[发明专利]光吸收层、光电转换元件和太阳能电池

说明书

本发明涉及一种用于形成能够在可见光区域和近红外光区域的两区域进行光电转换的高转换效率的光电转换元件和太阳能电池的光吸收层、具有该光吸收层的光电转换元件和太阳能电池。本发明的光吸收层含有钙钛矿化合物、以及包含卤素元素和有机配体的量子点，相对于构成上述量子点的金属元素，上述有机配体的摩尔比为0.01以上且0.4以下。

技术领域

本发明涉及一种光吸收层、具有该光吸收层的光电转换元件、以及具有该光电转换元件的太阳能电池。

背景技术

将光能转换为电能的光电转换元件用于太阳能电池、光传感器、复印机等。特别是从环境、能源问题的观点出发，利用作为用之不尽的清洁能源的太阳光的光电转换元件(太阳能电池)备受瞩目。

由于通常的硅太阳能电池利用超高纯度的硅、在高真空下通过外延晶体生长等的“干式工艺”制造等原因，所以无法期待大幅度降低成本。因此，通过涂布工艺等“湿式工艺”制造的太阳能电池作为低成本的下一代太阳能电池备受期待。

作为能够通过“湿式工艺”制造的下一代太阳能电池，有量子点太阳能电池。所谓量子点，是指粒径为约20nm以下的具有结晶结构的无机纳米颗粒，通过表现量子尺寸效果，显示出与块体不同的物性。例如已知，随着量子点的粒径减少，带隙能增大(吸收波长短波长化)，报告有将粒径约为3nm且带隙能约为1.2eV的硫化铅(PbS)量子点用于量子点太阳能电池(ACS Nano2014,8,614-622)。然而，以PbS或PbSe量子点为代表的量子点太阳能电池虽然能够进行近红外光区域(800～2500nm)的光电转换，但由于带隙能较小，故而无法获得高电压，转换效率较低。

作为下一代太阳能电池的最有力的候选，有近年来报告有光电转换效率急增的钙钛矿太阳能电池。该钙钛矿太阳能电池例如具有将由甲基铵等阳离子与碘化铅等卤化金属盐构成的钙钛矿化合物(CH₃NH₃PbI₃)用于光吸收层的光电转换元件(J.Am.Chem.Soc.2009,131,6050-6051)。钙钛矿太阳能电池虽然能够进行可见光区域(400～800nm)的光电转换，显示出比较高的转换效率，但无法利用近红外光区域，因此从有效利用太阳光的观点而言并不充分。

最近，报告有将利用钙钛矿化合物(CH₃NH₃PbI₃)进行表面处理的PbS量子点用于光吸收层的量子点太阳能电池(Nano Lett.2015,15,7539-7543)。然而，钙钛矿化合物量少，几乎没有钙钛矿化合物的发电作用，转换效率并不充分。

发明内容

本发明涉及一种用于形成能够在可见光区域和近红外光区域的两区域进行光电转换的高转换效率的光电转换元件和太阳能电池的光吸收层、具有该光吸收层的光电转换元件和太阳能电池。

本发明的发明人发现通过使用含有钙钛矿化合物、以及包含卤素元素和有机配体的量子点的光吸收层，能够提高光电转换效率。

即，本发明涉及一种光吸收层，其含有钙钛矿化合物、以及包含卤素元素和有机配体的量子点，相对于构成上述量子点的金属元素，上述有机配体的摩尔比为0.01以上且0.4以下。

通过使用钙钛矿化合物、以及包含卤素元素和有机配体的量子点作为光吸收层的形成材料，能够吸收包括钙钛矿化合物所能够吸收的短波长区域的光、以及包含卤素元素和有机配体的量子点所能够吸收的近红外等长波长区域的光的宽广波长区域的光，因此能够获得在宽广波长区域具有光电转换功能的光电转换元件。

另外，与使用不含卤素元素的量子点的情况相比，使用包含卤素元素的量子点时，包含钙钛矿化合物和含有卤素元素的量子点的复合膜(光吸收层)的光电转换效率提高。其原因尚不确定，但推测如下。