[发明专利]层状钙钛矿、光吸收层、附有光吸收层的基板、光电转换元件和太阳能电池

说明书

本发明提供一种带隙能较大且载流子传输能优异的层状钙钛矿、包含该层状钙钛矿的光吸收层、具有该光吸收层的附有光吸收层的基板和光电转换元件以及具有该光电转换元件的太阳能电池。本发明的层状钙钛矿根据利用面外法获得的X射线衍射峰算出的(002)面的面间距为2.6nm以上5.0nm以下，上述X射线衍射峰中的(111)面的X射线衍射峰强度相对于(002)面的X射线衍射峰强度的强度比((111)面/(002)面)为0.03以上。

技术领域

本发明涉及一种层状钙钛矿、包含该层状钙钛矿的光吸收层、具有该光吸收层的附有光吸收层的基板和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

将光能转换成电能的光电转换元件被应用于太阳能电池、光传感器、复印机等。尤其从环境、能源问题的观点考虑，利用作为无穷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。

近年来，作为代替硅太阳能电池的太阳能电池，以具有三维结构的钙钛矿化合物(以下称为三维钙钛矿)为光电转换层的有机-无机混合型钙钛矿太阳能电池引起关注。目前，上述钙钛矿太阳能电池单元的转换效率超过20％，正在进行模块化或耐久性评价。

然而，三维钙钛矿的耐湿性低，结构也不稳定，因此期望耐久性的进一步改善，因此，要求开发新的组成或制造方法。进而，在以利用特定的光波长区域为目的的串联式或中间带型太阳能电池等下一代高效率太阳能电池中应用钙钛矿太阳能电池的情况下，一般使用的具有1.5～1.6eV左右的带隙能的三维钙钛矿中，无法获得高开路电压，因此具有更大的带隙能、具体而言具有超过2eV的带隙能的钙钛矿化合物成为必需。

作为兼具耐湿性与较大带隙能的钙钛矿，正研究以疏水性的烷基铵为1价阳离子的层状钙钛矿。

例如，报导了使用丁基铵的层状钙钛矿((C₄H₉NH₃)₂(CH₃NH₃)_n-1Pb_nI_3n+1：n＝1～4，n＝1表示叠层数为1，n＝2表示叠层数为2，n＝3表示叠层数为3，n＝4表示叠层数为4)与三维钙钛矿相比，耐湿性提高(JACS 2015,137,7843-7850)。

另外，提案了以在二维钙钛矿中实现高载流子迁移率为目的，在卤化铵基所排列的表面形成二维钙钛矿的技术(国际公开第2017/086337号)。

另外，提案了包含具有含富勒烯C₆₀的组成的层状钙钛矿型结构的太阳能电池用有机-无机复合材料(日本特开2016-63090号公报)。

另外，提案了包含仅选择性地吸收特定波长区域的光的层状有机钙钛矿材料的光电转换层(日本特开2017-5196号公报)。

然而，上述JACS中记载的具有最大带隙能(2.24eV)的单层型(C₄H₉NH₃)₂PbI₄存在如下问题：由于不具有对载流子传输有利的结晶取向性，所以短路电流密度较小，结果导致太阳能电池的转换效率低。

另外，上述各专利文献中记载的二维钙钛矿和层状钙钛矿也存在如下问题：由于不具有对载流子传输有利的结晶取向性，所以短路电流密度小，导致太阳能电池的转换效率低。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种带隙能较大且载流子传输能优异的层状钙钛矿、包含该层状钙钛矿的光吸收层、具有该光吸收层的附有光吸收层的基板和光电转换元件以及具有该光电转换元件的太阳能电池。

本发明的发明人发现，通过使用具有特定的结晶取向性的层状钙钛矿，使载流子传输能提高。