光电转换元件及太阳能电池的制作方法_3

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. 2003, 125, 475 中所记载的值。
[0132] 巧铁矿型光吸收剂的能级能够根据NanoscaleResearchLetters2012, 7:353公 知的方法进行计算。
[0133] 本发明中,当使用上述巧铁矿化合物时,绝缘材料优选选自错、侣及娃的各氧化物 中的至少一种,更优选错或侣的各氧化物。
[0134] 本发明中,作为"与绝缘材料不同的多孔材料",如上所述并没有特别限定。在上述 之中,优选选自铁、锋、锡、鹤、错、侣及娃的各氧化物、W及碳纳米管中的至少一种。
[0135] 作为半导电性多孔材料的多孔材料优选铁、锋、锡或鹤的各氧化物,更优选氧化 铁。
[0136] 多孔材料优选作为微粒而进行使用,进一步优选作为分散于后述的分散介质中的 分散物而进行使用。关于此时的多孔材料的粒径,从上述观点考虑,使用将投影面积换算成 圆时的直径的平均粒径中,作为1次粒子优选0.OOl~1ym。当使用微粒的分散物来形成 多孔层12时,微粒的上述平均粒径作为分散物的平均粒径优选0.Ol~100ym。平均粒径 能够通过电子显微镜等进行测定。
[0137] 关于形成多孔层12的材料,也可W将金属的硫族化物、具有巧铁矿型晶体结构的 化合物及娃的氧化物的纳米管、纳米线或纳米棒与金属的硫族化物、具有巧铁矿型晶体结 构的化合物、娃的氧化物及碳纳米管的微粒一起使用。
[013引-感光层(光吸收层)13-
[0139] 如图1及图2所示,感光层13设置于多孔层12的表面(该表面包含凹凸时的孔 内表面。)。设置光吸收剂的(具有巧铁矿型光吸收剂的)多孔层12的表面只要是至少一 种多孔材料的表面即可,也可W是多种多孔材料的表面。例如,当使用第一多孔材料及第二 多孔材料时,设置光吸收剂的多孔层12的表面可W是第一多孔材料及第二多孔材料的至 少一个表面,也可W是第一多孔材料及第二多孔材料的两个表面。
[0140] 形成感光层13的方式如上所述,感光层13优选W使激励的电子流向导电性支撑 体11的方式设置于多孔层12的表面。此时,感光层13可W设置于多孔层12的整个表面, 也可W设置于表面的一部分。
[0141] 感光层13的膜厚可W根据形成感光层13的方式适当进行设定,并没有特别限定。 例如,感光层13的膜厚W与多孔层12的膜厚的合计膜厚计优选0.1~100ym,进一步优选 0. 1~50Jim,尤其优选0. 3~30Jim。
[0142] 在此,如图1所示,当感光层13为较薄的膜状时,感光层13的膜厚设为沿着与多 孔层12的表面垂直的方向的、与多孔层12的界面和与固体空穴传输层3的界面之间的距 离。
[0143] 另外,图2所示的光电转换元件IOB具有与图1所示的光电转换元件IOA的感光 层13A相比厚度增大的感光层13B。此时,作为光吸收剂的巧铁矿化合物是能够与上述作为 形成多孔层12的材料的具有巧铁矿型晶体结构的化合物同样地成为空穴传输材料的化合 物。
[0144](光吸收剂)
[0145] 感光层13含有巧铁矿化合物作为光吸收剂。
[0146] 本发明中,光吸收剂含有至少一种巧铁矿化合物即可。此时,可W单独使用一种巧 铁矿化合物,也可W同时使用两种W上的巧铁矿化合物。
[0147] 巧铁矿化合物具有周期表第一族元素或阳离子性有机基团A、周期表第一族元素 W外的金属原子M及阴离子性原子X。上述周期表第一族元素或阳离子性有机基团A、金属 原子M及阴离子性原子X分别在巧铁矿型晶体结构中作为阳离子(方便起见,有时称为阳 离子A)、金属阳离子(方便起见,有时称为阳离子M)及阴离子(方便起见,有时称为阴离子 讶的各构成离子而存在。
[014引本发明中,阳离子性有机基团是指在巧铁矿型晶体结构中具有成为阳离子的性质 的有机基团,阴离子性原子是指在巧铁矿型晶体结构中具有成为阴离子的性质的原子。
[0149] 巧铁矿化合物只要是能够取将周期表第一族元素或阳离子性有机基团A的阳离 子、周期表第一族元素W外的金属原子M的阳离子及阴离子性原子X的阴离子作为构成离 子的巧铁矿型晶体结构的化合物,则并没有特别限定。
[0150] 本发明中所使用的巧铁矿化合物中,阳离子A为由周期表第一族元素的阳离子或 阳离子性有机基团A构成的有机阳离子。阳离子A优选有机阳离子。
[015。 周期表第一族元素的阳离子并没有特别限定,例如可W举出裡化i)、钢(化)、钟 (K)或飽(Cs)的各元素的阳离子化Cs+),尤其优选飽的阳离子(Cs+)。
[0152] 有机阳离子优选为有机锭阳离子,优选为下述式(1)所表示的有机锭阳离子。
[0153]式(1) :Ria-NH3
[0154] 式中,Rla表示取代基。Rla只要是有机基团,则并没有特别限定,优选烷基、环烷基、 締基、烘基、芳基、杂芳基或能够由下述式(2)表示的基团。其中,更优选烷基、能够由下述 式似表示的基团。
[0155][化学式2]
[0156]
[0157] 式中,Xa表示NRk、氧原子或硫原子。Rib及Rk分别独立地表示氨原子或取代基。 *表示与式(1)的N原子键合的位置。
[015引本发明中,阳离子性有机基团A的有机阳离子优选由上述式(1)中的Ria和NH3键 合而成的锭阳离子性有机基团A构成的有机锭阳离子。当该有机锭阳离子能够取共振结构 时,有机阳离子除了有机锭阳离子W外,还包含共振结构的阳离子。例如,当能够由上述式 似表示的基团中xa为NH(Rk为氨原子)时,有机阳离子除了能够由上述式似表示的基 团和NHs键合而成的锭阳离子性有机基团的有机锭阳离子W外,还包含作为该有机锭阳离 子的共振结构之一的有机脉阳离子。作为由脉阳离子性有机基团构成的有机脉阳离子,可 W举出下述式(A^)所表示的阳离子。另外,本说明书中,方便起见,有时将下述式(Aam)所 表示的阳离子标记为"Rib" =NH)-畑3"。
[0159] [化学式3]
[0160]
[0161] 取代基Ria的烷基优选碳原子数为1~18的烷基,例如可W举出甲基、乙基、丙基、 异丙基、下基、叔下基、戊基或己基等。
[0162] 环烷基优选碳原子数为3~8的环烷基,例如可W举出环丙基、环戊基或环己基 等。
[0163] 締基优选碳原子数为2~18的締基,例如可W举出乙締基、締丙基、下締基或己締 基等。
[0164] 烘基优选碳原子数为2~18的烘基,例如可W举出乙烘基、下烘基或己烘基等。
[0165] 芳基优选碳原子数6~14的芳基,例如可W举出苯基。
[0166] 杂芳基包含仅由芳香族杂环构成的基团、W及由在芳香族杂环上缩合其他环例如 芳香环、脂肪族环和杂环而得到的稠杂环构成的基团。
[0167] 作为构成芳香族杂环的环构成杂原子,优选氮原子、氧原子、硫原子。并且,作为芳 香族杂环的环元数,优选5元环或6元环。
[016引作为5元环的芳香族杂环及包含5元环的芳香族杂环的稠杂环,例如可W举出化 咯环、咪挫环、化挫环、嗯挫环、嚷挫环、=挫环、巧喃环、嚷吩环、苯并咪挫环、苯并嗯挫环、 苯并嚷挫环、吗I噪嘟环、吗I挫环的各环基团。并且,作为6元环的芳香族杂环及包含6元环 的芳香族杂环的稠杂环,例如可W举出化晚环、喀晚环、化嗦环、=嗦环、哇嘟环、哇挫嘟环 的各环基团。
[0169] 在能够由式(2)表示的基团中,Xa表示NR1%氧原子或硫原子,优选NRk。在此,Rk 优选氨原子、烷基、环烷基、締基、烘基、芳基或杂芳基,进一步优选氨原子。
[0170] Rib表示氨原子或取代基,优选氨原子。Rib可取的取代基可W举出氨原子、烷基、环 烷基、締基、烘基、芳基或杂芳基。
[0171] Rlb及Rk分别可取的烷基、环烷基、締基、烘基、芳基及杂芳基的含义与上述RIa的 各基团相同,且优选的例子也相同。
[017引作为能够由式(2)表示的基团,例如可W举出亚胺甲酯基(formimidoyl)化"二 畑)-)、亚胺乙酷基(日。日1:0;[1111(105^1)(邸3〔(=畑)-)、亚胺丙酷基(91'09;[0]1;[1111(105^1) (邸3邸2" =NH)-)等。其中,优选亚胺甲酯基。
[0173]Ria可取的烷基、环烷基、締基、烘基、芳基、杂芳基及能够由上述式(2)表示的基团 均可W具有取代基。作为Rla可具有的取代基并没有特别限定,例如可W举出烷基、环烷基、 締基、烘基、芳基、杂环基、烷氧基、烧硫基、氨基、烷基氨基、芳基氨基、酷基、烷氧基幾基、芳 氧基幾基、酷氨基、横酷胺基、氨甲酯基、氨横酷基、面素原子、氯基、径基或簇基。Rla可具有 的各取代基可W进一步被取代基取代。
[0174] 本发明中所使用的巧铁矿化合物中,金属阳离子M只要是周期表第一族元素W外 的金属原子M的阳离子且能够取巧铁矿型晶体结构的金属原子的阳离子,则并没有特别限 定。作为运种金属原子,例如可W举出巧(Ca)、锁(Sr)、儒(Cd)、铜(Cu)、儀(Ni)、儘(Mn)、 铁(Fe)、钻(Co)、钮(Pd)、错(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、镜州)、館巧U)及铜(In)的各金属原 子。其中,形成金属阳离子的金属原子尤其优选化原子或Sn原子。金属原子可W是一种 金属原子,也可W是两种W上的金属原子。当为两种W上的金属原子时,优选化原子及Sn 原子运两种。另外,此时的金属原子的比例并没有特别限定。
[01巧]本发明中所使用的巧铁矿化合物中,阴离子X表示阴离子性原子X的阴离子。该 阴离子优选为面素原子的阴离子。作为面素原子,例如可W举出氣原子、氯原子、漠原子及 舰原子等。阴离子X可W是一种阴离子性原子的阴离子,也可W是两种W上的阴离子性原 子的阴离子。当为两种W上的阴离子性原子的阴离子时,优选两种面素原子的阴离子,尤其 优选漠原子的阴离子及舰原子的阴离子。另外,此时的阴离子性原子的阴离子的比例并没 有特别限定。
[0176] 本发明中所使用的巧铁矿化合物优选具有具备上述各构成离子的巧铁矿型晶体 结构且由下述式(I)表示的巧铁矿化合物。
[0177]式(I) =AaMmXx
[0178] 式中,A表示周期表第一族元素或阳离子性有机基团。
[0179]M表不周期表第一族兀素W外的金属原子。X表不阴离子性原子。
[0180]a表示1或2,m表示1,a、m及X满足a+2m=X。即,X当a为1时为3,当a为2 时为4。
[0181] 式(I)中,周期表第一族元素或阳离子性有机基团A形成巧铁矿型晶体结构的上 述阳离子A。因此,周期表第一族元素及阳离子性有机基团A只要是能够成为上述阳离子A 而构成巧铁矿型晶体结构的元素或基团,则并没有特别限定。周期表第一族元素或阳离子 性有机基团A的含义与上述阳离子A中所说明的上述周期表第一族元素或阳离子性有机基 团相同,且优选的例子也相同。
[0182] 金属原子M为形成巧铁矿型晶体结构的上述金属阳离子M的金属原子。因此,金 属原子M只要是周期表第一族元素W外的原子且能够成为上述金属阳离子M而构成巧铁矿 型晶体结构的原子,则并没有特别限定。金属原子M的含义与上述金属阳离子M中所说明 的上述金属原子相同,优选的例子也相同。
[0183] 阴离子性原子X形成巧铁矿型晶体结构的上述阴离子X。因此,阴离子性原子X只 要是能够成为上述阴离子X而构成巧铁矿型晶体结构的原子,则并没有特别限定。阴离子 性原子X的含义与上述阴离子X中所说明的阴离子性原子相同,优选的例子也相同。
[0184]当a为I时,式(I)所表示的巧铁矿化合物为下述式(1-1)所表示的巧铁矿化合 物,当a为2时,为下述式(1-2)所表示的巧铁矿化合物。
[018引式(1-1) :AM)(3式(1-2):A2MX4
[0186] 上述式(1-1)及式(1-2)中,A表示周期表第一族元素或阳离子性有机基团,含义 与上述式(I)的A相同,优选的例子也相同。
[0187]M表示周期表第一族元素W外的金属原子,含义与上述式(I)的M相同,优选的例 子也相同。
[018引X表示阴离子性原子,含义与上述式(I)的X相同,优选的例子也相同。
[0189] 在此,对巧铁矿型晶体结构进行说明。
[0190] 如上所述,巧铁矿型晶体结构含有上述阳离子A、金属阳离子M及上述阴离子X作 为各构成离子。 阳191]图3(a)是表示I丐铁矿型晶体结构的基本单位晶格的图,图3化)是表示在I丐铁矿 型晶体结构中基本单位晶格=维连续的结构的图。图3(c)是表示在巧铁矿型晶体结构中 无机层和有机层交替层叠的层状结构的图。
[0192] 如图3 (a)所示,式(1-1)所表示的巧铁矿化合物具有在各顶点配置有阳离子A、在 体屯、配置有金属阳离子M、在W金属阳离子M为中屯、的立方晶的各面屯、配置有阴离子X的立 方晶系的基本单位晶格。并且,如图3(b)所示,一个基本单位晶格与相邻的(包围周围的) 其他26个各基本单位晶格共用阳离子A及阴离子X,取基本单位晶格=维连续的结构。
[0193] 另一方面,式(1-2)所表示的巧铁矿化合物相对于式(1-1)所表示的巧铁矿化合 物而言,在具有由金属阳离子M和阴离子X构成的MXe八面体运方面相同,但在基本单位晶 格及其排列样式方面不同。目P,如图3(c)所示,式(1-2)所表示的巧铁矿化合物具有通过 MXe八面体二维地(平面状)排列成一层而形成的无机层和通过阳离子A插入无机层之间 而形成的有机层交替层叠的层状结构。
[0194] 运种层状结构中,基本单位晶格在同一层的面内与相邻的其他基本单位晶格共用 阳离子A及阴离子X。另一方面,基本单位晶格在不同的层上不共用阳离子A及阴离子X。 该层状结构中,成为无机层被阳离子A所具有的有机基团分断的二维的层结构。如图3(c) 所示,阳离子A中的有机基团作为无机层间的间隔有机基团发挥功能。
[0195] 关于具有层状结构的巧铁矿化合物,例如可W参考化W.J.化em.,2008, 32, 1736。
[0196] 巧铁矿化合物通过阳离子A(周期表第一族元素或阳离子性有机基团A)来决定可 取的晶体结构。例如,当阳离子A为周期表第一族元素的阳离子或具有碳原子数为1的取 代基Ria等的阳离子性有机基团A的有机阳离子时,巧铁矿化合物由式(1-1)表示,容易取 立方晶系的晶体结构。作为运种阳离子A,例如可W举出CH3-NH3及具有能够由式(2)表示 的基团的有机阳离子中的H-C ( = NH)-畑3巧Ib及R k均为氨原子时)等的各阳离子。
[0197] 另一方面,当阳离子A为具有碳原子数2W上的取代基Ria等的阳离子性有机基团 A的阳离子时,巧铁矿化合物由式(1-2)表示,容易取层状的晶体结构。作为运种阳离子A, 例如可W举出具有作为取代基Ria进行了说明的碳原子数为2W上的烷基、环烷基、締基、烘 基、芳基、杂芳基及能够由上述式(2)表示的基团(其中,Rib及Rk为取代基时)的阳离子 性有机基团A的有机阳离子。
[019引本发明中所使用的巧铁矿化合物可W是式(1-1)所表示的化合物及式(1-2)所表 示的化合物中的任意一种,也可W是它们的混合物。因此,本发明中,巧铁矿化合物作为光 吸收剂只要存在至少一种即可,无需根据组成式、分子式及晶体结构等来严密、明确地区分 是哪一种化合物。
[0199]W下,例示出本发明中所使用的巧铁矿化合物的具体例,但本发明并不受它们的 限制。下述中,分开记载式(1-1)所表示的化合物和式(1-2)所表示
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