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JP2016082003A - Method for manufacturing thin film solar cell - Google Patents

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JP2016082003A
JP2016082003A JP2014210185A JP2014210185A JP2016082003A JP 2016082003 A JP2016082003 A JP 2016082003A JP 2014210185 A JP2014210185 A JP 2014210185A JP 2014210185 A JP2014210185 A JP 2014210185A JP 2016082003 A JP2016082003 A JP 2016082003A
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organic
photoelectric conversion
electrode
film solar
solar cell
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JP2014210185A
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明伸 早川
Akinobu Hayakawa
明伸 早川
元彦 浅野
Motohiko Asano
元彦 浅野
峻士 小原
Shunji Ohara
峻士 小原
麻由美 堀木
Mayumi HORIKI
麻由美 堀木
智仁 宇野
Tomohito Uno
智仁 宇野
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a thin-film solar battery, by which a thin-film solar battery high in photoelectric conversion efficiency and superior in endurance can be manufactured.SOLUTION: A method for manufacturing a thin-film solar battery including a laminate covered by a sealing layer, provided that the laminate has a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion layer disposed between the first and second electrodes and including an organic inorganic perovskite compound expressed by the general formula, R-M-X(where R represents an organic molecule, M represents a metal atom, and X represents a halogen atom or chalcogen atom) comprises: a process for performing steps after the step of forming the photoelectric conversion layer until the step of covering the laminate with the sealing layer under an environment of a humidity is 40% or below with a degree of cleanness of 10000 or below.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、光電変換効率が高く、耐久性に優れた薄膜太陽電池の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a thin film solar cell having high photoelectric conversion efficiency and excellent durability.

従来から、複数種の半導体を積層し、この積層体の両面に電極を設けた光電変換素子が開発されている。また、このような積層体の代わりに、複数種の半導体を複合化した複合膜を用いることも検討されている。このような光電変換素子では、各半導体がP型半導体又はN型半導体として働き、光励起によりP型半導体又はN型半導体で光キャリア(電子−ホール対)が生成し、電子がN型半導体を、ホールがP型半導体を移動することで、電界が生じる。 Conventionally, a photoelectric conversion element in which a plurality of types of semiconductors are stacked and electrodes are provided on both surfaces of the stacked body has been developed. In addition, the use of a composite film in which a plurality of types of semiconductors are combined has been studied instead of such a laminate. In such a photoelectric conversion element, each semiconductor functions as a P-type semiconductor or an N-type semiconductor, photocarriers (electron-hole pairs) are generated in the P-type semiconductor or the N-type semiconductor by photoexcitation, and electrons form the N-type semiconductor. As the holes move through the P-type semiconductor, an electric field is generated.

現在、実用化されている光電変換素子の多くは、シリコン等の無機半導体を用いて製造される無機太陽電池である。しかしながら、無機太陽電池は製造にコストがかかるうえ大型化が困難である。また、無機太陽電池は形状追従性が低いこと等から利用範囲が限られてしまうこともあり、無機半導体の代わりに有機半導体を用いて製造される有機太陽電池が注目されている。 Currently, most of the photoelectric conversion elements in practical use are inorganic solar cells manufactured using an inorganic semiconductor such as silicon. However, inorganic solar cells are expensive to manufacture and are difficult to increase in size. In addition, the use range of inorganic solar cells may be limited due to low shape following ability, and organic solar cells manufactured using organic semiconductors instead of inorganic semiconductors are attracting attention.

有機太陽電池においては、対向する電極間にN型半導体とP型半導体とを配置した積層体を、外環境から保護して充分な耐久性を得るために、シール材等の封止樹脂を用いて封止することが一般的である。また、有機太陽電池においては、半導体材料として、ほとんどの場合フラーレンが用いられている(例えば、特許文献1参照)。フラーレンは、主にN型半導体として働くことが知られている。例えば、特許文献1には、P型半導体となる有機化合物とフラーレン類とを用いて形成された半導体ヘテロ接合膜が記載されている。
しかしながら、近年のエネルギー需要の観点から、より高い光電変換効率を有し、かつ、充分な耐久性を有する有機太陽電池が求められている。
In an organic solar battery, a sealing resin such as a sealing material is used to protect a laminated body in which an N-type semiconductor and a P-type semiconductor are arranged between opposing electrodes from the outside environment and obtain sufficient durability. In general, sealing is performed. In organic solar cells, fullerene is almost always used as a semiconductor material (see, for example, Patent Document 1). Fullerenes are known to work mainly as N-type semiconductors. For example, Patent Document 1 describes a semiconductor heterojunction film formed using an organic compound that becomes a P-type semiconductor and fullerenes.
However, from the viewpoint of recent energy demand, there is a demand for an organic solar cell having higher photoelectric conversion efficiency and sufficient durability.

特開2006−344794号公報JP 2006-344794 A

本発明は、光電変換効率が高く、耐久性に優れた薄膜太陽電池を製造できる薄膜太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the manufacturing method of the thin film solar cell which can manufacture the thin film solar cell with high photoelectric conversion efficiency and excellent in durability.

本発明は、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極との間に配置された一般式R−M−X(ここで、Rは有機分子、Mは金属原子、Xはハロゲン原子又はカルコゲン原子を表す)で表される有機無機ペロブスカイト化合物を含む光電変換層とを有する積層体が、封止層で覆われている薄膜太陽電池の製造方法であって、少なくとも前記光電変換層を形成してから前記積層体を前記封止層で覆うまでを、湿度40%以下かつクリーン度10000以下の環境下で行う工程を含む薄膜太陽電池の製造方法である。
以下、本発明を詳述する。
The present invention relates to a general formula R-M-X 3 (where R is an organic molecule) disposed between a first electrode, a second electrode, and the first electrode and the second electrode. , M represents a metal atom, and X represents a halogen atom or a chalcogen atom) and a photoelectric conversion layer containing an organic-inorganic perovskite compound, and a method for producing a thin film solar cell covered with a sealing layer The method for manufacturing a thin-film solar cell includes a step of performing at least the formation of the photoelectric conversion layer and covering the stacked body with the sealing layer in an environment having a humidity of 40% or less and a cleanness of 10,000 or less. It is.
The present invention is described in detail below.

本発明者らは、第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極との間に配置された光電変換層とを有する積層体が、封止層で覆われている薄膜太陽電池において、光電変換層の半導体材料として、一般式R−M−X(ここで、Rは有機分子、Mは金属原子、Xはハロゲン原子又はカルコゲン原子を表す)で表される有機無機ペロブスカイト化合物を用いることを検討した。このような有機無機ペロブスカイト化合物を用いることにより、薄膜太陽電池の光電変換効率の向上が期待できる。
しかしながら、上記有機無機ペロブスカイト化合物を用いたとしても、製造環境によっては充分な光電変換効率、及び、耐久性を得ることはできなかった。これに対して、本発明者らは、少なくとも前記光電変換層を形成してから前記積層体を前記封止層で覆うまでを、湿度40%以下かつクリーン度10000以下という特定の環境下で行う工程を行うことにより、光電変換効率が高く、耐久性に優れる薄膜太陽電池が得られることを見出した。
The inventors of the present invention provide a sealing layer that includes a first electrode, a second electrode, and a photoelectric conversion layer disposed between the first electrode and the second electrode. In the covered thin film solar cell, the semiconductor material of the photoelectric conversion layer is represented by the general formula RM-X 3 (where R represents an organic molecule, M represents a metal atom, and X represents a halogen atom or a chalcogen atom). The use of the organic-inorganic perovskite compounds represented was investigated. By using such an organic-inorganic perovskite compound, an improvement in photoelectric conversion efficiency of the thin film solar cell can be expected.
However, even when the organic / inorganic perovskite compound is used, sufficient photoelectric conversion efficiency and durability cannot be obtained depending on the production environment. On the other hand, the present inventors perform at least the formation of the photoelectric conversion layer and the covering of the stacked body with the sealing layer in a specific environment with a humidity of 40% or less and a cleanness of 10,000 or less. It has been found that by performing the process, a thin film solar cell having high photoelectric conversion efficiency and excellent durability can be obtained.

本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、第一の電極と、第二の電極と、上記第一の電極と上記第二の電極との間に配置された一般式R−M−X(ここで、Rは有機分子、Mは金属原子、Xはハロゲン原子又はカルコゲン原子を表す)で表される有機無機ペロブスカイト化合物を含む光電変換層とを有する積層体が、封止層で覆われている薄膜太陽電池を製造する方法である。
なお、本明細書中、層又は部位とは、明確な境界を有する層又は部位だけではなく、含有元素が徐々に変化する濃度勾配のある層又は部位をも意味する。なお、層又は部位の元素分析は、例えば、薄膜太陽電池の断面のFE−TEM/EDS線分析測定を行い、特定元素の元素分布を確認する等によって行うことができる。また、本明細書中、層又は部位とは、平坦な薄膜状の層又は部位だけではなく、他の層又は部位と一緒になって複雑に入り組んだ構造を形成しうる層又は部位をも意味する。
The method of manufacturing a thin film solar cell of the present invention includes a first electrode, a second electrode and the general formula R-M-X 3 which are disposed between the first electrode and the second electrode ( Here, R is an organic molecule, M is a metal atom, X is a halogen atom or a chalcogen atom), and a laminate having a photoelectric conversion layer containing an organic-inorganic perovskite compound is covered with a sealing layer. It is a method of manufacturing a thin film solar cell.
In the present specification, the layer or part means not only a layer or part having a clear boundary but also a layer or part having a concentration gradient in which the contained element gradually changes. In addition, the elemental analysis of a layer or a site | part can be performed by performing the FE-TEM / EDS ray analysis measurement of the cross section of a thin film solar cell, for example, and confirming the element distribution of a specific element. In addition, in this specification, a layer or a part means not only a flat thin film layer or part, but also a layer or part that can form a complicated structure together with another layer or part. To do.

上記第一の電極及び上記第二の電極の材料は特に限定されず、従来公知の材料を用いることができる。
第一の電極材料として、例えば、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、アルミニウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Al/Al混合物、Al/LiF混合物等が挙げられる。第二の電極材料として、例えば、金等の金属、CuI、ITO(インジウムスズ酸化物)、SnO、AZO(アルミニウム亜鉛酸化物)、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、GZO(ガリウム亜鉛酸化物)等の導電性透明材料、導電性透明ポリマー等が挙げられる。これらの材料は単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。
The materials for the first electrode and the second electrode are not particularly limited, and conventionally known materials can be used.
As the first electrode material, for example, FTO (fluorine-doped tin oxide), sodium, sodium-potassium alloy, lithium, magnesium, aluminum, magnesium-silver mixture, magnesium-indium mixture, aluminum-lithium alloy, Al / Al 2 O 3 mixture, Al / LiF mixture, etc. are mentioned. Examples of the second electrode material include metals such as gold, CuI, ITO (indium tin oxide), SnO 2 , AZO (aluminum zinc oxide), IZO (indium zinc oxide), and GZO (gallium zinc oxide). Conductive transparent materials such as, conductive transparent polymers and the like. These materials may be used alone or in combination of two or more.

上記光電変換層は、一般式R−M−X(ここで、Rは有機分子、Mは金属原子、Xはハロゲン原子又はカルコゲン原子を表す)で表される有機無機ペロブスカイト化合物を含む。
なお、一般式R−M−Xで表される有機無機ペロブスカイト化合物を含む部位を、以下、有機無機ペロブスカイト化合物部位ともいう。
The photoelectric conversion layer includes an organic inorganic perovskite compound represented by the general formula R-M-X 3 (where R represents an organic molecule, M represents a metal atom, and X represents a halogen atom or a chalcogen atom).
Incidentally, it refers to a site containing the general formula organic-inorganic perovskite compound represented by R-M-X 3, hereinafter, to as organic-inorganic perovskite compound sites.

上記有機無機ペロブスカイト化合物を用いることにより、本発明の薄膜太陽電池の製造方法により得られる薄膜太陽電池を、電荷分離効率が非常に高いために、光電変換効率に優れたものとすることができる。また、有機材料の優れた柔軟性や耐衝撃性、無機材料の耐久性や耐熱性を併せ持つ有機無機ペロブスカイト化合物は耐久性が優れているために、本発明の薄膜太陽電池の製造方法により得られる薄膜太陽電池も耐久性に優れたものとなる。 By using the organic / inorganic perovskite compound, the thin film solar cell obtained by the method for manufacturing a thin film solar cell of the present invention can be made excellent in photoelectric conversion efficiency because of its very high charge separation efficiency. In addition, organic inorganic perovskite compounds having excellent flexibility and impact resistance of organic materials and durability and heat resistance of inorganic materials are excellent in durability, and thus can be obtained by the method for manufacturing a thin film solar cell of the present invention. Thin film solar cells also have excellent durability.

上記有機無機ペロブスカイト化合物は、結晶性化合物であることが好ましい。結晶性化合物とはX線散乱強度分布を測定し、散乱ピークが検出できる化合物を意味している。上記有機無機ペロブスカイト化合物が結晶性化合物であることにより電子の移動度が高くなり、光電変換効率が向上する。
また、結晶化の指標として結晶化度を評価することもできる。結晶化度とはX線散乱強度分布測定により検出された結晶質由来の散乱ピークと非晶質部由来のハローとをフィッティングにより分離し、それぞれの強度積分を求めて、全体のうちの結晶部分の比を算出することにより求めることができる。上記有機無機ペロブスカイト化合物の好ましい結晶化度の下限は30%である。結晶化度が30%以上であると、電子の移動度が高くなり、光電変換効率が上昇する。更に好ましい結晶化度の下限は50%であり、更に好ましい下限は70%である。
また、上記有機無機ペロブスカイト化合物の結晶化度を上げる方法としては、熱アニール、レーザー等の強度の強い光の照射、プラズマ照射等の方法が挙げられる。
The organic / inorganic perovskite compound is preferably a crystalline compound. The crystalline compound means a compound capable of measuring the X-ray scattering intensity distribution and detecting a scattering peak. When the organic / inorganic perovskite compound is a crystalline compound, the mobility of electrons is increased, and the photoelectric conversion efficiency is improved.
In addition, the degree of crystallization can be evaluated as an index of crystallization. Crystallinity refers to the separation of the crystalline-derived scattering peak and the amorphous-derived halo detected by X-ray scattering intensity distribution measurement by fitting, and obtaining the respective intensity integrals to obtain the crystalline portion of the whole. Can be obtained by calculating the ratio. The minimum of the preferable crystallinity degree of the said organic inorganic perovskite compound is 30%. When the crystallinity is 30% or more, the mobility of electrons increases and the photoelectric conversion efficiency increases. A more preferred lower limit of crystallinity is 50%, and a more preferred lower limit is 70%.
Examples of a method for increasing the crystallinity of the organic / inorganic perovskite compound include thermal annealing, irradiation with intense light such as laser, and plasma irradiation.

また、上記有機無機ペロブスカイト化合物は、ハロゲンを含有する。構造中にハロゲンを含有することで、上記有機無機ペロブスカイト化合物が有機溶媒に可溶になり安価な印刷法への適用が可能になる。
更に、上記有機無機ペロブスカイト化合物は、一般式R−M−Xで表される。ここでRは有機分子、Mは金属原子、Xはハロゲン原子又はカルコゲン原子である。上記有機無機ペロブスカイト化合物は、一般式R−M−Xで表したとき、体心に金属原子M、各頂点に有機分子R、面心にハロゲン原子又はカルコゲン原子Xが配置された立方晶系の構造を有することが好ましい。このような体心に金属原子M、各頂点に有機分子R、面心にハロゲン原子又はカルコゲン原子Xが配置された立方晶系の構造を図1に示す。詳細は明らかではないが、上記構造を有することにより、結晶格子内の八面体の向きが容易に変わることができるため、電子移動度が高くなることから、高い光電変換効率を実現することができると推定される。
The organic / inorganic perovskite compound contains a halogen. By containing halogen in the structure, the organic / inorganic perovskite compound becomes soluble in an organic solvent and can be applied to an inexpensive printing method.
Furthermore, the organic inorganic perovskite compound is represented by the general formula R-M-X 3 . Here, R is an organic molecule, M is a metal atom, and X is a halogen atom or a chalcogen atom. When the organic inorganic perovskite compound is represented by the general formula R-M-X 3 , a cubic system in which a metal atom M is arranged at the body center, an organic molecule R is arranged at each vertex, and a halogen atom or a chalcogen atom X is arranged at the face center. It is preferable to have the following structure. FIG. 1 shows a cubic structure in which a metal atom M is arranged in the body center, an organic molecule R is arranged at each vertex, and a halogen atom or a chalcogen atom X is arranged in the face center. Although details are not clear, since the orientation of the octahedron in the crystal lattice can be easily changed by having the above structure, the electron mobility becomes high, so that high photoelectric conversion efficiency can be realized. It is estimated to be.

上記有機無機ペロブスカイト化合物の一般式R−M−Xにおいて、Rは有機分子であり、C(l、m、nはいずれも正の整数)で示される分子であることが好ましい。Rは具体的にはメチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン、ジメチルアミン、ジメチルアミン、ジプロピルアミンジブチルアミン、ジペンチルアミン、ジヘキシルアミン、トリメチルアミン、トリエチルアミン、トリプロピルアミン、トリブチルアミン、トリペンチルアミン、トリヘキシルアミン、エチルメチルアミン、メチルプロピルアミン、ブチルメチルアミン、メチルペンチルアミン、ヘキシルメチルアミン、エチルプロピルアミン、エチルブチルアミン、イミダゾール、アゾール、ピロール、アジリジン、アジリン、アゼチジン、アゼト、アゾール、イミダゾリン、カルバゾール及びこれらのイオン(例えば、メチルアンモニウム(CHNH)等)やフェネチルアンモニウム等が挙げられる。なかでも、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン、ブチルアミン、ペンチルアミン、ヘキシルアミン及びこれらのイオンやフェネチルアンモニウムが好ましく、メチルアミン、エチルアミン、プロピルアミン及びこれらのイオンがより好ましい。 In the general formula R-M-X 3 of the organic inorganic perovskite compound, R is an organic molecule and is a molecule represented by C 1 N m X n (l, m and n are all positive integers). preferable. R is specifically methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine, dimethylamine, dimethylamine, dipropylamine dibutylamine, dipentylamine, dihexylamine, trimethylamine, triethylamine, tripropylamine, tributylamine , Tripentylamine, trihexylamine, ethylmethylamine, methylpropylamine, butylmethylamine, methylpentylamine, hexylmethylamine, ethylpropylamine, ethylbutylamine, imidazole, azole, pyrrole, aziridine, azirine, azetidine, azeto, Azole, imidazoline, carbazole and their ions (eg, methylammonium (CH 3 NH 3 ), etc.) and phenethylammoni Um etc. are mentioned. Of these, methylamine, ethylamine, propylamine, butylamine, pentylamine, hexylamine and their ions and phenethylammonium are preferred, and methylamine, ethylamine, propylamine and these ions are more preferred.

Mは金属原子であり、鉛、スズ、亜鉛、チタン、アンチモン、ビスマス、ニッケル、鉄、コバルト、銀、銅、ガリウム、ゲルマニウム、マグネシウム、カルシウム、インジウム、アルミニウム、マンガン、クロム、モリブデン、ユーロピウム等が挙げられる。これらの元素は単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。Xはハロゲン原子又はカルコゲン原子であり、例えば、塩素、臭素、ヨウ素、硫黄、セレン等が挙げられる。これらの元素は単独で用いられてもよく、2種以上が併用されてもよい。なかでも、構造中にハロゲンを含有することで、上記有機無機ペロブスカイト化合物が有機溶媒に可溶になり、安価な印刷法等への適用が可能になることから、ハロゲン原子が好ましい。更に、上記有機無機ペロブスカイト化合物のエネルギーバンドギャップが狭くなることから、ヨウ素がより好ましい。 M is a metal atom, such as lead, tin, zinc, titanium, antimony, bismuth, nickel, iron, cobalt, silver, copper, gallium, germanium, magnesium, calcium, indium, aluminum, manganese, chromium, molybdenum, europium, etc. Can be mentioned. These elements may be used independently and 2 or more types may be used together. X is a halogen atom or a chalcogen atom, and examples thereof include chlorine, bromine, iodine, sulfur, and selenium. These elements may be used independently and 2 or more types may be used together. Among these, the halogen atom is preferable because the organic / inorganic perovskite compound becomes soluble in an organic solvent and can be applied to an inexpensive printing method by containing halogen in the structure. Furthermore, iodine is more preferable because the energy band gap of the organic-inorganic perovskite compound becomes narrow.

上記光電変換層は、本発明の効果を損なわない範囲内であれば、上記有機無機ペロブスカイト化合物に加えて、更に、有機半導体又は無機半導体を含んでいてもよい。なお、ここでいう有機半導体又は無機半導体は、後で記す電子輸送層又はホール輸送層としての役割を果たしてもよい。
上記有機半導体として、例えば、ポリ(3−アルキルチオフェン)等のチオフェン骨格を有する化合物等が挙げられる。また、例えば、ポリパラフェニレンビニレン骨格、ポリビニルカルバゾール骨格、ポリアニリン骨格、ポリアセチレン骨格等を有する導電性高分子等も挙げられる。更に、例えば、フタロシアニン骨格、ナフタロシアニン骨格、ペンタセン骨格、ベンゾポルフィリン骨格等のポルフィリン骨格、スピロビフルオレン骨格等を有する化合物や、表面修飾されていてもよいカーボンナノチューブ、グラフェン、フラーレン等のカーボン含有材料も挙げられる。
The photoelectric conversion layer may further contain an organic semiconductor or an inorganic semiconductor in addition to the organic / inorganic perovskite compound as long as the effects of the present invention are not impaired. Note that the organic semiconductor or inorganic semiconductor here may serve as an electron transport layer or a hole transport layer described later.
Examples of the organic semiconductor include compounds having a thiophene skeleton such as poly (3-alkylthiophene). In addition, for example, conductive polymers having a polyparaphenylene vinylene skeleton, a polyvinyl carbazole skeleton, a polyaniline skeleton, a polyacetylene skeleton, and the like can be given. Further, for example, compounds having a porphyrin skeleton such as a phthalocyanine skeleton, a naphthalocyanine skeleton, a pentacene skeleton, or a benzoporphyrin skeleton, a spirobifluorene skeleton, etc., and carbon-containing materials such as carbon nanotubes, graphene, and fullerene that may be surface-modified Also mentioned.

上記無機半導体として、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ガリウム、硫化スズ、硫化インジウム、硫化亜鉛、CuSCN、CuO、CuI、MoO、V、WO、MoS、MoSe、CuS等が挙げられる。 Examples of the inorganic semiconductor include titanium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, gallium oxide, tin sulfide, indium sulfide, zinc sulfide, CuSCN, Cu 2 O, CuI, MoO 3 , V 2 O 5 , WO 3 , MoS 2, MoSe 2, Cu 2 S , and the like.

上記光電変換層は、上記有機半導体又は上記無機半導体を含む場合、薄膜状の有機半導体又は無機半導体部位と薄膜状の有機無機ペロブスカイト化合物部位とを積層した積層体であってもよいし、有機半導体又は無機半導体部位と有機無機ペロブスカイト化合物部位とを複合化した複合膜であってもよい。製法が簡便である点では積層体が好ましく、上記有機半導体又は上記無機半導体中の電荷分離効率を向上させることができる点では複合膜が好ましい。 When the photoelectric conversion layer includes the organic semiconductor or the inorganic semiconductor, the photoelectric conversion layer may be a thin film organic semiconductor or a laminated body in which an inorganic semiconductor portion and a thin organic inorganic perovskite compound portion are laminated, or an organic semiconductor Alternatively, a composite film in which an inorganic semiconductor site and an organic / inorganic perovskite compound site are combined may be used. A laminated body is preferable in that the production method is simple, and a composite film is preferable in that the charge separation efficiency in the organic semiconductor or the inorganic semiconductor can be improved.

上記薄膜状の有機無機ペロブスカイト化合物部位の厚みは、好ましい下限が5nm、好ましい上限が5000nmである。上記厚みが5nm以上であれば、充分に光を吸収することができるようになり、光電変換効率が高くなる。上記厚みが5000nm以下であれば、電荷分離できない領域が発生することを抑制できるため、光電変換効率の向上につながる。上記厚みのより好ましい下限は10nm、より好ましい上限は1000nmであり、更に好ましい下限は20nm、更に好ましい上限は500nmである。 The preferable lower limit of the thickness of the thin-film organic / inorganic perovskite compound site is 5 nm, and the preferable upper limit is 5000 nm. If the thickness is 5 nm or more, light can be sufficiently absorbed, and the photoelectric conversion efficiency is increased. If the said thickness is 5000 nm or less, since it can suppress that the area | region which cannot carry out charge separation generate | occur | produces, it will lead to the improvement of photoelectric conversion efficiency. The more preferable lower limit of the thickness is 10 nm, the more preferable upper limit is 1000 nm, the still more preferable lower limit is 20 nm, and the still more preferable upper limit is 500 nm.

上記光電変換層が、有機半導体又は無機半導体部位と有機無機ペロブスカイト化合物部位とを複合化した複合膜である場合、上記複合膜の厚みの好ましい下限は30nm、好ましい上限は3000nmである。上記厚みが30nm以上であれば、充分に光を吸収することができるようになり、光電変換効率が高くなる。上記厚みが3000nm以下であれば、電荷が電極に到達しやすくなるため、光電変換効率が高くなる。上記厚みのより好ましい下限は40nm、より好ましい上限は2000nmであり、更に好ましい下限は50nm、更に好ましい上限は1000nmである。 When the photoelectric conversion layer is a composite film in which an organic semiconductor or an inorganic semiconductor part and an organic / inorganic perovskite compound part are combined, a preferable lower limit of the thickness of the composite film is 30 nm, and a preferable upper limit is 3000 nm. If the thickness is 30 nm or more, light can be sufficiently absorbed, and the photoelectric conversion efficiency is increased. If the said thickness is 3000 nm or less, since it becomes easy to reach | attain an electrode, a photoelectric conversion efficiency becomes high. The more preferable lower limit of the thickness is 40 nm, the more preferable upper limit is 2000 nm, the still more preferable lower limit is 50 nm, and the still more preferable upper limit is 1000 nm.

本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、上述した第一の電極と、第二の電極と、上記第一の電極と上記第二の電極との間に配置された光電変換層を有する積層体が、封止層で覆われている薄膜太陽電池を製造できれば、どのような工程を有していてもよい。
具体的には例えば、本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、上記第一の電極を形成する工程、上記光電変換層を形成する工程、上記第二の電極を形成する工程、得られた積層体(太陽電池セル)を封止層で覆う工程をこの順で有していてもよいし、上記第二の電極を形成する工程、上記光電変換層を形成する工程、上記第一の電極を形成する工程、得られた積層体(太陽電池セル)を封止層で覆う工程をこの順で有していてもよい。
The method for producing a thin film solar cell of the present invention includes a laminate having the first electrode, the second electrode, and a photoelectric conversion layer disposed between the first electrode and the second electrode. However, as long as the thin film solar cell covered with the sealing layer can be manufactured, any process may be included.
Specifically, for example, the method for producing a thin film solar cell of the present invention includes the step of forming the first electrode, the step of forming the photoelectric conversion layer, the step of forming the second electrode, and the obtained laminate. A step of covering the body (solar cell) with a sealing layer in this order, a step of forming the second electrode, a step of forming the photoelectric conversion layer, and the first electrode You may have the process of forming and the process of covering the obtained laminated body (solar cell) with the sealing layer in this order.

上記第一の電極を形成する方法は特に限定されず、例えば、上記第一の電極がFTO(フッ素ドープ酸化スズ)からなる場合、基板上にSPD法等によりFTO膜を形成する方法等が挙げられる。上記基板は特に限定されず、例えば、ソーダライムガラス、無アルカリガラス等の透明ガラス基板、セラミック基板、透明プラスチック基板、金属箔等が挙げられる。
また、上記基板上に予め上記第一の電極が形成されたもの(例えば、FTOガラス基板)を用いてもよい。
The method of forming the first electrode is not particularly limited. For example, when the first electrode is made of FTO (fluorine-doped tin oxide), a method of forming an FTO film on the substrate by the SPD method or the like can be given. It is done. The said board | substrate is not specifically limited, For example, transparent glass substrates, such as soda-lime glass and an alkali free glass, a ceramic substrate, a transparent plastic substrate, metal foil, etc. are mentioned.
Moreover, you may use what the said 1st electrode was previously formed on the said board | substrate (for example, FTO glass substrate).

上記光電変換層を形成する方法は特に限定されず、真空蒸着法、スパッタ法、気相反応法(CVD)、電気化学沈積法、印刷法等が挙げられる。なかでも、印刷法を採用することで、高い光電変換効率を発揮できる薄膜太陽電池を大面積で簡易に形成することができる。印刷法として、例えば、スピンコート法、キャスト法等が挙げられ、印刷法を用いた方法としてロールtoロール法等が挙げられる。
上記光電変換層を形成する方法として、具体的には例えば、上記第一の電極上又は必要に応じて形成される電子輸送層上に、有機無機ペロブスカイト化合物形成用溶液(即ち、有機無機ペロブスカイト化合物の前駆体溶液)を積層して上記薄膜状の有機無機ペロブスカイト化合物部位を形成した後、上記薄膜状の有機無機ペロブスカイト化合物部位上に、上記薄膜状の有機半導体部位を形成する方法等が挙げられる。
The method for forming the photoelectric conversion layer is not particularly limited, and examples thereof include a vacuum deposition method, a sputtering method, a gas phase reaction method (CVD), an electrochemical deposition method, and a printing method. Especially, the thin film solar cell which can exhibit high photoelectric conversion efficiency can be easily formed in a large area by employ | adopting a printing method. Examples of the printing method include a spin coating method and a casting method, and examples of a method using the printing method include a roll-to-roll method.
As a method for forming the photoelectric conversion layer, specifically, for example, an organic / inorganic perovskite compound forming solution (that is, an organic / inorganic perovskite compound) is formed on the first electrode or an electron transport layer formed as necessary. For example, a method of forming the thin-film organic semiconductor portion on the thin-film organic-inorganic perovskite compound portion, and the like. .

上記第二の電極を形成する方法は特に限定されず、例えば、上記第二の電極が金等の金属からなる場合、上記光電変換層上又は必要に応じて形成されるホール輸送層上に、蒸着等により金等の金属膜を形成する方法等が挙げられる。 The method for forming the second electrode is not particularly limited. For example, when the second electrode is made of a metal such as gold, on the photoelectric conversion layer or on the hole transport layer formed as necessary, Examples thereof include a method of forming a metal film such as gold by vapor deposition or the like.

本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、上記第一の電極と上記光電変換層との間に、電子輸送層を形成する工程を有していてもよい。
上記電子輸送層の材料は特に限定されず、例えば、N型導電性高分子、N型低分子有機半導体、N型金属酸化物、N型金属硫化物、ハロゲン化アルカリ金属、アルカリ金属、界面活性剤等が挙げられ、具体的には例えば、シアノ基含有ポリフェニレンビニレン、ホウ素含有ポリマー、バソキュプロイン、バソフェナントレン、ヒドロキシキノリナトアルミニウム、オキサジアゾール化合物、ベンゾイミダゾール化合物、ナフタレンテトラカルボン酸化合物、ペリレン誘導体、ホスフィンオキサイド化合物、ホスフィンスルフィド化合物、フルオロ基含有フタロシアニン、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化ガリウム、硫化スズ、硫化インジウム、硫化亜鉛等が挙げられる。
The manufacturing method of the thin film solar cell of this invention may have the process of forming an electron carrying layer between said 1st electrode and said photoelectric conversion layer.
The material of the electron transport layer is not particularly limited. For example, N-type conductive polymer, N-type low molecular organic semiconductor, N-type metal oxide, N-type metal sulfide, alkali metal halide, alkali metal, surface activity Specific examples include, for example, cyano group-containing polyphenylene vinylene, boron-containing polymer, bathocuproine, bathophenanthrene, hydroxyquinolinato aluminum, oxadiazole compound, benzimidazole compound, naphthalene tetracarboxylic acid compound, perylene derivative, Examples include phosphine oxide compounds, phosphine sulfide compounds, fluoro group-containing phthalocyanines, titanium oxide, zinc oxide, indium oxide, tin oxide, gallium oxide, tin sulfide, indium sulfide, and zinc sulfide.

上記電子輸送層の厚みは、好ましい下限が1nm、好ましい上限が2000nmである。上記厚みが1nm以上であれば、充分にホールをブロックできるようになる。上記厚みが2000nm以下であれば、電子輸送の際の抵抗になり難く、光電変換効率が高くなる。上記電子輸送層の厚みのより好ましい下限は3nm、より好ましい上限は1000nmであり、更に好ましい下限は5nm、更に好ましい上限は500nmである。 The preferable lower limit of the thickness of the electron transport layer is 1 nm, and the preferable upper limit is 2000 nm. If the thickness is 1 nm or more, holes can be sufficiently blocked. If the said thickness is 2000 nm or less, it will become difficult to become resistance at the time of electron transport, and photoelectric conversion efficiency will become high. The more preferable lower limit of the thickness of the electron transport layer is 3 nm, and the more preferable upper limit is 1000 nm.

上記電子輸送層を形成する方法は特に限定されず、例えば、酸化チタンからなる電子輸送層を形成する場合、上記第一の電極上に、チタンを含有する塗布液を塗布後、焼成して薄膜状の電子輸送層を形成し、次いで、該薄膜状の電子輸送層上に、有機バインダと酸化チタン粒子とを含有する酸化チタンペーストを塗布し、焼成して多孔質状の電子輸送層を形成する方法等が挙げられる。 The method for forming the electron transport layer is not particularly limited. For example, in the case of forming an electron transport layer made of titanium oxide, a thin film is formed by applying a coating liquid containing titanium on the first electrode and then baking it. A porous electron transport layer is formed by applying a titanium oxide paste containing an organic binder and titanium oxide particles on the thin film electron transport layer, followed by baking. And the like.

本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、上記第二の電極と上記光電変換層との間に、ホール輸送層を形成する工程を有していてもよい。
上記ホール輸送層の材料は特に限定されず、例えば、P型導電性高分子、P型低分子有機半導体、P型金属酸化物、P型金属硫化物、界面活性剤等が挙げられ、具体的には例えば、ポリエチレンジオキシチオフェンのポリスチレンスルホン酸付加物、カルボキシル基含有ポリチオフェン、フタロシアニン、ポルフィリン、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化タングステン、酸化ニッケル、酸化銅、酸化スズ、硫化モリブデン、硫化タングステン、硫化銅、硫化スズ等、フルオロ基含有ホスホン酸、カルボニル基含有ホスホン酸等が挙げられる。
The method for producing a thin-film solar cell of the present invention may include a step of forming a hole transport layer between the second electrode and the photoelectric conversion layer.
The material of the hole transport layer is not particularly limited, and examples thereof include a P-type conductive polymer, a P-type low molecular organic semiconductor, a P-type metal oxide, a P-type metal sulfide, and a surfactant. Examples include polystyrene sulfonate adduct of polyethylenedioxythiophene, carboxyl group-containing polythiophene, phthalocyanine, porphyrin, molybdenum oxide, vanadium oxide, tungsten oxide, nickel oxide, copper oxide, tin oxide, molybdenum sulfide, tungsten sulfide, copper sulfide. , Tin sulfide and the like, fluoro group-containing phosphonic acid, carbonyl group-containing phosphonic acid and the like.

上記ホール輸送層の厚みは、好ましい下限は1nm、好ましい上限は2000nmである。上記厚みが1nm以上であれば、充分に電子をブロックできるようになる。上記厚みが2000nm以下であれば、ホール輸送の際の抵抗になり難く、光電変換効率が高くなる。上記厚みのより好ましい下限は3nm、より好ましい上限は1000nmであり、更に好ましい下限は5nm、更に好ましい上限は500nmである。 The preferable lower limit of the thickness of the hole transport layer is 1 nm, and the preferable upper limit is 2000 nm. If the thickness is 1 nm or more, electrons can be sufficiently blocked. If the said thickness is 2000 nm or less, it will become difficult to become resistance at the time of hole transport, and a photoelectric conversion efficiency will become high. The more preferable lower limit of the thickness is 3 nm, the more preferable upper limit is 1000 nm, the still more preferable lower limit is 5 nm, and the still more preferable upper limit is 500 nm.

上記ホール輸送層を形成する方法は特に限定されず、例えば、有機溶媒にホール輸送材料を溶解させた溶液を塗布し、その後、有機溶媒を揮発させる方法、蒸着又はスパッタリング等の真空成膜する方法等が挙げられる。 The method of forming the hole transport layer is not particularly limited. For example, a method of applying a solution in which a hole transport material is dissolved in an organic solvent and then volatilizing the organic solvent, a method of vacuum film formation such as vapor deposition or sputtering. Etc.

上記積層体を封止層で覆う工程を行うことにより、上記積層体を外環境から保護して充分な耐久性を得ることができ、より光電変換効率が高く、より耐久性に優れた薄膜太陽電池を得ることができる。 By carrying out the step of covering the laminate with a sealing layer, the laminate can be protected from the outside environment and sufficient durability can be obtained, and the thin film solar with higher photoelectric conversion efficiency and higher durability A battery can be obtained.

上記封止層として用いられる材料は特に限定されず、公知の材料を用いることができ、有機材料でも無機材料でもよい。即ち、上記封止層は、有機材料からなる有機封止層を含んでいても無機材料からなる無機封止層を含んでいてもよい。更に、上記封止層は、有機封止層と無機封止層とをともに含んでいることも好ましい。
有機材料としては、硬化性樹脂、ホットメルト樹脂等が挙げられる。無機材料としては、無機酸化物、無機窒化物、無機硫化物等が挙げられ、有機基を有するシリコーン樹脂等でもよい。具体的には、酸化ケイ素、酸化スズ、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、複数の金属からなる複合酸化物窒化アルミニウム、窒化ケイ素等が挙げられる。なかでも、ガスバリア性に優れ、薄膜太陽電池の耐久性をより高めることができることから、上記封止層は無機封止層を含み、上記無機封止層は無機酸化物又は無機窒化物からなることが好ましい。
The material used for the sealing layer is not particularly limited, and a known material can be used, which may be an organic material or an inorganic material. That is, the sealing layer may include an organic sealing layer made of an organic material or an inorganic sealing layer made of an inorganic material. Furthermore, the sealing layer preferably includes both an organic sealing layer and an inorganic sealing layer.
Examples of the organic material include a curable resin and a hot melt resin. Examples of the inorganic material include inorganic oxides, inorganic nitrides, inorganic sulfides, and the like, and silicone resins having an organic group may be used. Specific examples include silicon oxide, tin oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, composite oxide aluminum nitride composed of a plurality of metals, and silicon nitride. Especially, since it is excellent in gas barrier property and can improve durability of a thin film solar cell, the sealing layer includes an inorganic sealing layer, and the inorganic sealing layer is made of an inorganic oxide or an inorganic nitride. Is preferred.

上記封止層を形成する方法は特に限定されず、封止層として用いられる材料が有機材料であれば、ディスペンス、スクリーン印刷等の印刷法が挙げられる。封止層として用いられる材料が無機材料であれば、スパッタリング、蒸着等が挙げられる。
上記封止層を形成する方法として、具体的には例えば、上記積層体の上記第二の電極上に、上記積層体の全体を覆うようにして上記封止層を形成する方法等が挙げられる。上記第一の電極から順に形成した場合、上記封止層は上記第二の電極上に形成される。上記第一の電極は陰極でも陽極でもよく、上記第二の電極は陽極でも陰極でもよい。
The method for forming the sealing layer is not particularly limited, and examples thereof include a printing method such as dispensing and screen printing if the material used for the sealing layer is an organic material. If the material used for the sealing layer is an inorganic material, sputtering, vapor deposition, and the like can be given.
Specific examples of the method of forming the sealing layer include a method of forming the sealing layer on the second electrode of the laminate so as to cover the entire laminate. . When formed in order from the first electrode, the sealing layer is formed on the second electrode. The first electrode may be a cathode or an anode, and the second electrode may be an anode or a cathode.

上記有機封止層の厚みは、好ましい下限が100nm、好ましい上限が100000nmである。上記厚みが100nm以上であれば、上記有機封止層によって上記積層体を充分に覆いつくすことができる。上記厚みが100000nm以下であれば、上記有機封止層は側面から浸入してくる水蒸気を充分にブロックすることができる。上記厚みのより好ましい下限は500nm、より好ましい上限は50000nmであり、更に好ましい下限は1000nm、更に好ましい上限は20000nmである。 The preferable lower limit of the thickness of the organic sealing layer is 100 nm, and the preferable upper limit is 100000 nm. When the thickness is 100 nm or more, the laminate can be sufficiently covered by the organic sealing layer. When the thickness is 100000 nm or less, the organic sealing layer can sufficiently block water vapor entering from the side surface. A more preferable lower limit of the thickness is 500 nm, a more preferable upper limit is 50000 nm, a still more preferable lower limit is 1000 nm, and a still more preferable upper limit is 20000 nm.

上記無機封止層の厚みは、好ましい下限が30nm、好ましい上限が3000nmである。上記厚みが30nm以上であれば、上記無機封止層が充分な水蒸気バリア性を有することができ、薄膜太陽電池の耐久性が向上する。上記厚みが3000nm以下であれば、上記無機封止層の厚みが増した場合であっても、発生する応力が小さいため、上記無機封止層、電極、半導体層等の剥離を抑制することができる。上記厚みのより好ましい下限は50nm、より好ましい上限は1000nmであり、更に好ましい下限は100nm、更に好ましい上限は500nmである。
なお、無機封止層の厚みは、光学膜厚測定装置(例えば、大塚電子社製、FE−3000等)を用いて測定することができる。
The preferable lower limit of the thickness of the inorganic sealing layer is 30 nm, and the preferable upper limit is 3000 nm. If the said thickness is 30 nm or more, the said inorganic sealing layer can have sufficient water vapor | steam barrier property, and durability of a thin film solar cell improves. If the thickness is 3000 nm or less, even if the thickness of the inorganic sealing layer is increased, the generated stress is small, so that the peeling of the inorganic sealing layer, the electrode, the semiconductor layer, etc. can be suppressed. it can. The more preferable lower limit of the thickness is 50 nm, the more preferable upper limit is 1000 nm, the still more preferable lower limit is 100 nm, and the still more preferable upper limit is 500 nm.
In addition, the thickness of the inorganic sealing layer can be measured using an optical film thickness measuring device (for example, FE-3000 manufactured by Otsuka Electronics Co., Ltd.).

本発明の薄膜太陽電池の製造方法は、少なくとも上記光電変換層を形成してから上記積層体を上記封止層で覆うまでを、湿度40%以下かつクリーン度10000以下の環境下で行う工程を含む。上記の条件で少なくとも上記光電変換層を形成してから上記積層体を上記封止層で覆うまでを行う工程を行うことにより、光電変換効率が高く、耐久性に優れた薄膜太陽電池を得ることができる。 The method for producing a thin-film solar cell of the present invention includes a step of performing at least a photoelectric conversion layer and covering the laminate with the sealing layer in an environment having a humidity of 40% or less and a cleanness of 10,000 or less. Including. By performing a process of forming at least the photoelectric conversion layer under the above conditions and covering the laminate with the sealing layer, a thin film solar cell having high photoelectric conversion efficiency and excellent durability is obtained. Can do.

上記湿度が40%以下であると、有機無機ペロブスカイト化合物が安定に存在することができるため、薄膜太陽電池の初期変換効率を高めることができる。好ましい湿度は35%以下、より好ましくは30%以下である。なお、湿度は乾球温度と湿球温度の温度差から測定することができる。 Since the organic-inorganic perovskite compound can exist stably when the humidity is 40% or less, the initial conversion efficiency of the thin-film solar cell can be increased. The preferred humidity is 35% or less, more preferably 30% or less. The humidity can be measured from the temperature difference between the dry bulb temperature and the wet bulb temperature.

更に、上記クリーン度が10000以下であると、上記第二の電極が上記光電変換層を隙間なく覆うことができるため、薄膜太陽電池の耐久性を向上させることができる。また、上記クリーン度が10000以下であると、上記封止層が、上述した第一の電極と、第二の電極と、上記第一の電極と上記第二の電極との間に配置された光電変換層とを有する積層体(太陽電池セル)を隙間なく覆うことができるため、薄膜太陽電池の耐久性を向上させることができる。好ましいクリーン度は5000以下、より好ましくは2000以下である。なお、クリーン度はパーティクルカウンター(例えば、リオン社製、KC−51)を用いて測定することができ、1mあたりの塵の数を表す。 Furthermore, since the said 2nd electrode can cover the said photoelectric converting layer without gap as the said cleanliness is 10000 or less, durability of a thin film solar cell can be improved. When the cleanliness is 10,000 or less, the sealing layer is disposed between the first electrode, the second electrode, and the first electrode and the second electrode. Since the laminated body (solar cell) having the photoelectric conversion layer can be covered without a gap, the durability of the thin film solar cell can be improved. The cleanliness is preferably 5000 or less, more preferably 2000 or less. The cleanness can be measured using a particle counter (for example, KC-51, manufactured by Rion Co., Ltd.), and represents the number of dust per 1 m 3 .

本発明の薄膜太陽電池の製造方法により得られる薄膜太陽電池の一例を、図2に模式的に示す。図2に示す薄膜太陽電池1は、基板7、透明電極(第一の電極)2、多孔質電子輸送層部位と有機無機ペロブスカイト化合物部位と有機半導体部位とが含まれる層4、電極(第二の電極)3、有機封止層5、無機封止層6で構成されており、そのうち多孔質電子輸送部位と有機無機ペロブスカイト化合物部位と有機半導体部位とが含まれる層4の膜厚の好ましい下限は50nm、好ましい上限は5μmである。上記膜厚が50nm以上であると、光を充分に吸収することにより、光電変換効率が上昇する。上記膜厚が5μm以下であると、生成した電荷が効率的に電極に回収されやすくなり、このため光電変換効率が上昇する。上記膜厚のより好ましい下限は100nm、より好ましい上限は2μmである。 An example of the thin film solar cell obtained by the manufacturing method of the thin film solar cell of this invention is typically shown in FIG. The thin film solar cell 1 shown in FIG. 2 includes a substrate 7, a transparent electrode (first electrode) 2, a layer 4 including a porous electron transport layer portion, an organic / inorganic perovskite compound portion, and an organic semiconductor portion, an electrode (second electrode). Electrode) 3, an organic sealing layer 5, and an inorganic sealing layer 6, of which a preferred lower limit of the film thickness of the layer 4 including a porous electron transport site, an organic / inorganic perovskite compound site, and an organic semiconductor site Is 50 nm, and the preferred upper limit is 5 μm. When the film thickness is 50 nm or more, photoelectric conversion efficiency is increased by sufficiently absorbing light. When the film thickness is 5 μm or less, the generated charges are easily collected efficiently by the electrode, and the photoelectric conversion efficiency is increased. The more preferable lower limit of the film thickness is 100 nm, and the more preferable upper limit is 2 μm.

本発明によれば、光電変換効率が高く、耐久性に優れた薄膜太陽電池の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the thin film solar cell with high photoelectric conversion efficiency and excellent durability can be provided.

有機無機ペロブスカイト化合物の結晶構造の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the crystal structure of an organic inorganic perovskite compound. 本発明の薄膜太陽電池の製造方法により得られる薄膜太陽電池の一例を、模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically an example of the thin film solar cell obtained by the manufacturing method of the thin film solar cell of this invention.

以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.

(実施例1)
下記の一連の操作を、湿度25%、クリーン度1000である室内にて行った。
Example 1
The following series of operations was performed in a room with a humidity of 25% and a cleanness of 1000.

(薄膜太陽電池の作製)
FTO膜の表面上に、2%に調整したチタンイソプロポキシドエタノール溶液をスピンコート法により塗布した後、400℃で10分間焼成し、厚み20nmの電子輸送層を形成した。更に、薄膜状の電子輸送層上に、有機バインダとしてのポリイソブチルメタクリレートと酸化チタン(平均粒子径10nmと30nmとの混合物)とを含有する酸化チタンペーストを同じくスピンコート法により積層し、500℃で10分間焼成し、厚み500nmの多孔質状の電子輸送層を形成した。
次いで、有機無機ペロブスカイト化合物形成用溶液として、N,N−Dimethylformamide(DMF)を溶媒としてCHNHIとPbIをモル比1:1で溶かし、CHNHIとPbIの合計重量濃度を20%に調製した。この溶液を電子輸送層上にスピンコート法によって積層した。更に、クロロベンゼン25μLにSpiro−OMeTAD(スピロビフルオレン骨格を有する)を68mM、Tert−butylpyridineを55mM、Lithium Bis(trifluoromethylsufonyl)imide塩を9mM溶解させた溶液をスピンコート法によって300nmの厚みに積層し、光電変換層を形成した。
光電変換層上に、陽極として真空蒸着により厚み100nmの金膜を形成した。これにより、FTO膜の表面上に電子輸送層(薄膜状の電子輸送層と多孔質状の電子輸送層とを含む)と光電変換層(有機無機ペロブスカイト化合物部位と有機半導体部位とを含む)を有する積層体を得た。
得られた積層体をスパッタリング装置の基板ホルダーに取り付け、更に、スパッタリング装置のカソードAにZnSn合金(Zn:Sn=95:5重量%)ターゲットを、カソードBにSiターゲットを取り付けた。スパッタリング装置の成膜室を真空ポンプにより排気し、5.0×10−4Paまで減圧した。その後、成膜条件Aに示す条件でスパッタリングし、積層体(ペロブスカイト太陽電池セル)に無機膜(封止層)としてSiZnSnO薄膜を形成し、薄膜太陽電池を得た。
(成膜条件A)
アルゴンガス流量:50sccm,酸素ガス流量:50sccm
電源出力:カソードA=500W、カソードB=1500W
(Production of thin film solar cells)
A titanium isopropoxide ethanol solution adjusted to 2% was applied on the surface of the FTO film by a spin coating method, followed by baking at 400 ° C. for 10 minutes to form an electron transport layer having a thickness of 20 nm. Further, a titanium oxide paste containing polyisobutyl methacrylate as an organic binder and titanium oxide (a mixture of average particle diameters of 10 nm and 30 nm) is laminated on the thin film-shaped electron transport layer by the same spin coat method, and is heated to 500 ° C. Was fired for 10 minutes to form a porous electron transport layer having a thickness of 500 nm.
Subsequently, CH 3 NH 3 I and PbI 2 are dissolved in a molar ratio of 1: 1 using N, N-dimethylformamide (DMF) as a solvent as a solution for forming an organic inorganic perovskite compound, and the total weight of CH 3 NH 3 I and PbI 2 The concentration was adjusted to 20%. This solution was laminated on the electron transport layer by spin coating. Further, a solution obtained by dissolving Spiro-OMeTAD (having a spirobifluorene skeleton) in 68 mM, tert-butylpyridine in 55 mM, and Lithium Bis (trifluoromethylsulfonyl) imide salt in a thickness of 300 nm by spin coating in 25 μL of chlorobenzene was spin-coated. A photoelectric conversion layer was formed.
On the photoelectric conversion layer, a gold film having a thickness of 100 nm was formed as an anode by vacuum deposition. Thereby, an electron transport layer (including a thin-film electron transport layer and a porous electron transport layer) and a photoelectric conversion layer (including an organic / inorganic perovskite compound portion and an organic semiconductor portion) are formed on the surface of the FTO film. The laminated body which has was obtained.
The obtained laminate was attached to a substrate holder of a sputtering apparatus, and a ZnSn alloy (Zn: Sn = 95: 5 wt%) target was attached to the cathode A of the sputtering apparatus, and an Si target was attached to the cathode B. The film forming chamber of the sputtering apparatus was evacuated by a vacuum pump, and the pressure was reduced to 5.0 × 10 −4 Pa. Thereafter, sputtering was performed under the conditions shown in film formation condition A, and a SiZnSnO thin film was formed as an inorganic film (sealing layer) on the laminate (perovskite solar battery cell) to obtain a thin film solar battery.
(Film formation condition A)
Argon gas flow rate: 50 sccm, oxygen gas flow rate: 50 sccm
Power output: Cathode A = 500W, Cathode B = 1500W

(実施例2〜10、比較例1〜5)
湿度及びクリーン度を表1に示すような条件に設定して操作を行い、有機無機ペロブスカイト化合物を表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして薄膜太陽電池を得た。
なお、実施例7では、N,N−Dimethylformamide(DMF)を溶媒としてCHNHBr、CHNHI、PbBr、PbIをモル比1:2:1:2で溶かした。実施例8では、N,N−Dimethylformamide(DMF)を溶媒としてCHNHIとPbClをモル比3:1で溶かした。実施例9では、N,N−Dimethylformamide(DMF)を溶媒としてCHNHBrとPbBrをモル比1:1で溶かした。実施例10では、N,N−Dimethylformamide(DMF)を溶媒としてCH(NHIとPbIをモル比1:1で溶かした。
(Examples 2 to 10, Comparative Examples 1 to 5)
A thin-film solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the operation was performed with the humidity and cleanliness set to the conditions shown in Table 1, and the organic / inorganic perovskite compound was changed as shown in Table 1. .
In Example 7, CH 3 NH 3 Br, CH 3 NH 3 I, PbBr 2 and PbI 2 were dissolved at a molar ratio of 1: 2: 1: 2 using N, N-dimethylformamide (DMF) as a solvent. In Example 8, CH 3 NH 3 I and PbCl 2 were dissolved at a molar ratio of 3: 1 using N, N-dimethylformamide (DMF) as a solvent. In Example 9, CH 3 NH 3 Br and PbBr 2 were dissolved at a molar ratio of 1: 1 using N, N-dimethylformamide (DMF) as a solvent. In Example 10, CH 3 (NH 3 ) 2 I and PbI 2 were dissolved at a molar ratio of 1: 1 using N, N-dimethylformamide (DMF) as a solvent.

<評価>
実施例及び比較例で得られた薄膜太陽電池について、以下の評価を行った。
<Evaluation>
The following evaluation was performed about the thin film solar cell obtained by the Example and the comparative example.

(1)初期変換効率
薄膜太陽電池の電極間に、電源(KEITHLEY社製、236モデル)を接続し、100mW/cmの強度のソーラーシミュレータ(山下電装社製)を用いて光電変換効率を測定した。得られた光電変換効率を初期変換効率とした。下記に示す基準で判定を行った。
○:初期変換効率が比較例1の値以上であった
×:初期変換効率が比較例1の値未満であった
(1) Initial conversion efficiency A power source (manufactured by KEITHLEY, 236 model) is connected between the electrodes of the thin film solar cell, and photoelectric conversion efficiency is measured using a solar simulator (manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd.) having an intensity of 100 mW / cm 2. did. The obtained photoelectric conversion efficiency was defined as the initial conversion efficiency. Judgment was performed based on the following criteria.
○: Initial conversion efficiency was not less than the value of Comparative Example 1. ×: Initial conversion efficiency was less than the value of Comparative Example 1.

(2)耐久性
薄膜太陽電池を温度30℃、湿度70%の状態で24時間放置した(耐久性)。耐久性試験前後の光電変換効率を上記と同様にして測定した。下記に示す基準で判定を行った。
○:光電変換効率が初期変換効率の50%以上であった
×:光電変換効率が初期変換効率の50%未満であった
(2) Durability The thin film solar cell was left at a temperature of 30 ° C. and a humidity of 70% for 24 hours (durability). The photoelectric conversion efficiency before and after the durability test was measured in the same manner as described above. Judgment was performed based on the following criteria.
○: The photoelectric conversion efficiency was 50% or more of the initial conversion efficiency. ×: The photoelectric conversion efficiency was less than 50% of the initial conversion efficiency.

Figure 2016082003
Figure 2016082003

本発明によれば、光電変換効率が高く、耐久性に優れた薄膜太陽電池を製造できる薄膜太陽電池の製造方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the manufacturing method of the thin film solar cell which can manufacture the thin film solar cell with high photoelectric conversion efficiency and excellent durability can be provided.

1 薄膜太陽電池
2 透明電極(第一の電極)
3 電極(第二の電極)
4 多孔質電子輸送部位と有機無機ペロブスカイト化合物部位と有機半導体部位とが含まれる層
5 有機封止層
6 無機封止層
7 基板
1 Thin-film solar cell 2 Transparent electrode (first electrode)
3 electrodes (second electrode)
4 Layer 5 containing porous electron transport site, organic / inorganic perovskite compound site, and organic semiconductor site 5 Organic sealing layer 6 Inorganic sealing layer 7 Substrate

Claims (3)

第一の電極と、第二の電極と、前記第一の電極と前記第二の電極との間に配置された一般式R−M−X(ここで、Rは有機分子、Mは金属原子、Xはハロゲン原子又はカルコゲン原子を表す)で表される有機無機ペロブスカイト化合物を含む光電変換層とを有する積層体が、封止層で覆われている薄膜太陽電池の製造方法であって、
少なくとも前記光電変換層を形成してから前記積層体を前記封止層で覆うまでを、湿度40%以下かつクリーン度10000以下の環境下で行う工程を含む
ことを特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
A first electrode, a second electrode, and a general formula R-M-X 3 (where R is an organic molecule and M is a metal) disposed between the first electrode and the second electrode. A laminate having a photoelectric conversion layer containing an organic-inorganic perovskite compound represented by (Atom, X represents a halogen atom or a chalcogen atom), and is a method for producing a thin-film solar cell covered with a sealing layer,
Production of a thin-film solar cell comprising a step of performing at least the photoelectric conversion layer and covering the laminate with the sealing layer in an environment having a humidity of 40% or less and a cleanness of 10,000 or less. Method.
光電変換層は更に有機半導体を含むことを特徴とする請求項1記載の薄膜太陽電池の製造方法。 The method for manufacturing a thin-film solar cell according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer further contains an organic semiconductor. 封止層は無機封止層を含み、前記無機封止層は無機酸化物又は無機窒化物からなることを特徴とする請求項1又は2記載の薄膜太陽電池の製造方法。 The method for producing a thin-film solar cell according to claim 1 or 2, wherein the sealing layer includes an inorganic sealing layer, and the inorganic sealing layer is made of an inorganic oxide or an inorganic nitride.
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