JP7489635B2 - 太陽電池 - Google Patents
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Description
[1]第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に配置された光電変換層を有する太陽電池であって、前記光電変換層が、有機系光電変換材料と半導体量子ドットとを含み、前記半導体量子ドットは、前記有機系光電変換材料が電気エネルギーに変換可能な光の波長よりも短い波長の光によって励起され、前記有機系光電変換材料が電気エネルギーに変換可能な波長の光を発光する発光体であることを特徴とする太陽電池。
[2]前記有機系光電変換材料が、有機無機ペロブスカイト化合物である[1]に記載の太陽電池。
[3]前記半導体量子ドットが、シリコン量子ドットである[1]又は[2]に記載の太陽電池。
[4]前記シリコン量子ドットがポーラスシリコンの粉砕物である[3]に記載の太陽電池。
[5]前記シリコン量子ドットは、表面の少なくとも一部が酸化されている[3]または[4]に記載の太陽電池。
[6]前記シリコン量子ドットは、表面の少なくとも一部が炭化水素化合物で被覆されている[3]~[5]のいずれか一つに記載の太陽電池。
図1は、本発明の一実施形態に係る太陽電池の断面図である。
図1に示す太陽電池10は、基板1と、第1電極2と、電子輸送層3と、CPTA層4と、光電変換層5と、正孔輸送層8と、第2電極9と、を有する。光電変換層5は、CPTA層4と接する有機系光電変換材料層6と、正孔輸送層8と接する半導体量子ドット層7とを含む。
太陽電池10は、基板1側から光20が照射される。光電変換層5は、照射された光20の光エネルギーを電気エネルギー(電子および正孔)に変換する。光電変換層5にて生成した電子は第1電極2を介して、正孔は第2電極9を介して外部に取り出される。
第1の機能として、半導体量子ドットは、有機系光電変換材料が電気エネルギーに変換可能な光の波長よりも短い波長の光によって励起され、有機系光電変換材料が電気エネルギーに変換可能な波長の光を発光する発光体としての機能を有する。例えば、半導体量子ドットは、波長が300nm未満(特に、200nm以上290nm以下)の光によって励起されて、300nm以上700nm以下の光を発光する機能を有することが好ましい。この機能により、有機系光電変換材料単独では電気エネルギーに変換することができない、もしくは光電変換効率が低い短波長の紫外光を効率よく電気エネルギーに変換することが可能となり、広い波長範囲を有する太陽光に対する太陽電池10の光電変換効率を向上させることができる。
第2の機能として、半導体量子ドットは、有機系光電変換材料と異なる屈折率を有することから、有機系光電変換材料層6を透過した光を反射させて有機系光電変換材料層6に戻す機能を有する。この機能により、有機系光電変換材料層6を透過して外部に放出される光の量が減少させることができ、有機系光電変換材料層6にて生成する電気エネルギーの量が増加させることができる。
第3の機能として、半導体量子ドットは、有機系光電変換材料の不純物によるトラップ準位に、電子又は正孔を与える機能を有する。この機能によって、不純物の混入による太陽電池10の起電力の低下を抑制することができる。この第3の機能は、有機系光電変換材料の不純物含有量が多い場合に有効な機能である。
半導体量子ドット層7の半導体量子ドットの量は、例えば、有機系光電変換材料層6の有機系光電変換材料を有機無機ペロブスカイト化合物(CH3NH3PbI3)とし、半導体量子ドットをシリコン量子ドットとした場合に、XPS(X線光電子分光)により測定されるSi/Pb比が、5%以上95%以下の範囲内となる量であることが好ましい。半導体量子ドットの量が少なくなりすぎると、半導体量子ドットによる上記の効果が得られにくくなるおそれがある。一方、半導体量子ドットの量が多くなりすぎると、有機系光電変換材料層6にて生成した正孔が、半導体量子ドット層7を透過しにくくなるおそれがある。
太陽電池10は、例えば、基板1の上に、第1電極2、電子輸送層3、CPTA層4、有機系光電変換材料層6、半導体量子ドット層7、正孔輸送層8、第2電極9をこの順で成膜することによって製造することができる。
第1電極2は、例えば、ITOの膜である場合、スパッタリング法、蒸着法、CVD(化学的気相法)を用いて成膜することができる。電子輸送層3、CPTA層4、有機系光電変換材料層6、半導体量子ドット層7、正孔輸送層8は、塗布法を用いて成膜することができる。塗布法は、各層を形成する材料と溶媒とを含む塗布液を塗布し、得られた塗布層から溶媒を除去することによって所望の層を形成する方法である。塗布液の塗布法としては、例えば、スピンコート法、インクジェット法、印刷法を用いることができる。第2電極9は、例えば、金属材料の膜である場合は、蒸着法、スパッタリング法を用いて成膜することができる。
また、半導体量子ドットとして、シリコン量子ドットを用いることによって、300nm未満の短波長の紫外光を吸収して、400nm以上700nm以下の長波長の可視光を発光する発光効率が向上する。このため、太陽電池10の紫外光領域の光電変換効率をより向上させることができる。
さらに、シリコン量子ドットとして、ポーラスシリコンの粉砕物を用いることによって、紫外光励起による可視光の発光効率が高くなるので、太陽電池10の紫外光領域の光電変換効率をさらに向上させることができる。
一方の表面にITO膜を備えたITO膜付きガラス基板を用意した。このITO膜付きガラス基板のITO膜(第1電極、厚さ:150~200nm)の上に、電子輸送層、CPTA層、光電変換層、正孔輸送層、第2電極をこの順で、下記の方法を用いて形成して、太陽電池を作製した。
SnO2水性分散液(SnO2濃度:20%、Alfa Aesar社製)を、水で希釈して、SnO2濃度が2.67%のSnO2塗布液を調製した。得られた塗布液を、ITO膜付きガラス基板のITO膜の上に、3000rpmの回転速度で30秒間スピンコートして、SnO2塗布層を形成した。得られた塗布層を、ホットプレートを用いて、大気中、150℃の温度で30分間加熱して、Sn2O層(厚さ:15nmから40nm)を形成した。
CPTA溶液(Sigma-Aldrich社製、濃度:97%)を、DMF(N,N-ジメチルホルムアミド)で希釈して、CPTA濃度を2mg/mLとした後、ポリテトラフルオロエチレンフィルター(孔径:0.45μm)を用いてろ過して、CPTA塗布液を調製した。得られた塗布液を、Sn2O層の上に、4000rpmの回転速度で30秒間スピンコートして、CPTA塗布層を形成した。得られた塗布層を、ホットプレートを用いて、酸素濃度及び水分濃度を0.1ppmに調整したグローブボックス内で140℃の温度で30分間アニールして、CPTA層を形成した。
光電変換層として、有機無機ペロブスカイト化合物層の上にシリコン量子ドット層を形成した二層構造の光電変換層を成膜した。
DMF(N,N-ジメチルホルムアミド)に、ヨウ化鉛(PbI2、純度:99.9985%、Alfa Aesar社製)と、ヨウ化メチルアンモニウム(CH3NH3I、純度:99.5%以上、Xi’an Polymer Light Technology Corp.製)とをモル比で1:1の割合で混合して有機無機ペロブスカイト化合物(CH3NH3PbI3)を1.25モル/Lの濃度で含む溶液を調製した。次いで、得られた溶液に、尿素を、DMF1Lに対して0.8モルとなる割合で加えた後、ポリテトラフルオロエチレンフィルター(孔径:0.45μm)を用いてろ過して、有機無機ペロブスカイト化合物塗布液を調製した。上記のグローブボックス内にて、得られた塗布液を、CPTA層の上に、5000rpmの回転速度にて、スピンコートを開始してから8秒後にクロロベンゼン(CB)処理を行なうことにより有機無機ペロブスカイトの結晶性を向上させる条件で、30秒間スピンコートして、有機無機ペロブスカイト化合物塗布層を形成した。得られた塗布層を、グローブボックス内にて、ホットプレートを用いて、100℃の温度で10分間アニールして、有機無機ペロブスカイト化合物層(厚さ:300nm~800nm)を形成した。
フッ酸水溶液とエタノールの混合溶液中での標準的な電気化学エッチング法を用いてシリコンウェハ表面にポーラスシリコン層を形成し、シリコンウェハから分離、乾燥させポーラスシリコン粉末を作製した。石英キュベット中の1-デセン5mlにポーラスシリコン10mgを加え、ポーラスシリコン分散液に対して3質量%のフッ化水素酸を加えた。1-デセンとフッ化水素酸を加えたポーラスシリコン分散液を、マグネチックスターラーを用いて撹拌しながら、その分散液にQスイッチNd:YAGレーザを用いて波長266nmのレーザ光を、パルス持続時間5n秒、繰り返し周波数15Hzの条件で2時間照射した。レーザーフルエンスは0.2J/cm2であった。レーザ光は、120mmの焦点距離のレンズを介して石英キュベットに照射した。レンズと石英キュベットとの距離は180mmとした。
レーザ照射後、ポーラスシリコン分散液の上澄みを、メンブレンフィルター(孔径:200nm)を用いた遠心ろ過分離器を用いて、13000rpmの回転速度で20分間ろ過処理を行なった。得られたろ液をトルエンで希釈して、シリコン量子ドットの濃度を0.01mg/mLとした後、ポリテトラフルオロエチレンフィルター(孔径:0.45μm)を用いてろ過して、シリコン量子ドット塗布液を調製した。
クロロベンゼン(CB)とSpiro-OMeTAD(純度:99.7%、Borun Chemicals社製)とを混合して濃度72.3mg/mLのSpiro-OMeTAD溶液を得た。また、アセトニトリとリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド(純度:99.9%、Sigma-Aldrich社製)とを混合して、濃度520mg/mLのリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド溶液を得た。
上記のSpiro-OMeTAD溶液1mLと、上記のリチウムビス(トリフルオロメチルスルホニル)イミド溶液17.5μLと、4-tert-ブチルピリジン(純度:96%、Sigma-Aldrich社製)28.8μLとを混合してSpiro-OMeTAD溶液を調製した。次いで、得られた溶液をCBで1.5倍に希釈した後、ポリテトラフルオロエチレンフィルター(孔径:0.45μm)を用いてろ過して、Spiro-OMeTAD塗布液を調製した。得られた塗布液を、シリコン量子ドット層の上に、4000rpmの回転速度で30秒間スピンコートして、Spiro-OMeTAD塗布層を形成した。得られた塗布層を乾燥して、Spiro-OMeTAD層(厚さ:100~300nm)を形成した。
Spiro-OMeTAD層の上に、蒸着法によりAu層(膜厚:100nm)を形成した。
シリコン量子ドット層の形成において、シリコン量子ドットの濃度を、0.001mg/mL(実施例2)、0.1mg/mL(実施例3)、1.0mg/mL(実施例4)としたこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製した。
有機無機ペロブスカイト化合物層の上にシリコン量子ドット層を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製した。
有機無機ペロブスカイト化合物層の上にシリコン量子ドット塗布液を塗布する代わりに、トルエンを塗布し、乾燥した後、正孔輸送層、第2電極層を形成したこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製した。
(1)シリコン量子ドットの粒子径
実施例1で調製したシリコン量子ドット塗布液中のシリコン量子ドットの粒度分布を、動的光散乱法(FFTパワースペクトル法とも呼ばれている)により測定した。測定装置はNanotrac Wave(UZ)(マイクロトラック・ベル株式会社製)を使用した。得られた個数基準の粒度分布を図2に示す。得られた粒度分布から算出されたシリコン量子ドットの個数基準の平均粒子径は10.9nmであった。
実施例1で調製したシリコン量子ドット塗布液に、紫外光を照射して、シリコン量子ドットが発光した光のスペクトルを測定した。照射した紫外光のスペクトルとシリコン量子ドットが発光した光のスペクトルを、図3に示す。
太陽電池の第1電極と第2電極との間に電源(2410ソースメーター、Keithley社製)を接続した。次いで、太陽電池のガラス基板に、AM1.5Gフィルターを備えたソーラーシミュレーター(Newport社製)を用いて、照射強度100mW/cm2の光を照射して、太陽電池の電流-電圧(J-V)特性を測定した。その結果を、図4に示す。
Au層を形成しなかったこと以外は実施例1と同様にして、ガラス基板、ITO膜(第1電極)、電子輸送層、CPTA層、光電変換層(有機無機ペロブスカイト化合物層、シリコン量子ドット層)、正孔輸送層がこの順で積層された積層体を作製した。
シリコン量子ドットの濃度を1.0mg/mLとしたこと以外は、実験例1と同様にして、ガラス基板、ITO膜、電子輸送層、CPTA層、光電変換層(有機無機ペロブスカイト化合物層、シリコン量子ドット層)、正孔輸送層がこの順で積層された積層体を作製した。この実験例2の積層体は、Au層を形成しなかったこと以外は実施例4の太陽電池と同じ構成である。
シリコン量子ドットの濃度を10mg/mLとしたこと以外は、実験例1と同様にして、ガラス基板、ITO膜、電子輸送層、CPTA層、光電変換層(有機無機ペロブスカイト化合物層、シリコン量子ドット層)、正孔輸送層がこの順で積層された積層体を作製した。
Au層を形成しなかったこと以外は比較例1と同様にして、ガラス基板、ITO膜、電子輸送層、CPTA層、光電変換層(有機無機ペロブスカイト化合物層)、正孔輸送層がこの順で積層された積層体を作製した。
正孔輸送層とAu層を形成しなかったこと以外は比較例1と同様にして、ガラス基板、ITO膜、電子輸送層、CPTA層、光電変換層(有機無機ペロブスカイト化合物層)がこの順で積層された積層体を作製した。
実験例1~3及び比較実験例1、2で作製した積層体について、AM1.5Gフィルターを備えたソーラーシミュレーター(Newport社製)を用いて、照射強度100mW/cm2の光を照射して、積層体に吸収された光の量を測定した。その結果を、図5に示す。
有機無機ペロブスカイト化合物層の形成において、ヨウ化鉛として、純度が99.9985%のもの(Alfa Aesar社製)とヨウ化メチルアンモニウムとして、純度が99.5%のもの(Xi’an Polymer Light Technology Corp.製)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして太陽電池を作製した。
有機無機ペロブスカイト化合物層の上にシリコン量子ドット層を形成しなかったこと以外は、実施例5と同様にして太陽電池を作製した。
図6のグラフから、有機無機ペロブスカイト化合物層の上にシリコン量子ドット層を形成した二層構造の光電変換層を有する実施例5の太陽電池は、シリコン量子ドット層が形成されていない比較例3の太陽電池と比較して、電流-電圧特性が向上することがわかる。実施例5の太陽電池は、有機無機ペロブスカイト化合物層の不純物によるトラップ準位に、シリコン量子ドットが電子又は正孔を与えることによって、不純物の混入による太陽電池の起電力の低下が抑制されたためであると考えられる。
2 第1電極
3 電子輸送層
4 CPTA層
5 光電変換層
6 有機系光電変換材料層
7 半導体量子ドット層
8 正孔輸送層
9 第2電極
10 太陽電池
20 光
Claims (4)
- 第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に配置された光電変換層を有する太陽電池であって、
前記光電変換層が、有機系光電変換材料と半導体量子ドットとを含み、
前記半導体量子ドットは、前記有機系光電変換材料が電気エネルギーに変換可能な光の波長よりも短い波長の光によって励起され、前記有機系光電変換材料が電気エネルギーに変換可能な波長の光を発光する発光体であり、
前記有機系光電変換材料が、Pbを含む有機無機ペロブスカイト化合物であり、
前記半導体量子ドットが、シリコン量子ドットであり、200nm以上290nm以下の光励起で、400nm以上700nm以下の光を発光する機能を有し、
前記シリコン量子ドットの個数基準平均粒子径が、1nm以上20nm以下であり、
XPSにより測定される前記光電変換層のSi/Pb比が、5%以上95%以下の範囲内であることを特徴とする太陽電池。 - 前記シリコン量子ドットがポーラスシリコンの粉砕物である請求項1に記載の太陽電池。
- 前記シリコン量子ドットは、表面の少なくとも一部が酸化されている請求項1または2に記載の太陽電池。
- 前記シリコン量子ドットは、表面の少なくとも一部が炭化水素化合物で被覆されている請求項1~3のいずれか一項に記載の太陽電池。
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Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2012060418A1 (ja) | 2010-11-02 | 2012-05-10 | 株式会社ブリヂストン | 樹脂材料の製造方法、樹脂材料、太陽電池モジュールの製造方法及び太陽電池モジュール |
US20120291862A1 (en) | 2010-03-09 | 2012-11-22 | European Nano Invest Ab | High efficiency nanostructured photvoltaic device manufacturing |
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WO2018025445A1 (ja) | 2016-08-04 | 2018-02-08 | 花王株式会社 | 光吸収層、光電変換素子、分散液、光電変換素子、及び、太陽電池、並びに、光吸収層の製造方法 |
JP2018066859A (ja) | 2016-10-19 | 2018-04-26 | 新日鐵住金株式会社 | 光変換部材及びその製造方法、太陽電池モジュールと太陽電池セル |
US20180212175A1 (en) | 2015-07-29 | 2018-07-26 | University Of Ulster | Photovoltaic device |
US20180240848A1 (en) | 2015-09-07 | 2018-08-23 | Rayence Co., Ltd. | X-ray detector |
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Patent Citations (10)
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---|---|---|---|---|
US20120291862A1 (en) | 2010-03-09 | 2012-11-22 | European Nano Invest Ab | High efficiency nanostructured photvoltaic device manufacturing |
WO2012060418A1 (ja) | 2010-11-02 | 2012-05-10 | 株式会社ブリヂストン | 樹脂材料の製造方法、樹脂材料、太陽電池モジュールの製造方法及び太陽電池モジュール |
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US20180212175A1 (en) | 2015-07-29 | 2018-07-26 | University Of Ulster | Photovoltaic device |
US20180240848A1 (en) | 2015-09-07 | 2018-08-23 | Rayence Co., Ltd. | X-ray detector |
WO2018025445A1 (ja) | 2016-08-04 | 2018-02-08 | 花王株式会社 | 光吸収層、光電変換素子、分散液、光電変換素子、及び、太陽電池、並びに、光吸収層の製造方法 |
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Non-Patent Citations (1)
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---|
CHEN, Wenhan et al.,"Effects of down-conversion CeO2:Eu3+ nanophosphors in perovskite solar cells",Journal of Materials Science: Materials in Electronics,2017年04月18日,Vol. 28, No. 15,pp. 11346-11357,DOI: 10.1007/s10854-017-6928-0 |
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