(57)【要約】【課題】捕集光の長波長化を図り、光電変換効率の高いハイブリッド型太陽電池を提供する。【解決手段】透明導電膜２２を有する基板２、電子を透明導電膜２２に受け渡し、且つ逆電子移動を防止する再結合防止層３、光によって励起して電子を発生する色素４４を多孔質半導体４１に吸着させて形成される電解層４、色素４４から発生したホールが通過するホール輸送層５、の順に積層される積層体１１と、透明導電膜２２を介して電子を放出する光極６１、および、ホール輸送層５の表面に設けられた対極６２で構成される電極６と、を備え、色素４４は、鉛及びハロゲン元素で構成される化合物と、メチルアンモニウムアイオダイド（ＣＨ3ＮＨ3Ｉ）及びフォルムアミジニウムアイオダイド（ＨＮ＝ＣＨＮＨ3Ｉ）と、の反応により生成されるペロブスカイト構造を有する。【選択図】図１
2015119102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電膜を有する基板、
電子を前記透明導電膜に受け渡し、且つ逆電子移動を防止する再結合防止層、
光によって励起して前記電子を発生する色素を多孔質半導体に吸着させて形成される電解層、
前記色素から発生したホールが通過するホール輸送層、の順に積層される積層体と、
前記透明導電膜を介して前記電子を放出する光極、および、前記ホール輸送層の表面に設けられた対極で構成される電極と、を備え、
前記色素は、鉛及びハロゲン元素で構成される化合物と、メチルアンモニウムアイオダイド（ＣＨ3ＮＨ3Ｉ）及びフォルムアミジニウムアイオダイド（ＨＮ＝ＣＨＮＨ3Ｉ）と、の反応により生成されるペロブスカイト構造を有するハイブリッド型太陽電池。
【請求項２】
前記多孔質半導体には二酸化チタン（ＴｉＯ2）が用いられ、前記化合物にはヨウ化鉛（ＰｂＩ2）が用いられる請求項１に記載のハイブリッド型太陽電池。
【請求項３】
前記メチルアンモニウムアイオダイドと前記フォルムアミジニウムアイオダイドとの混合比率Ｒ：（１−Ｒ）（Ｒ＝０〜１）に応じて、ペロブスカイト結晶［（ＣＨ3ＮＨ3）R（ＨＮ＝ＣＨＮＨ3）1-RＰｂＩ3）］が生成される請求項２に記載のハイブリッド型太陽電池。
【請求項４】
前記メチルアンモニウムアイオダイドと前記フォルムアミジニウムアイオダイドとの混合比率が３：２〜２：３である請求項１から３のいずれか一項に記載のハイブリッド型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機及び無機のハイブリッド化合物で生成されるペロブスカイト色素を備えたハイブリッド型太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池には、シリコン系、化合物半導体、有機半導体などの素子を用いたものが一般的であるが、高い光捕集能に加え、薄膜化や低コスト化の可能な上記ハイブリッド型太陽電池が注目されている。
【０００３】
非特許文献１には、透明導電膜付きガラス基板と、緻密な二酸化チタン（ＴｉＯ2）膜からなる再結合防止層と、光によって励起して電子を発生する色素としてヨウ化鉛（ＰｂＩ2）及びメチルアンモニウムアイオダイド（ＣＨ3ＮＨ3Ｉ）を、多孔質の二酸化チタン（ＴｉＯ2）に吸着させて形成される電解層と、ホール輸送層と、電極とを備えたハイブリッド型太陽電池が示されている。
【０００４】
この電解層は、スピンコート法を用いてＰｂＩ2を多孔質ＴｉＯ2の孔内部に浸透させた後、ＣＨ3ＮＨ3Ｉを含んだ溶液に浸漬させる二段階工程を用いて製造される。その結果、速やかにペロブスカイト色素（ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3）の結晶が生成されるので、光電変換効率の向上が図られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Burschka, J. et al, Sequential deposition as a route to high-performance perovskite-sensitized solar cells, Nature, 2013.07.10, volume499, p316-319, doi:10.1038/nature12340
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、ハイブリッド型太陽電池は高い光捕集能を備えており、室内などの弱い光のエネルギー下でも発電性能が高いことから、様々な環境下での利用が期待されている。一方、非特許文献１のハイブリッド型太陽電池は、捕集光の長波長端が７８０ｎｍ程度であり、更なる光捕集能の向上が望まれている。
【０００７】
そこで、本発明は、捕集光の長波長化を図り、光電変換効率の高いハイブリッド型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】
【０００８】
本発明に係るハイブリッド型太陽電池の特徴構成は、透明導電膜を有する基板、電子を前記透明導電膜に受け渡し、且つ逆電子移動を防止する再結合防止層、光によって励起して前記電子を発生する色素を多孔質半導体に吸着させて形成される電解層、前記色素から発生したホールが通過するホール輸送層、の順に積層される積層体と、前記透明導電膜を介して前記電子を放出する光極、および、前記ホール輸送層の表面に設けられた対極で構成される電極と、を備え、前記色素は、鉛及びハロゲン元素で構成される化合物と、メチルアンモニウムアイオダイド（ＣＨ3ＮＨ3Ｉ）及びフォルムアミジニウムアイオダイド（ＨＮ＝ＣＨＮＨ3Ｉ）と、の反応により生成されるペロブスカイト構造を有する点にある。
【０００９】
ハイブリッド型太陽電池は、太陽光を吸収したペロブスカイト色素が励起され、電子が再結合防止層、透明導電膜を介して光極（アノード電極）に移動すると共に、ホールがホール輸送層を介して対極（カソード電極）に移動するといったサイクルを繰り返すことで発電する。
【００１０】
非特許文献１では、多孔質半導体の孔内部に鉛及びハロゲン元素を含む電解液を浸透させた後、メチルアンモニウムアイオダイド（ＣＨ3ＮＨ3Ｉ）を含む溶液に浸漬して反応させることで、速やかにペロブスカイト結晶化されることが明らかになった。つまり、励起するペロブスカイト色素の形態安定化を図ることで、光電変換効率を高めることができる。
【００１１】
発明者らは更なる研究を進め、鉛及びハロゲン元素で構成される化合物に、従来のメチルアンモニウムアイオダイド（ＣＨ3ＮＨ3Ｉ）に加え、フォルムアミジニウムアイオダイド（ＨＮ＝ＣＨＮＨ3Ｉ）を反応させれば、光捕集能が高まる点に着眼し、本構成を採用した。実際、光波長ごとの吸光度（optical density）を測定した実験データでは、捕集光の長波長端が、従来の約７８０ｎｍから約８００ｎｍまで長波長化された。つまり、より波長の長い光でもペロブスカイト色素を励起させることができるので、更なる光電変換効率の向上を図ることができる。
【００１２】
他の特徴構成は、前記多孔質半導体には二酸化チタン（ＴｉＯ2）が用いられ、前記化合物にはヨウ化鉛（ＰｂＩ2）が用いられる点にある。
【００１３】
多孔質半導体には、二酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化ニオブ（Ｎｂ2Ｏ5）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などを用いることが想定され、鉛とハロゲン元素で構成される化合物には、ヨウ素、臭素や塩素などのハロゲン元素を用いることが想定される。本構成によれば、色素が吸着する表面積を広く確保でき、かつ本構成に適当な伝導帯電位を持つ二酸化チタンを用い、ハロゲン元素に形態安定性の高いヨウ素を用いているので、色素と多孔質半導体との距離を短縮して多くの色素を励起させることができ、光電変換効率が向上する。
【００１４】
他の特徴構成は、前記メチルアンモニウムアイオダイドと前記フォルムアミジニウムアイオダイドとの混合比率Ｒ：（１−Ｒ）（Ｒ＝０〜１）に応じて、ペロブスカイト結晶［（ＣＨ3ＮＨ3）R（ＨＮ＝ＣＨＮＨ3）1-RＰｂＩ3）］が生成される点にある。
【００１５】
本構成のペロブスカイト結晶は、鉛イオンとヨウ素イオンとで八面体が形成されるとともに、メチルアンモニウムイオン及びフォルムアミジニウムイオンが夫々の八面体の間に混合比率Ｒに応じて均等に配置される。つまり、結晶としての形態安定性が高く、色素と多孔質半導体との距離を短縮して電子が移動し易くなる。
【００１６】
他の特徴構成は、前記メチルアンモニウムアイオダイドと前記フォルムアミジニウムアイオダイドとの混合比率が３：２である点にある。
【００１７】
本構成のように、ペロブスカイト結晶［（ＣＨ3ＮＨ3）R（ＨＮ＝ＣＨＮＨ3）1-RＰｂＩ3）（Ｒ＝０〜１）］におけるメチルアンモニウムアイオダイドとフォルムアミジニウムアイオダイドとの混合比率を３：２（Ｒ＝０．６）に設定することで、光電変換効率をより一層向上できる。具体的には、擬似太陽光照射下（ＡＭ１．５Ｇ、１００ｍＷ/ｃｍ2）における実験データによると、短絡電流密度（ＪSC）は１９．７ｍＡ/ｃｍ2、開放電圧（Ｖоｃ）は８９１．５ｍＶ、フィルファクター（ＦＦ）は７０％となり、変換効率（photo conversion efficiency）が１２．５％という高い光電変換効率を実現できた。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ハイブリッド型太陽電池の模式断面図である。
【図２】ハイブリッド型太陽電池の発電説明図である。
【図３】ハイブリッド型太陽電池の作製手順である。
【図４】光波長ごとのＯＤ（吸光度）を示す比較図である。
【図５】光波長ごとのＩＰＣＥ（量子変換効率）を示す比較図である。
【図６】ハイブリッド型太陽電池の性能曲線を示す比較図である。
【図７】ハイブリッド型太陽電池の性能曲線を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係るハイブリッド型太陽電池１（以下、太陽電池１と記載する。）の実施形態について、図面に基づいて説明する。ただし、以下の実施形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【００２０】
（基本構成）
図１に示すように、太陽電池１は、透明基板２１及び透明導電膜２２を有する基板２と、基板２上に設けられ、電子を透明導電膜２２に受け渡し、且つホール輸送層５と透明導電膜２２とを分離して電子とホールとの再結合（逆電子移動）を防止する再結合防止層３と、再結合防止層３上に設けられ、光によって励起して電子を発生する色素４４を多孔質半導体４１に吸着させて形成される電解層４と、電解層４上に設けられ色素４４で発生したホールが通過するホール輸送層５とで構成される積層体１１を備えている。また、再結合防止層３の表面に設けられ、透明導電膜２２を介して電子を放出する光極６１と、ホール輸送層５の表面に設けられ、電子を受け取る対極６２とで構成される電極６を備えている。なお、電極６の配置は、例えば透明導電膜２２に導線接続して光極６１を形成するなど、電子の受け渡しが可能なものであれば特に限定されない。また、太陽電池１の耐久性を高めるため、対極６２を透明基板２１などで保護しても良い。
【００２１】
透明基板２１は、光透過性を有するもので構成される。例えば、透明ガラス基板、すりガラス状の半透明ガラス基板、透明樹脂基板等を適用することができる。また、透明導電膜２２は、例えば、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化スズ（ＴＯ）、スズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）やアルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）などを用いることができる。
【００２２】
再結合防止層３及び多孔質半導体４１は、金属酸化物が適しており、例えば、二酸化チタン（ＴｉО2）、酸化亜鉛（ＺｎО）、酸化ニオブ（Ｎｂ2О5）、二酸化スズ（ＳｎＯ2）や酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）などが用いられる。特に、色素４４を吸着するための表面積を多く確保できる二酸化チタン（ＴｉО2）が好ましい。また、再結合防止層３は、一部が透明導電膜２２に延出して形成され、透明導電膜２２が区画される。さらに、再結合防止層３は、電子が積層方向に通過することができるが、横方向への移動がし難いように緻密な絶縁層３１を形成している。つまり、再結合防止層３から侵入した電子は、透明導電膜２２の積層方向に円滑に移動して光極６１に供給されると共に、絶縁層３１によって対極６２への移動が防止されるので短絡しない。
【００２３】
色素４４は、鉛及びハロゲン元素Ｘで構成される化合物（ＰｂＸ2、Ｘ＝ハロゲン元素）と、メチルアンモニウムアイオダイド（ＣＨ3ＮＨ3Ｉ：以下、ＭＡＩと記載する。）とフォルムアミジニウムアイオダイド（ＨＮ＝ＣＨＮＨ3Ｉ：以下、ＦＡＩと記載する。）とを反応させて生成される。具体的には、多孔質半導体４１の孔内部に鉛及びハロゲン元素Ｘを含む溶液４２を浸透・乾燥させた後、ＭＡＩ及びＦＡＩの混合溶液４３に浸漬して、ペロブスカイト結晶構造が速やかに生成される。この時、生成されるペロブスカイト色素４４［（ＣＨ3ＮＨ3）R（ＨＮ＝ＣＨＮＨ3）1-RＰｂＩ3）（Ｒ＝０〜１）］の比率Ｒは、混合溶液４３におけるＭＡＩ又はＦＡＩの混合比率と同じ比率で制御することができる。なお、ハロゲン元素Ｘは、ヨウ素、臭素や塩素などを用いることができるが、形態安定性の高いヨウ素を用いることが好ましい。
【００２４】
ペロブスカイト結晶構造である色素４４は、立方晶系の単位格子をもち、立方晶の各頂点にメチルアンモニウムイオン（ＣＨ3ＮＨ3+）及びフォルムアミジニウムイオン（ＨＮ＝ＣＨＮＨ3+）、体心に金属イオン（例えばＰｂ2+）、面心にハロゲン元素イオン（例えばＩ-）が配置される。つまり、金属イオンとハロゲン元素イオンとで八面体が形成されるとともに、メチルアンモニウムイオン及びフォルムアミジニウムイオンが夫々の八面体の間に均等に配置されるので、結晶としての形態安定性が高く、色素４４と多孔質半導体４１との距離を短縮して電子が移動し易くなる。
【００２５】
ホール輸送層５は、スピロビフルオレン系化合物（ｓｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤ）やポリ（ビス（４−フェニル）（２，４，６−トリメチルフェニル）アミン）（ＰＴＡＡ）などを用いることができる。電極６は、例えば、金、白金、銀、銅等の金属の単体や合金、あるいはフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）やスズドープ酸化インジウム（ＩＴＯ）といった酸化物導電体などを用いることができる。
【００２６】
続いて、図２を用いて太陽電池１が発電する原理について説明する。透明基板２１に太陽光や室内光等の光が入射すると、この入射光はほとんど吸収されることなく基板２や再結合防止層３を透過して、大部分が電解層４に到達する。そして、電解層４に到達した入射光が色素４４に照射されると、この色素４４は光エネルギーを吸収して励起する。この励起により、色素４４のエネルギー準位が多孔質半導体４１である金属酸化物の伝導帯電位よりも所定レベル以上高くなると、色素４４から多孔質半導体４１へと電子が注入される。注入された電子は、再結合防止層３を経て光極６１で集電される。
【００２７】
一方、色素４４で発生したホールは、ホール輸送層５を経由して対極６２へ到達し、ここで外部負荷７を経由してきた電子と再結合する。つまり、光極６１と対極６２との間に電位勾配が生じるので、両極間に外部負荷７を接続することによって、電力を供給することができる。
【００２８】
（作成手順）
図３を用いて、太陽電池１の作製手順を説明する。
【００２９】
まず、透明基板２１の上に透明導電膜２２を形成して基板２を作製する。透明導電膜２２は、例えば、ＣＶＤ（化学的気相成長法）やスパッタリングなどにより透明基板２１上に積層される。次いで、レーザースクライブを施して絶縁層３１が入る凹部２２１を形成した後、洗浄する。次いで、基板２上の全面に、ＡＬＤ（原子層堆積法）やＳＰＤ（スプレー熱分解法）などにより再結合防止層３を形成する。次いで、マスキングを施した基板２及び再結合防止層３上の中央付近に、ナノ粒子焼結層である多孔質半導体４１を形成する。この多孔質半導体４１は、ナノ粒子ペーストを溶媒によって希釈し、４０００ｒｐｍ〜６０００ｒｐｍの回転速度のスピンコート等で塗布・乾燥した後、マスキングを取り除いて４５０℃〜５５０℃で加熱し、焼結形成される。
【００３０】
次いで、例えばヨウ化鉛（ＰｂＩ2）のＮ,Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液４２（４００〜６５０ｍｇ/ｍｌ）を調整し、多孔質半導体４１上に滴下後、５０００ｒｐｍ〜８０００ｒｐｍの回転速度のスピンコート等により孔内部への浸透と余分な溶液の除去を行い、６０℃〜１２０℃（好ましくは７０℃〜９０℃）で乾燥させる。
【００３１】
次いで、ＭＡＩ又はＦＡＩ若しくはこれらを混合したもののイソプロピルアルコール溶液４３（２〜２０ｍｇ/ｍｌ）に、基板２・再結合防止層３・ヨウ化鉛が浸透した多孔質半導体４１を０〜８０℃（好ましくは常温）で浸漬し、ペロブスカイト色素４４［（ＣＨ3ＮＨ3）R（ＨＮ＝ＣＨＮＨ3）1-RＰｂＩ3）（Ｒ＝０〜１）］を多孔質半導体４１の孔内部及び電解層４上に形成した後、純イソプロピルアルコール溶液で灌ぎ、６０℃〜１２０℃（好ましくは７０℃〜９０℃）で乾燥させる。
【００３２】
次いで、スピロビフルオレン系化合物（ｓｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤ）などのホール輸送材料のクロロベンゼン溶液６０〜９０ｍｇ/ｍｌ（若干の添加物を含む。）を滴下し、スピンコートにより余分な溶液の除去を行い、乾燥させる。最後に、真空蒸着などによって、金などの薄膜を再結合防止層３及びホール輸送層５の表面に付着させる。
【００３３】
（実施例）
以下に、太陽電池１における実施例を説明する。但し、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００３４】
まず、２０ｍｍ×２０ｍｍ×２ｍｍの透明基板２１として透明ガラス板に、透明伝導膜としてのフッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）をＣＶＤにより形成した透明導電膜付きガラス基板（基板２）を用意し、レーザースクライブを施して凹部２２１を形成し洗浄した。次に、透明導電膜付きガラス基板の全面に、再結合防止層３となる二酸化チタン（ＴｉＯ2）の緻密層（厚さ１５０ｎｍ）を、ＳＰＤ（スプレー熱分解法）により形成した。
【００３５】
次に、市販のＴｉＯ2ナノ粒子ペーストをエタノールにより希釈した溶液（体積比２：７）６０μｌを滴下し、５０００ｒｐｍのスピンコートにより再結合防止層３の上に塗布し、８０℃で乾燥後、５００℃で１５分間焼結することで、厚さ５００ｎｍの多孔質半導体４１となるＴｉＯ2ナノ粒子層を形成した。
【００３６】
次いで、ヨウ化鉛（ＰｂＩ2）のＮ,Ｎ−ジメチルホルムアミド溶液４２（５８２ｍｇ/ｍｌ）を調整して６０μｌを滴下し、６５００ｒｐｍのスピンコートを３０秒間行い、ＴｉＯ2ナノ粒子層の内部にヨウ化鉛を浸透させた後、８０℃で３０分間乾燥させた。
【００３７】
次いで、ペロブスカイト色素４４［（ＣＨ3ＮＨ3）R（ＨＮ＝ＣＨＮＨ3）1-RＰｂＩ3）（Ｒ＝０〜１）］の比率Ｒ＝０、１／５、２／５、３／５、４／５、１の６通りで変化させたＭＡＩ又はＦＡＩ若しくはこれらを混合したもののイソプロピルアルコール溶液４３を調整した。なお、この混合溶液４３の調整にあたっては、液中のヨウ素濃度が０．０６２ｍоｌ/ｇとなるように行った。つまり、ＰｂＩ2が約０．０４２ｍоｌ/ｇ、ＭＡＩが約０．２１ｍоｌ/ｇ×Ｒ、ＦＡＩが約０．２１ｍоｌ/ｇ×（１−Ｒ）となるように調整した。この調整した混合溶液４３に、基板２・再結合防止層３・二酸化鉛が含まれる多孔質半導体４１を、常温で４０秒間浸漬した後、純イソプロピルアルコール溶液で灌ぎ、２０００ｒｐｍのスピンコートを３０秒間行い、８０℃で６０分間乾燥させた後、室温まで急冷した。
【００３８】
次いで、若干の添加物が含まれたｓｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤのクロロベンゼン溶液７２．３ｍｇ/ｍｌを４０μｍ滴下し、２０００ｒｐｍのスピンコートを２０秒間行うことにより余分な溶液の除去を行い、乾燥させることで、電解層４上に厚さ５００ｎｍのホール輸送層５を形成した。最後に、これらが積層した積層体１１の表面に真空蒸着法によって金膜を成膜し、光極６１と対極６２とからなる厚さ１００ｎｍの電極６を積層した。
【００３９】
次に、太陽電池１の性能評価を行う。図４は、ペロブスカイト色素４４におけるＭＡＩ及びＦＡＩの比率を変化させたときの吸光度（ＯＤ：optical density）を示す図である。図５は、ＭＡＩ：ＦＡＩ＝３：２に混合した場合と混合しない場合との量子変換効率（ＩＰＣＥ：incident photon to electron conversion efficiency）を比較した図である。図６は、擬似太陽光照射下（ＡＭ１．５Ｇ、１００ｍＷ/ｃｍ2）における平均電池性能の比較図であり、図７は、ＭＡＩ：ＦＡＩ＝３：２に混合した場合の最高電池性能を示す図である。
【００４０】
吸光度ＯＤは、太陽電池１に光が通った際に光強度がどの程度弱まるかを示す無次元量であり、色素４４の濃度や太陽電池１の厚みによって絶対値が異なる。すなわち、図４は、夫々の混合比率における太陽電池１の作製を厳密に同一環境下で行ったものではなく、単にＭＡＩ及びＦＡＩの比率を変化させた場合の変化点、つまり勾配の谷となる部分がどの程度、長波長化されているかを比較するための参考図である。
【００４１】
図４に示すように、従来のＭＡＩだけの場合は、谷となる部分の捕集光の長波長端が約７８０ｎｍであったのに対し、ＭＡＩ及びＦＡＩを混合させた色素４４の場合は、総じて捕集光の長波長端が約８００ｎｍと、約２０ｎｍ長波長化されたのが理解できる。これは、ＭＡＩにＦＡＩを混合させることで、ペロブスカイト結晶のバンドギャップが狭まり、光エネルギーの弱い（波長の長い）光でも励起し易くなったためであると推測される。つまり、光波長が７８０ｎｍから８００ｎｍへと光エネルギーが弱まる領域まで、色素４４が励起する範囲が拡張されたことが理解できる。
【００４２】
発明者らはＭＡＩとＦＡＩとを混合させることで、捕集光の長波長化が図られる点に着目し、電池性能の上で優れる夫々の混合比率を検討した。その結果、電池性能の最適化が図られる比率は、ＭＡＩ：ＦＡＩ＝３：２〜２：３で、特にＭＡＩ：ＦＡＩ＝３：２で電池性能が最大化されることが分かった。図５に示されるＩＰＣＥとは、毎秒吸収された光子数に対する毎秒発生した電子数の割合であり、数値が高いほど色素４４が活発に励起して電子を多く発生させていることを示すものである。図５に示すように、ＩＰＣＥがほぼゼロとなる光波長は、ＭＡＩだけの場合の捕集光の長波長端７８０ｎｍから、ＭＡＩ及びＦＡＩを混合した場合の捕集光の長波長端８００ｎｍまで拡張されていることが理解できる。つまり、図４に示す集光特性の向上と図５に示す量子変換効率の向上とは正の相関関係がある。また、ＦＡＩのみの場合も捕集光の長波長端が８００ｎｍまで拡張されているが、波長領域全般におけるＩＰＣＥの値がＭＡＩ及びＦＡＩを混合した場合に比べ低い。これは、ＦＡＩのみの場合、形成されるペロブスカイト結晶が微小化するため、光捕集率が低下することが原因であると考えられる。よって、ＭＡＩとＦＡＩとを３：２で混合することが電池性能の飛躍的な向上に寄与していることが理解できる。
【００４３】
図６には、電池性能を表す開放電圧（Ｖоｃ：open circuit voltage）−短絡電流（Ｉｓｃ：short-circuit current）特性が示される。開放電圧Ｖоｃとは太陽電池１に電流が流れていないときの電圧であり、短絡電流Ｉｓｃとは電圧が０Ｖの時の電流である。図中のＪｓｃは、短絡電流Ｉｓｃを有効受光面積で割った短絡電流密度（ｍＡ/ｃｍ2）である。ＭＡＩ又はＦＡＩ単独の場合の短絡電流密度Ｊｓｃが約−１７ｍＡ/ｃｍ2であるのに対し、ＭＡＩとＦＡＩとを３：２で混合した場合の短絡電流密度Ｊｓｃが約−１９ｍＡ/ｃｍ2に向上し、開放電圧Ｖоｃはほとんど変化していないことが理解できる。
【００４４】
図７には、ＭＡＩとＦＡＩとを３：２で混合した場合において、複数個作成したセルの中から最高値を示したものの変換効率（ＰＣＥ：power conversion efficiency）を示す。ここで、ＦＦ（フィルファクター）とは、電流と電圧の積が最大となる点における最大出力Ｐｍａｘを（Ｖоｃ×Ｊｓｃ）で割って得られる曲線因子であり、ＰＣＥは、（Ｖоｃ×Ｊｓｃ×ＦＦ÷入射光強度）で計算される。本実施例における変換効率ＰＣＥは１２．５％であり、高い電池性能を有することが立証された。
【００４５】
［その他の実施形態］
上述した実施例では、ＭＡＩとＦＡＩとが３：２の場合の変換効率ＰＣＥを示したが、図４に示すようにＭＡＩとＦＡＩとを混合した色素４４とすれば、従来より捕集光の長あ波長化が図られるので、どのような混合比率であっても高い電池性能を有することが期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、有機及び無機のハイブリッド化合物で生成されるペロブスカイト色素を備えたハイブリッド型太陽電池に利用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１    太陽電池
２    基板
３    再結合防止層
４    電解層
５    ホール輸送層
６    電極
１１  積層体
４１  多孔質半導体
４４  色素
６１  光極
６２  対極
【図１】
2015119102.tif 000003
【図２】
2015119102.tif 000004
【図３】
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【図４】
2015119102.tif 000006
【図５】
2015119102.tif 000007
【図６】
2015119102.tif 000008
【図７】
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