特許ウォッチ

公開番号2025074037
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-13
出願番号2024186505
出願日2024-10-23
発明の名称光電変換素子及び光電変換装置
出願人キヤノン株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H10K 30/50 20230101AFI20250502BHJP()
要約【課題】耐久性が向上した光電変換素子を提供すること。
【解決手段】第一電極と、第二電極と、該第一電極と該第二電極との間に配置されているペロブスカイト構造の結晶を含む光電変換層と、を有する光電変換素子であって、該光電変換層と該第一電極との間に電荷輸送層を有し、該電荷輸送層は相分離した電荷輸送物質と絶縁性樹脂を含有し、該絶縁性樹脂の領域の体積に対する該電荷輸送物質の領域の体積の比が、5以上30以下であり、該電荷輸送層を光学顕微鏡で測定することにより得られる領域Aと領域Bの二次元空間分布の二値化画像において、該二値化画像をフーリエ解析して得られる値であって、下記Dの計算方法によって求めた値をD[μm]とするとき、該D[μm]が4≦D≦12を満たすことを特徴とする、光電変換素子。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第一電極と、第二電極と、該第一電極と該第二電極との間に配置されているペロブスカイト構造の結晶を含む光電変換層と、を有する光電変換素子であって、
該光電変換層と該第一電極との間に電荷輸送層を有し、
該電荷輸送層は相分離した電荷輸送物質と絶縁性樹脂を含有し、
該絶縁性樹脂の領域の体積に対する該電荷輸送物質の領域の体積の比が、５以上３０以下であり、
該電荷輸送層を光学顕微鏡で測定することにより得られる領域Ａと領域Ｂの二次元空間分布の二値化画像において、該二値化画像をフーリエ解析して得られる値であって、下記Ｄの計算方法によって求めた値をＤ［μｍ］とするとき、該Ｄ［μｍ］が下記式（Ｅ１）を満たすことを特徴とする、光電変換素子。
４≦Ｄ≦１２（Ｅ１）
＜Ｄの計算方法＞
領域Ａと領域Ｂについて、サイズがＬ［μｍ］×Ｌ［μｍ］（Ｌ［μｍ］は１００μｍ以上）である二次元空間分布の画像を、大津の二値化法により下記式（Ｅ３）のように二値化する。
JPEG
2025074037000043.jpg
12
150
ただし、１０２４以上の偶数ＮでＬをＮ分割して得られるＮ×Ｎ画素の離散データに対し、ｍ及びｎは、それぞれが、－Ｎ／２以上Ｎ／２－１以下の整数であり、二次元空間分布内の座標を表す。
次に、上記式（Ｅ３）で得られたｃ［ｍ，ｎ］を下記式（Ｅ４）に従って離散フーリエ変換する（ただし、ｋ及びｌは、それぞれが、－Ｎ／２以上Ｎ／２以下の整数）。
JPEG
2025074037000044.jpg
14
150
そして、上記式（Ｅ４）で得られたＣ［ｋ，ｌ］を用いて下記式（Ｅ５）に従ってドメインサイズ：Ｄ［μｍ］を計算する。
JPEG
2025074037000045.jpg
36
150
続きを表示（約 940 文字）【請求項２】
前記電荷輸送層を光学顕微鏡で測定することにより得られる前記領域Ａと前記領域Ｂの二次元空間分布の二値化画像において、
該二値化画像をフーリエ解析して得られる値であって、下記Ｐの計算方法により求めた値をＰとするとき、前記Ｐが下記式（Ｅ２）を満たす、請求項１に記載の光電変換素子。
８．０≦Ｐ≦９．７（Ｅ２）
＜Ｐの計算方法＞
前記式（Ｅ４）で得られたＣ［ｋ，ｌ］を用いて下記式（Ｅ６）に従ってオーダーパラメータ：Ｐを計算する。
JPEG
2025074037000046.jpg
69
150
【請求項３】
前記電荷輸送物質は、粒径が、１．０×１０
１
ｎｍ以上５．０×１０
２
ｎｍ以下の顔料である、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記電荷輸送物質が、フタロシアニン化合物である、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記フタロシアニン化合物が、下記式（Ｐｃ－２）で示される構造を有する、請求項４に記載の光電変換素子。
JPEG
2025074037000047.jpg
79
103
（上記式（Ｐｃ－２）中のＭは、Ｈ
２
、配位子を有する金属原子、又は配位子を有しない金属原子を表す。）
【請求項６】
前記絶縁性樹脂のガラス転移温度が、９５℃以下である、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記絶縁性樹脂が、ポリビニルアセタール樹脂、又はポリビニルブチラール樹脂である、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記電荷輸送層が、前記顔料及び前記絶縁性樹脂とは異なる、ヒドロキシ基を有する芳香環化合物を含む、請求項３に記載の光電変換素子。
【請求項９】
前記第一電極と前記電荷輸送層との間に、第二の電荷輸送層を有する、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項１０】
請求項１～９のいずれか１項に記載の光電変換素子を有する、光電変換装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子及び光電変換装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
化石エネルギーの枯渇問題及び化石エネルギーの使用による地球の環境問題を解決するために、太陽エネルギー、風力、水力等のように、再生可能であって清浄な代替エネルギー源に関する研究が活発に行われている。その中でも、太陽光を直接電気的エネルギーに変化させる太陽電池に関する関心が増大している。ここで、太陽電池とは、太陽光から光エネルギーを吸収し、電子及び正孔が発生する光起電力効果を利用して電流－電圧を生成する電池を意味する。
【０００３】
現在、２０％を超える光エネルギー変換効率を有するｎ－ｐダイオード型シリコン（Ｓｉ）単結晶ベースの太陽電池が広く知られ、実際に太陽光発電に用いられている。しかしながら、これらは、高温処理工程を必要とし、また材料自体の価格も高いため、単位電力あたりのコストが高いという問題を有している。また、シリコン資源の面から、供給性にも問題を有している。
【０００４】
一方、有機材料を用いた太陽電池（以下、「有機太陽電池」という）は、高温処理工程を必要とせず、シート状基板でいわゆるｒｏｌｌｔｏｒｏｌｌ方式での生産が可能で低コスト化が見込める。しかし、有機太陽電池の実用化のためには発電効率と耐久性の更なる向上が望まれている。特に光電変換層としてペロブスカイト構造の結晶を有するペロブスカイト型太陽電池は、光電変換特性に優れるため太陽電池の実用化に向けた開発が進められている。例えば特許文献１には、ホール輸送層に有機半導体と、ガラス転移温度が１００℃以上の高分子化合物とを含むことで電極との剥離を改善する技術が記載されている。非特許文献１には、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳに置換基を有するニッケルフタロシアニンをドープすることで光電変換効率を向上させる逆層用の電荷輸送層の技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１８－１７０３８２号公報
【非特許文献】
【０００６】
Ｘｉａｎ－ＦｕＺｈａｎｇ，ｅｔａｌ，Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ａ，２０１８，６，１２５１５－１２５２２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らの検討によると、特許文献１、及び非特許文献１に記載の光電変換素子では、耐久性に改善の余地があることが分かった。
したがって、本発明は、耐久性が向上した光電変換素子を提供することを目的とする。また、本発明は、光電変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的は以下の本発明によって達成される。即ち、本発明は、
第一電極と、第二電極と、該第一電極と該第二電極との間に配置されているペロブスカイト構造の結晶を含む光電変換層と、を有する光電変換素子であって、
該光電変換層と該第一電極との間に電荷輸送層を有し、
該電荷輸送層は相分離した電荷輸送物質と絶縁性樹脂を含有し、
該絶縁性樹脂の領域の体積に対する該電荷輸送物質の領域の体積の比が、５以上３０以下であり、
該電荷輸送層を光学顕微鏡で測定することにより得られる領域Ａと領域Ｂの二次元空間分布の二値化画像において、該二値化画像をフーリエ解析して得られる値であって、下記Ｄの計算方法によって求めた値をＤ［μｍ］とするとき、該Ｄ［μｍ］が下記式（Ｅ１）を満たすことを特徴とする、光電変換素子。
４≦Ｄ≦１２（Ｅ１）
＜Ｄの計算方法＞
領域Ａと領域Ｂについて、サイズがＬ［μｍ］×Ｌ［μｍ］（Ｌ［μｍ］は１００μｍ以上）である二次元空間分布の画像を、大津の二値化法により下記式（Ｅ３）のように二値化する。
JPEG
2025074037000002.jpg
12
150
ただし、１０２４以上の偶数ＮでＬをＮ分割して得られるＮ×Ｎ画素の離散データに対し、ｍ及びｎは、それぞれが、－Ｎ／２以上Ｎ／２－１以下の整数であり、二次元空間分布内の座標を表す。
次に、上記式（Ｅ３）で得られたｃ［ｍ，ｎ］を下記式（Ｅ４）に従って離散フーリエ変換する（ただし、ｋ及びｌは、それぞれが、－Ｎ／２以上Ｎ／２以下の整数）。
JPEG
2025074037000003.jpg
14
150
そして、上記式（Ｅ４）で得られたＣ［ｋ，ｌ］を用いて下記式（Ｅ５）に従ってドメインサイズ：Ｄ［μｍ］を計算する。
JPEG
2025074037000004.jpg
36
150
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、耐久性が向上した光電変換素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の光電変換素子の厚さ方向の断面模式図である。
本発明の光電変換素子を備えた移動体の一例を模式的に示す斜視図である。
本発明の光電変換素子を備えた建材の一例を模式的に示す斜視図である。
本発明の実施例１で得られた二値化画像の一例である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許