2 < 0.1 ppm, H 2 O < 0.1 ppm), SnI 2 (232.8 mg,
0.625 mmol), SnBr 2 (dmf) complex (131.9 mg, 0.375 mmol), FAI (129.0 mg, 0.75 mmol), MAI (40.0 mg, 0.25 mmol), and SnF 2 (15.8 mg, 0.10 mmol, 10 mol%) were dissolved in ultra-dehydrated DMSO (971
The mixture was stirred at 45 °C for 30 min to obtain a 1.0 M FA 0.75 MA 0.25 SnI 2.25 Br 0.75 precursor solution. Similarly, SnI 2 (232.8 mg, 0.625 mmol), SnBr 2 (dmf) complex (131.9 mg, 0.375 mmol), FAI (86.0 mg, 0.50 mmol), MAI (79.5 mg, 0.50 mmol), and SnF 2 (15.8 mg, 0.10 mmol, 10 mol%) were dissolved in ultra-dehydrated DMSO (971 μL) to obtain a 1.0 M FA 0.50 MA 0.50 SnI 2.25 Br 0.75 precursor solution. These precursor solutions were treated with TM-DHP as a scavenger, and a perovskite layer was formed on the PEDOT:PSS layer by the method described above. C 60 (20 nm) (electron transport layer) and BCP (8 nm) were laminated by vacuum deposition, and finally Ag (100
A thin film (nm) was formed by vacuum deposition.

不活性ガス雰囲気下で太陽電池特性を評価したところ,FA0.75MA0.25SnI2.25Br0.75ペロブスカイト を用いたもので7.4%の変換効率(JSC = 17.1 mA cm-2, VOC = 0.61 V, FF
= 0.71),FA0.50MA0.50SnI2.25Br0.75ペロブスカイトを用いたもので7.3%の変換効率(JSC = 16.9 mA cm-2, VOC = 0.58 V, FF = 0.74)が得られた(図43,表8).
When the solar cell characteristics were evaluated under an inert gas atmosphere, a conversion efficiency of 7.4% (J SC = 17.1 mA cm −2 , V OC = 0.61 V, FF 0.75 MA 0.25 SnI 2.25 Br 0.75 perovskite) was achieved.
= 0.71), and a conversion efficiency of 7.3% (J SC = 16.9 mA cm -2 , V OC = 0.58 V, FF = 0.74) was obtained using the FA 0.50 MA 0.50 SnI 2.25 Br 0.75 perovskite (Figure 43, Table 8).

2. Pb-Sn混合型ペロブスカイトにおけるスカベンジャー法の効果
[スカベンジャー法を用いたCs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3ペロブスカイト膜の作製]
グローブボックス中(Arガス,O2 < 0.1 ppm, H2O < 0.1 ppm)にて,SnI2 (335.3 mg,
0.90 mmol), PbI2 (414.9 mg, 0.90 mmol),CsI (46.6 mg, 0.18 mmol),FAI (185.8 mg, 1.08 mmol),MAI (85.8 mg, 0.54 mmol),SnF2 (14.1 mg, 0.09 mmol, 10 mol% compared to SnI2),Pb(SCN)2 (5.8 mg, 0.018 mmol, 2 mol% compared to PbI2) を超脱水DMSO
(250 μL)とDMF (750 μL)に溶解させた.45 °Cにて30分間撹拌し,1.8 M Cs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3前駆体溶液を得た.この溶液に対して,還元剤1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (TM-DHP) の1.0 M DMF溶液 (9 μL, 0.09 mmol, 1 mol% compared to SnI2) を滴下した. 45 °Cにて30分間撹拌したのち,PTFEフィルターを用いて濾過して沈殿を除いた.この溶液を石英基板上に約200 μL塗布し,スピンコートし,その最中に400 μLのクロロベンゼンを滴下し,褐色の膜を得た(スロープ5秒で1000 rpm にし,10秒後にスロープ3秒で4000 rpmにした後さらに40秒間スピンコートした。4000 rpmのステップが始まった20秒後に1秒の間でクロロベンゼンを滴下した).得られた褐色膜を,100 ℃で10分間アニールしたのち,全ての基板のスピンコートが終了するまで65 ℃で保存して,黒色のペロブスカイト層を作製した.
2. Effect of scavenger method on Pb - Sn mixed perovskite [Preparation of Cs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3 perovskite film using scavenger method]
In a glove box (Ar gas, O 2 < 0.1 ppm, H 2 O < 0.1 ppm), SnI 2 (335.3 mg,
SnF 2 (14.1 mg, 0.09 mmol, 10 mol% compared to SnI 2 ), Pb(SCN) 2 (5.8 mg, 0.018 mmol, 2 mol% compared to PbI 2 ) in super-dehydrated DMSO
(250 μL) and DMF (750 μL). Stirring was continued for 30 min at 45 °C to obtain a 1.8 M Cs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3 precursor solution. A 1.0 M DMF solution (9 μL, 0.09 mmol, 1 mol % compared to SnI2 ) of the reducing agent 1,4-bis(trimethylsilyl)-1,4-dihydropyrazine (TM-DHP) was added dropwise to this solution . After stirring for 30 min at 45 °C, the solution was filtered using a PTFE filter to remove the precipitate. Approximately 200 μL of this solution was applied to a quartz substrate and spin-coated, during which 400 μL of chlorobenzene was dropped to obtain a brown film (slope 5 s at 1000 rpm, 10 s later at 4000 rpm with a slope of 3 s, and spin-coated for another 40 s. Chlorobenzene was dropped over a 1 s period 20 s after the 4000 rpm step began). The obtained brown film was annealed at 100 °C for 10 min and then stored at 65 °C until spin-coating of all substrates was completed, producing a black perovskite layer.

[Cs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3ペロブスカイト膜の蛍光特性]
上記の方法により石英基板上に成膜したペロブスカイト膜をアルゴン充填した試料ケースに入れ,蛍光(PL)測定および時間分解PL測定を行った.測定の励起光には,ピコ秒レーザーパルス(波長688nm, Advanced Laser Diode Systems Co., Ltd)を用いた.試料位置での励起密度は127 nJ/cm2とし,弱励起条件下で測定を行った.PLスペクトルは,分光器および窒素冷却CCDカメラ(Princeton Instruments社)を用いて測定した.時間分解PL測定では,試料からのPLをアバランシェフォトダイオード(IDQ Co., Ltd)で検出し,時間相関単一光子計数ボード(Becker & Hickl Co., Ltd)を用いて時間分解減衰曲線を得た.
PL測定および時間分解PL測定により,スカベンジャー法を用いると,ピーク位置は変わらず蛍光強度が3倍程度増大し,蛍光寿命が1.17 μsから1.68 μsまで大幅に伸びることがわかった(図44).ペロブスカイトの構造や組成は保持しながら,光励起によって生成したキャリアの再結合が抑えられたことを示唆する結果である.
[ Fluorescence properties of Cs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3 perovskite films ]
The perovskite film formed on a quartz substrate by the above method was placed in an argon-filled sample case, and fluorescence (PL) and time-resolved PL measurements were performed. A picosecond laser pulse (wavelength 688 nm, Advanced Laser Diode Systems Co., Ltd) was used as the excitation light for the measurements. The excitation density at the sample position was 127 nJ/cm2, and measurements were performed under weak excitation conditions. PL spectra were measured using a spectrometer and a nitrogen-cooled CCD camera (Princeton Instruments). In the time-resolved PL measurements, PL from the sample was detected with an avalanche photodiode (IDQ Co., Ltd), and time-resolved decay curves were obtained using a time-correlated single-photon counting board (Becker & Hickl Co., Ltd).
PL and time-resolved PL measurements showed that when the scavenger method was used, the fluorescence intensity increased by about three times without changing the peak position, and the fluorescence lifetime was significantly extended from 1.17 μs to 1.68 μs (Figure 44). This result suggests that the recombination of carriers generated by photoexcitation was suppressed while the structure and composition of the perovskite were maintained.

[ペロブスカイト太陽電池の作製]
上記スズ含有ペロブスカイト太陽電池と同様の素子構造を用いて,Pb-Sn混合型ペロブスカイト太陽電池を作製した.不活性ガス雰囲気下で太陽電池特性を評価したところ,スカベンジャー法を用いることにより, 20.1%の変換効率(JSC = 31.6 mA cm-2, VOC = 0.80 V, FF = 0.79)が得られた(図45)。
[Fabrication of perovskite solar cells]
A Pb-Sn mixed perovskite solar cell was fabricated using the same device structure as the above-mentioned tin-containing perovskite solar cell. When the solar cell characteristics were evaluated in an inert gas atmosphere, a conversion efficiency of 20.1% (J SC = 31.6 mA cm -2 , V OC = 0.80 V, FF = 0.79) was obtained by using the scavenger method (Fig. 45).

[XPSによるSn4+の定量]
スカベンジャー法を用いて作製したCs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3ペロブスカイト薄膜について,Sn 3d5/2スペクトルからSn4+の割合を見積もると,膜表面のSn4+の割合は3.0%であることがわかった.さらに,アルゴンエッチングを行い膜内部のSn4+の割合を見積もると,深さ40 nmでSn4+の割合は0.3%となっていることがわかった(図46)。
[Quantitative analysis of Sn4 + by XPS]
For the Cs0.1FA0.6MA0.3Pb0.5Sn0.5I3 perovskite thin film prepared using the scavenger method, the Sn4 + ratio was estimated from the Sn3d5 /2 spectrum and found to be 3.0% on the film surface. Furthermore, the Sn4+ ratio inside the film was estimated by argon etching and found to be 0.3% at a depth of 40 nm (Figure 46).

本発明は,ペロブスカイト層の製造方法などに関するため,太陽電池や有機EL素子を製造するための産業において利用されうる。The present invention relates to a method for producing a perovskite layer, and therefore can be used in industries for producing solar cells and organic EL elements.

Claims (3)

スズ含有ペロブスカイト化合物を含むスズ含有ペロブスカイト層を有し
前記スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部の深さ40nmの領域における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率であるSn+4 40nm値が0%以上0.5%以下であり,
Sn +4 40nm 値に対する,前記スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率であるSn+4 表面の比が3以上であり
前記スズ含有ペロブスカイト層は,前記スズ含有ペロブスカイト化合物の平均粒子径が150nm以上500nm以下であり,
前記スズ含有ペロブスカイト層は,式(Ia)で示す化合物を含むとともに,
Figure 0007623714000019
(式(Ia)中,R ~R は,同一でも異なってもよく,水素原子,メチル基,又はエチル基であり,R ~R 10 は,同一でも異なってもよく,メチル基,又はエチル基である。)
0価のスズ,ピラジン系化合物,式(Ia)で示す化合物を含むケイ素系化合物,及びゲルマニウム系化合物から選ばれる1種又は2種以上を合計で0.01ppm以上1000ppm以下含む,
太陽電池
A tin-containing perovskite layer containing a tin-containing perovskite compound ,
a Sn+4 40nm value, which is the percentage of the tetravalent tin atomic content in the total of the tetravalent tin atomic content and the divalent tin atomic content in a region 40 nm deep from the center of the surface of the tin-containing perovskite layer, is 0% or more and 0.5% or less;
The ratio of the Sn + 4 surface value, which is the percentage of the tetravalent tin atomic content in the total of the tetravalent tin atomic content and the divalent tin atomic content at the surface center of the tin-containing perovskite layer to the Sn +4 40 nm value, is 3 or more ;
The tin-containing perovskite layer has an average particle size of the tin-containing perovskite compound of 150 nm or more and 500 nm or less,
The tin-containing perovskite layer comprises a compound represented by formula (Ia),
Figure 0007623714000019
(In formula (Ia), R 1 to R 4 may be the same or different and each is a hydrogen atom, a methyl group, or an ethyl group, and R 5 to R 10 may be the same or different and each is a methyl group or an ethyl group.)
containing one or more selected from zero-valent tin, a pyrazine-based compound, a silicon-based compound including a compound represented by formula (Ia), and a germanium-based compound in a total amount of 0.01 ppm or more and 1000 ppm or less,
Solar cell .
前記スズ含有ペロブスカイト層の表面中央部の深さ20nmの領域における4価のスズの原子含有量と2価のスズの原子含有量の合計に占める4価のスズの原子含有量の100分率であるSn+4 20nm値が0.1%以上5%以下であり,
Sn +4 20nm 値に対するSn +4 表面 値の比が3以上20以下である
請求項1に記載の太陽電池
an Sn+4 20nm value, which is the percentage of the tetravalent tin atomic content in the total of the tetravalent tin atomic content and the divalent tin atomic content in a region 20 nm deep from the center of the surface of the tin-containing perovskite layer, is 0.1% or more and 5% or less;
The ratio of the Sn +4 surface value to the Sn +4 20 nm value is 3 to 20 ,
The solar cell according to claim 1 .
スズ原子の含有量に対する鉛原子の原子含有量が0%以上900%以下である,請求項1に記載の太陽電池 2. The solar cell according to claim 1, wherein the atomic content of lead atoms relative to the content of tin atoms is 0% or more and 900% or less.
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