光电转换元件及太阳能电池的制作方法_4

文档序号:9635290阅读:来源:国知局
的化合物。但是,即使是 作为式(1-1)所表示的化合物而例示出的化合物,根据合成条件等也有可能成为式(1-2) 所表示的化合物,并且,也有可能成为(1-1)所表示的化合物和式(1-2)所表示的化合物的 混合物。同样地,即使是作为式(1-2)所表示的化合物而例示出的化合物,也有可能成为式 (1-1)所表示的化合物,并且,也有可能成为式(1-1)所表示的化合物和式(1-2)所表示的 化合物的混合物。
[0200] 作为式(1-1)所表示的化合物的具体例,例如可W举出邸3畑3?6化、CHsNHsPbB。、 CHsNHsPbIs'CHsNHsPbBrlz、CHsNHsPbB^I、邸3聯址。、吼聯吨、CH( =MDNHsPbls。
[020。 作为式(1-?所表示的化合物的具体例,例如可W举出(C2H5NH3)2PW4、(邸2=CHNHs)2Pbl4、(CH三CNH3)2Pbl4、(n-C3H7NH3)2Pbl4、(Ii-CaHsNHs)2Pbl4、(CeHsNHs)2Pbl4、 (CeH3F2NH3)2Pbl4、(CeF5NH3)2Pbl4、(C4H3SNH3)2Pbl4。
[020引 在此,(C4H3SNH3)zPbl冲的C化8畑3为氨基嚷吩。
[0203] 巧铁矿化合物能够由MXz和AX合成。例如,可W举出上述非专利文献1。并 且,也可W举出AkihiroKojima,KenjiroTeshima,YasuoShirai,andTsutomu Miyasaka,"OrganometalHalidePerovskitesasVisible-LightSensitizersfor PhotovoltaicCells" ,J.Am.Qiem.Soc. , 2009, 131(17), 6050-6051。
[0204] 光吸收剂的使用量只要是覆盖多孔层12或阻挡层14的表面中光所入射的表面的 至少一部分的量即可,优选覆盖整个表面的量。
[0205] <固体空穴传输层3 >
[0206] 固体空穴传输层(也简称为空穴传输层)3为具有向光吸收剂的氧化体补充电子 的功能的固体状的层。空穴传输层3优选设置于第一电极1的感光层13与第二电极2之 间。
[0207] 形成空穴传输层3的空穴传输材料并没有特别限定,可W举出化I、化NCS等无机 材料及日本专利公开2001-291534号公报的段落号0209~0212中所记载的有机空穴传输 材料等。作为有机空穴传输材料,优选聚嚷吩、聚苯胺、聚化咯及聚硅烷等导电性高分子、两 个环共用取C、Si等四面体结构的中屯、原子的螺环化合物、=芳胺等芳香族胺化合物、=亚 苯基化合物、含氮杂环化合物或液晶性氯基化合物。
[020引空穴传输材料优选能够进行溶液涂布且成固体状的有机空穴传输材料,具 体而言,可W举出2,2',7, 7'-四-(N,N-二对甲氧基苯胺)-9,9-螺双巧(也称为 Spiro-OMeTAD)、聚(3-己基嚷吩-2, 5-二基)、4-(二乙基氨基)苯甲醒二苯基腺、聚乙締 二氧基嚷吩(P邸OT)等。
[0209] 空穴传输层3的膜厚并没有特别限定,优选50ymW下,更优选1皿~10ym,进 一步优选5皿~5Jim,尤其优选10皿~1Jim。另外,空穴传输层3的膜厚相当于第二电极 2与多孔层12的表面或感光层13的表面的平均距离。关于膜厚,使用扫描型电子显微镜 (SEM)等观察光电转换元件10的剖面,与多孔层12的膜厚同样地将10个划分区域各自的 最长距离的平均值作为膜厚。
[0210] 本发明中,多孔层12、感光层13及空穴传输层3的合计膜厚并没有特别限定,例如 优选0. 1~200Jim,更优选0. 5~50Jim,进一步优选0. 5~5ym。多孔层12、感光层13 及空穴传输层3的合计膜厚能够分别与多孔层12的膜厚同样地进行测定。
[0211] <第二电极2>
[0212] 第二电极2在太阳能电池中作为正极发挥功能。第二电极2只要具有导电性,贝U 并没有特别限定,通常可W设为与导电性支撑体11相同的结构。当强度充分被确保时,未 必需要支撑体11曰。
[0213] 作为第二电极2的结构,优选集电效果较高的结构。为了使光到达感光层13,导电 性支撑体11和第二电极2中的至少一者必须实质上为透明。本发明的太阳能电池中,优选 导电性支撑体11为透明且使太阳光从支撑体Ila侧入射。此时,第二电极2进一步优选具 有反射光的性质。
[0214]作为形成第二电极2的材料,例如可W举出销(Pt)、金(Au)、儀(Ni)、铜(化)、银 (Ag)、铜化)、钉(Ru)、钮(Pd)、锭她)、银化)、饿(Os)等金属、上述导电性的金属氧化 物、碳材料等。作为碳材料,只要是碳原子彼此键合而成的具有导电性的材料即可,例如可 W举出富勒締、碳纳米管、石墨、石墨締等。
[0215] 作为第二电极2,优选具有金属或导电性的金属氧化物的薄膜(包含蒸锻而成的 薄膜)的玻璃或塑料,尤其优选具有金或销的薄膜的玻璃、或蒸锻有销的玻璃。
[0216] 第二电极2的膜厚并没有特别限定,优选0.01~lOOym,进一步优选0.01~ 10ym,尤其优选0.Ol~1ym。
[0217] <其他构成>
[021引本发明中,为了防止第一电极1与第二电极2的接触,也可W代替阻挡层14或与 阻挡层14 一同使用间隔物或分离物。
[0219] 并且,也可W在第二电极2与空穴传输层3之间设置空穴阻挡层。
[0220] <<太阳能电池>>
[0221] 例如,如图1及图2所示,本发明的太阳能电池构成为使本发明的光电转换元件对 外部电路6进行工作。连接于第一电极1(导电性支撑体11)及第二电极2的外部电路可 W无特别限制地使用公知的外部电路。
[0222] 为了防止构成物的劣化及蒸散等,本发明的太阳能电池优选用聚合物或粘接剂等 密封侧面。
[0223] 可适用本发明的光电转换元件的太阳能电池并没有特别限定,例如,可W举出专 利文献1、非专利文献1中所记载的太阳能电池。
[0224] 如上所述,本发明的光电转换元件及巧铁矿敏化太阳能电池具有含有至少一种绝 缘材料的多孔层,太阳能电池间的电压变动较小,发挥稳定的电池性能。
[0225] <<光电转换元件及太阳能电池的制造方法> >
[0226] 本发明的光电转换元件及太阳能电池能够按照公知的制造方法例如专利文献1 及非专利文献1等中所记载的方法进行制造。
[0227]W下,对本发明的光电转换元件及太阳能电池的制造方法进行简单说明。
[022引在导电性支撑体11的表面根据需要形成阻挡层14及多孔层12。
[0229] 阻挡层14例如能够通过将含有上述绝缘性物质或其前体化合物等的分散物涂布 于导电性支撑体11的表面并进行烧成的方法或喷雾热解法等进行成膜。
[0230] 作为形成多孔层12的方法并没有特别限定,例如可W举出湿式法、干式法、其他 方法(例如,化emicalReview,第110卷、6595页(2010年)中所记载的方法)。在运些方 法中,优选在导电性支撑体11的表面涂布分散物(浆料)之后,将分散有多孔材料的分散 物在100~800°C的溫度下烧成10分钟~10小时。由此,能够使微粒彼此粘附。
[0231] 当进行多次烧成时,优选在使最后的烧成W外的烧成的溫度(最后W外的烧成溫 度)比最后的烧成的溫度(最后的烧成溫度)低的溫度下进行。例如,当使用氧化铁浆料 时,可W将最后W外的烧成溫度设定在50~300°C的范围内。并且,可W将最后的烧成溫度 在100~600°C的范围内设定成高于最后W外的烧成溫度。当使用玻璃支撑体作为支撑体 Ila时,烧成溫度优选60~500°C。
[0232] 当多孔层12由两种W上的多孔材料堆积而成的微粒层构成时,能够使用含有两 种W上的多孔材料的分散物或含有多孔材料的多个分散物,通过上述方法进行成膜。
[0233] 尤其,多孔层12当由在第一多孔材料的表面具有第二多孔材料的微粒堆积而成 时,也能够预先制备在第一多孔材料的表面具有第二多孔材料的多孔材料,并通过上述方 法进行成膜,还能够在第一多孔材料堆积而成的层的表面堆积第二多孔材料、即依次堆积 多孔材料来进行成膜。例如,能够通过上述方法来进行第一多孔材料堆积而成的层的成膜, 接着,通过溶液浸溃法或电析出法等堆积第二多孔材料。具体而言,溶液浸溃法中,在使第 二多孔材料或其前体化合物(例如,醇盐、无机化合物、盐、络合物等)溶解于溶剂中而得到 的分散液中,将成膜有第一多孔材料堆积而成的层的导电性支撑体11浸溃或进行涂布,并 根据需要清洗并干燥之后,在空气中W600°CW下的溫度进行烧成。
[0234] 进行多孔层12的成膜时的多孔材料或第一多孔材料在支撑体11的表面积每Im2 的涂布量只要成为上述含有率,则并没有特别限定,例如优选0. 5~500g,进一步优选5~ 100go
[0235] 多孔层12中的绝缘材料的含有率能够通过改变分散物的浓度、涂布量或涂布次 数等来进行调整。
[0236] 接着,设置感光层13。
[0237] 首先,制备用于形成感光层的光吸收剂溶液。光吸收剂溶液含有作为上述巧铁矿 化合物的原料的MXz和AX。在此,A、M及X的含义与上述式(I)的A、M及X相同。
[023引接着,将所制备的光吸收剂溶液涂布于多孔层12的表面并进行干燥。由此,巧铁 矿化合物形成于多孔层12的表面。
[0239] 如此在多孔层12的表面设置含有至少一种巧铁矿化合物的感光层13。
[0240]在如此设置的感光层13上涂布含有空穴传输材料的空穴传输材料溶液并进行干 燥来进行空穴传输层3的成膜。
[0241] 在涂布性优异运点及容易进入多孔层12的孔内部运点上,空穴传输材料溶液的 空穴传输材料的浓度优选为0. 1~1.OM(摩尔/L)。
[0242] 在进行空穴传输层3的成膜之后形成第二电极2来制造光电转换元件及太阳能电 池。
[0243] 各层的膜厚能够通过适当改变各分散液或溶液的浓度、涂布次数来进行调整。例 如,当设置图2所示的膜厚较厚的感光层13B时,涂布多次分散液并进行干燥即可。
[0244] 上述各分散液及溶液分别根据需要可W含有分散助剂、表面活性剂等添加剂。
[0245] 作为光电转换元件及太阳能电池的制造方法中所使用的溶剂或分散介质,可W举 出日本专利公开2001-291534号公报中所记载的溶剂,但并不特别限定于此。本发明中,优 选有机溶剂,进而更优选醇溶剂、酷胺溶剂、腊溶剂、控溶剂、内醋溶剂及它们的两种W上的 混合溶剂。作为混合溶剂,优选醇溶剂与选自酷胺溶剂、腊溶剂或控溶剂中的溶剂的混合溶 剂。具体而言,优选甲醇、乙醇、丫-下内醋、氯苯、乙腊、二甲基甲酯胺值MF)或二甲基乙酷 胺、或它们的混合溶剂。
[0246] 形成各层的溶液或分散剂的涂布方法并没有特别限定,可W利用旋涂、挤出模涂 布、刮板涂布、棒涂、网版印刷、模板(stencil)印刷、漉涂、帘式涂布、喷涂、浸涂、喷墨印刷 法、浸溃法等公知的涂布方法。其中,优选旋涂、网版印刷、浸溃法等。
[0247] 太阳能电池可W通过在如上制作的光电转换元件的第一电极1及第二电极2连接 外部电路来进行制造。
[024引 实施例
[0249]W下,根据实施例对本发明进行进一步详细的说明,但本发明并不限定于此。
[0250] 实施例1
[0巧。按照W下所示的顺序,制造图1所示的光电转换元件IOA及太阳能电池。另外,当 感光层13的膜厚较大时,对应图2所示的光电转换元件IOB及太阳能电池。
[0巧2] 关于各例中所使用的多孔材料,与巧铁矿化合物的最低未占分子轨道(LUMO)的 能级进行比较来设为绝缘材料或半导电性多孔材料进行使用。
[0巧3] 另外,通过NanoscaleResearchLetters2012, 7 :353中所记载的方法计算出 巧铁矿化合物=CHsNHsPbIs的最低未占分子轨道(LUMO)的能级(-3. 9eV)。示出同样计算 出的巧铁矿化合物的LUMO的能级。邸3畑3口68。(-3. 4eV)、[CH( =NH)NH3]Pbl3(-4.OeV)、 (CHs^NHs)ZPb!4(-3. 4eV)
[0254] 由上述两文献中所记载的值计算出多孔材料的下述能级。具体如下。
[0巧5] 绝缘材料:二氧化错(导带的能级:-3. 1~-3. 2eV)、氧化侣(导带的能 级:-1. 0~0.OeV)及二氧化娃(导带的能级:-1. 0~0.OeV)
[0巧6] 半导电性多孔材料:氧化铁(导带的能级:-4.0~-4. 2eV)、氧化锋(导带的能 级:-3. 9~-4.IeV)及氧化锡(导带的能级:-4. 3~-4. 5eV)。
[0巧7] 运些值为换算成标准氨电极(NormalHy化OgenElectrode:畑E)的值(VS.N肥)。
[0巧引(光电转换元件及太阳能电池(试样No. 101~106)的制造)
[0259] 首先,分别制造具有两种多孔材料(绝缘材料及半导电性多孔材料)W混合存在 的状态堆积而成的多孔层12(多孔层方式B)、光吸收剂A:邸3饥13化化3及固体电解质的光电 转换元件及太阳能电池(试样No. 101~106)。
[0260](光电转换元件及太阳能电池(试样No.101)的制造)
[0261] <阻挡层14的成膜>
[0262] 用1-下醇稀释二异丙氧基双(乙酷丙酬)铁的15质量%异丙醇溶液(AWrich Co.,Ltd.制)来制备0. 02M的阻挡层用溶液。
[0263] 在玻璃基板(支撑体11曰,厚度2. 2mm)上形成渗氣的Sn化导电膜(透明电极Ub) 来制作导电性支撑体11。使用所制备的0. 02M的阻挡层用溶液,在450°C下,通过喷雾热解 法在上述Sn〇2导电膜上进行阻挡层14(膜厚50nm)的成膜。
[0264] <多孔层12的成膜>
[026引在W质量比狂r02/Ti化)3/97的比例含有二氧化错狂r化,平均粒径30皿,球形)及 氧化铁们02,锐铁矿,平均粒径25皿,球形)的乙醇分散液中加入乙基纤维素、十二烧酸及 祗品醇来制备混合浆料A。
[0266] 利用网版印刷法,在阻挡层14之上涂布所制备的混合浆料A,并在500°C下烧成1 小时。进行多次该混合浆料A的涂布及烧成来进行多孔层12(膜厚0.6ym)的成膜。另外, 关于烧成,在最后W外的烧成溫度130°C下进行烧成,在500°C下进行1小时最后的烧成。
[0267] <感光层13A的形成>
[026引在烧瓶中,在0°C下将甲胺的40%甲醇溶液(27.86血)和57质量%的漠化氨的 水溶液(氨漠酸,30mL)揽拌两小时之后进行浓缩来得到邸3畑3化的粗产物。将所得到的 邸3畑3化的粗产物溶解于乙醇中,用二乙酸再结晶。滤取析出的晶体,在60°C下减压干燥24 小时来得到提纯細3畑3虹。
[026引接着,将提纯邸3畑3化与化化拟摩尔比设为2:1,在60°C下,在丫-下内醋中揽 拌混合12小时之后,用聚四氣乙締(PT阳)注射过滤器进行过滤来制备40质量%的光吸收 剂溶液A。
[0270] 通过旋涂法(W2000巧m60秒,接着W3000巧m60秒
当前第4页1 2 3 4 5 6 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1