(57)【要約】【課題】耐久性の高い太陽電池を提供する。【解決手段】  本開示の一態様に係る太陽電池は、第１電極と、第１電極上に位置し、半導体を含む電子輸送層と、電子輸送層上に位置し、組成式ＡＭＸ3（式中、Ａは１価のカチオンであり、Ｍは２価のカチオンであり、Ｘはハロゲンアニオンである）で示されるペロブスカイト型化合物を含む光吸収層と、光吸収層上に位置する第２電極と、第１電極の少なくとも一部、電子輸送層、光吸収層、及び第２電極の少なくとも一部を封止する封止体とを備える。封止体と、封止体により封止された、第１電極の少なくとも一部、電子輸送層、光吸収層、及び第２電極の少なくとも一部との間に、酸素を含む気体が存在する。気体における酸素の濃度は体積分率で５％以上であり、水の濃度は体積分率で３００ｐｐｍ以下である。【選択図】図１
2017103450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極上に位置し、半導体を含む電子輸送層と、
前記電子輸送層上に位置し、組成式ＡＭＸ3（式中、Ａは１価のカチオンであり、Ｍは２価のカチオンであり、Ｘはハロゲンアニオンである）で示されるペロブスカイト型化合物を含む、光吸収層と、
前記光吸収層上に位置する第２電極と、
前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部を封止する封止体と、を備え、
前記封止体と、前記封止体により封止された、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部との間に気体が存在し、
前記気体は酸素を含み、
前記気体における酸素の濃度が体積分率で５％以上であり、
前記気体における水の濃度が体積分率で３００ｐｐｍ以下である、
太陽電池。
【請求項２】
第１電極と、
前記第１電極上に位置し、半導体を含む電子輸送層と、
前記電子輸送層上に位置し、組成式ＡＭＸ3（式中、Ａは１価のカチオンであり、Ｍは２価のカチオンであり、Ｘはハロゲンアニオンである）で示されるペロブスカイト型化合物を含む、光吸収層と、
前記光吸収層上に位置する第２電極と、
前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部を封止する封止体と、
前記封止体と、前記封止体により封止された、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部との間に位置する水分吸着剤と、を備え、
前記封止体と、前記封止体により封止された、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部との間に気体が存在し、
前記気体は、酸素を含み、
前記気体における酸素の濃度が体積分率で５％以上である、
太陽電池。
【請求項３】
前記気体はさらに不活性ガスを含み、
前記気体における前記不活性ガスの濃度が体積分率で５０％以上である、
請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記気体における水の濃度が体積分率で１３０ｐｐｍ以下である、
請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項５】
前記気体と、前記光吸収層とが接触している、
請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項６】
前記光吸収層と前記第２電極との間に配置された正孔輸送層をさらに備え、
前記封止体は、さらに前記正孔輸送層を封止する、
請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項７】
前記気体と、前記正孔輸送層とが接触している、
請求項６に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記光吸収層内において、前記電子輸送層と接する位置に配置され、かつ多孔質体を含む多孔質層をさらに備える、
請求項１から７のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項９】
前記半導体は、酸化チタンである、
請求項１から８のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記１価のカチオンは、メチルアンモニウムカチオン及びホルムアミジニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも一種を含む、
請求項１から９のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記２価のカチオンは、Ｐｂ2+、Ｇｅ2+、及びＳｎ2+からなる群から選択される少なくとも一種を含む、
請求項１から１０のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記第１電極を支持する基板をさらに備える、
請求項１から１１のいずれかに記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＡＭＸ3で示されるペロブスカイト型化合物、およびその類似の構造体を光吸収材料として用いた、太陽電池の研究開発が進められている。特許文献１には、基板上に第一電極層、電子輸送層、ペロブスカイト型化合物（ＲＮＨ3）nＰｂＩ(2+n)からなる光吸収層、正孔輸送層、第二電極層をこの順に備える太陽電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１７５４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光吸収材料としてペロブスカイト型化合物を用いた従来の太陽電池において、耐久性の向上が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示の一態様に係る太陽電池は、第１電極と、前記第１電極上に位置し、半導体を含む電子輸送層と、前記電子輸送層上に位置し、組成式ＡＭＸ3（式中、Ａは１価のカチオンであり、Ｍは２価のカチオンであり、Ｘはハロゲンアニオンである）で示されるペロブスカイト型化合物を含む光吸収層と、前記光吸収層上に位置する第２電極と、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部を封止する封止体とを備える。前記封止体と、前記封止体により封止された、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部との間に、酸素を含む気体が存在する。前記気体における酸素の濃度は体積分率で５％以上であり、水の濃度は体積分率で３００ｐｐｍ以下である。
【０００６】
本開示の他の態様に係る太陽電池は、第１電極と、前記第１電極上に位置し、半導体を含む電子輸送層と、前記電子輸送層上に位置し、組成式ＡＭＸ3（式中、Ａは１価のカチオンであり、Ｍは２価のカチオンであり、Ｘはハロゲンアニオンである）で示されるペロブスカイト型化合物を含む光吸収層と、前記光吸収層上に位置する第２電極と、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部を封止する封止体と、前記封止体と、前記封止体により封止された、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部との間に位置する水分吸着剤とを備える。前記封止体と、前記封止体により封止された、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部との間に、酸素を含む気体が存在する。前記気体における酸素の濃度は体積分率で５％以上である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示のある実施形態によれば、太陽電池の耐久性を向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の第１の実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【図２】本開示の第２の実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【図３】本開示の第３の実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【図４】本開示の第４の実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【図５】本開示の第５の実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【図６】本開示の第６の実施の形態に係る太陽電池の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本開示の実施の形態を説明する前に、本開示の発明者らによって得られた知見を説明する。光吸収材料としてペロブスカイト型化合物を用いた従来の太陽電池は、使用時間が長くなるにつれて、変換効率が低下していた。変換効率低下の一因としては、光吸収材料であるペロブスカイト型化合物が大気中の水分によって分解することが挙げられる。また、太陽電池が正孔輸送層を有する場合、正孔輸送層中の正孔輸送材料を一部酸化させることで、正孔輸送能を向上させることができる。しかし、正孔輸送材料の酸化体は、大気中の水分によって還元される。それによって、正孔輸送能が低下することも変換効率低下の一因として考えられる。
【００１０】
一方、本開示の一態様の構成であれば、ペロブスカイト型化合物を含む光吸収層および正孔輸送層が、大気中の水分と接触することを抑制できる。それにより、耐久性の高い太陽電池を提供することができる。
【００１１】
本開示は、以下の項目に記載の太陽電池を含む。
【００１２】
［項目１］
本開示の一態様に係る太陽電池は、第１電極と、前記第１電極上に位置し、半導体を含む電子輸送層と、前記電子輸送層上に位置し、組成式ＡＭＸ3（式中、Ａは１価のカチオンであり、Ｍは２価のカチオンであり、Ｘはハロゲンアニオンである）で示されるペロブスカイト型化合物を含む光吸収層と、前記光吸収層上に位置する第２電極と、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部を封止する封止体とを備える。前記封止体と、前記封止体により封止された、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部との間に、酸素を含む気体が存在する。前記気体における酸素の濃度は体積分率で５％以上であり、水の濃度は体積分率で３００ｐｐｍ以下である。
【００１３】
［項目２］
本開示の他の態様に係る太陽電池は、第１電極と、前記第１電極上に位置し、半導体を含む電子輸送層と、前記電子輸送層上に位置し、組成式ＡＭＸ3（式中、Ａは１価のカチオンであり、Ｍは２価のカチオンであり、Ｘはハロゲンアニオンである）で示されるペロブスカイト型化合物を含む光吸収層と、前記光吸収層上に位置する第２電極と、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部を封止する封止体と、前記封止体と、前記封止体により封止された、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部との間に位置する水分吸着剤とを備える。前記封止体と、前記封止体により封止された、前記第１電極の少なくとも一部、前記電子輸送層、前記光吸収層、及び前記第２電極の少なくとも一部との間に、酸素を含む気体が存在する。前記気体における酸素の濃度は体積分率で５％以上である。
【００１４】
［項目３］
項目１または２に記載の太陽電池において、前記気体はさらに不活性ガスを含み、前記気体における前記不活性ガスの濃度が体積分率で５０％以上であってもよい。
【００１５】
［項目４］
項目１から３のいずれかに記載の太陽電池において、前記気体における水の濃度が体積分率で１３０ｐｐｍ以下であってもよい。
【００１６】
［項目５］
項目１から４のいずれかに記載の太陽電池において、前記気体と、前記光吸収層とが接触していてもよい。
【００１７】
［項目６］
項目１から５のいずれかに記載の太陽電池は、前記光吸収層と前記第２電極との間に配置された正孔輸送層をさらに備え、前記封止体は、さらに前記正孔輸送層を封止していてもよい。
【００１８】
［項目７］
項目６に記載の太陽電池において、前記気体と、前記正孔輸送層とが接触していてもよい。
【００１９】
［項目８］
項目１から７のいずれかに記載の太陽電池は、前記光吸収層内において、前記電子輸送層と接する位置に配置され、かつ多孔質体を含む多孔質層をさらに備えてもよい。
【００２０】
［項目９］
項目１から８のいずれかに記載の太陽電池において、前記半導体は、酸化チタンであってもよい。
【００２１】
［項目１０］
項目１から９のいずれかに記載の太陽電池において、前記１価のカチオンは、メチルアンモニウムカチオン及びホルムアミジニウムカチオンからなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。
【００２２】
［項目１１］
項目１から１０のいずれかに記載の太陽電池において、前記２価のカチオンは、Ｐｂ2+、Ｇｅ2+、及びＳｎ2+からなる群から選択される少なくとも一種を含んでいてもよい。
【００２３】
［項目１２］
項目１から１１のいずれかに記載の太陽電池は、前記第１電極を支持する基板をさらに備えていてもよい。
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態を説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る太陽電池１００は、図１に示すように、第１電極２と、電子輸送層３と、光吸収層４と、第２電極５と、封止体６と、を備える。
【００２６】
電子輸送層３は、第１電極２上に位置する。電子輸送層３は、半導体を含む。光吸収層４は、電子輸送層３の上に配置される。光吸収層４は、組成式ＡＭＸ3で示されるペロブスカイト型化合物を含む。ただし、Ａは１価のカチオンであり、Ｍは２価のカチオンであり、Ｘはハロゲンアニオンである。第２電極５は、光吸収層４上に位置する。封止体６は、第１電極２と、電子輸送層３と、光吸収層４と、第２電極５と、を封止する。第１電極２と、第２電極５とは、それぞれ封止体６外部と電気的に接続されている。
【００２７】
封止体６と、封止体６により封止された第１電極２と、電子輸送層３と、光吸収層４と、第２電極５との間には、気体が存在する。この気体は、酸素を含む。この気体における酸素の濃度は体積分率で５％以上であり、水の濃度は体積分率で３００ｐｐｍ以下である。
【００２８】
太陽電池１００は基板１を備えていてもよい。その場合、図１に示すように、第１電極２は基板１の上に配置される。
【００２９】
次に、本実施形態の太陽電池１００の基本的な作用効果を説明する。太陽電池１００へ光が照射されると、光吸収層４が光を吸収することにより、励起された電子と、正孔とが発生する。この励起された電子は、電子輸送層３に移動する。一方、光吸収層４で生じた正孔は、第２電極５に移動する。電子輸送層３は第１電極２に接続されており、第１電極２と第２電極５とはそれぞれ封止体６外部と電気的に接続されている。そのため、太陽電池１００から、第１電極２を負極、第２電極５を正極として、電流を取り出すことができる。
【００３０】
また、封止体６と、封止体６により封止された第１電極２と、電子輸送層３と、光吸収層４と、第２電極５との間には、酸素を体積分立で５％以上含む気体が存在し、この気体における水の濃度は体積分率で３００ｐｐｍ以下である。このため、太陽電池１００は高い耐久性を有する。この理由は以下のように説明される。
【００３１】
光吸収層４に含まれるペロブスカイト型化合物ＡＭＸ3の価電子帯のエネルギー準位は、水の酸化還元電位よりも高い位置にある。
【００３２】
したがって、水が存在する場合、ペロブスカイト型化合物において、以下に示す水の酸化反応が起こり、酸素、プロトンおよび電子が生じる。
２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-        （１）
【００３３】
例えばペロブスカイト型化合物がＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3だった場合、式（１）の反応によって生じたプロトンおよび酸素により、以下の反応が生じる。
ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3  ＋  Ｈ+  →  ＣＨ3ＮＨ3+  ＋  ＨＰｂＩ3  （２）
ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3  ＋１／２Ｏ2  →  ＣＨ3ＮＨ3Ｉ  ＋  ＰｂＯ  ＋  Ｉ2  （３）
【００３４】
式（１）から（３）の反応の結果、ペロブスカイト型化合物は分解し、黄色または白色に変化する。そのため、光吸収層４の光吸収能が低下してしまう。
【００３５】
式（１）およびルシャトリエの原理より、ペロブスカイト型化合物の周囲に水が多いほど、または酸素が少ないほど、式（１）の反応は生じやすい。封止体６により封止される空間内に含まれる気体には、酸素が体積分率で５％以上含まれ、水の濃度は体積分率で３００ｐｐｍ以下である。よって、太陽電池１００内で式（１）による反応が生じる可能性を低減することができる。したがって、太陽電池１００では光吸収層４に含まれるペロブスカイト型化合物の分解を抑制することができる。これにより、太陽電池１００の変換効率が時間経過により低下するのを抑制することができるため、太陽電池１００の耐久性を向上させることができる。
【００３６】
封止体６により封止される空間内に含まれる気体中の水濃度・酸素濃度の測定は、例えば、大気圧イオン化質量分析計（ＡＰＩ−ＭＳ）によって行うことができる。まず、太陽電池１００をアルゴンまたはクリプトンなどの不活性ガスで満たされたチャンバー内に置く。チャンバー内で封止体６を破損させることにより、太陽電池１００内から、封止体６により封止される空間内に含まれる気体を流出させる。次に、チャンバー内の気体をＡＰＩ−ＭＳで定量分析する。封止体６により封止される空間内に含まれる気体中のすべての成分を定量し、その量の総和における水または酸素の割合を算出することにより、水濃度および酸素濃度を求めることができる。封止体６により封止される空間内に含まれる、酸素、水以外の気体としては、窒素及び希ガスなどの不活性ガス、二酸化炭素などが挙げられる。
【００３７】
なお、気体の分析に用いるチャンバー内を満たす不活性ガスと同じ種類の不活性ガスが、封止体６により封止される空間内に含まれていると、正確な気体の分析が困難となるおそれがある。そこで、封止体６により封止される空間内に含まれる気体の種類が不明な場合、同じ太陽電池を２つ用意し、チャンバー内を満たす不活性ガスとして、互いに異なる種類の不活性ガスを用いて、２つの太陽電池についてそれぞれ上記の手順で気体の分析を行う。２つの分析結果を比較することで、封止体６により封止される空間内に含まれる気体の組成を求めることができる。
【００３８】
本実施形態の太陽電池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を形成する。次に、第１電極２の上に電子輸送層３をスパッタ法などによって形成する。そして、電子輸送層３の上に光吸収層４を塗布法などによって形成する。それから、光吸収層４の上に、第２電極５を形成する。次に、第１電極２に第１配線７を、第２電極５に第２配線８をそれぞれ接続する。最後に、第１配線７の一部と第２配線８の一部とを外部に取り出した状態で、基板１、第１電極２、電子輸送層３、光吸収層４、及び第２電極５を封止するように、封止体６を形成する。以上の工程により、太陽電池１００を得ることができる。
【００３９】
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。
【００４０】
＜基板１＞
付随的な構成要素である基板１は、太陽電池１００の各層を保持する。基板１の材料としては、透明な材料、例えば、ガラス基板またはプラスチック基板を用いることができる。プラスチック基板としては、プラスチックフィルムを用いることもできる。また、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を設けなくてよい。
【００４１】
＜第１電極２＞
第１電極２は、導電性を有する。また、第１電極２は、透光性を有する。第１電極２は、例えば、可視光及び近赤外光を透過させる特性を有する。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などの材料で形成することができる。透明であり導電性を有する金属酸化物は、例えば、インジウム−錫複合酸化物、アンチモンをドープした酸化錫、フッ素をドープした酸化錫、ホウ素、アルミニウム、ガリウム、インジウムをドープした酸化亜鉛あるいはこれらの複合物である。
【００４２】
また、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（ストライプ状）、波線状、格子状（メッシュ状）、多数の微細な貫通孔が規則的または不規則に配列された形状のパターン、または、これらのパターンとは、パターンのある領域とない領域とを反転させたパターンを有する金属層が挙げられる。金属層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、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、またはこれらのいずれかを含む合金を挙げることができる。また、電極材料として、導電性を有する炭素材料を用いることもできる。
【００４３】
第１電極２の光の透過率は、例えば５０％以上である。第１電極２の光の透過率は、８０％以上であってもよい。透過すべき光の波長は、光吸収層４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。
【００４４】
＜電子輸送層３＞
電子輸送層３は、半導体を含む。電子輸送層３は、バンドギャップが３．０ｅＶ以上の半導体を含んでいてもよい。バンドギャップが３．０ｅＶ以上の半導体で電子輸送層３を形成することにより、可視光及び赤外光を光吸収層４まで透過させることができる。半導体の例としては、有機または無機のｎ型半導体が挙げられる。
【００４５】
有機のｎ型半導体としては、イミド化合物、キノン化合物、並びにフラーレンおよびその誘導体などが挙げられる。また無機半導体としては、例えば金属元素の酸化物、または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、Ｃｒの酸化物が挙げられる。より具体的な例として、ＴｉＯ2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。
【００４６】
また、電子輸送層３は、バンドギャップが６ｅＶ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６ｅＶよりも大きな物質としては、フッ化リチウム及びフッ化カルシウムなどのアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属のハロゲン化物、酸化マグネシウムのような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３の電子輸送性を確保するために、電子輸送層３の厚さを例えば１０ｎｍ以下としてもよい。
【００４７】
電子輸送層３は、同じ材料を積層して形成したり、異なる材料を交互に積層して形成したりしてもよい。
【００４８】
＜光吸収層４＞
光吸収層４は、組成式ＡＭＸ3で示されるペロブスカイト構造を有する化合物を含む。Ａは１価のカチオンである。Ａの例としては、アルカリ金属カチオンまたは有機カチオンのような１価のカチオンが挙げられる。さらに具体的には、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+）が挙げられる。Ｍは２価のカチオンである。Ｍの例としては、遷移金属または第１３族元素から第１５族元素の２価のカチオンである。さらに具体的には、Ｐｂ2+、Ｇｅ2+、Ｓｎ2+が挙げられる。Ｘはハロゲンアニオンなどの１価のアニオンである。Ａ、Ｍ、Ｘのそれぞれのサイトは、複数種類のイオンによって占有されていてもよい。ペロブスカイト構造を有する化合物の具体例としては、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3、ＮＨ2ＣＨＮＨ2ＰｂＩ3、ＣＨ3ＣＨ2ＮＨ3ＰｂＩ3、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＢｒ3、ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＣｌ3、ＣｓＰｂＩ3、ＣｓＰｂＢｒ3などがあげられる。
【００４９】
光吸収層４の厚みは、例えば１００ｎｍから１０００ｎｍである。光吸収層４は、溶液による塗布法、または蒸着法などを用いて形成することができる。
【００５０】
＜第２電極５＞
第２電極５は、導電性を有する。また、第２電極５は、光吸収層４とオーミック接触しない。さらに、第２電極５は、光吸収層４からの電子に対するブロック性を有する。光吸収層４からの電子に対するブロック性とは、光吸収層４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は、光吸収層４の伝導帯上端のエネルギー準位よりも、フェルミ準位が高い材料である。具体的な材料としては、金、グラフェンなどの炭素材料が挙げられる。
【００５１】
＜封止体６＞
封止体６は、水蒸気をほとんど透過しない。封止体６の水蒸気透過性は、例えば、１０００ｃｍ3（ＳＴＰ）・ｃｍ／（ｃｍ2・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ×１０9）以下であってもよい。封止体６の水蒸気透過性は、１００ｃｍ3（ＳＴＰ）・ｃｍ／（ｃｍ2・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ×１０9）以下であってもよい。なおｃｍ3（ＳＴＰ）とは、体積を標準状態に換算したものであることを意味している。封止体６は、水蒸気をまったく透過しなくてもよい。また、封止体６は、透光性を有する。
【００５２】
封止体６としては、例えば透明な樹脂フィルムの上に、金属または酸化物などの薄膜を形成したラミネートフィルムを用いることができる。このような構成とすることにより、透光性を有しつつ、水蒸気をほとんど透過させない特性を得ることができる。ラミネートフィルムは、熱可塑性を有していてもよい。
【００５３】
透明なフィルムの材料の具体例としては、樹脂材料が挙げられる。より具体的には、例えばポリエチレン、ポリスチレン、塩化ビニル、ブチレンゴムが挙げられる。透明なフィルムの上に薄膜として形成する材料としては、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素などの酸化物、炭化ケイ素などの炭化物、アルミニウム、銅、チタンなどの金属が挙げられる。
【００５４】
封止の方法は、例えば以下のとおりである。まず、第１電極２と第１配線７、及び第２電極５と第２配線８を、それぞれ銀ペーストまたははんだなどで接続する。第１配線７および第２配線８は、例えば銅線を用いることができる。その状態で、基板１から第２電極５までを積層したものをラミネートフィルムで挟み込む。第１配線７および第２配線８が、ラミネートフィルムの外部に取り出されている状態で、熱をかけてフィルム同士を接着する。それにより、封止体６を形成することができる。
【００５５】
封止体６により封止された空間内には、気体が含まれる。この気体は、体積分率で、酸素を５％以上、水を３００ｐｐｍ以下含む。この気体は、主に不活性ガスを含んでいてもよい。ここで、「主に」とは、体積分率で５０％以上であることを指す。封止体６により封止された空間内の気体が不活性ガスを多く含むことにより、例えば式（１）から式（３）のような酸化還元反応が、太陽電池１００内で起こりにくくなる。そのため、太陽電池１００を安定して使用することができる。不活性ガスの具体例としては、窒素、希ガスが挙げられる。希ガスの具体例としては、アルゴン、ヘリウムが挙げられる。封止体６により封止された空間内の気体は、体積分率で、酸素を１０％以上含んでいてもよく、１５％以上含んでいてもよい。封止体６により封止された空間内の酸素濃度は、１００％であってもよい。また、封止体６により封止された空間内の気体は、水を１３０ｐｐｍ以下含んでいてもよく、３０ｐｐｍ以下含んでいてもよい。封止体６により封止された空間内の気体は、例えば、乾燥した空気である。
【００５６】
封止体６により封止された空間内の気体の組成を制御する方法としては、目的の組成とした雰囲気下で太陽電池１００の封止を行う、太陽電池１００の封止の際に気体を封入する、太陽電池１００の封止後に、封止体６に穴を空けて気体を封入し、再度穴をふさぐ、などが挙げられる。
【００５７】
（第２の実施の形態）
本実施の形態に係る太陽電池１０１は、第１の実施の形態に係る太陽電池１００と、封止体の形態が異なる。
【００５８】
以下、太陽電池１０１について説明する。太陽電池１００について説明したものと同一の機能および構成を有する構成要素は、共通する符号を付して説明を省略する。
【００５９】
本実施の形態に係る太陽電池１０１は、図２に示すように基板１と、第１電極２と、電子輸送層３と、光吸収層４と、第２電極５と、封止体１６とを備える。
【００６０】
封止体１６は、基板１上に位置する。封止体１６は、第１電極２の一部と、電子輸送層３と、光吸収層４と、第２電極５と、を封止する。
【００６１】
次に、本実施形態の太陽電池１０１の基本的な作用効果を説明する。太陽電池１０１の動作は、太陽電池１００と同様である。
【００６２】
また、封止体１６を基板１上に設けることにより、太陽電池１００に比べて、太陽電池１０１をより省スペースな形態とすることができる。
【００６３】
本実施形態の太陽電池１０１は、例えば以下の方法によって作製することができる。太陽電池１０１の製造方法のうち第２電極５を形成する工程までは、太陽電池１００の製造方法と同様の工程であるので説明を省略する。第２電極５を形成した後、第２電極５に第２配線８を接続する。最後に、第１電極２の一部と第２配線８の一部とを一部外部に取り出した状態で、第１電極２の残りの部分、電子輸送層３、光吸収層４、及び第２電極５を封止するように、封止体１６を形成することによって、太陽電池１０１を得ることができる。
【００６４】
以下、太陽電池１０１の構成要素について具体的に説明する。
【００６５】
＜封止体１６＞
封止体１６は、水蒸気をほとんど透過しない。封止体１６の水蒸気透過性は、例えば、１０００ｃｍ3（ＳＴＰ）・ｃｍ／（ｃｍ2・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ×１０9）以下であってもよい。封止体１６の水蒸気透過性は、１００ｃｍ3（ＳＴＰ）・ｃｍ／（ｃｍ2・ｓｅｃ・ｃｍＨｇ×１０9）以下であってもよい。封止体１６は、水蒸気をまったく透過しなくてもよい。また、封止体１６は、透光性を有する。
【００６６】
封止体１６としては、ガラス、樹脂などを例えば箱状に形成したものを用いることができる。
【００６７】
封止の方法は、例えば以下のとおりである。まず、第２電極５に第２配線８を接続する。その状態で、第１電極２の一部および第２配線８の一部が封止体１６の外部に出るように、基板１から第２電極５までを積層した積層物に封止体１６をかぶせる。基板１と封止体１６との接着方法は以下のとおりである。例えば、封止体１６のふちの部分にあらかじめ低融点ガラスを塗布しておく。封止体１６を上記の積層物にかぶせたあと、低融点ガラスの付着した部分を溶融することにより、封止体１６を基板１と一体化させることができる。また、紫外線硬化樹脂によって封止体１６を基板１と一体化させることもできる。その場合は、封止体１６のふちの部分に紫外線硬化樹脂を塗布しておき、封止体１６を上記の積層物にかぶせた後、紫外線を照射する。
【００６８】
なお、第１の実施の形態と同様、第１電極２に第１配線７を接続する形態としても良い。
【００６９】
封止体１６により封止された空間内の気体の組成は、封止体６により封止された空間内の気体の組成と同様である。
【００７０】
（第３の実施の形態）
本実施の形態に係る太陽電池２００は、封止体により封止された空間内に水分吸着剤を設けた点で、第１の実施の形態に係る太陽電池１００と異なる。
【００７１】
以下、太陽電池２００について説明する。太陽電池１００について説明したものと同一の機能および構成を有する構成要素は、共通する符号を付して説明を省略する。
【００７２】
本実施の形態に係る太陽電池２００は、図３に示すように第１電極２と、電子輸送層３と、光吸収層４と、第２電極５と、封止体６と、を備える。
【００７３】
封止体６により封止された空間内には、水分吸着剤９が位置する。本実施形態では、水分吸着剤９は、封止体６の第２電極５と対向する面上に配置されている。また、封止体６により封止された空間内には気体が存在する。封止体６により封止された空間内の気体は、主に不活性ガスを含み、酸素を体積分率で５％以上含む。
【００７４】
太陽電池２００は基板１を備えていてもよい。その場合、図３に示すように、第１電極２は基板１の上に配置される。
【００７５】
次に、本実施形態の太陽電池２００の基本的な作用効果を説明する。太陽電池２００の動作は、太陽電池１００と同様である。
【００７６】
また、封止体６により封止された空間内に水分吸着剤９を設けることにより、封止体６により封止された空間内の水分量を低減させることができる。したがって、太陽電池１００と同様に、太陽電池２００の変換効率が時間の経過により低下するのを抑制することができるため、太陽電池２００の耐久性を向上させることができる。
【００７７】
太陽電池２００は、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。水分吸着剤９は、例えば封止体６を構成するラミネートフィルムの裏側、第２電極５の上などに設けることができる。
【００７８】
以下、太陽電池２００の構成要素について具体的に説明する。
【００７９】
＜水分吸着剤９＞
水分吸着剤９は、封止体６により封止される空間内の水分を吸着する。水分吸着剤９は、例えば、水分を吸着する粉末を保持するシールである。水分を吸着する粉末としては、金属単体、金属酸化物、または金属の炭酸塩などの粉末が挙げられる。金属としては、例えばアルカリ金属、アルカリ土類金属が挙げられる。アルカリ金属の具体例としては、ナトリウム、カリウムが挙げられる。アルカリ土類金属の具体例としては、カルシウム、マグネシウムが挙げられる。
【００８０】
（第４の実施の形態）
本実施の形態に係る太陽電池３００は、正孔輸送層をさらに備える点で、第１の実施の形態に係る太陽電池１００と異なる。
【００８１】
以下、太陽電池３００について説明する。太陽電池１００について説明したものと同一の機能および構成を有する構成要素は、共通する符号を付して説明を省略する。
【００８２】
本実施の形態に係る太陽電池３００は、図４に示すように、第１電極３２と、電子輸送層３と、光吸収層４と、正孔輸送層１０と、第２電極３５と、封止体６と、を備える。
【００８３】
正孔輸送層１０は、光吸収層４と第２電極３５との間に配置される。封止体６は、第１電極３２と、電子輸送層３と、光吸収層４と、正孔輸送層１０と、第２電極３５とを封止する。
【００８４】
太陽電池３００は基板３１を備えていてもよい。その場合、図４に示すように、第１電極３２は基板３１の上に配置される。
【００８５】
次に、本実施形態の太陽電池３００の基本的な作用効果を説明する。
【００８６】
太陽電池３００へ光が照射されると、光吸収層４が光を吸収することにより、励起された電子と、正孔とが発生する。この励起された電子は電子輸送層３に移動する。一方、光吸収層４で生じた正孔は正孔輸送層１０に移動する。電子輸送層３は第１電極３２に接続され、正孔輸送層１０は第２電極３５に接続されており、第１電極３２と第２電極３５とはそれぞれ封止体６外部と電気的に接続されている。そのため、太陽電池３００から、第１電極３２を負極、第２電極３５を正極として、電流を取り出すことができる。
【００８７】
本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【００８８】
また、本実施の形態においては、正孔輸送層１０を設けている。そのため、第２電極３５が光吸収層４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３５の材料選択の幅が広がる。
【００８９】
また、太陽電池３００は、封止体６を有する。封止体６により封止される空間内に存在する気体は、酸素を体積分率で５％以上含み、この気体における水の濃度は体積分率で３００ｐｐｍ以下である。そのため、太陽電池３００は高い耐久性を有する。この理由は以下のように説明される。
【００９０】
太陽電池３００における正孔輸送層１０では、酸化剤の添加により、正孔輸送材料の酸化体と還元体とが共存している。正孔輸送材料の酸化体が存在することにより、正孔輸送層１０の正孔輸送能が上昇している。正孔輸送材料の価電子帯のエネルギー準位は、水の酸化還元電位よりも高い位置にある。
【００９１】
したがって、水が存在する場合、正孔輸送層１０において、以下に示す水の酸化反応が起こり、酸素、プロトンおよび電子が生じる。
２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-        （１）
【００９２】
例えば正孔輸送材料がＳｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤである場合、この反応によって生じた電子により、以下の反応が生じる。
Ｓｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤ+＋ｅ-→Ｓｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤ    （４）
【００９３】
式（１）、式（４）の反応の結果、正孔輸送材料の酸化体は還元される。そのため、正孔輸送層１０の正孔輸送能が低下してしまう。
【００９４】
式（１）およびルシャトリエの原理より、正孔輸送層１０の周囲に水が多いほど、または酸素が少ないほど、式（１）の反応は生じやすい。封止体６により封止される空間内の気体には、酸素が体積分率で５％以上含まれ、水の濃度は体積分率で３００ｐｐｍ以下である。よって、太陽電池３００内では式（１）による反応が生じる可能性を低減することができる。したがって、太陽電池３００では正孔輸送層１０に含まれる正孔輸送材料の酸化体が還元されることを抑制することができる。これにより、太陽電池３００の変換効率が時間経過により低下するのを抑制することができるため、太陽電池３００の耐久性を向上させることができる。
【００９５】
以下、太陽電池３００の各構成要素について、具体的に説明する。なお、太陽電池１００と共通する要素については、説明を省略する。
【００９６】
＜第１電極３２および第２電極３５＞
本実施形態では正孔輸送層１０を用いるため、第２電極３５は、光吸収層４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３５の材料は、光吸収層４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３５も透光性を有するように形成しうる。
【００９７】
第１電極３２および第２電極３５のうち少なくとも一方は、透光性を有し、第１の実施の形態における第１電極２と同様に構成されてもよい。第１電極３２および第２電極３５の一方は、透光性を有さなくともよい。その場合、透光性を有さない電極に、電極材料が存在しない領域を形成しなくてもよい。
【００９８】
＜基板３１＞
基板３１は、第１の実施の形態における基板１と同様の構成とすることができる。また、第２電極３５が透光性を有している場合には、基板３１を透明でない材料を用いて形成することができる。例えば、金属、セラミックス、または透過性の小さい樹脂材料を用いることができる。
【００９９】
＜正孔輸送層１０＞
正孔輸送層１０は、有機物、または無機半導体などによって構成される。正孔輸送層１０は、同じ構成材料を積層して形成したり、異なる材料を交互に積層して形成したりしてもよい。
【０１００】
有機物としては、３級アミンを骨格内に含む、フェニルアミン、トリフェニルアミン誘導体および、チオフェン構造を含むＰＥＤＯＴ化合物、などが挙げられる。分子量は、特に限定されないが、高分子体であってもよい。有機物で正孔輸送層１０を形成する場合、正孔輸送層１０の膜厚は、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってもよく、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下であってもよい。正孔輸送層１０の膜厚がこの範囲内であれば、十分な正孔輸送性を発現できる。また、正孔輸送層１０の膜厚がこの範囲内であれば、低抵抗を維持できるので、高効率に光発電を行うことができる。
【０１０１】
無機半導体としては、ＣｕＯ、Ｃｕ2Ｏ、ＣｕＳＣＮ、酸化モリブデン及び酸化ニッケルといったｐ型の半導体を用いることができる。無機半導体で正孔輸送層１０を形成する場合、正孔輸送層１０の膜厚は、１ｎｍ以上１０００ｎｍ以下であってもよく、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下であってもよい。正孔輸送層１０の膜厚がこの範囲内であれば、十分な正孔輸送性を発現できる。また、正孔輸送層１０の膜厚がこの範囲内であれば、低抵抗を維持できるので、高効率に光発電を行うことができる。
【０１０２】
正孔輸送層１０の形成方法としては、塗布法また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。また、必要に応じて、複数の材料を混合して正孔輸送層１０を作製し、加圧、または焼成するなどしてもよい。正孔輸送層１０の材料が有機の低分子体または無機半導体である場合には、真空蒸着法などによって作製することも可能である。
【０１０３】
正孔輸送層１０は、支持電解質および溶媒を含んでいてもよい。
【０１０４】
支持電解質としては、アンモニウム塩、アルカリ金属塩などが挙げられる。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、過塩素酸リチウム及び四フッ化ホウ素カリウムなどが挙げられる。
【０１０５】
正孔輸送層１０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。正孔輸送層１０に含まれる溶媒としては、水系溶媒および有機溶媒のいずれも使用できる。正孔輸送層１０に含まれる溶媒として有機溶媒を用いると、溶質をより安定化することができる。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。
【０１０６】
また、溶媒としてイオン液体を、単独で、また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、難燃性が高いという利点を有する。
【０１０７】
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。
【０１０８】
これらの支持電解質及び溶媒は、正孔輸送層１０中の正孔を安定化させる効果を有している。
【０１０９】
（第５の実施の形態）
本実施の形態に係る太陽電池４００は、多孔質層１１をさらに備える点で、第１の実施の形態に係る太陽電池１００と異なる。
【０１１０】
以下、太陽電池４００について説明する。太陽電池１００について説明したものと同一の機能および構成を有する構成要素は、共通する符号を付して説明を省略する。
【０１１１】
本実施の形態に係る太陽電池４００は、図５に示すように第１電極２と、電子輸送層３と、多孔質層１１と、光吸収層４と、第２電極５と、封止体６と、を備える。
【０１１２】
多孔質層１１は、光吸収層４内において、電子輸送層３と接する位置に配置される。多孔質層１１は、多孔質体を含む。
【０１１３】
多孔質層１１中の空孔は、多孔質層１１の上端から、電子輸送層３と接する、多孔質層１１の下端まで繋がっている。これにより、光吸収層４の材料は多孔質層１１の空孔を充填し、電子輸送層３の表面まで到達することができる。したがって、光吸収層４と電子輸送層３とは接触しているため、直接電子の授受が可能である。
【０１１４】
太陽電池４００は基板１を備えていてもよい。その場合、図５に示すように、第１電極２は基板１の上に配置される。
【０１１５】
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。太陽電池４００の動作は、太陽電池１００と同様である。本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１１６】
また、電子輸送層３の上に多孔質層１１を設けたことにより、多孔質層１１の上に光吸収層４を容易に形成できるという効果が得られる。多孔質層１１の空孔に光吸収層４の材料が侵入し、多孔質層１１が光吸収層４の土台となる。そのため、光吸収層４の材料が多孔質層１１の表面で弾かれてしまったり、凝集してしまったりすることが起こりにくい。したがって、光吸収層４を均一な膜として形成することができる。
【０１１７】
本実施の形態の太陽電池４００は、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。多孔質層１１は、電子輸送層３の上に、塗布法などによって形成する。
【０１１８】
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。
【０１１９】
＜多孔質層１１＞
多孔質層１１は、光吸収層４を形成する際の土台となる。多孔質層１１は、光吸収層４の光吸収、及び光吸収層４から電子輸送層３への電子移動を阻害しない。
【０１２０】
多孔質層１１は、多孔質体を含む。多孔質体としては、例えば、絶縁性または半導体の粒子が連なった多孔質体が挙げられる。絶縁性の粒子としては、酸化アルミニウム、酸化ケイ素などの粒子を用いることができる。半導体粒子としては、無機半導体粒子を用いることができる。無機半導体としては、金属元素の酸化物、ペロブスカイト酸化物、硫化物、金属カルコゲナイドを用いることができる。金属元素の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。より具体的な金属元素の酸化物の例としては、ＴｉＯ2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。硫化物の例としては、ＣｄＳ、ＺｎＳ、Ｉｎ2Ｓ3、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、Ｉｎ2Ｓｅ3、ＷＳｅ2、ＨｇＳ、ＰｂＳｅ、ＣｄＴｅが挙げられる。
【０１２１】
多孔質層１１の層さは、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。また、多孔質層１１の表面粗さ係数が１０以上であってもよく、１００以上であってもよい。物体の表面粗さ係数は、物体の実効面積を物体の投影面積で割ることにより求められる。なお、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。実効面積とは、物体の実際の表面積のことである。実効面積は、物体の投影面積およ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および嵩密度とから計算することができる。
【０１２２】
（第６の実施の形態）
本実施の形態に係る太陽電池５００は、多孔質層をさらに備える点で、第４の実施の形態に係る太陽電池３００と異なる。また、太陽電池５００は、正孔輸送層をさらに備える点で、第５の実施の形態に係る太陽電池４００と異なる。
【０１２３】
以下、太陽電池５００について説明する。太陽電池３００および太陽電池４００について説明したものと同一の機能および構成を有する構成要素は、共通する符号を付して説明を省略する。
【０１２４】
本実施の形態に係る太陽電池５００は、図６に示すように第１電極３２と、電子輸送層３と、多孔質層１１と、光吸収層４と、正孔輸送層１０と、第２電極３５と、封止体６と、を備える。
【０１２５】
太陽電池５００は基板３１を備えていてもよい。その場合、図６に示すように、第１電極３２は基板３１の上に配置される。
【０１２６】
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。太陽電池５００の動作は、太陽電池３００および太陽電池４００と同様である。本実施の形態においても、第３の実施の形態および第４の実施の形態と同様の効果が得られる。
【０１２７】
本実施の形態の太陽電池５００は、太陽電池３００および太陽電池４００と同様の方法によって作製することができる。
【０１２８】
なお、第３の実施の形態に係る太陽電池は、第２の実施の形態に係る太陽電池に、水分吸着剤９を加えた構成としてもよい。第４の実施の形態に係る太陽電池は、第２の実施の形態に係る太陽電池に、正孔輸送層１０を加えた構成としてもよい。第５の実施の形態に係る太陽電池は、第２の実施の形態に係る太陽電池に、多孔質層１１を加えた構成としてもよい。第６の実施の形態に係る太陽電池は、第２の実施の形態に係る太陽電池に、正孔輸送層１０および多孔質層１１を加えた構成としてもよい。これらの場合にも、第２の実施の形態に係る太陽電池と同様の効果が得られる。また、第４の実施の形態から第６の実施の形態において、封止体６により封止される空間内に水分吸着剤９を設けることもできる。水分吸着剤９を備えることにより、封止体６により封止される空間内の気体中の水の濃度を体積分率で３００ｐｐｍ以下に維持することが容易になる。そのため、光吸収材料および正孔輸送材料の分解をさらに抑制することができる。
【実施例】
【０１２９】
以下、本開示を実施例によって具体的に説明する。実施例１から８および比較例１から５の太陽電池を作製し、特性を評価した。評価結果は、表１にまとめて示す。
【０１３０】
［実施例１］
図６に示した太陽電池５００と同じ構造を有する太陽電池を作製した。各構成要素は、以下の通りである。
基板３１：ガラス基板（厚さ１ｍｍ）
第１電極３２：フッ素ドープＳｎＯ2層（表面抵抗１０Ω／ｓｑ．）
電子輸送層３：酸化チタン（厚さ３０ｎｍ）
多孔質層１１：多孔質酸化チタン
光吸収層４：  ＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3
正孔輸送層１０：Ｓｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤ（Ｍｅｒｃｋ社製）
第２電極３５：金（厚さ８０ｎｍ）
封止体６：ラミネートフィルム（三菱ガス化学製ＰＴＳ袋  ＰＢ１８０２５０Ｐ）
第１配線７、第２配線８：銅線
【０１３１】
実施例１の太陽電池は、以下のようにして作製した。
【０１３２】
基板３１として、厚さ１ｍｍのガラス基板（日本板硝子製）を用いた。基板３１の上には、第１電極３２であるフッ素ドープＳｎＯ2層が配置されている。
【０１３３】
第１電極３２上に、スパッタ法により厚さが約３０ｎｍの酸化チタン層を、電子輸送層３として形成した。
【０１３４】
次に、平均１次粒子径が２０ｎｍの高純度酸化チタン粉末をエチルセルロース中に分散させることにより、スクリーン印刷用の酸化チタンペーストを作製した。電子輸送層３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、空気中で焼成することによって、厚さが０．２μｍの多孔質酸化チタン層である多孔質層１１を形成した。
【０１３５】
次に、ＰｂＩ2を３ｍｏｌ／Ｌ、ＣＨ3ＮＨ3Ｉを３ｍｏｌ／Ｌの濃度で含むジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）溶液を用意した。そして、多孔質層１１の上にこの溶液をスピンコートにより塗布した。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４であるペロブスカイト構造を有するＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3層を形成した。光吸収層４の膜厚は３００ｎｍであった。
【０１３６】
Ｓｐｉｒｏ−ＯＭｅＴＡＤを６０ｍｍｏｌ／Ｌ、リチウムビス（トリフルオロスルホニル）イミド（ＬｉＴＦＳＩ）を３０ｍｍｏｌ／Ｌ、ｔｅｒｔ−ブチルピリジン（ｔＢＰ）を２００ｍｍｏｌ／Ｌ、Ｃｏ錯体（ＦＫ２０９：Ｄｙｅｓｏｌ社製）を１．２ｍｍｏｌ／Ｌの濃度で含むクロロベンゼン溶液を用意し、光吸収層４上にスピンコートにより塗布することによって、正孔輸送層１０を作製した。正孔輸送層１０の膜厚は１００ｎｍであった。次に、正孔輸送層１０上に金を８０ｎｍ蒸着し、第２電極３５とした。
【０１３７】
以降の工程はグローブボックス中で行った。グローブボックス中は、露点を−６０℃とし、大気を２００ｍｌ／ｍｉｎの流速で流入させた。ここで、大気は、酸素ガスを２０％、窒素ガスを８０％の体積比で混合することにより作製した。第２電極３５上に炭酸カルシウムを含む水分吸着剤を配置した。そして、第１電極３２に第１配線７を、第２電極３５に第２配線８を接続した。第１配線７および第２配線８を挟み込むように、上下からラミネートフィルムで覆った。ラミネートフィルムの端を２００℃で加熱し、溶融させて封止することにより、封止体６を形成した。
【０１３８】
［実施例２から６、及び比較例１から４］
実施例１の太陽電池において、グローブボックス中の露点及び大気流入量を表１に示すように調整することにより、封止体６により封止される空間内の水分濃度及び酸素濃度を変更し、実施例２から６、及び比較例１から４の太陽電池を作製した。なお、実施例３から６、比較例２、及び比較例４に関しては、表１に示す量でグローブボックス中に窒素ガスを流入させた。
【０１３９】
［実施例７、８、及び比較例５］
太陽電池の各構成要素のうち、光吸収層４が（ＣＨ（ＮＨ2）2）0.85（ＣＨ3ＮＨ3）0.15Ｐｂ（Ｉ0.85Ｂｒ0.15）3で示されるペロブスカイト型化合物である点以外は、実施例１の太陽電池と同じ構成を有する、実施例７、８、及び比較例５の太陽電池を作製した。
【０１４０】
実施例７、８、及び比較例５の太陽電池の光吸収層４は、以下のように作製した。光吸収層４以外の工程は実施例１と同様であるので説明を省略する。
【０１４１】
ＰｂＢｒ2を０．４５ｍｏｌ／Ｌ、ＣＨ3ＮＨ3Ｂｒを０．４５ｍｏｌ／Ｌ、ＰｂＩ2を２．５５ｍｏｌ／Ｌ、ＣＨ（ＮＨ2）2Ｉを２．５５ｍｏｌ／Ｌの濃度で含むジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）溶液を用意した。そして、多孔質層１１の上にこの溶液をスピンコートにより塗布した。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４であるペロブスカイト構造を有する（ＣＨ（ＮＨ2）2）0.85（ＣＨ3ＮＨ3）0.15Ｐｂ（Ｉ0.85Ｂｒ0.15）3層を形成した。光吸収層４の膜厚は５００ｎｍであった。
【０１４２】
実施例１と同様の工程で封止体６を形成することにより、実施例７の太陽電池を作製した。グローブボックス内に、１８０ｍｌ／ｍｉｎの流速で大気を、２０ｍｌ／ｍｉｎの流速で酸素ガスを流入させた点以外は、実施例１と同様の工程で封止体６を形成することにより、実施例８の太陽電池を作製した。グローブボックス内に、大気に代えて、２００ｍｌ／ｍｉｎの流速で窒素ガスを流入させた点以外は、実施例１と同様の工程で封止体６を形成することにより、比較例５の太陽電池を作製した。
【０１４３】
＜特性評価＞
［気体の組成分析］
封止体６により封止される空間内の気体中の水分濃度は、以下の方法で測定を行った。実施例１、実施例６、及び比較例２に関しては、ＡＰＩ−ＭＳ測定を行った。実施例２、比較例１、及び比較例４に関しては、カール・フィッシャー測定装置による測定を行った。実施例３から５、７、８、及び比較例５、比較例３については、太陽電池作製時のグローブボックス内の露点、大気流入量、窒素流入量及び酸素流入量から算出した。
【０１４４】
封止体６により封止される空間内の気体中の酸素濃度は、太陽電池作製時のグローブボックス内の露点、大気流入量、窒素流入量及び酸素流入量から算出した。なお、封止体６により封止される空間内の気体中には、酸素及び水以外には、窒素が含まれている。また、表１に示す水分濃度及び酸素濃度はいずれも体積分率で表されている。
【０１４５】
［変換効率測定］
ソーラーシミュレータを用いて、１００ｍＷ／ｃｍ2の照度の光を各太陽電池に照射した。各太陽電池の電流−電圧特性を測定して、安定化後の変換効率を求め、初期変換効率とした。また、初期変換効率測定後、各太陽電池を８５℃に設定された恒温槽内に保管し、７２時間の加熱試験を行った。加熱試験後の各太陽電池の変換効率を、電流―電圧特性の測定により求めた。初期変換効率に対する、加熱試験後の変換効率の割合を、各太陽電池の維持率として算出した。
【０１４６】
【表１】
2017103450.tif 000003
【０１４７】
表１の結果から、実施例１から８の太陽電池では、加熱試験後も、８２％以上の維持率が得られている。一方、比較例１から５の太陽電池では、維持率は６２％以下にとどまる。
【０１４８】
例えば、光吸収層４がＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3で示されるペロブスカイト型化合物であって、酸素濃度が２０％で等しい実施例１、実施例２と比較例１、比較例３とを比較する。水分濃度が１３０ｐｐｍ以下である実施例１、実施例２では、維持率が９７％以上と高くなっている。一方、水分濃度が３８０ｐｐｍである比較例１では維持率は６２％と低くなっており、水分濃度が８６００ｐｐｍである比較例３では、維持率が３％と非常に低くなっている。このことから、太陽電池内の酸素濃度が十分に高い場合には、封止体により封止される空間内の水分濃度を低くすることにより、太陽電池の耐久性を向上させることができることがわかる。
【０１４９】
また、光吸収層４がＣＨ3ＮＨ3ＰｂＩ3で示されるペロブスカイト型化合物であって、水分濃度が２から５ｐｐｍとなっている実施例１、実施例３から５と、比較例２とを比較する。酸素濃度が５％である実施例３でも８２％の維持率が得られており、酸素濃度が１０％以上の実施例１、実施例４、実施例５では、９５％以上の維持率が得られている。一方、比較例２では酸素濃度が３％であり、維持率も３７％と低くなっている。このことから、水分濃度が十分に低い場合には、酸素濃度を高くすることで、太陽電池の耐久性を向上させることができることがわかる。
【０１５０】
また、実施例７、８、及び比較例５の結果から、光吸収層４が（ＣＨ（ＮＨ2）2）0.85（ＣＨ3ＮＨ3）0.15Ｐｂ（Ｉ0.85Ｂｒ0.15）3で示されるペロブスカイト型化合物である場合も、水分濃度が十分に低い場合には、酸素濃度を高くすることで、太陽電池の耐久性を向上させることができることがわかる。
【０１５１】
以上の結果から、太陽電池に封止体を設け、封止体６により封止される空間内の気体が体積分率で酸素を５％以上含み、その気体における水の濃度を体積分率で３００ｐｐｍ以下とすることにより、太陽電池の耐久性を向上させることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
本開示における太陽電池は、例えば、光発電素子または光センサとして有用である。
【符号の説明】
【０１５３】
１、３１    基板
２、３２    第１電極
３    電子輸送層
４    光吸収層
５、３５    第２電極
６、１６    封止体
７    第１配線
８    第２配線
９    水分吸着剤
１０    正孔輸送層
１１    多孔質層
１００、１０１、２００、３００、４００、５００    太陽電池
【図１】
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【図２】
2017103450.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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