JP6763560B2

JP6763560B2 - 有機−無機複合太陽電池および有機−無機複合太陽電池の製造方法

Info

Publication number: JP6763560B2
Application number: JP2019502222A
Authority: JP
Inventors: キム、ヨンナム; ジュンパク、サン; キム、セイヨン; ファンキム、ドク
Original assignee: エルジー・ケム・リミテッド
Priority date: 2016-09-23
Filing date: 2017-09-19
Publication date: 2020-09-30
Anticipated expiration: 2037-09-19
Also published as: KR20180033074A; CN109643761B9; JP2019522371A; KR102295772B1; CN109643761B; KR20200019165A; US20190180946A1; CN109643761A

Description

本出願は、２０１６年９月２３日付で韓国特許庁に出願された韓国特許出願第１０−２０１６−０１２２３４４号および２０１７年９月１５日付で韓国特許庁に出願された韓国特許出願第１０−２０１７−０１１８７９０号の出願日の利益を主張し、その内容のすべては本明細書に組み込まれる。

本明細書は、有機−無機複合太陽電池および有機−無機複合太陽電池の製造方法に関する。

化石エネルギーの枯渇とその使用による地球環境的な問題を解決するために、太陽エネルギー、風力、水力のような、再生可能で、クリーンな代替エネルギー源に対する研究が活発に進められている。このうち、太陽光から直接電気的エネルギーを変化させる太陽電池に対する関心が大きく増加している。ここで、太陽電池とは、太陽光から光エネルギーを吸収して電子と正孔を発生する光起電効果を利用して電流−電圧を生成する電池を意味する。

有機−無機複合ペロブスカイト物質は、吸光係数が高く、溶液工程により容易に合成が可能な特性のため、最近、有機−無機複合太陽電池の光吸収物質として注目されている。

しかし、既存のペロブスカイト物質を適用した有機−無機複合太陽電池の場合、耐熱、耐光特性などの信頼性の確保が難しい問題点があった。これを克服するために、有機物ベースの共通層の代わりに、金属酸化物ベースの共通層を適用する研究が行われている。

本明細書は、安定性およびエネルギー変換効率に優れた有機−無機複合太陽電池および有機−無機複合太陽電池の製造方法を提供する。

本明細書の一実施態様は、第１電極と、
前記第１電極上に備えられた第１共通層と、
前記第１共通層上に備えられたペロブスカイト構造の化合物を含む光吸収層と、
前記光吸収層上に備えられた第２共通層と、
前記第２共通層上に備えられた第３共通層と、
前記第３共通層上に備えられた第２電極とを含み、
前記第１共通層は、第１金属酸化物ナノ粒子を含み、
前記第２共通層は、第２金属酸化物ナノ粒子を含み、
前記第３共通層は、フラーレン誘導体を含むものである有機−無機複合太陽電池を提供する。
本明細書の他の実施態様は、第１電極を形成するステップと、
前記第１電極上に第１共通層を形成するステップと、
前記第１共通層上にペロブスカイト構造の化合物を含む光吸収層を形成するステップと、
前記光吸収層上に第２共通層を形成するステップと、
前記第２共通層上に第３共通層を形成するステップと、
前記第３共通層上に備えられた第２電極を形成するステップとを含み、
前記第１共通層は、第１金属酸化物ナノ粒子を含み、
前記第２共通層は、第２金属酸化物ナノ粒子を含み、
前記第３共通層は、フラーレン誘導体を含むものである有機−無機複合太陽電池の製造方法を提供する。

本明細書の一実施態様に係る有機−無機複合太陽電池は、耐光性を向上させる効果がある。

また、本明細書の一実施態様に係る有機−無機複合太陽電池は、光吸収層の損傷なく、光吸収層上に２層の共通層が積層される効果がある。

さらに、本明細書の一実施態様に係る有機−無機複合太陽電池は、広い光スペクトルを吸収可能で、光エネルギーの損失が減少し、エネルギー変換効率が上昇する効果がある。

本明細書の実施態様に係る有機−無機複合太陽電池の構造を例示するものである。本明細書の実施例で製造された有機−無機複合太陽電池の断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージを示すものである。（ａ）本明細書の実施例および比較例２で製造された有機−無機複合太陽電池の時間に応じた短絡電流（Ｊ_ｓｃ）の変化値を示すものである。（ｂ）本明細書の実施例および比較例２で製造された有機−無機複合太陽電池の時間に応じた開放電圧（Ｖ_ｏｃ）の変化値を示すものである。（ｃ）本明細書の実施例および比較例２で製造された有機−無機複合太陽電池の時間に応じた効率（ＰＣＥ）の変化値を示すものである。（ｄ）本明細書の実施例および比較例２で製造された有機−無機複合太陽電池の時間に応じた充電率（ＦＦ）の変化値を示すものである。

以下、本明細書を詳細に説明する。

本明細書において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。

本明細書において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているとする時、これは、ある部材が他の部材に接している場合のみならず、２つの部材の間にさらに他の部材が存在する場合も含む。

本明細書に係る有機−無機複合太陽電池は、第１電極と、
前記第１電極上に備えられた第１共通層と、
前記第１共通層上に備えられたペロブスカイト構造の化合物を含む光吸収層と、
前記光吸収層上に備えられた第２共通層と、
前記第２共通層上に備えられた第３共通層と、
前記第３共通層上に備えられた第２電極とを含み、
前記第１共通層は、第１金属酸化物ナノ粒子を含み、
前記第２共通層は、第２金属酸化物ナノ粒子を含み、
前記第３共通層は、フラーレン誘導体を含む。

図１は、本明細書の一実施態様に係る有機−無機複合太陽電池の構造を例示した。具体的には、図１は、基板１０１上に第１電極１０２が備えられ、第１電極１０２上に第１共通層１０３が備えられ、第１共通層１０３上に光吸収層１０４が備えられ、光吸収層１０４上に第２共通層１０５が備えられ、第２共通層１０５上に第３共通層（１０６）が備えられ、第３共通層（１０６）上に第２電極（１０７）が備えられた有機−無機複合太陽電池の構造を例示するものである。本明細書に係る有機−無機複合太陽電池は、図１の積層構造に限定されず、追加の部材がさらに含まれてもよい。

本明細書の一実施態様において、前記光吸収層は、下記化学式１または化学式２で表されるペロブスカイト構造の化合物を含む。
［化学式１］
ＡＭＸ_３
［化学式２］
Ａ'_ｙＡ''_{（１−ｙ）}Ｍ'Ｘ'_ＺＸ''_{（３−ｚ）}
前記化学式１または化学式２において、
Ａ'およびＡ''は、互いに異なり、Ａ、Ａ'およびＡ''はそれぞれ、Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＮＨ_３ ^＋、ＮＨ_４ ^＋、ＨＣ（ＮＨ_２）_２ ^＋、Ｃｓ^＋、ＮＦ_４ ^＋、ＮＣｌ_４ ^＋、ＰＦ_４ ^＋、ＰＣｌ_４ ^＋、ＣＨ_３ＰＨ_３ ^＋、ＣＨ_３ＡｓＨ_３ ^＋、ＣＨ_３ＳｂＨ_３ ^＋、ＰＨ_４ ^＋、ＡｓＨ_４ ^＋、およびＳｂＨ_４ ^＋から選択される１価の陽イオンであり、
ＭおよびＭ'はそれぞれ、Ｃｕ^２＋、Ｎｉ^２＋、Ｃｏ^２＋、Ｆｅ^２＋、Ｍｎ^２＋、Ｃｒ^２＋、Ｐｄ^２＋、Ｃｄ^２＋、Ｇｅ^２＋、Ｓｎ^２＋、Ｂｉ^２＋、Ｐｂ^２＋、およびＹｂ^２＋から選択される２価の金属イオンであり、
Ｘ、Ｘ'およびＸ''はそれぞれ、ハロゲンイオンであり、
ｎは、１〜９の整数であり、
０＜ｙ＜１であり、
０＜ｚ＜３である。

本明細書の一実施態様において、前記光吸収層のペロブスカイト構造の化合物は、単一陽イオンを含むことができる。本明細書において、単一陽イオンとは、１種類の１価の陽イオンを用いたものを意味する。すなわち、化学式１において、Ａとして、１種類の１価の陽イオンのみが選択されたものを意味する。例えば、前記化学式１のＡは、Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＮＨ_３ ^＋であり、ｎは、１〜９の整数であってもよい。

本明細書の一実施態様において、前記光吸収層のペロブスカイト構造の化合物は、複合陽イオンを含むことができる。本明細書において、複合陽イオンとは、２種類以上の１価の陽イオンを用いたものを意味する。すなわち、化学式２において、Ａ'およびＡ''として、それぞれ互いに異なる１価の陽イオンが選択されたものを意味する。例えば、前記化学式２のＡ'は、Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋１ＮＨ_３ ^＋、Ａ''は、ＨＣ（ＮＨ_２）_２ ^＋であり、ｎは、１〜９の整数であってもよい。

本明細書の一実施態様において、前記ＭおよびＭ'は、Ｐｂ^２＋であってもよい。

本明細書の一実施態様において、前記第１共通層は、第１金属酸化物ナノ粒子を含み、前記第２共通層は、第２金属酸化物ナノ粒子を含む。

本明細書の一実施態様において、前記第１金属酸化物ナノ粒子および前記第２金属酸化物ナノ粒子はそれぞれ、Ｎｉ酸化物、Ｃｕ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｔｉ酸化物，およびＳｎ酸化物のうちの少なくとも１つを含み、前記第１金属酸化物ナノ粒子と前記第２金属酸化物ナノ粒子は、互いに異なる。

具体的には、前記第１金属酸化物ナノ粒子は、Ｎｉ酸化物およびＣｕ酸化物のうちの少なくとも１つを含み、前記第２金属酸化物ナノ粒子は、Ｚｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、およびＳｎ酸化物のうちの少なくとも１つを含むことができる。

本明細書の一実施態様において、前記第１共通層、第２共通層、第３共通層はそれぞれ、電子輸送層または正孔輸送層を意味する。

本明細書の一実施態様において、前記第１共通層は、正孔輸送層であり、前記第２共通層は、第１電子輸送層であり、前記第３共通層は、第２電子輸送層であってもよい。

本明細書の一実施態様において、前記第１共通層は、電子輸送層であり、前記第２共通層は、第１正孔輸送層であり、前記第３共通層は、第２正孔輸送層であってもよい。

本明細書の一実施態様において、前記第３共通層は、フラーレン誘導体を含むことができる。この場合、第３共通層は、電子輸送層である。

本明細書の一実施態様において、前記第１共通層の厚さは、３ｎｍ〜１５０ｎｍであってもよい。本明細書において、第１共通層の厚さは、第１共通層が第１電極に接する表面と、第１共通層が光吸収層に接する表面との間の幅を意味する。

本明細書の一実施態様において、前記第２共通層の厚さは、３ｎｍ〜１５０ｎｍであってもよい。本明細書において、第２共通層の厚さは、第２共通層が光吸収層に接する表面と、第２共通層が第３共通層に接する表面との間の幅を意味する。

本明細書の一実施態様において、前記第３共通層の厚さは、３ｎｍ〜１５０ｎｍであってもよい。本明細書において、第３共通層の厚さは、第３共通層が第２共通層に接する表面と、第３共通層が第２電極に接する表面との間の幅を意味する。

本明細書の一実施態様において、前記光吸収層の厚さは、１００ｎｍ〜１０００ｎｍであってもよい。

本明細書の他の実施態様は、第１電極を形成するステップと、
前記第１電極上に第１共通層を形成するステップと、
前記第１共通層上にペロブスカイト構造の化合物を含む光吸収層を形成するステップと、
前記光吸収層上に第２共通層を形成するステップと、
前記第２共通層上に第３共通層を形成するステップと、
前記第３共通層上に備えられた第２電極を形成するステップとを含み、
前記第１共通層は、第１金属酸化物ナノ粒子を含み、
前記第２共通層は、第２金属酸化物ナノ粒子を含み、
前記第３共通層は、フラーレン誘導体を含むものである有機−無機複合太陽電池の製造方法を提供する。

本明細書の一実施態様において、前記第１共通層を形成するステップは、前記第１電極上に第１金属酸化物ナノ粒子と第１分散剤とを含む第１溶液をコーティングするステップを含む。

本明細書の一実施態様において、前記第２共通層を形成するステップは、前記光吸収層上に第２金属酸化物ナノ粒子と第２分散剤とを含む第２溶液をコーティングするステップを含む。

本明細書の一実施態様において、前記第１溶液および第２溶液はそれぞれ、無極性溶媒を含む。具体的には、前記第１溶液および第２溶液はそれぞれ、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、キシレン（ｘｙｌｅｎｅ）、ベンゼン、ヘキサン、ジエチルエーテル、およびトルエンなどがあるが、これらにのみ限定されるものではない。

一般的に、金属酸化物ナノ粒子は、水系、アルコール系などの極性溶媒に分散しているが、有機−無機複合太陽電池の光吸収層に適用されるペロブスカイト構造の化合物の場合、極性溶媒に弱くて、光吸収層上に金属酸化物ナノ粒子を適用させるのに困難があった。

本明細書の一実施態様では、分散剤を含むことにより、ペロブスカイト構造の化合物を含む光吸収層の上部に金属酸化物ナノ粒子が含まれた無極性溶媒の適用が可能であるという利点がある。

本明細書の一実施態様において、分散剤は、第１分散剤および第２分散剤のうちの少なくとも１つを意味することができる。

本明細書の一実施態様において、金属酸化物ナノ粒子は、第１金属酸化物ナノ粒子および第２金属酸化物ナノ粒子のうちの少なくとも１つを意味することができる。

本明細書の一実施態様において、前記分散剤は、４−ビニルピリジン（４−ｖｉｎｙｌｐｙｒｉｄｉｎｅ）、ａ−メチルスチレン（ａ−ｍｅｔｈｙｌｓｔｙｒｅｎｅ）、ブチルアクリレート（ｂｕｔｙｌａｃｒｙｌａｔｅ）、ポリエチレングリコール（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｇｌｙｃｏｌ）、これらの混合物またはこれらの重合体であってもよい。

本明細書の一実施態様において、前記第１溶液は、前記第１分散剤を、前記金属ナノ粒子対比、０ｗｔ％超過、１０ｗｔ％以下で含む。分散剤が前記範囲を満足する場合、素子内部の電気的抵抗の上昇が少なくなって、高い光電変換効率が得られる効果がある。

本明細書の一実施態様において、前記第２溶液は、前記第２分散剤を、前記金属ナノ粒子対比、０ｗｔ％超過、１０ｗｔ％以下で含む。分散剤が前記範囲を満足する場合、素子内部の電気的抵抗の上昇が少なくなって、高い光電変換効率が得られる効果がある。

本明細書の一実施態様において、前記光吸収層は、スピンコーティング、スリットコーティング、ディップコーティング、インクジェットプリンティング、グラビアプリンティング、スプレーコーティング、ドクターブレード、バーコーティング、ブラシペインティング、または熱蒸着方法により形成される。

本明細書において、フラーレン誘導体は、フラーレンを含み、フラーレンの原子の一部が他の原子または原子団によって置換された化合物を意味する。フラーレン誘導体の例としては、ＰＣＢＭ（［６，６］−ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ_６１−ｂｕｔｙｒｉｃａｃｉｄｍｅｔｈｙｌｅｓｔｅｒ）、ＩＣＢＡ（ｉｎｄｅｎｅ−Ｃ_６０ｂｉｓａｄｄｕｃｔ）、およびＩＣＭＡ（ｉｎｄｅｎｅ−Ｃ_６０ｍｏｎｏａｄｄｕｃｔ）などがあるが、これらに限定されるものではない。

本明細書の一実施態様において、第３共通層を形成するステップは、フラーレン誘導体を含む第３溶液を第２共通層上にコーティングするステップを含む。

本明細書の一実施態様において、前記第３溶液内のフラーレン誘導体は、０．１ｗｔ％〜５ｗｔ％含まれてもよい。

本明細書の一実施態様において、前記第３溶液は、クロロベンゼンであってもよいが、これにのみ限定されるものではない。

本明細書の一実施態様において、前記第１溶液、第２溶液、および第３溶液をコーティングするステップは、当業界で使用される方法であればすべて可能である。例えば、スピンコーティング、ディップコーティング、またはスプレーコーティングであってもよいが、これに限定されるものではない。

本明細書の一実施態様において、前記有機−無機複合太陽電池は、基板をさらに含んでもよい。具体的には、前記基板は、第１電極の下部に備えられる。

本明細書の一実施態様において、前記基板は、透明性、表面平滑性、取り扱い容易性および防水性に優れた基板を用いることができる。具体的には、ガラス基板、薄膜ガラス基板、またはプラスチック基板を用いることができる。前記プラスチック基板は、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ｐｏｌｙｅｈｔｙｌｅｎｅｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＮ）、ポリエーテルエーテルケトン（ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、およびポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ）などのフィルムが単層または複層の形態で含まれてもよい。ただし、前記基板はこれに限定されず、有機−無機複合太陽電池に通常使用される基板を用いることができる。

本明細書の一実施態様において、前記第１電極は、アノードであり、前記第２電極は、カソードであってもよい。また、前記第１電極は、カソードであり、前記第２電極は、アノードであってもよい。

本明細書の一実施態様において、前記第１電極は、透明電極であり、前記有機−無機複合太陽電池は、前記第１電極を経由して光を吸収するものであってもよい。

前記第１電極が透明電極の場合、前記第１電極は、インジウムスズ酸化物（ｉｎｄｉｕｍ−ｔｉｎｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、またはフッ素含有酸化スズ（ｆｌｏｕｒｉｎｅ−ｄｏｐｅｄｔｉｎｏｘｉｄｅ、ＦＴＯ）などのような導電性酸化物であってもよい。さらに、前記第１電極は、半透明電極であってもよい。前記第１電極が半透明電極の場合、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、マグネシウム（Ｍｇ）、またはこれらの合金といった半透明金属で製造される。半透明金属が第１電極として使用される場合、前記有機−無機複合太陽電池は、微細空洞構造を有することができる。

本明細書の一実施態様において、前記電極が透明導電性酸化物層の場合、前記電極は、ガラスおよび石英板のほか、ポリエチレンテレフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ、ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅｎａｐｈｔｈｅｌａｔｅ、ＰＥＮ）、ポリプロピレン（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ、ＰＰ）、ポリイミド（ｐｏｌｙｉｍｉｄｅ、ＰＩ）、ポリカーボネート（ｐｏｌｙｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）、ポリスチレン（ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ、ＰＳ）、ポリオキシエチレン（ｐｏｌｙｏｘｙｅｔｈｙｌｅｎｅ、ＰＯＭ）、ＡＳ樹脂（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅｓｔｙｒｅｎｅｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、ＡＢＳ樹脂（ａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅｂｕｔａｄｉｅｎｅｓｔｙｒｅｎｅｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）、トリアセチルセルロース（ｔｒｉａｃｅｔｙｌｃｅｌｌｕｌｏｓｅ、ＴＡＣ）、およびポリアリレート（ｐｏｌｙａｒｙｌａｔｅ、ＰＡＲ）などを含むプラスチックのような、柔軟で透明な物質上に導電性を有する物質がドーピングされたものが使用できる。

具体的には、酸化スズインジウム（ｉｎｄｉｕｍｔｉｎｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、フッ素ドーピングされたチンオキサイド（ｆｌｕｏｒｉｎｅｄｏｐｅｄｔｉｎｏｘｉｄｅ；ＦＴＯ）、アルミニウムドーピングされたジンクオキサイド（ａｌｕｍｉｎｉｕｍｄｏｐｅｄｚｉｎｃｏｘｉｄｅ、ＡＺＯ）、ＩＺＯ（ｉｎｄｉｕｍｚｉｎｃｏｘｉｄｅ）、ＺｎＯ−Ｇａ_２Ｏ_３、ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ_３、およびＡＴＯ（ａｎｔｉｍｏｎｙｔｉｎｏｘｉｄｅ）などになってもよいし、より具体的には、ＩＴＯであってもよい。

本明細書の一実施態様において、前記第２電極は、金属電極であってもよい。具体的には、前記金属電極は、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、モリブデン（Ｍｏ）、金（Ａｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、マグネシウム（Ｍｇ）、クロム（Ｃｒ）、カルシウム（Ｃａ）、およびサマリウム（Ｓｍ）からなる群より選択される１種または２種以上を含むことができる。

本明細書の一実施態様において、前記有機−無機複合太陽電池がｎ−ｉ−ｐ構造であってもよい。本明細書に係る有機−無機複合太陽電池がｎ−ｉ−ｐ構造の場合、前記第２電極は、金属電極、酸化物／金属複合体電極、または炭素電極であってもよい。具体的には、第２金属は、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、ＭｏＯ_３／Ａｕ、ＭｏＯ_３／ＡｇＭｏＯ_３／Ａｌ、Ｖ_２Ｏ_５／Ａｕ、Ｖ_２Ｏ_５／Ａｇ、Ｖ_２Ｏ_５／Ａｌ、ＷＯ_３／Ａｕ、ＷＯ_３／Ａｇ、またはＷＯ_３／Ａｌを含むことができる。

本明細書の一実施態様において、ｎ−ｉ−ｐ構造は、第１電極、電子輸送層、光吸収層、第１正孔輸送層、第２正孔輸送層、および第２電極が順次に積層された構造を意味する。

本明細書の一実施態様において、前記有機−無機複合太陽電池がｐ−ｉ−ｎ構造であってもよい。本明細書に係る有機−無機複合太陽電池がｐ−ｉ−ｎ構造の場合、前記第２電極は、金属電極であってもよい。

本明細書の一実施態様において、ｐ−ｉ−ｎ構造は、第１電極、正孔輸送層、光吸収層、第１電子輸送層、第２電子輸送層、および第２電極が順次に積層された構造を意味する。

本明細書の一実施態様において、前記電子輸送層は、スパッタリング、Ｅ−Ｂｅａｍ、熱蒸着、スピンコーティング、スクリーンプリンティング、インクジェットプリンティング、ドクターブレード、またはグラビアプリンティング法を用いて、第１電極の一面に塗布されるか、フィルム形態でコーティングされることにより形成される。

本明細書の一実施態様において、正孔輸送層が、スピンコーティング、ディップコーティング、インクジェットプリンティング、グラビアプリンティング、スプレーコーティング、ドクターブレード、バーコーティング、グラビアコーティング、ブラシペインティング、熱蒸着などの方法により導入可能である。

以下、本明細書を具体的に説明するために実施例を挙げて詳細に説明する。しかし、本明細書に係る実施例は種々の異なる形態に変形可能であり、本明細書の範囲が以下に詳述する実施例に限定されると解釈されない。本明細書の実施例は、当業界における平均的な知識を有する者に本明細書をより完全に説明するために提供されるものである。

実施例．
酸化スズインジウム（ＩＴＯ）がスパッタリングされた無アルカリガラス基板上に、４．５ｗｔ％の酸化ニッケル（ＮｉＯ）および酸化ニッケルナノ粒子対比、８ｗｔ％の分散剤がキシレン（ｘｙｌｅｎｅ）に含まれた第１溶液をスピンコーティングした後、１５０℃で加熱した。その後、ペロブスカイト（ＦＡ_ｘＭＡ_１−ｘＰＢＩ_ｙＢｒ_３−ｙ、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜３）を含む光吸収層を形成した後、４．５ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）および酸化亜鉛ナノ粒子対比、８ｗｔ％の分散剤が含まれた第２溶液をスピンコーティングし、１００℃で加熱した。追加的に、ＰＣＢＭ（（６，６）−ｐｈｅｎｙｌ−Ｃ−ｂｕｔｙｒｉｃａｃｉｄ−ｍｅｔｈｙｌｅｓｔｅｒ）を含む溶液をスピンコーティングした後、Ａｇを真空蒸着した。

比較例１．
酸化スズインジウム（ＩＴＯ）がスパッタリングされた無アルカリガラス基板上に、２ｗｔ％の二酸化チタン（ＴｉＯ_２）がイソプロピルアルコール（ｉｓｏｐｒｏｐｙｌａｌｃｏｈｏｌ、ＩＰＡ）溶媒に含まれた溶液をスピンコーティングした後、１５０℃で加熱した。その後、ペロブスカイト（ＦＡ_ｘＭＡ_１−ｘＰＢＩ_ｙＢｒ_３−ｙ、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜３）を含む光吸収層を形成した後、７ｗｔ％のＳｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤ（２，２'，７，７'−ｔｅｔｒａｋｉｓ（Ｎ，Ｎ−ｄｉ−ｐ−ｍｅｔｈｏｘｙｐｈｅｎｙｌａｍｉｎｅ）−９，９'−ｓｐｉｒｏｂｉｆｌｕｏｒｅｎｅ）が含まれた溶液をスピンコーティングし、Ａｇを真空蒸着した。

比較例２．
酸化スズインジウム（ＩＴＯ）がスパッタリングされた無アルカリガラス基板上に、４．５ｗｔ％の酸化ニッケル（ＮｉＯ）および酸化ニッケルナノ粒子対比、８ｗｔ％の分散剤がキシレン（ｘｙｌｅｎｅ）に含まれた第１溶液をスピンコーティングした後、１５０℃で加熱した。その後、ペロブスカイト（ＦＡ_ｘＭＡ_１−ｘＰＢＩ_ｙＢｒ_３−ｙ、０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜３）を含む光吸収層を形成した後、ＰＣＢＭを含む溶液をスピンコーティングした。追加的に、４．５ｗｔ％の酸化亜鉛（ＺｎＯ）および酸化亜鉛ナノ粒子対比、８ｗｔ％の分散剤が含まれた第２溶液をスピンコーティングし、１００℃で加熱した後、Ａｇを真空蒸着した。

表１には、本明細書の実施態様に係る有機−無機複合太陽電池の性能を示し、図２には、本明細書の実施例で製造された有機−無機複合太陽電池の断面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージを示した。

表１で、Ｖ_ｏｃは開放電圧を、Ｊ_ｓｃは短絡電流を、ＦＦは充電率（Ｆｉｌｌｆａｃｔｏｒ）を、ＰＣＥはエネルギー変換効率を意味する。開放電圧と短絡電流はそれぞれ、電圧−電流密度曲線の４象限におけるＸ軸とＹ軸切片であり、この２つの値が高いほど太陽電池の効率は好ましく高まる。また、充電率（Ｆｉｌｌｆａｃｔｏｒ）は、曲線内部に描ける長方形の広さを短絡電流と開放電圧との積で割った値である。この３つの値を照射された光の強度で割るとエネルギー変換効率が求められ、高い値であるほど好ましい。

図３（ａ）は、本明細書の実施例および比較例２で製造された有機−無機複合太陽電池の時間に応じた短絡電流（Ｊ_ｓｃ）の変化値を示すものである。

図３（ｂ）は、本明細書の実施例および比較例２で製造された有機−無機複合太陽電池の時間に応じた開放電圧（Ｖ_ｏｃ）の変化値を示すものである。

図３（ｃ）は、本明細書の実施例および比較例２で製造された有機−無機複合太陽電池の時間に応じた効率（ＰＣＥ）の変化値を示すものである。

図３（ｄ）は、本明細書の実施例および比較例２で製造された有機−無機複合太陽電池の時間に応じた充電率（ＦＦ）の変化値を示すものである。

前記表１および図３の短絡電流（Ｊ_ｓｃ）、開放電圧（Ｖ_ｏｃ）、効率（ＰＣＥ）および充電率（ＦＦ）は、前記実施例および比較例２で製造された有機−無機複合太陽電池を８５℃の真空オーブンで２時間保管した後に取り出して、ソーラーシミュレータ（ｓｏｌａｒｓｉｍｕｌａｔｏｒ）の基準光量である１ＳＵＮ（１００ｍＷ／ｃｍ^２）下で測定した。

１０１：基板
１０２：第１電極
１０３：第１共通層
１０４：光吸収層
１０５：第２共通層
１０６：第３共通層
１０７：第２電極

Claims

第１電極と、
前記第１電極上に備えられた第１共通層と、
前記第１共通層上に備えられたペロブスカイト構造の化合物を含む光吸収層と、
前記光吸収層上に備えられた第２共通層と、
前記第２共通層上に備えられた第３共通層と、
前記第３共通層上に備えられた第２電極とを含み、
前記第１共通層は、第１金属酸化物ナノ粒子を含み、
前記第２共通層は、第２金属酸化物ナノ粒子を含み、
前記第３共通層は、フラーレン誘導体を含むものである有機−無機複合太陽電池であって、
前記光吸収層は、下記化学式２で表されるペロブスカイト構造の化合物を含むものである、
有機−無機複合太陽電池：
［化学式２］
Ａ' _ｙＡ'' _{（１−ｙ）} Ｍ'Ｘ' _ＺＸ'' _{（３−ｚ）}
前記化学式２において、
Ａ'およびＡ''は、互いに異なり、Ａ'およびＡ''はそれぞれ、Ｃ _ｎＨ _２ｎ＋１ＮＨ _３ ^＋、ＮＨ _４ ^＋、ＨＣ（ＮＨ _２） _２ ^＋、Ｃｓ ^＋、ＮＦ _４ ^＋、ＮＣｌ _４ ^＋、ＰＦ _４ ^＋、ＰＣｌ _４ ^＋、ＣＨ _３ＰＨ _３ ^＋、ＣＨ _３ＡｓＨ _３ ^＋、ＣＨ _３ＳｂＨ _３ ^＋、ＰＨ _４ ^＋、ＡｓＨ _４ ^＋、およびＳｂＨ _４ ^＋から選択される１価の陽イオンであり、
Ｍ'はＣｕ ^２＋、Ｎｉ ^２＋、Ｃｏ ^２＋、Ｆｅ ^２＋、Ｍｎ ^２＋、Ｃｒ ^２＋、Ｐｄ ^２＋、Ｃｄ ^２＋、Ｇｅ ^２＋、Ｓｎ ^２＋、Ｂｉ ^２＋、Ｐｂ ^２＋、およびＹｂ ^２＋から選択される２価の金属イオンであり、
Ｘ'およびＸ''はそれぞれ、ハロゲンイオンであり、
ｎは、１〜９の整数であり、
０＜ｙ＜１であり、
０＜ｚ＜３である。
前記第１金属酸化物ナノ粒子および第２金属酸化物ナノ粒子はそれぞれ、Ｎｉ酸化物、Ｃｕ酸化物、Ｚｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、およびＳｎ酸化物のうちの少なくとも１つを含み、
前記第１金属酸化物ナノ粒子と第２金属酸化物ナノ粒子は、互いに異なるものである、請求項１に記載の有機−無機複合太陽電池。
前記第１金属酸化物ナノ粒子は、Ｎｉ酸化物およびＣｕ酸化物のうちの少なくとも１つを含むものである請求項１または２に記載の有機−無機複合太陽電池。
前記第２金属酸化物ナノ粒子は、Ｚｎ酸化物、Ｔｉ酸化物、およびＳｎ酸化物のうちの少なくとも１つを含むものである、請求項１から３のいずれか一項に記載の有機−無機複合太陽電池。
第１電極を形成するステップと、
前記第１電極上に第１共通層を形成するステップと、
前記第１共通層上にペロブスカイト構造の化合物を含む光吸収層を形成するステップと、
前記光吸収層上に第２共通層を形成するステップと、
前記第２共通層上に第３共通層を形成するステップと、
前記第３共通層上に備えられた第２電極を形成するステップとを含み、
前記第１共通層は、第１金属酸化物ナノ粒子を含み、
前記第２共通層は、第２金属酸化物ナノ粒子を含み、
前記第３共通層は、フラーレン誘導体を含むものである有機−無機複合太陽電池の製造方法であって、
前記光吸収層は、下記化学式２で表されるペロブスカイト構造の化合物を含むものである、
有機−無機複合太陽電池の製造方法：
［化学式２］
Ａ' _ｙＡ'' _{（１−ｙ）} Ｍ'Ｘ' _ＺＸ'' _{（３−ｚ）}
前記化学式２において、
Ａ'およびＡ''は、互いに異なり、Ａ'およびＡ''はそれぞれ、Ｃ _ｎＨ _２ｎ＋１ＮＨ _３ ^＋、ＮＨ _４ ^＋、ＨＣ（ＮＨ _２） _２ ^＋、Ｃｓ ^＋、ＮＦ _４ ^＋、ＮＣｌ _４ ^＋、ＰＦ _４ ^＋、ＰＣｌ _４ ^＋、ＣＨ _３ＰＨ _３ ^＋、ＣＨ _３ＡｓＨ _３ ^＋、ＣＨ _３ＳｂＨ _３ ^＋、ＰＨ _４ ^＋、ＡｓＨ _４ ^＋、およびＳｂＨ _４ ^＋から選択される１価の陽イオンであり、
Ｍ'はＣｕ ^２＋、Ｎｉ ^２＋、Ｃｏ ^２＋、Ｆｅ ^２＋、Ｍｎ ^２＋、Ｃｒ ^２＋、Ｐｄ ^２＋、Ｃｄ ^２＋、Ｇｅ ^２＋、Ｓｎ ^２＋、Ｂｉ ^２＋、Ｐｂ ^２＋、およびＹｂ ^２＋から選択される２価の金属イオンであり、
Ｘ'およびＸ''はそれぞれ、ハロゲンイオンであり、
ｎは、１〜９の整数であり、
０＜ｙ＜１であり、
０＜ｚ＜３である。
前記第１共通層を形成するステップは、前記第１電極上に第１金属酸化物ナノ粒子と第１分散剤とを含む第１溶液をコーティングするステップを含み、
前記第２共通層を形成するステップは、前記光吸収層上に第２金属酸化物ナノ粒子と第２分散剤とを含む第２溶液をコーティングするステップを含むものである、請求項５に記載の有機−無機複合太陽電池の製造方法。
前記第１溶液および第２溶液はそれぞれ、無極性溶媒を含むものである、請求項６に記載の有機−無機複合太陽電池の製造方法。
前記第１溶液は、前記第１分散剤を、前記金属ナノ粒子対比、０ｗｔ％超過、１０ｗｔ％以下で含むものである、請求項６または７に記載の有機−無機複合太陽電池の製造方法。
前記第２溶液は、前記第２分散剤を、前記金属ナノ粒子対比、０ｗｔ％超過、１０ｗｔ％以下で含むものである、請求項６から８のいずれか一項に記載の有機−無機複合太陽電池の製造方法。