JP2019024035A - 光電変換素子の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
基体2は、略円筒形状であり、例えば、アルミニウム、ニッケル、マグネシウム、鉄、錫、チタン、金、銀、銅、タングステン、あるいはこれらの合金、ステンレスなどの金属、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等の透明ガラス、又はセラミック等の材質からなることが好ましい。
第1導電層3は、光電変換素子1の陰極として作用する層であり円筒形状の基体2の外側(図1(b)における図中上側)に形成される。
電子輸送層4は、光吸収層6において光励起により発生した電子を第1導電層3に輸送する層である。そのため、電子輸送層4は、光吸収層6で発生した電子が第1導電層3に容易に移動することができる材料で構成される。
光吸収層6は、光吸収材料(光電変換材料)を含み、図1(a)に示すように、光電変換素子1に入射した光を吸収し、電子およびホールを発生させる層である。光吸収層6では、この光吸収層6に含まれる光吸収材料のより低いエネルギーの電子が入射光により光励起され、より高いエネルギーの電子とホールとが発生する。このうち、電子は電子輸送層4に移動し、ホールはホール輸送層7に移動することによって電荷分離が行われる。
ホール輸送層7は、光吸収層6で生じたホールを捉えて、陽極である第2導電層8に輸送する層である。光電変換素子1においては、ホール輸送層7はホール輸送材料を主材料として構成される。具体的には、ホール輸送層7は、ホール輸送材料を70wt%以上含有することが好ましく、85〜100wt%含有することがより好ましい。ホール輸送層7は、有機バインダ樹脂や可塑剤等を含むことなく、このホール輸送材料単独で構成されてもよい。
第2導電層8は、光電変換素子1の陽極として作用する層である。第2導電層8に使用可能な陽極材料は特に限定されず、例えば、金、銀、白金等の金属、ヨウ化銅(CuI)、インジウムスズ酸化物(ITO)、酸化スズ(SnO2)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)等の導電性透明材料、銀ナノワイヤー、カーボンナノファイバーなど導電性微粒子、PEDOT/PSSなどの導電性ポリマー等を好適に用いることができる。これらの材料は、単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
第2導電層8の外側には保護層9が設けられてもよい。保護層9は、第2導電層8を覆う樹脂化合物、シュリンクフィルム、ラップフィルム、又はクリア塗料等のガスバリア性の高い材料からなり、空気中の水分や酸素などによる光電変換素子1内部の劣化を防止する。保護層9が設けられることで、光電変換素子1を設置等する際には、光電変換素子1の外面を衝撃や傷から保護することができる。光電変換素子1が密閉容器に収容される使用形態である場合には、保護層9は特に設けられなくともよい。
本発明の実施の形態に係る光電変換素子の製造方法は、ペロブスカイト構造化合物を含む光吸収層6の形成工程に特徴を有する。第1導電層3、第2導電層8、電子輸送層4、およびホール輸送層7等については、材料や製造方法に特に制限はなく、以下の説明はその一例としての工程を示す。
本発明に係る光電変換素子の製造方法の実施例として、図1(a)および図1(b)に示される構造の光電変換素子1を以下の工程により作製した。
実施例2に係る光電変換素子1の製造方法では、光吸収層形成工程において、塗工槽101への浸け込み速度を10mm/secとし、最下点で1秒間静止させ、塗工槽101からの引き上げ速度を5mm/secとして、浸漬塗布法によりペロブスカイト構造化合物を形成した。他の工程においては実施例1と同様として、光電変換素子1を作製した。
実施例3に係る光電変換素子1の製造方法では、光吸収層形成工程において、塗工槽101への浸け込み速度を10mm/secとし、最下点で1秒間静止させ、塗工槽101からの引き上げ速度を8mm/secとして浸漬塗布法によりペロブスカイト構造化合物を形成した。他の工程においては実施例1と同様として、光電変換素子1を作製した。
実施例4に係る光電変換素子1の製造方法では、ホール輸送層形成工程において、ホール輸送材料として下記式:
実施例5に係る光電変換素子1の製造方法では、光吸収層形成工程の後、ホール輸送層形成工程を経ずに保護層形成工程を行った。他の工程においては実施例1と同様として、ホール輸送層7を有しない光電変換素子1を作製した。
前記実施例1〜4に対し、比較例として次の工程により光電変換素子を製造した。この比較例に係る製造方法では、光吸収層形成工程において、多孔質酸化チタン層上に、PbI2塗布膜を形成し、CH3NH3I(和光純薬社製)をイソプロピルアルコールに溶解した塗布液をスプレー塗布により塗布した。他の工程においては実施例1と同様として、光電変換素子を作製した。
作製した実施例1〜5に係る光電変換素子(有機無機ハイブリッド光電変換素子)と、比較例の光電変換素子の各光電変換効率を測定した。測定は、ソーラーシミュレータ(ワコム電創社製)を用いて、作製した光電変換素子にAMフィルター(AM−1.5)を通じたキセノンランプからの100mW/cm2の疑似太陽光を照射し、金蒸着膜を陽極とし、アルミ基板を陰極として、光電変換素子の電流−電圧特性を測定した。測定結果を表1に示す。
2 基体
3 第1導電層(陰極)
4 電子輸送層
51 緻密酸化チタン層
52 多孔質酸化チタン層
6 光吸収層
7 ホール輸送層
8 第2導電層(陽極)
9 保護層
10 塗布装置
101 塗工槽
102 塗布液
103 円筒体
Claims (7)
- 一般式A−B−X3(ただし、Aは有機分子、Bは金属原子、Xはハロゲン原子である。)で表されるペロブスカイト構造化合物を含む光吸収層を有する光電変換素子の製造方法であって、
BX2溶液の塗布膜にAX溶液を塗布し、BX2とAXとを反応させてペロブスカイト構造化合物を形成する光吸収層形成工程を含み、
この光吸収層形成工程では、AX溶液を溜めた塗工槽に、前記塗布膜を備えた円筒形状の基体を浸漬させることを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 請求項1に記載の光電変換素子の製造方法において、
前記光吸収層形成工程では、前記塗工槽から前記基体を垂直方向に引き上げることを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 請求項1又は2に記載の光電変換素子の製造方法において、
前記光吸収層形成工程では、前記塗布膜を備えた基体を塗工槽に対して下降させ、該基体の全体が浸漬する最下点において静止させることを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 請求項1〜3のいずれか一つの請求項に記載の光電変換素子の製造方法において、
前記光吸収層形成工程では、前記塗布膜を備えた基体を塗工槽に対して下降させる漬け込み速度より、前記塗布膜を備えた基体を塗工槽から上昇させる引き上げ速度を遅くすることを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 請求項1〜4のいずれか一つの請求項に記載の光電変換素子の製造方法において、
ホール輸送材料を有機溶媒に溶解して塗布液を調整し、この塗布液を満たした塗工槽に前記光吸収層を備えた基体を浸漬塗布し、前記光吸収層上にホール輸送層を形成することを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 請求項1〜5のいずれか一つの請求項に記載の光電変換素子の製造方法において、
円筒形状の第1導電層上に電子輸送層を積層し、この電子輸送層上に前記光吸収層形成工程により光吸収層を積層し、
前記光吸収層上にホール輸送層を積層し、前記ホール輸送層上に第2導電層を積層して、円筒形状の光電変換素子を形成することを特徴とする光電変換素子の製造方法。 - 請求項1〜6のいずれか一つの請求項に記載の光電変換素子の製造方法において、
前記塗工槽は保温性を有することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
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