[发明专利]光吸收层、光电转换元件和太阳能电池

说明书

本发明涉及用于形成光电转换效率优异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和量子点，上述量子点的圆形度为0.50～0.92。根据本发明，在含有钙钛矿化合物和量子点的光吸收层、光电转换元件和太阳能电池中，通过控制量子点的颗粒形状、利用具有特定能级的化合物覆盖量子点表面或将这些技术组合，能够得到光电转换效率优异的光吸收层、光电转换元件和太阳能电池。

技术领域

本发明涉及光吸收层、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被用于太阳能电池、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。

通常的硅太阳能电池由于利用超高纯度的硅、通过在高真空下的外延晶体生长等“干式工艺”制造等，所以无法期待大幅度的成本降低。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新一代太阳能电池而备受期待。

作为能够通过“湿式工艺”制造的新一代太阳能电池，有量子点太阳能电池。所谓量子点，是指粒径为约20nm以下的无机纳米颗粒，通过表现量子尺寸效应，显示出与块体不同的物性。例如，已知随着量子点粒径的减小，带隙能增大(吸收波长短波长化)，报道了将粒径约为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)。

作为新一代太阳能电池的最有力的候选，有近年来报道的光电转换效率剧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(PbI₂)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)。已知钙钛矿化合物的化学特性、物理特性因阳离子种类、卤族元素、金属元素等的组成而变化。

另外，为了实现钙钛矿化合物不发生光吸收的近红外光区域的光电转换，报道了复合有吸收近红外光的PbS量子点的钙钛矿太阳能电池(WO2018/025445)。还报道了具有在钙钛矿化合物的基质中分散有PbS量子点的光吸收层的中间带型太阳能电池(日本特许第6343406号)。

发明内容

本发明涉及用于形成光电转换效率优异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即使使量子点以少量与钙钛矿化合物复合，也会出现光电转换效率下降的问题。

并且，本发明的发明人发现，在使量子点与钙钛矿化合物复合的情况下，通过控制量子点的颗粒形状、利用具有特定能级的化合物覆盖量子点表面或将这些技术组合，能够抑制光电转换效率降低。

即，本发明涉及含有钙钛矿化合物和量子点、并且上述量子点的圆形度为0.50～0.92的光吸收层。

另外，本发明涉及含有钙钛矿化合物和量子点的光吸收层，该量子点包含在比上述钙钛矿化合物的导带底部更靠负能级处具有导带底部和/或在比上述钙钛矿化合物的价带顶部更靠正能级处具有价带顶部的化合物。

通过使用具有特定圆形度的量子点能够抑制光电转换效率降低的原因尚不明确，但可以推定原因在于通过含有量子点的分散液(涂布液)的粘度变化，所得到的光吸收层的膜质(覆盖率)提高，载子在钙钛矿化合物表面上的热失活得到抑制。并且，通过利用具有特定能级的化合物覆盖量子点表面能够抑制光电转换效率降低的原因尚不明确，但可以推定原因在于通过在钙钛矿化合物与量子点的界面存在具有特定能级的化合物，该界面的能级发生变化，载子的热失活得到抑制。