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公開番号2025043180
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-28
出願番号2023150552
出願日2023-09-15
発明の名称ペロブスカイト太陽電池およびその製造方法
出願人国立研究開発法人物質・材料研究機構
代理人
主分類H10K 30/50 20230101AFI20250321BHJP()
要約【課題】本発明の課題は光電変換効率が高いペロブスカイト太陽電池を提供することである。
【解決手段】ペロブスカイト半導体層の表面に、PF₆ ^-、BF₄ ^-、SO₄ ^2-、HPO₄ ^2―およびトリフルオロメタンスルホナート(CF₃SO₃ ^-)からなる群より選ばれる1以上を含むアニオンを含む修飾材からなる修飾材層が形成されているとともに、修飾材層上に電子輸送層が形成されているペロブスカイト太陽電池とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ペロブスカイト半導体層の表面に、ＰＦ
６
－
、ＢＦ
４
－
、ＳＯ
４
２－
、ＨＰＯ
４
２―
およびトリフルオロメタンスルホナート（ＣＦ
３
ＳＯ
3
－
）からなる群より選ばれる１以上を含むアニオンを含む修飾材からなる修飾材層が形成されているとともに、
前記修飾材層上に電子輸送層が形成されている、ペロブスカイト太陽電池。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記修飾材は、さらに、半径０．１３５ｎｍ以上０．５１３ｎｍ以下の大きさのカチオンを含む、請求項１記載のペロブスカイト太陽電池。
【請求項３】
前記カチオンは、ＮＨ
4
＋
、ＣＨ
３
ＮＨ
３
＋
、グアニジニウムカチオン（Ｇｕａ
＋
）、１－メチルイミダゾリウムカチオン、１－エチル－３－メチルイミダゾリウムカチオン、1-ブチル-２,３―ジメチルイミダゾリウムカチオンからなる群より選ばれる１以上からなる、請求項２記載のペロブスカイト太陽電池。
【請求項４】
前記ペロブスカイト太陽電池は、透明電極層、ホール輸送層、前記ペロブスカイト半導体層、前記電子輸送層、ホールブロッキング層および裏面電極層を有する、請求項１から３の何れか一項に記載のペロブスカイト太陽電池。
【請求項５】
第１主表面に透明電極が形成された太陽光を透過する透明基板を準備することと、
前記透明電極上に、ホール輸送層、ペロブスカイト層を順次形成することと、
前記ペロブスカイト層の表面をイオン欠損修飾材で表面修飾処理することと、
前記表面修飾処理の後に、電子輸送層、ホールブロッキング層、裏面電極を順次形成することからなり、
前記イオン欠損修飾材は、請求項１から３の何れか一項に記載の修飾材を含む、ペロブスカイト太陽電池の製造方法。
【請求項６】
前記イオン欠損修飾材は、２－プロパノール（イソプロパノール）、トルエン、キシレン、クロロホルム、クロロベンゼン、１，２－ジクロロベンゼンおよびジエチルエーテルからなる群より選ばれる１以上の溶媒を用いて、０．０５ｍＭ（ｍｍｏｌＬ
－１
）から１０ｍＭ濃度に調製された前記修飾材を含む溶液からなる、請求項５記載のペロブスカイト太陽電池の製造方法。
【請求項７】
前記表面修飾処理の方法は、スピンコート法、ディップ法、スプレーコーティング法、蒸着法からなる群より選ばれる１つが用いられる、請求項５または６記載のペロブスカイト太陽電池の製造方法。
【請求項８】
前記表面修飾処理の後、前記電子輸送層形成前に熱処理が施される、請求項５から７の何れか一項に記載のペロブスカイト太陽電池の製造方法。
【請求項９】
前記熱処理の温度は９０℃以上１１０℃以下である、請求項８記載のペロブスカイト太陽電池の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ペロブスカイト太陽電池に係り、更に詳しくは、光電変換効率が高いペロブスカイト太陽電池およびその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化などの地球環境問題の観点から化石燃料に代わるクリーンなエネルギー源として、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換できる太陽電池が注目されている。
【０００３】
太陽光を効率良く電気に変換できる太陽電池で、現在実用化されているものとしては、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンおよびテルル化カドミウムやセレン化インジウム銅等の無機系太陽電池が挙げられる。これらの無機系太陽電池の課題としては、例えば、シリコン系では非常に純度の高いものが要求され、精製の工程は複雑でプロセス数が多く、製造コストが高いことが挙げられる。
【０００４】
これに対して、安価で高効率な新しいタイプの太陽電池として、ペロブスカイト太陽電池が注目されている（特許文献１参照）。
【０００５】
ペロブスカイト太陽電池は、例えば、透明な基体上に形成された透明電極層、ホール輸送層、ペロブスカイト層、電子輸送層、および電極から構成される。または、さらに電子ブロッキング層または／およびホールブロッキング層が加わった構成になっている。ホール輸送層および電子輸送層は、それぞれホールおよび電子を輸送しつつ、ホール輸送層では電子の逆輸送を防ぎ、電子輸送層ではホールの逆輸送を防いで、電流を一定方法に流す役割を担っている。
【０００６】
ペロブスカイト太陽電池が安価である理由は、ペロブスカイト層が塗布形成可能な有機材料からなり、かつ１００℃というような低温プロセスで作製できることに基づく。
ペロブスカイト太陽電池は、塗布法で製造が可能なため、電池の大型化に適し、さらにフレキシブルな基板上での製造も可能という優れた適用性も有している。また、低温プロセスで作製可能なため、シリコン等の他の太陽電池とタンデム型に組み合わせるということも可能な優れた展開性も有する。
【０００７】
ペロブスカイトは、これらの長所に加え、高い電荷輸送特性と、光生成した電子とホールが再結合するまでの長い拡散長とを併せもっている。このため、ペロブスカイト太陽電池は、高い光電変換効率が得られるポテンシャルを有する。
【０００８】
しかしながら、ペロブスカイト太陽電池の光電変換効率は、現状１６％程度であり、さらなる光電変換効率の向上が求められている。
その取り組みとして、例えば非特許文献１－３に開示されているように、添加剤によるペロブスカイト層と電子輸送層との界面制御の研究が盛んになされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１７－２２３５４号公報
特開２０２３－０３６５６４号公報
【非特許文献】
【００１０】
Ｎａｔｕｒｅ，２０１９，５７１，２４５
Ａｄｖ．ＥｎｅｒｇｙＭａｔｅｒ．，２０２０，１９０２４９２
Ａｄｖ．ＥｎｅｒｇｙＭａｔｅｒ．，２０２０，１９０２５７９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

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