(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｓｎ系ペロブスカイト化合物を含む太陽電池の変換効率を高めることが可能な光吸収材料を提供する。【解決手段】太陽電池１００において、基板１上に、第１電極２と、光吸収層３と、第２電極４とがこの順に積層されている。光吸収層３は、組成式ＡＢＸ3で示されるペロブスカイト化合物および３族元素の３価のカチオンを含み、Ａは１価のカチオンを表し、ＢはＳｎカチオンを含む２価のカチオンを表し、かつＸはハロゲンアニオンを表す。【選択図】図３
2019125775.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収材料であって、
組成式ＡＢＸ3で示されるペロブスカイト化合物、および
３族元素の３価のカチオン、
を含み、
前記Ａは１価のカチオンを表し、
前記ＢはＳｎカチオンを含む２価のカチオンを表し、かつ
前記Ｘはハロゲンアニオンを表す、
光吸収材料。
【請求項２】
前記３族元素は、イットリウム又はスカンジウムである、請求項１に記載の光吸収材料。
【請求項３】
前記Ｓｎカチオンに対する前記３価のカチオンのモル比は、０．０００２よりも大きく０．０２以下である、請求項１又は２に記載の光吸収材料。
【請求項４】
前記Ｓｎカチオンに対する前記３価のカチオンの前記モル比は、０．００２以上０．０２以下である、請求項３に記載の光吸収材料。
【請求項５】
少なくとも一方が透光性を有する第１電極及び第２電極と、
前記第１電極及び前記第２電極の間に位置し、請求項１から４のいずれか１項に記載の光吸収材料を含む光吸収層と、
を備える、太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、光吸収材料及びそれを用いた太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ペロブスカイト太陽電池の研究開発が進められている。当該ペロブスカイト太陽電池においては、組成式ＡＢＸ3（Ａは１価のカチオンであり、Ｂは２価のカチオンであり、かつＸはハロゲンアニオンである）で示されるペロブスカイト型結晶構造またはそれに類似する構造体から形成されるペロブスカイト化合物が光吸収材料として用いられている。
【０００３】
非特許文献１は、ペロブスカイト太陽電池の光吸収材料として、ＣＨ3ＮＨ3ＳｎＩ3（以下、「ＭＡＳｎＩ3」と省略することがある）で示されるペロブスカイト化合物を用いることを開示している。非特許文献１は、（ＮＨ2）2ＣＨＳｎＩ3（以下、「ＦＡＳｎＩ3」と省略することがある）で示されるペロブスカイト化合物も開示している。本明細書では、Ｓｎを含むペロブスカイト化合物を「Ｓｎ系ペロブスカイト化合物」と呼ぶことがある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｓｈｕｙａｎ  Ｓｈａｏ、外７名、「Ｈｉｇｈｌｙ  Ｒｅｐｒｏｄｕｃｉｂｌｅ  Ｓｎ−Ｂａｓｅｄ  Ｈｙｂｒｉｄ  Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ  Ｓｏｌａｒ  Ｃｅｌｌｓ  ｗｉｔｈ  ９％  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ」、Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ２０１７，  １７０２０１９、２０１７年９月２２日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本開示の目的は、Ｓｎ系ペロブスカイト化合物を含む太陽電池の変換効率を高めることが可能な光吸収材料を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、光吸収材料であって、
組成式ＡＢＸ3で示されるペロブスカイト化合物、および
３族元素の３価のカチオン、
を含み、
前記Ａは１価のカチオンを表し、
前記ＢはＳｎカチオンを含む２価のカチオンを表し、かつ
前記Ｘはハロゲンアニオンを表す、
光吸収材料を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示は、ペロブスカイト太陽電池の変換効率を高めることが可能な光吸収材料を提供する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、Ｓｎ系ペロブスカイト化合物を含む光吸収層のキャリア密度と、当該光吸収層を具備する太陽電池の電流値との間の関係を示すグラフである。
【図２Ａ】図２Ａは、Ｓｃ／Ｓｎのドーピングモル比が０．０２となるようにＳｃをドープしたペロブスカイト化合物の蛍光寿命を示すグラフである。
【図２Ｂ】図２Ｂは、Ｓｃ／Ｓｎのドーピングモル比が０．００２となるようにＳｃをドープしたペロブスカイト化合物の蛍光寿命を示すグラフである。
【図２Ｃ】図２Ｃは、Ｓｃをドープしていないロブスカイト化合物（すなわち、Ｓｃ／Ｓｎのドーピングモル比は０．０）の蛍光寿命を示すグラフである。
【図３】図３は、本実施形態の太陽電池の第１例を示す断面図である。
【図４】図４は、本実施形態の太陽電池の第２例を示す断面図である。
【図５】図５は、本実施形態の太陽電池の第３例を示す断面図である。
【図６】図６は、本実施形態の太陽電池の第４例を示す断面図である。
【図７】図７は、本実施形態の太陽電池の第５例を示す断面図である。
【図８】図８は、本実施形態の太陽電池の第６例を示す断面図である。
【図９】図９は、本実施形態の太陽電池の第７例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本開示の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
＜本開示の基礎となった知見＞
本開示の基礎となった知見は以下のとおりである。
【００１０】
Ｓｎ系ペロブスカイト化合物は、１．４ｅＶ付近にバンドギャップを有することから、太陽電池の光吸収材料として好適な材料であることが知られている。しかし、Ｓｎ系ペロブスカイト化合物では、Ｓｎ2+によって占有されるＢサイトの一部が空孔となり、当該空孔がｐ型のキャリアである正孔を生成することも知られている。
【００１１】
図１は、Ｓｎ系ペロブスカイト化合物を含む光吸収層のキャリア密度と、当該光吸収層を具備する太陽電池の電流値との間の関係を示すグラフである。当該関係は、本開示者らの検討に基づいて実施されたデバイスシミュレーションによって算出されている。図１において、横軸は、キャリア密度を示す。縦軸は、電流値を示す。図１から明らかなように、Ｓｎ2+の空孔の生成によって、ペロブスカイト化合物中のキャリア密度が増加すると、太陽電池の電流値が低下する。
【００１２】
本開示者は、Ｓｎ2+由来の空孔を相殺することによって、高い電流値を実現することができるＳｎ系ペロブスカイト化合物及びそれを用いた太陽電池を見出した。
【００１３】
（ペロブスカイト化合物の組成及び結晶構造）
本実施形態の光吸収材料は、組成式ＡＢＸ3で示されるペロブスカイト化合物と、３族元素の３価のカチオンと、を含む。ペロブスカイト化合物において、Ａは１価のカチオンを表し、ＢはＳｎカチオンを含む２価のカチオンを表し、Ｘはハロゲンアニオンを表す。以下、このようなペロブスカイト化合物を「本実施形態におけるペロブスカイト化合物」と記載することがある。ペロブスカイト化合物のために慣用的に用いられている表現に従い、本明細書においては、Ａ、Ｂ、およびＸは、それぞれ、Ａサイト、Ｂサイト、およびＸサイトとも言う。光吸収材料は、光電変換材料として機能する。
【００１４】
本実施形態におけるペロブスカイト化合物は、ＡＢＸ3で示されるペロブスカイト結晶構造を有する。本実施形態におけるペロブスカイト化合物において、例えば、Ｘはハロゲンアニオンである。本実施形態におけるペロブスカイト化合物において、例えば、Ａサイトには１価のカチオンが位置し、ＢサイトにはＳｎ2+が位置し、Ｘサイトにはハロゲンアニオンが位置する。
【００１５】
Ａサイトに位置している１価のカチオンは、特に限定されない。１価のカチオンは、例えば、有機カチオン又はアルカリ金属カチオンである。１価のカチオンは、例えば、メチルアンモニウムカチオン（ＣＨ3ＮＨ3+）、ホルムアミジニウムカチオン（ＮＨ2ＣＨＮＨ2+）、セシウムカチオン（Ｃｓ+）、フェニルエチルアンモニウムカチオン（Ｃ6Ｈ5Ｃ2Ｈ4ＮＨ3+）及びグアニジニウムカチオン（ＣＨ6Ｎ3+）からなる群より選ばれる少なくとも１つを含む。１価のカチオンは、例えば、ホルムアミジニウムカチオンである。Ｘサイトに位置しているハロゲンアニオンは、例えば、ヨウ化物イオンである。Ａサイト、Ｂサイト及びＸサイトは、それぞれ、複数種類のイオンによって占有されていてもよい。
【００１６】
３族元素の３価のカチオンは、光吸収材料内に存在する。３族元素の３価のカチオンは、光吸収材料内に存在するのであれば、例えば、塩の状態で微粒子化して分散していてもよく、一部に偏析するような形態であってもよい。３族元素の３価のカチオンは、ペロブスカイト化合物に含まれていてもよい。３族元素の３価のカチオンは、本実施形態におけるペロブスカイト化合物中のＡサイト又はＢサイトの一部を占有する形態で存在していてもよい。
【００１７】
３族元素の３価のカチオンがペロブスカイト化合物のＢサイトの一部に存在する場合、３族元素の３価のカチオンは、一般的なペロブスカイト化合物においてＢサイトを占有する２価イオン（すなわち、Ｓｎ2+）より価数が大きいため、ｎ型キャリアである電子を生成することとなる。これにより、Ｓｎ2+の空孔が生成したｐ型キャリアであるホールを相殺することができる。これにより、キャリア密度の低いペロブスカイト膜を提供することが可能である。３族元素の３価のカチオンがＡサイトの一部を占有していた場合も同様に、キャリア密度の低いペロブスカイト膜を提供することが可能である。
【００１８】
３族元素の３価のカチオンは、特に限定されない。３族元素は、イットリウム又はスカンジウムであってもよい。
【００１９】
本実施形態の光吸収材料において、Ｓｎカチオンに対する３族元素の３価のカチオンのモル比は、０．０００２よりも大きく０．０２以下であってもよく、０．０００３以上０．０２以下であってもよく、０．００２以上０．０２以下であってもよい。
【００２０】
本実施形態の光吸収材料は、本実施形態におけるペロブスカイト化合物を主として含む。しかし、不純物を含み得る。光吸収材料における上記のペロブスカイト化合物の割合は、例えば８０質量％以上であってもよい。本実施形態の光吸収材料は、本実施形態におけるペロブスカイト化合物とは異なる他の化合物をさらに含んでいてもよい。
【００２１】
（ペロブスカイト化合物の物性）
本実施形態の光吸収材料は、太陽電池用の光吸収材料として有用な物性を示し得る。本実施形態におけるペロブスカイト化合物は、長い蛍光寿命を有する。
【００２２】
「蛍光寿命」とは、電荷分離の後に、伝導帯の電子と価電子帯のホールとが再結合する際に発生する蛍光の寿命をいう。蛍光寿命は、ＹＡＧレーザーを具備する近赤外蛍光寿命測定装置を用いて測定され得る。ＹＡＧレーザーから放出された光がペロブスカイト化合物に照射され、ペロブスカイト化合物から励起光を放出される。当該励起光の経時変化が、近赤外蛍光寿命測定装置内で測定される。
【００２３】
図２Ａは、Ｓｃ／Ｓｎのドーピングモル比が０．０２となるようにＳｃをドープしたペロブスカイト化合物の蛍光寿命を示すグラフである。図２Ａのペロブスカイト化合物は、後述される実施例６による太陽電池の光吸収層に含有されている。言い換えれば、図２Ａは、実施例６の蛍光寿命測定の結果を示すグラフである。
【００２４】
図２Ｂは、Ｓｃ／Ｓｎのドーピングモル比が０．００２となるようにＳｃをドープしたペロブスカイト化合物の蛍光寿命を示すグラフである。図２Ｂのペロブスカイト化合物は、後述される実施例４による太陽電池の光吸収層に含有されている。言い換えれば、図２Ｂは、実施例４の蛍光寿命測定の結果を示すグラフである。
【００２５】
図２Ｃは、Ｓｃをドープしていないロブスカイト化合物（すなわち、Ｓｃ／Ｓｎのドーピングモル比は０．０）の蛍光寿命を示すグラフである。図２Ｃのペロブスカイト化合物は、後述される比較例１による太陽電池の光吸収層に含有されている。言い換えれば、図２Ｃは、比較例１の蛍光寿命測定の結果を示すグラフである。
【００２６】
図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、近赤外蛍光寿命測定装置（浜松フォトニクス株式会社製、商品名：Ｃ７９９０）からの出力結果である。
【００２７】
図２Ａ〜図２Ｃにおいて、グラフの傾きが蛍光寿命の長さを示している。グラフの傾きが緩やかであるほど、蛍光寿命が長い。図２Ａ〜図２Ｃから明らかなように、Ｓｃイオンのドープ量が増加することにより、蛍光寿命がより長くなる。本実施形態の光吸収材料の蛍光寿命は、例えば、５〜２０ｎｓの範囲にある。
【００２８】
（３族元素の３価のカチオンの含有量を測定する方法）
光吸収材料における３族元素の３価イオンの含有量は、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）、ＩＣＰ発光分光分析法（ＩＣＰ−ＡＥＳ）などによって測定することができる。ＸＰＳでは、太陽電池に含まれる光吸収層の内部まで太陽電池を破断し、露出した表面について測定を行う。ＩＣＰにおいては、ＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）などのペロブスカイト化合物を溶解することができる溶媒で光吸収層を溶解し、測定を行う。
【００２９】
３族元素の３価のカチオンが本実施形態におけるペロブスカイト化合物のＢサイトに存在するか否かは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて光吸収層の断面を測定することによって確認することができる。
【００３０】
（光吸収材料の製造方法）
以下、本実施形態におけるペロブスカイト化合物の製造方法を説明する。本実施形態におけるペロブスカイト化合物の製造方法は特に限定されない。以下、ＩＴＣ（Ｉｎｖｅｒｓｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｒｙｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）法による製造方法が説明される。
【００３１】
まず、有機溶媒にＳｎＩ2およびＨＣ（ＮＨ2）2Ｉ（すなわち、ＦＡＩ）を添加して、混合溶液を調製する。ＳｎＩ2のモル量は、ＦＡＩのモル量に等しい。有機溶媒としては、例えば、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）：Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）＝１：１の混合物（体積比）を用いる。
【００３２】
次に、ホットプレートのような加熱装置を用いて、混合溶液を、４０℃以上１２０℃以下の範囲内の温度に加熱して、ＳｎＩ2とＦＡＩとを溶解させ、第１の溶液を得る。続いて、得られた第１の溶液を室温で放置する。
【００３３】
上記とは別に、有機溶媒に、ＳｎＩ2、ＦＡＩ及び３族元素の３価のカチオンを生じる塩を添加して、混合溶液を調製する。有機溶媒としては、例えば、γ−バレロラクトン（ＧＶＬ）を用いる。３族元素の３価のカチオンを生じる塩としては、例えば、ヨウ化物、フッ化物、塩化物及び臭化物が挙げられる。ヨウ化物としては、例えば、ＳｃＩ3及びＹＩ3が挙げられる。フッ化物としては、例えば、ＳｃＦ3及びＹＦ3が挙げられる。塩化物としては、例えば、ＳｃＣｌ3が挙げられる。臭化物としては、例えば、ＳｃＢｒ3が挙げられる。ＳｎＩ2のモル濃度は、０．８ｍｏｌ／Ｌ以上２．０ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよく、０．８ｍｏｌ／Ｌ以上１．０ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよい。ＦＡＩのモル濃度は、０．４ｍｏｌ／Ｌ以上２．０ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよく、０．４ｍｏｌ／Ｌ以上１．０ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよい。３族元素の３価のカチオンを生じる塩のモル濃度は、０ｍｏｌ／Ｌより高く１．０ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよく、０ｍｏｌ／Ｌより高く０．５ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよい。
【００３４】
次に、加熱装置を用いて、混合溶液を４０℃以上１８０℃以下の範囲内の温度に加熱して、ＳｎＩ2、ＦＡＩ及び３族元素の３価のカチオンを生じる塩を有機溶媒中で溶解させ、第２の溶液を得る。続いて、得られた第２の溶液を室温で放置する。
【００３５】
次に、ガラス基板上に第１の溶液をスピンコート法にて塗布し、６０℃以上１８０℃以下の範囲内の温度に加熱する。それにより、ＦＡＳｎＩ3からなるテンプレート層をガラス基板上に形成する。スピンコート法にて塗布する場合には、スピンコート中に貧溶媒を滴下してもよい。貧溶媒としては、例えば、トルエン、クロロベンゼン及びジエチルエーテルが挙げられる。
【００３６】
次に、テンプレート層が形成されたガラス基板及び第２の溶液を６０℃以上１８０℃以下の範囲内の温度に加熱した後に、テンプレート層上に第２の溶液をスピンコート法にて塗布し、６０℃以上１８０℃以下の範囲内の温度に加熱する。すなわち、高温に保持した第２の溶液を、高温に保持したテンプレート層上に滴下する。これにより、テンプレート層上に、３族元素の３価のカチオンを含むＦＡＳｎＩ3の結晶が成長する。スピンコート終了後に、成長した結晶の熱処理を行う。熱処理は、４０℃以上１００℃以下の範囲内の温度で、１５分以上１時間以下の範囲内の時間、加熱することによって行われてもよい。このようにして、テンプレート層とは異なる特性を有し、かつ、テンプレート層と同様の結晶配向が反映された本実施形態におけるペロブスカイト化合物を得ることができる。また、第２の溶液に、３族元素の３価のカチオンを生じる塩が室温で溶解しない場合もありうる。例えば、溶媒に対して塩が多い場合、溶媒に対する塩の溶解度が小さい場合などに、塩が溶媒に溶解しないことがある。その場合、３族元素の３価のカチオンを生じる塩を第２の溶液に溶解させず、第２の溶液に分散させた状態としてもよい。その場合、３族元素の３価のカチオンを生じる塩の微粒子が光吸収層内に分散する。
【００３７】
次に、ＩＴＣ法以外のスピンコート法による本実施形態のペロブスカイト化合物の製膜方法の一例を示す。
【００３８】
まず、有機溶媒に、ＳｎＩ2、ＦＡＩ及び３族元素の３価のカチオンを生じる塩を添加する。有機溶媒としては、例えば、ＤＭＳＯを用いる。ＳｎＩ2のモル濃度は、０．８ｍｏｌ／Ｌ以上２．０ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよく、０．８ｍｏｌ／Ｌ以上１．１５ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよい。ＦＡＩのモル濃度は、０．４ｍｏｌ／Ｌ以上２．０ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよく、０．４ｍｏｌ／Ｌ以上１．１５ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよい。３族元素の３価のカチオンを生じる塩のモル濃度は、０ｍｏｌ／Ｌより高く１．０ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよく、０ｍｏｌ／Ｌより高く０．５ｍｏｌ／Ｌ以下であってもよい。
【００３９】
次に、前述の加熱装置を用いて、混合溶液を、４０℃以上１８０℃以下の範囲内の温度に加熱する。それにより、ＳｎＩ2、ＦＡＩ及び３族元素の３価のカチオンを生じる塩を溶解させ、第３の溶液を得る。続いて、得られた第３の溶液を室温で放置する。
【００４０】
次に、ガラス基板上に第３の溶液をスピンコート法にて塗布し、４０℃以上１３０℃以下の範囲内の温度で、１５分以上１時間以下の範囲内の時間、加熱する。それにより、本実施形態におけるペロブスカイト化合物を得ることができる。スピンコート法にて塗布する場合には、スピンコート中に貧溶媒を滴下してもよい。貧溶媒としては、例えば、トルエン、クロロベンゼン及びジエチルエーテルが挙げられる。
【００４１】
前述の第１〜第３の溶液は、フッ化錫のようなクエンチャー物質を０．０５ｍｏｌ／Ｌ以上０．４ｍｏｌ／Ｌ以下含んでいてもよい。クエンチャー物質の作用により、本実施形態におけるペロブスカイト化合物の欠陥生成を抑制することができる。ペロブスカイト化合物内の欠陥生成としては、例えば、（ｉ）Ｓｎ空孔、又は（ｉｉ）Ｓｎ2+の酸化によるＳｎ4+の増加によるものが挙げられる。
【００４２】
（ペロブスカイト太陽電池）
以下、本開示のペロブスカイト太陽電池の実施形態について説明する。
【００４３】
本実施形態の太陽電池は、第１電極と、第２電極と、第１電極と第２電極との間に配置されている光吸収層と、を備える。第１電極は、光吸収層を介して第２電極と対向している。第１電極及び第２電極のうち少なくとも一方の電極は、透光性を有する。本明細書において、「電極が透光性を有する」の語は、２００〜２０００ｎｍの波長を有する光のうち、いずれかの波長において、１０％以上の光が電極を透過することを意味する。光吸収層は、本実施形態の光吸収材料を含む。本実施形態の太陽電池は、本実施形態の光吸収材料を含んでいるので、変換効率を高めることができる。以下に、本実施形態の太陽電池の構造及び製造方法について説明する。ここでは、太陽電池の７つの構造例（第１例〜第７例）とその製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【００４４】
図３は、本実施形態の太陽電池の第１例を示す断面図である。
【００４５】
太陽電池１００では、基板１上に、第１電極２と、光吸収層３と、第２電極４とがこの順に積層されている。光吸収層３は、本実施形態のペロブスカイト化合物から形成される光吸収材料を含む。なお、太陽電池１００は基板１を有していなくてもよい。
【００４６】
太陽電池１００の基本的な作用効果を説明する。太陽電池１００に光が照射されると、光吸収層３が光を吸収し、励起された電子と、正孔とを光吸収層３の内部で発生させる。この励起された電子は、第１電極２に移動する。一方、光吸収層３で生じた正孔は、第２電極４に移動する。これにより、負極としての第１電極２と、正極としての第２電極４とから、電流を取り出すことができる。
【００４７】
太陽電池１００は、例えば以下の方法によって作製することができる。まず、基板１の表面に第１電極２を、化学気相蒸着法（ＣＶＤ）、スパッタ法などにより形成する。次に、第１電極２の上に、前述したようにスピンコード法により光吸収層３を形成する。続いて、光吸収層３の上に、第２電極４を形成することにより、太陽電池１００を得ることができる。
【００４８】
以下、太陽電池１００の各構成要素について、具体的に説明する。
【００４９】
（基板１）
基板１は、太陽電池１００の各層を保持する。基板１は、透明な材料から形成することができる。基板１としては、例えば、ガラス基板又はプラスチック基板を用いることができる。プラスチック基板は、例えば、プラスチックフィルムであってもよい。第１電極２が十分な強度を有している場合、第１電極２によって各層を保持することができるので、必ずしも基板１を設けなくてもよい。
【００５０】
（第１電極２）
第１電極２は、導電性を有する。第１電極２は、光吸収層３とオーミック接触を形成しない。さらに、第１電極２は、光吸収層３からの正孔に対するブロック性を有する。当該ブロック性とは、光吸収層３で発生した電子のみを通過させ、光吸収層３で発生した正孔を通過させない性質のことである。ブロック性を有する材料とは、光吸収層３の価電子帯上端のエネルギーよりも、フェルミエネルギーが高い材料である。上記の材料は、光吸収層３のフェルミエネルギーよりも、フェルミエネルギーが高い材料であってもよい。ブロック性を求められる第１電極２のために好適な材料としては、アルミニウムが挙げられる。
【００５１】
第１電極２は、透光性を有する。第１電極２は、例えば、可視光から近赤外線の光を透過する。第１電極２は、例えば、透明であり導電性を有する金属酸化物及び／又は金属窒化物を用いて形成することができる。このような材料としては、例えば、
（ｉ）  リチウム、マグネシウム、ニオブ、フッ素のうち少なくとも１種をドープした酸化チタン、
（ｉｉ）  錫、シリコンのうち少なくとも１種をドープした酸化ガリウム、
（ｉｉｉ）  シリコン、酸素のうち少なくとも１種をドープした窒化ガリウム、
（ｉｖ）  インジウム−錫複合酸化物、
（ｖ）  アンチモン、フッ素の少なくとも１種をドープした酸化錫、
（ｖｉ）  ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムの少なくとも１種をドープした酸化亜鉛、及び、
（ｖｉｉ）  これらの複合物が挙げられる。
【００５２】
第１電極２は、透明でない材料を用いて、光が透過するパターンを設けて形成することができる。光が透過するパターンとしては、例えば、線状（すなわち、ストライプ状）、波線状、格子状（すなわち、メッシュ状）、または多数の微細な貫通孔が規則的若しくは不規則に配列されたパンチングメタル状のパターンが挙げられる。第１電極２がこれらのパターンを有すると、電極材料が存在しない部分を光が透過することができる。透明でない電極材料としては、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、チタン、鉄、ニッケル、スズ、亜鉛、及び、これらのいずれかを含む合金を挙げることができる。導電性を有する炭素材料を用いることもできる。
【００５３】
第１電極２の光の透過率は、例えば５０％以上であってもよく、８０％以上であってもよい。透過すべき光の波長は、光吸収層３の吸収波長に依存する。第１電極２の厚さは、例えば、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下の範囲内にある。
【００５４】
（光吸収層３）
光吸収層３は、本実施形態の光吸収材料を含む。すなわち、光吸収層３の光吸収材料は、本実施形態におけるペロブスカイト化合物を含む。光吸収層３の厚さは、その光吸収の大きさにもよるが、例えば１００ｎｍ以上１０μｍ以下である。光吸収層３の厚さは、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってもよい。光吸収層３は、ペロブスカイト化合物を含む層を切り出すことによって形成されてもよい。光吸収層３は、ＦＡＳｎＩ3からなるテンプレート層と、当該テンプレート層の上に形成されたペロブスカイト化合物とを有していてもよい。
【００５５】
（第２電極４）
第２電極４は、導電性を有する。第２電極４は、光吸収層３とオーミック接触しない。さらに、第２電極４は、光吸収層３からの電子に対するブロック性を有する。光吸収層３からの電子に対するブロック性とは、光吸収層３で発生した正孔のみを通過させ、電子を通過させない性質のことである。このような性質を有する材料とは、光吸収層３の伝導帯下端のエネルギーよりも、フェルミエネルギーが低い材料である。上記の材料は、光吸収層３のフェルミエネルギーよりも、フェルミエネルギーが低い材料であってもよい。具体的な材料としては、白金、金、及び、グラフェンなどの炭素材料が挙げられる。
【００５６】
（太陽電池の第２例）
図４は、本実施形態の太陽電池の第２例を示す断面図である。太陽電池２００は、電子輸送層５を備える点で、図３に示す太陽電池１００と異なる。太陽電池１００と同一の機能及び構成を有する構成要素については、太陽電池１００と共通する符号を付し、説明を適宜省略する。
【００５７】
太陽電池２００では、基板１上に、第１電極２２と、電子輸送層５と、光吸収層３と、第２電極４とがこの順に積層されている。なお、太陽電池２００は基板１を有していなくてもよい。
【００５８】
次に、太陽電池２００の基本的な作用効果を説明する。太陽電池２００に光が照射されると、光吸収層３が光を吸収し、励起された電子と、正孔とを発生させる。この励起された電子は、電子輸送層５を介して第１電極２２に移動する。一方、光吸収層３で生じた正孔は、第２電極４に移動する。これにより、負極としての第１電極２２と、正極としての第２電極４とから、電流を取り出すことができる。
【００５９】
太陽電池２００においては、電子輸送層５が設けられている。そのため、第１電極２２が光吸収層３からの正孔に対するブロック性を有さなくてもよい。したがって、第１電極２２の材料選択の幅が広がる。
【００６０】
太陽電池２００は、図３に示す太陽電池１００と同様の方法によって作製することができる。電子輸送層５は、第１電極２２の上にスパッタ法などによって形成することができる。
【００６１】
以下、太陽電池２００の各構成要素について具体的に説明する。
【００６２】
（第１電極２２）
第１電極２２は、導電性を有する。第１電極２２は、第１電極２と同様の構成とすることもできる。太陽電池２００では、電子輸送層５を用いるため、第１電極２２は、光吸収層３からの正孔に対するブロック性を有さなくてもよい。すなわち、第１電極２２の材料は、光吸収層３とオーミック接触する材料であってもよい。
【００６３】
第１電極２２は、透光性を有する。例えば、可視領域から近赤外領域の光を透過する。第１電極２２は、透明であり導電性を有する金属酸化物及び／又は金属窒化物を用いて形成することができる。このような材料としては、例えば、
（ｉ）  リチウム、マグネシウム、ニオブ、フッ素のうち少なくとも１種をドープした酸化チタン、
（ｉｉ）  錫、シリコンのうち少なくとも１種をドープした酸化ガリウム、
（ｉｉｉ）  シリコン、酸素のうち少なくとも１種をドープした窒化ガリウム、
（ｉｖ）  インジウム−錫複合酸化物、
（ｖ）  アンチモン、フッ素の少なくとも１種をドープした酸化錫、
（ｖｉ）  ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムの少なくとも１種をドープした酸化亜鉛、及び、
（ｖｉｉ）  これらの複合物が挙げられる。
【００６４】
第１電極２２の材料として、透明でない材料を用いることもできる。その場合、第１電極２と同様に、第１電極２２を、光が透過するパターン状に形成する。透明でない材料としては、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、チタン、鉄、ニッケル、スズ、亜鉛、及び、これらのいずれかを含む合金を挙げることができる。導電性を有する炭素材料を用いることもできる。
【００６５】
第１電極２２の光の透過率は、例えば５０％以上であってもよく、８０％以上であってもよい。透過すべき光の波長は、光吸収層３の吸収波長に依存する。第１電極２２の厚さは、例えば、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。
【００６６】
（電子輸送層５）
電子輸送層５は、半導体を含む。電子輸送層５は、バンドギャップが３．０ｅＶ以上の半導体であってもよい。バンドギャップが３．０ｅＶ以上の半導体で電子輸送層５を形成することにより、可視光及び赤外光を光吸収層３まで透過させることができる。半導体の例としては、有機又は無機のｎ型半導体が挙げられる。
【００６７】
有機のｎ型半導体としては、例えば、イミド化合物、キノン化合物、フラーレン及びフラーレンの誘導体が挙げられる。無機のｎ型半導体としては、例えば、金属元素の酸化物、金属元素の窒化物及びペロブスカイト酸化物を用いることができる。金属元素の酸化物としては、例えば、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｇａ、Ｓｉ及びＣｒの酸化物を用いることができる。ＴｉＯ2が望ましい。金属元素の窒化物としては、例えば、ＧａＮが挙げられる。ペロブスカイト酸化物の例としては、ＳｒＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3が挙げられる。
【００６８】
電子輸送層５は、バンドギャップが６．０ｅＶよりも大きな物質によって形成されていてもよい。バンドギャップが６．０ｅＶよりも大きな物質としては、アルカリ金属又はアルカリ土類金属のハロゲン化物（例えば、フッ化リチウム、フッ化カルシウム）、酸化マグネシウムなどのアルカリ金属酸化物、二酸化ケイ素などが挙げられる。この場合、電子輸送層５の電子輸送性を確保するために、電子輸送層５の厚みは、例えば１０ｎｍ以下に構成される。
【００６９】
電子輸送層５は、互いに異なる材料からなる複数の層を含んでいてもよい。
【００７０】
（太陽電池の第３例）
図５は、本実施形態の太陽電池の第３例を示す断面図である。太陽電池３００は、多孔質層６を備える点で、図４に示す太陽電池２００と異なる。太陽電池２００と同一の機能及び構成を有する構成要素については、太陽電池２００と共通する符号を付し、説明を適宜省略する。
【００７１】
太陽電池３００では、基板１上に、第１電極２２と、電子輸送層５と、多孔質層６と、光吸収層３と、第２電極４とがこの順に積層されている。多孔質層６は、多孔質体を含む。多孔質体は、空孔を含む。なお、太陽電池３００は基板１を有していなくてもよい。
【００７２】
多孔質層６中の空孔は、光吸収層３と接する部分から、電子輸送層５と接する部分まで繋がっている。これにより、光吸収層３の材料は多孔質層６の空孔を充填し、光吸収層３の材料は電子輸送層５の表面に接する。したがって、光吸収層３と電子輸送層５とは接触しているため、直接電子の授受が可能である。
【００７３】
次に、太陽電池３００の基本的な作用効果を説明する。太陽電池３００に光が照射されると、光吸収層３が光を吸収し、励起された電子と、正孔とを発生させる。この励起された電子は、電子輸送層５を介して第１電極２２に移動する。一方、光吸収層３で生じた正孔は、第２電極４に移動する。これにより、負極としての第１電極２２と、正極としての第２電極４とから、電流を取り出すことができる。
【００７４】
電子輸送層５の上に多孔質層６を設けることにより、光吸収層３を容易に形成できる。すなわち、多孔質層６の空孔に光吸収層３の材料が侵入し、多孔質層６が光吸収層３の足場となる。そのため、光吸収層３の材料が多孔質層６の表面で弾かれたり、凝集したりすることが起こりにくい。したがって、光吸収層３を均一な膜として形成することができる。
【００７５】
（多孔質層６）
多孔質層６は、光吸収層３を形成する際の土台となる。多孔質層６は、光吸収層３の光吸収、及び、光吸収層３から電子輸送層５への電子移動を阻害しない。多孔質層６によって光散乱が起こることにより、光吸収層３を通過する光の光路長が増大する。光路長が増大すると、光吸収層３中で発生する電子及び正孔の量が増加すると予測される。
【００７６】
多孔質層６は、多孔質体を含む。多孔質体としては、例えば、絶縁性又は半導体の粒子が連なった多孔質体が挙げられる。絶縁性の粒子の材料としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化ケイ素を用いることができる。半導体粒子の材料としては、無機半導体を用いることができる。無機半導体としては、金属酸化物（ペロブスカイト酸化物を含む）、金属硫化物、金属カルコゲナイドを用いることができる。金属酸化物の例としては、Ｃｄ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｐｂ、Ｍｏ、Ｗ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｃｕ、Ｈｇ、Ｔｉ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｖ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｒ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｃｒの酸化物が挙げられる。ＴｉＯ2が望ましい。ペロブスカイト酸化物の例としては、ＳｒＴｉＯ3、ＣａＴｉＯ3が挙げられる。金属硫化物の例としては、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｉｎ2Ｓ3、ＳｎＳ、ＰｂＳ、Ｍｏ2Ｓ、ＷＳ2、Ｓｂ2Ｓ3、Ｂｉ2Ｓ3、ＺｎＣｄＳ2、Ｃｕ2Ｓが挙げられる。金属カルコゲナイドの例としては、ＣｄＳｅ、ＣｓＳｅ、Ｉｎ2Ｓｅ3、ＷＳｅ2、ＨｇＳ、ＳｎＳｅ、ＰｂＳｅ、ＣｄＴｅが挙げられる。
【００７７】
多孔質層６の厚さは、０．０１μｍ以上１０μｍ以下であってもよく、０．１μｍ以上１μｍ以下であってもよい。多孔質層６の表面粗さは大きくてもよい。具体的には、実効面積／投影面積の値で与えられる表面粗さ係数が１０以上であってもよく、１００以上であってもよい。実効面積とは、物体の実際の表面積のことである。投影面積とは、物体を真正面から光で照らしたときに、後ろにできる影の面積である。実効面積は、物体の投影面積及び厚さから求められる体積と、物体を構成する材料の比表面積、及び物体の嵩密度とから計算することができる。比表面積は、例えば、窒素吸着法によって測定される。
【００７８】
太陽電池３００は、太陽電池２００と同様の方法によって作製することができる。多孔質層６は、電子輸送層５の上に、例えば塗布法によって形成する。
【００７９】
光吸収層３は、以下のように形成される。多孔質層６上にＦＡＳｎＩ3からなるテンプレート層を形成する。光吸収層３および多孔質層６を含む積層体を高温に加熱し、次いで多孔質層６の上に高温に加熱した溶液をスピンコートする。最後に、当該溶液内でペロブスカイト化合物の結晶を成長させ、光吸収層３を形成する。テンプレート層の形成方法および結晶成長方法は、上記の方法に限られず、他の方法（例えば、第３の溶液を用いるスピンコート法。上記で説明済み）であってもよい。
【００８０】
（太陽電池の第４例）
図６は、本実施形態の太陽電池の第４例を示す断面図である。太陽電池４００は、正孔輸送層７を備える点で、図５に示す太陽電池３００と異なる。太陽電池３００と同一の機能及び構成を有する構成要素については、太陽電池３００と共通する符号を付し、説明を適宜省略する。
【００８１】
太陽電池４００では、基板３１上に、第１電極３２と、電子輸送層５と、多孔質層６と、光吸収層３と、正孔輸送層７と、第２電極３４とがこの順に積層されている。太陽電池４００は基板３１を有していなくてもよい。
【００８２】
次に、本実施形態の太陽電池４００の基本的な作用効果を説明する。
【００８３】
太陽電池４００に光が照射されると、光吸収層３が光を吸収し、励起された電子と、正・BR>Eとを発生させる。この励起された電子は電子輸送層５に移動する。一方、光吸収層３で生じた正孔は、正孔輸送層７に移動する。電子輸送層５は第１電極３２に接続され、正孔輸送層７は第２電極３４に電気的に接続されている。これにより、負極としての第１電極３２と、正極としての第２電極３４とから電流を取り出すことができる。
【００８４】
太陽電池４００は、光吸収層３と第２電極３４との間に正孔輸送層７を有している。このため、第２電極３４は、光吸収層３からの電子に対するブロック性を有さなくてもよい。したがって、第２電極３４の材料選択の幅が広がる。
【００８５】
以下、太陽電池４００の各構成要素について、具体的に説明する。なお、太陽電池３００と共通する要素については、説明を省略する。
【００８６】
（第１電極３２及び第２電極３４）
上述したように、第２電極３４は、光吸収層３からの電子に対するブロック性を有さなくてもよい。すなわち、第２電極３４の材料は、光吸収層３とオーミック接触する材料であってもよい。そのため、第２電極３４を、透光性を有するように形成することができる。
【００８７】
第１電極３２及び第２電極３４の少なくとも１つは、透光性を有し、太陽電池１００の第１電極２と同様に構成される。
【００８８】
第１電極３２及び第２電極３４のうちの１つは、透光性を有さなくてもよい。すなわち、必ずしも透光性を有する材料を用いる必要はなく、光を透過させる開口部分を含むパターンを有していなくてもよい。
【００８９】
（基板３１）
基板３１は、図１に示す太陽電池１００の基板１と同様の構成とすることができる。第２電極３４が透光性を有している場合には、基板３１は、透光性を有さなくてもよい。例えば、基板３１の材料として、金属、セラミックス、及び光透過性の小さい樹脂材料を用いることができる。
【００９０】
（正孔輸送層７）
正孔輸送層７は、有機物または無機半導体によって構成される。正孔輸送層７は、互いに異なる材料からなる複数の層を含んでいてもよい。
【００９１】
低抵抗の観点から、正孔輸送層７の厚さは、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下が望ましく、より望ましくは、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。この範囲内であれば、十分な正孔輸送性を発現でき、高効率に光発電を行うことができる。
【００９２】
正孔輸送層７の形成方法としては、塗布法又は印刷法を採用することができる。塗布法としては、例えば、ドクターブレード法、バーコート法、スプレー法、ディップコーティング法、スピンコート法が挙げられる。印刷法としては、例えば、スクリーン印刷法が挙げられる。必要に応じて、複数の材料を混合して膜を形成し、次いで加圧又は焼成して正孔輸送層７を作製してもよい。正孔輸送層７の材料が有機の低分子体又は無機半導体である場合には、真空蒸着法などによって、正孔輸送層７を作製することも可能である。
【００９３】
正孔輸送層７は、支持電解質及び溶媒を含んでいてもよい。支持電解質及び溶媒は、正孔輸送層７中の正孔を安定化させる。
【００９４】
支持電解質としては、例えば、アンモニウム塩、アルカリ金属塩が挙げられる。アンモニウム塩としては、例えば、過塩素酸テトラブチルアンモニウム、六フッ化リン酸テトラエチルアンモニウム、イミダゾリウム塩及びピリジニウム塩が挙げられる。アルカリ金属塩としては、例えば、過塩素酸リチウム及び四フッ化ホウ素カリウムが挙げられる。
【００９５】
正孔輸送層７に含まれる溶媒は、イオン伝導性に優れるものであってもよい。水系溶媒及び有機溶媒のいずれも使用できるが、溶質をより安定化する観点から、有機溶媒であることが望ましい。具体例としては、ｔｅｒｔ−ブチルピリジン、ピリジン、ｎ−メチルピロリドンなどの複素環化合物溶媒が挙げられる。
【００９６】
溶媒としてイオン液体を、単独で、又は他種の溶媒に混合して用いてもよい。イオン液体は、揮発性が低く、難燃性が高い点で望ましい。
【００９７】
イオン液体としては、例えば、１−エチル−３−メチルイミダゾリウムテトラシアノボレートなどのイミダゾリウム系、ピリジン系、脂環式アミン系、脂肪族アミン系、アゾニウムアミン系のイオン液体を挙げることができる。
【００９８】
（太陽電池の第５例）
図７は、本実施形態の太陽電池の第５例を示す断面図である。太陽電池５００は、多孔質層６を備えていない点で、図６に示す太陽電池４００と異なる。太陽電池４００と同一の機能及び構成を有する構成要素については、太陽電池４００と共通する符号を付し、説明を適宜省略する。
【００９９】
太陽電池５００では、基板３１上に、第１電極３２と、電子輸送層５と、光吸収層３と、正孔輸送層７と、第２電極３４とがこの順に積層されている。太陽電池５００は基板３１を有していなくてもよい。
【０１００】
次に、本実施形態の太陽電池５００の基本的な作用効果を説明する。
【０１０１】
太陽電池５００に光が照射されると、光吸収層３が光を吸収し、励起された電子と、正孔とを発生させる。この励起された電子は電子輸送層５に移動する。一方、光吸収層３で生じた正孔は、正孔輸送層７に移動する。電子輸送層５は第１電極３２に接続され、正孔輸送層７は第２電極３４に接続されている。これにより、負極としての第１電極３２と、正極としての第２電極３４とから電流を取り出すことができる。
【０１０２】
（太陽電池の第６例）
図８は、本実施形態の太陽電池の第６例を示す断面図である。太陽電池６００は、テンプレート層８を備えている点で、図７に示す太陽電池５００と異なる。太陽電池６００において、テンプレート層８及び光吸収層３が光吸収層として機能してもよい。すなわち、光吸収層がテンプレート層８（第１層）及び光吸収層３（第２層）を含んでいてもよい。太陽電池５００と同一の機能及び構成を有する構成要素については、太陽電池５００と共通する符号を付し、説明を適宜省略する。
【０１０３】
太陽電池６００では、基板３１上に、第１電極３２と、電子輸送層５と、テンプレート層８と、光吸収層３と、正孔輸送層７と、第２電極３４とがこの順に積層されている。太陽電池６００は基板３１を有していなくてもよい。
【０１０４】
次に、本実施形態の太陽電池６００の基本的な作用効果を説明する。
【０１０５】
太陽電池６００に光が照射されると、光吸収層３が光を吸収し、励起された電子と、正孔とを発生させる。この励起された電子は、テンプレート層８に移動する。テンプレート層８に移動した電子は、電子輸送層５にさらに移動する。一方、光吸収層３で生じた正孔は、正孔輸送層７に移動する。電子輸送層５は第１電極３２に接続され、正孔輸送層７は第２電極３４に接続されている。これにより、負極としての第１電極３２と、正極としての第２電極３４とから電流を取り出すことができる。
【０１０６】
以下、太陽電池６００の各構成要素について、具体的に説明する。なお、太陽電池５００と共通する要素については、説明を適宜省略する。
【０１０７】
（テンプレート層８）
テンプレート層８は、組成式ＡＢＸ3（式中、Ａは１価のカチオンであり、Ｂは２価のカチオンであり、Ｘはハロゲンアニオンである）で示され、ペロブスカイト構造を有するペロブスカイト化合物を含む。テンプレート層８に含まれるペロブスカイト化合物は、例えば、ＦＡＳｎＩ3である。テンプレート層８に含まれるペロブスカイト化合物は、本実施形態におけるペロブスカイト化合物と異なる組成を有していてもよい。テンプレート層８の厚さは、例えば、５０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。
【０１０８】
テンプレート層８は、電子輸送層５上に形成される。テンプレート層は、光吸収層３の製造方法の項目で説明した方法で形成され得る。光吸収層３は、第３例において説明された製造方法で形成され得る。
【０１０９】
（太陽電池の第７例）
図９は、本実施形態の太陽電池の第７例を示す断面図である。太陽電池７００は、多孔質層６を備えている点で、図８に示す太陽電池６００と異なる。太陽電池６００と同一の機能及び構成を有する構成要素については、太陽電池６００と共通する符号を付し、説明を適宜省略する。
【０１１０】
太陽電池７００では、基板３１上に、第１電極３２と、電子輸送層５と、多孔質層６と、テンプレート層８と、光吸収層３と、正孔輸送層７と、第２電極３４とがこの順に積層されている。多孔質層６は、多孔質体を含む。多孔質体は、空孔を含む。なお、太陽電池７００は基板３１を有していなくてもよい。
【０１１１】
多孔質層６中の空孔は、テンプレート層８と接する部分から、電子輸送層５と接する部分まで繋がっている。これにより、テンプレート層８の材料は多孔質層６の空孔を充填し、光吸収層３の材料は電子輸送層５の表面に接する。したがって、テンプレート層８と電子輸送層５とは接触しているため、直接電子の授受が可能である。
【０１１２】
次に、太陽電池７００の基本的な作用効果を説明する。太陽電池７００に光が照射されると、光吸収層３が光を吸収し、励起された電子と、正孔とを発生させる。この励起された電子は、テンプレート層８に移動する。テンプレート層８に移動した電子は、電子輸送層５に移動する。一方、光吸収層３で生じた正孔は、正孔輸送層７に移動する。電子輸送層５は第１電極３２に接続され、正孔輸送層７は第２電極３４に接続されている。これにより、負極としての第１電極３２と、正極としての第２電極３４とから電流を取り出すことができる。
【０１１３】
電子輸送層５の上に多孔質層６を設けることにより、テンプレート層８を容易に形成できる。これは、第３例で説明した、多孔質層６により光吸収層３を容易に形成できるという効果と同様である。
【０１１４】
（実施例）
以下、本開示を実施例によって具体的に説明する。以下のように、実施例１〜６、比較例１、参考例１及び参考例２のペロブスカイト太陽電池を作製し、それらの特性を評価した。
【０１１５】
［実施例１］
図６に示したペロブスカイト太陽電池４００と同じ構造を有するペロブスカイト太陽電池を作製した。実施例１の太陽電池の詳細は、以下のとおりである。
【０１１６】
基板３１：ガラス基板
第１電極３２：インジウムドープＳｎＯ2層（表面抵抗１０Ω／ｓｑ．）
電子輸送層５：酸化チタン  （厚さ３０ｎｍ）
多孔質層６：多孔質酸化チタン
光吸収層３：ＣＨ（ＮＨ2）2ＳｎＩ3＋Ｙ3+
正孔輸送層７：ポリトリアリルアミン（以下、「ＰＴＡＡ」という。Ａｌｄｒｉｃｈ社製）
第２電極３４：金  （厚さ８０ｎｍ）
【０１１７】
実施例１のペロブスカイト太陽電池は、以下のようにして作製した。
【０１１８】
基板３１として、インジウムドープＳｎＯ2層が形成された厚さ１ｍｍの導電性ガラス基板（日本板硝子製）が用意された。インジウムドープＳｎＯ2層は、第１電極３２として機能した。
【０１１９】
第１電極３２上に、電子輸送層５として、厚さ約３０ｎｍの酸化チタン層をスパッタ法により形成した。
【０１２０】
次に、平均１次粒子径２０ｎｍの高純度酸化チタン粉末（御国色素株式会社製）をエチルセルロース中に分散させ、スクリーン印刷用の酸化チタンペーストを作製した。
【０１２１】
電子輸送層５の上に酸化チタンペーストを塗布して乾燥した。さらに、５００℃で３０分間、酸化チタンペーストを空気中で焼成することによって、厚さ０．２μｍの多孔質酸化チタン層から構成された多孔質層６を形成した。
【０１２２】
次に、ＳｎＩ2およびホルムアミジニウムをそれぞれ１．１５ｍｏｌ／Ｌの濃度で含むＤＭＳＯ（ジメチルスルホキシド）溶液を用意した。ＹＩ3の濃度が２．３ｍｍｏｌ／Ｌ（すなわち、Ｓｎに対するＹ3+のモル比は０．００２に等しい）になるように、ＹＩ3を摂氏１２０度の温度でＤＭＳＯ溶液に溶解させ、塗布溶液を作製した。そして、多孔質層６の上に塗布溶液をスピンコート法により塗布した。それから、基板３１を１３０℃のホットプレート上で熱処理することにより、光吸収層３を形成した。
【０１２３】
ＰＴＡＡを１ｇ／Ｌの濃度で含むトルエン溶液を用意し、光吸収層３上にスピンコートすることによって、正孔輸送層７を作製した。
【０１２４】
最後に、正孔輸送層７上に金を８０ｎｍの厚さになるように蒸着し、第２電極３４を作製した。このようにして、実施例１の太陽電池を得た。太陽電池の作製において、すべての工程は酸素濃度５ｐｐｍ以下のＮ2グローブボックス中で行った。
【０１２５】
［実施例２及び３］
Ｓｎに対するＹのモル比を表１に示す値に調節したことを除き、実施例１と同じ方法によって、実施例２及び３の太陽電池を得た。
【０１２６】
［実施例４〜６］
ＹＩ3の代わりに、ＳｃＩ3をＤＭＳＯ溶液に加えたこと、及び、Ｓｎに対するＳｃのモル比を表１に示す値に調節したことを除き、実施例１と同じ方法によって、実施例４〜６の太陽電池を得た。
【０１２７】
［比較例１］
ＤＭＳＯ溶液にＹＩ3を加えなかったことを除き、実施例１と同じ方法によって、比較例１の太陽電池を得た。
【０１２８】
［参考例１及び２］
ＹＩ3の代わりに、ＢｉＩ3をＤＭＳＯ溶液に加えたこと、及び、Ｓｎに対するＢｉのモル比を表１に示す値に調節したことを除き、実施例１と同じ方法によって、参考例１及び２の太陽電池を得た。
【０１２９】
実施例１〜６、比較例１、参考例１及び参考例２の太陽電池に対し、ソーラーシミュレータを用いて１００ｍＷ／ｃｍ2の照度の光を照射して、電流−電圧特性を測定した。また、安定化後の電流−電圧特性から、各太陽電池における開放電圧、短絡電流密度、および変換効率を求めた。評価結果を表１に示す。
【０１３０】
【表１】
2019125775.tif 000003
【０１３１】
表１から明らかなように、３族元素の３価のカチオンがドープされた光吸収材料が用いられた実施例１〜６の太陽電池では、短絡電流密度が大きく、かつ変換効率も高い。一方、３族元素の３価のカチオンがドープされていない比較例１、及び、Ｂｉのカチオンがドープされた参考例１及び２では、実施例１〜６の太陽電池よりも短絡電流密度が小さく、かつ変換効率も低かった。このように、３族元素の３価のカチオンがドープされた光吸収材料を用いれば、変換効率の高い太陽電池が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
本開示の光吸収材料は、例えば、屋根上に設置する太陽電池の光吸収層に用いる材料として有用である。
【符号の説明】
【０１３３】
１，３１    基板
２，２２，３２    第１電極
３    光吸収層
４，３４    第２電極
５    電子輸送層
６    多孔質層
７    正孔輸送層
８    テンプレート層
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００    太陽電池
【図１】
2019125775.tif 000004
【図２Ａ】
2019125775.tif 000005
【図２Ｂ】
2019125775.tif 000006
【図２Ｃ】
2019125775.tif 000007
【図３】
2019125775.tif 000008
【図４】
2019125775.tif 000009
【図５】
2019125775.tif 000010
【図６】
2019125775.tif 000011
【図７】
2019125775.tif 000012
【図８】
2019125775.tif 000013
【図９】
2019125775.tif 000014