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公開番号2025087247
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-10
出願番号2023201764
出願日2023-11-29
発明の名称太陽電池
出願人株式会社エネコートテクノロジーズ
代理人個人
主分類H10K 30/50 20230101AFI20250603BHJP()
要約【課題】優れた光電変換特性を示す太陽電池を提供する。
【解決手段】第1の電極、正孔輸送層、光電変換層、及び第2の電極をこの順で含み、正孔輸送層が、下記一般式(I)で示される連結基を有する数平均分子量1,000以上1,000,000以下の重合物である正孔輸送材料を含むことを特徴とする太陽電池であって、第1の電極が金属酸化物を含む透明電極であり、正孔輸送材料が、一般式(II)で表される化合物と一般式(III)で表される化合物の共重合体を含むものが好ましい。
-CH=CH-S-...(I)
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１の電極、正孔輸送層、光電変換層、及び第２の電極をこの順で含み、前記正孔輸送層が、下記一般式（Ｉ）で示される連結基を有する数平均分子量１，０００以上１，０００，０００以下の重合物である正孔輸送材料を含むことを特徴とする太陽電池。
－ＣH＝ＣH－Ｓ－．．．（Ｉ）
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
前記第１の電極が金属酸化物を含む透明電極である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記正孔輸送材料が、下記一般式（ＩＩ）で表される化合物と下記一般式（ＩＩＩ）で表される化合物の共重合体を含む請求項１に記載の太陽電池。
TIFF
2025087247000019.tif
19
166
（一般式（ＩＩ）において、Aは、置換基を有してもよい脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、又はヘテロ環を示し、ｎは２以上の整数を示す。）
TIFF
2025087247000020.tif
20
166
（一般式（ＩＩＩ）において、Bは、置換基を有してもよい脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素、又はヘテロ環を示し、ｍは２以上の整数を示す。）
【請求項４】
前記正孔輸送材料が、前記透明電極と共有結合している請求項２に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記正孔輸送材料が、ホスホン酸基、カルボキシ基、スルホ基、ボロン酸基、トリハロゲン化シリル基、及びトリアルコキシシリル基のいずれかの置換基である正孔輸送材料の置換基を有し、前記正孔輸送材料の置換基により前記透明電極と共有結合している請求項２に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記光電変換層が、ペロブスカイト構造を含む化合物を含む請求項１～５のいずれかに記載の太陽電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関するものである。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、クリーンエネルギーとして、太陽光発電が注目を浴びており、太陽電池の開発が進んでいる。その一つとして、低コストで製造可能な次世代型の太陽電池として、ペロブスカイト材料を光吸収層に用いた太陽電池が急速に注目を集めている。例えば、非特許文献１では、ペロブスカイト材料を光吸収層に用いた溶液型の太陽電池が報告されている。また、非特許文献２には、固体型のペロブスカイト型太陽電池が高効率を示すことも報告されている。
【０００３】
ペロブスカイト型太陽電池の基本構造としては、電極の上に、電子輸送層、光吸収層（ペロブスカイト層）、正孔輸送層（ホール輸送層とも言う）及び裏面電極をこの順に積層する順型構造、電極の上に、正孔輸送層、光吸収層、電子輸送層及び裏面電極を個の順に積層する逆型構造が知られている。電子輸送層とペロブスカイト層との間に多孔質形状からなる電子輸送層を備えることもある。このうち、正孔輸送層には、一般的には、有機半導体の正孔輸送性材料が用いられている（例えば、非特許文献３～９）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００９，１３１，６０５０－６０５１．
Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０１２，３８８，６４３－６４７．
ＡＣＳＡｐｐｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２０１７，９，２４７７８－２４７８７．
ＥｎｅｒｇｙＥｎｖｉｒｏｎ．Ｓｃｉ．，２０１４，７，１４５４－１４６０．
Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ａ，２０１４，２，６３０５－６３０９．
Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ａ，２０１５，３，１２１３９－１２１４４．
Ｊ．Ｍａｔｅｒ．Ｃｈｅｍ．Ａ，２０１８，６，７９５０－７９５８．
ＡＣＳＡｐｐｌ．Ｍａｔｅｒ．Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２０１５，７，１１１０７－１１１１６．
Ｅｎｅｒｇｙ＆ＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅ２０１４，７，２９６３－２９６７．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来のペロブスカイト型太陽電池は、その光電変換効率が十分とは言えない。太陽電池の光電変換効率を改善するためには、特に、正孔輸送層の特性の改善が重要である。正孔輸送層に用いる正孔輸送性材料としては、例えば、これまでに、トラクセン化合物（非特許文献３）、ジケトピロロピロール化合物（非特許文献４）、チオフェン化合物（非特許文献５、６）、ジチエノピロール（非特許文献７）等が報告されている。しかし、ペロブスカイト型太陽電池として有用と言えるほどの光電変換効率を発揮することができる化合物はほとんど報告されていない。そこで、色素増感型太陽電池用の正孔輸送材料として開発されたＳｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ（［２，２’，７，７’－テトラキス（Ｎ，Ｎ－ジ－ｐ－メトキシフェニルアミノ）－９，９’－スピロビフルオレン］）が提案されているが、耐熱性が低いことが知られている（非特許文献８）。また、ＰＴＡＡ（ポリ［ビス（４－フェニル）（２，４，６－トリメチルフェニル）アミン］）とよばれるトリフェニルアミン骨格をもつポリマー材料も耐光性が低いことが知られている。さらに、これらの材料をｐバッファ層用の正孔輸送材料として用いる場合、添加物としてＬｉＴＦＳＩ塩（リチウムビス（トリフルオロメタンスルホニル）イミド）を加えて導電性を改良する必要があり、これが素子の劣化の原因の一つになってしまうと考えられる（非特許文献９）。このような現状から、特に正孔輸送層が優れた光電変換特性を示材料が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、優れた光電変換特性を示す太陽電池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】
【０００７】
本発明は、基本的には、正孔輸送層が、－ＣＨ＝ＣＨ－Ｓ－で示される連結基を有し、数平均分子量１，０００以上１，０００，０００以下の重合物である正孔輸送材料を含むことにより、上記の課題を解決できるという実施例による知見に基づく。
【０００８】
本発明の第１の側面は、太陽電池に関する。この太陽電池は、第１の電極、正孔輸送層、光電変換層、及び第２の電極をこの順で含む。
【０００９】
第１の電極は、金属酸化物を含む透明電極であることが好ましい。透明電極の例は、ＩＴＯ膜である。ＩＴＯ膜は、例えば、ガラス基板上に形成されればよい。透明電極は、太陽電池において公知のものを適宜採用すればよい。透明電極の膜厚も用途や組成に応じて適切なものとすればよい。
【００１０】
正孔輸送層が、下記一般式（Ｉ）で示される連結基を有する数平均分子量１，０００以上１，０００，０００以下の重合物である正孔輸送材料を含む。数平均分子量は、ＪＩＳＫ７２５２－１（ＩＳＯ１６０１４－１）に従って測定すればよい。正孔輸送材料の数平均分子量は、１，０００以上５００，０００以下でもよいし、５，０００以上５００，０００以下でもよい。－ＣＨ＝ＣＨ－Ｓ－．．．（Ｉ）
正孔輸送材料は、下記一般式（ＩＩ）で表される化合物と下記一般式（ＩＩＩ）で表される化合物の共重合体を含むことが好ましい。正孔輸送層は、正孔輸送材料として、式（ＩＩ）と式（ＩＩＩ）との共重合体以外のものを含んでもよい。また、正孔輸送材料が、式（ＩＩ）と式（ＩＩＩ）以外の要素をさらに含む共重合体であってもよい。式（ＩＩ）で表される化合物と式（ＩＩＩ）で表される化合物のいずれか又は両方は、芳香族炭化水素環又はヘテロ環を含むものが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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