[發明專利]鈣鈦礦化合物和使用該鈣鈦礦化合物的光轉換元件

在審

• 申請號: 201980008246.4
• 申請日: 2019-01-11
• 公開（公告）號: CN111601787A
• 公開（公告）日: 2020-08-28
• 發明（設計）人: 早瀬修二;伊藤望
• 申請（專利權）人: 國立大學法人電氣通信大學
• 主分類號: C07C211/62
• 分類號: C07C211/62;H01L51/42;H01L51/44;C07F7/22;C07F7/30
• 代理公司: 北京市鑄成律師事務所 11313
• 代理人: 王丹丹;王珺

[課題]提供一種光電轉換效率獲得了提高的無Pb的鹵化Sn鈣鈦礦太陽能電池。[解決手段]一種太陽能電池，其使用了由ABX₃(A表示陽離子，B表示金屬，X表示鹵素，A、B及X分別可由多個元素構成。)構成且B包括Sn和Ge的鈣鈦礦化合物。

技術領域

本發明涉及鈣鈦礦化合物(perovskite compound)和使用該鈣鈦礦化合物的光轉換元件、以及具備該光轉換元件的太陽能電池、光傳感器。

背景技術

近年，鈣鈦礦化合物因其極高的光轉換效率而備受關注。就含有該鈣鈦礦化合物的鈣鈦礦太陽能電池而言，其很大的特征在于，通過形成鈣鈦礦化合物的層并形成固體的電洞(electron hole(也稱空穴))傳輸層以取代現有的固態染料敏化太陽能電池的染料載體，與使用了現有的染料的液體的電解質相比，可實現較高的轉換效率。

就這樣的鈣鈦礦太陽能電池中的鈣鈦礦化合物的層的形成而言，一般藉由如下方式形成，即，作為成型層使用二氧化鈦多孔質膜等，并在該成型層上旋涂可溶解于有機溶劑的鈣鈦礦化合物，由此來形成結晶性不同的鈣鈦礦薄膜。

另外，染料敏化太陽能電池、有機太陽能電池、及鈣鈦礦太陽能電池是典型的可印刷太陽能電池。現有的鈣鈦礦太陽能電池具有作為光吸收層的鹵化Pb鈣鈦礦層，該鹵化Pb鈣鈦礦太陽能電池盡管電池面積較小，但有研究認為其光電轉換效率可超過20％(非專利文獻1)。該轉換效率接近可商購的無機太陽能電池的轉換效率。此外，盡管是口頭發表，但也有研究認為電池面積為1cm²的正式光電轉換效率為15％。

一般來說，作為鹵化鈣鈦礦化合物可使用CH₃NH₃PbI₃。該鹵化鈣鈦礦化合物的光吸收光譜邊緣為800nm。此外，如果可以進行高達900nm的光電轉換，則可在不降低開路電壓的情況下提高效率。例如，在假定鈣鈦礦太陽能電池的理論釋放電壓所引起的電壓損失為0.3V，并且在FF:0.7和IPCE(Incident Photon to Current Efficiency):0.8的條件下可對從可視光至900nm之間的光進行光電轉換，則能夠獲得20.4％的轉換效率。

但是，就現有的CH₃NH₃PbI₃那樣的含有Pb的鈣鈦礦太陽能電池而言，由于其具有很高的環境風險，所以一直期望開發不含有Pb的無Pb的鈣鈦礦太陽能電池。

目前，作為這樣的無Pb的鈣鈦礦太陽能電池，熟知有使用了鹵化Sn鈣鈦礦化合物的鹵化Sn鈣鈦礦太陽能電池。盡管已知該鹵化Sn鈣鈦礦化合物具有超過1200nm的光吸收光譜，但尚未闡明其具體物性。此外，就使用該鹵化Sn鈣鈦礦化合物的太陽能電池而言，光電轉換效率也不足，需要進一提高其光電轉換效率。

＜現有技術文獻＞

＜非專利文獻＞

[非專利文獻1]M.Saliba,T.Matsui；J.Y.Seo,K.Domanski,J.P.Correa-Baena,M.K.Nazeeruddin,S.M.Zakeeruddin,W.Tress,A.Abate,A.Hagfeldt and MGratzel.Cesium-containing triple cation perovskite solar cells:improvedstability,reproducibility and high efficiency.Energy Environ.Sci.,2016,9,pp.1989-1997

發明內容

＜本發明要解決的問題＞

本發明的目的在于，提供一種光電轉換效率得到了提高的無Pb的鹵化Sn鈣鈦礦化合物以及使用該無Pb的鹵化Sn鈣鈦礦化合物的太陽能電池等。

＜用于解決問題的手段＞