太阳能电池

摘要

本公开提供一种具有高的耐久性的钙钛矿太阳能电池。本公开的太阳能电池，具备第1电极、第2电极、位于所述第1电极与所述第2电极之间的光吸收层、位于所述第1电极与所述光吸收层之间的第1半导体层、以及位于所述第2电极与所述光吸收层之间的第2半导体层。选自第1电极和第2电极之中的至少一个电极具有透光性。光吸收层含有由组成式AMX3表示的钙钛矿化合物。A表示一价阳离子。M表示二价阳离子。X表示卤素阴离子。第1半导体层含有Li。第2半导体层含有LiN(SO2CnF2n+1)2(其中，n为2以上的自然数)。

权利要求

1.一种太阳能电池，具备第1电极、第2电极、位于所述第1电极与所述第2电极之间的光吸收层、位于所述第1电极与所述光吸收层之间的第1半导体层、以及位于所述第2电极与所述光吸收层之间的第2半导体层，其中，

选自所述第1电极和所述第2电极之中的至少一个电极具有透光性，所述光吸收层含有由组成式AMX3表示的钙钛矿化合物，A表示一价阳离子，

M表示二价阳离子，并且

X表示卤素阴离子，

所述第1半导体层含有Li，并且所述第2半导体层含有LiN(SO2CnF2n+1)2，其中，n为2以上的自然数。

2.根据权利要求1所述的太阳能电池，所述第1半导体层的主成分是TiO2。

3.根据权利要求2所述的太阳能电池，所述第1半导体层中的Li相对于Ti的摩尔比为0.02以上。

4.根据权利要求3所述的太阳能电池，Li相对于Ti的所述摩尔比为0.06以下。

5.根据权利要求1所述的太阳能电池，所述第2半导体层的主成分是聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]。

6.根据权利要求1所述的太阳能电池，n为2或4。

说明书

太阳能电池

技术领域

[0001] 本公开涉及太阳能电池。本公开特别涉及包含钙钛矿型晶体作为光吸收材料的太阳能电池。

背景技术

[0002] 近年来，一直进行着钙钛矿太阳能电池的研究开发。钙钛矿太阳能电池中，作为光吸收材料，使用由AMX3(A是一价阳离子，M是二价阳离子，X是卤素阴离子)表示的钙钛矿型晶体以及与其类似的结构体(以下称为“钙钛矿化合物”)。

[0003] 非专利文献1公开了包含由CH3NH3PbI3表示的钙钛矿化合物作为光吸收材料、包含TiO2作为电子传输材料、包含聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]作为空穴传输材料的太阳能电池。

[0004] 在先技术文献

[0005] 非专利文献1：Dongqin Bi et.al.,"HIGH-EFFICIENT SOLID-STATE PEROVSKITE SOLAR CELL WITHOUT LITHIUM SALTIN THE HOLE TRANSPORT MATERIAL",NANO,Brief Reports and Reviews Vol.9,No.5(2014)1440001(7pages)

[0006] 非专利文献2：Woon Seok Yang et.al.,"High-performance photovoltaic perovskite layers fabricated through intramolecular exchange"Science,12Jun 
2015,Vol.348,Issue 6240,pp.1234-1237

发明内容

[0007] 发明要解决的课题

[0008] 本公开的目的是提供一种具有高的耐久性的钙钛矿太阳能电池。

[0009] 用于解决课题的手段

[0010] 本公开提供一种太阳能电池，其具备第1电极、第2电极、位于所述第1电极与所述第2电极之间的光吸收层、位于所述第1电极与所述光吸收层之间的第1半导体层、以及位于所述第2电极与所述光吸收层之间的第2半导体层，

[0011] 其中，

[0012] 选自所述第1电极和所述第2电极之中的至少一个电极具有透光性，

[0013] 所述光吸收层含有由组成式AMX3表示的钙钛矿化合物，

[0014] A表示一价阳离子，

[0015] M表示二价阳离子，并且

[0016] X表示卤素阴离子，

[0017] 所述第1半导体层含有Li，并且

[0018] 所述第2半导体层含有LiN(SO2CnF2n+1)2(其中，n为2以上的自然数)。

[0019] 发明的效果

[0020] 本公开提供一种具有高的耐久性的钙钛矿太阳能电池。

附图说明

[0021] 图1表示实施方式的太阳能电池的截面图。

[0022] 附图标记说明

[0023] 1         基板

[0024] 2         第1电极

[0025] 3         第1半导体层

[0026] 4         多孔质层

[0027] 5         光吸收层

[0028] 6         第2半导体层

[0029] 7         第2电极

[0030] 100       太阳能电池

具体实施方式

[0031] 以下，参照附图对本公开的实施方式进行详细说明。

[0032] ＜成为本公开的基础的见解＞

[0033] 成为本发明的基础的见解如下所述。

[0034] 在钙钛矿太阳能电池中，通过向空穴传输材料加入添加剂，能够提高空穴传输材料的导电率。其结果，能够提高钙钛矿太阳能电池的转换效率。作为向空穴传输材料加入的添加剂，例如广泛使用LiN(SO2CF3)2(以下称为“LiTFSI”)。

[0035] 但是，在向空穴传输材料加入添加剂而提高空穴传输材料的导电率的情况下，如果长时间对钙钛矿太阳能电池照射太阳光，则添加剂有可能由于热扩散而从空穴传输材料向其它材料移动。其结果，钙钛矿太阳能电池的发电性能有可能降低。

[0036] 本发明人发现下述技术问题：如果将包含LiTFSI作为空穴传输材料的添加剂的钙钛矿太阳能电池放置于85℃左右的高温下，则钙钛矿太阳能电池的开放电压(Voc)和形状因子(FF)大大降低，因此(加热后的转换效率)/(初始转换效率)的值(在后述的实施例中称为维持率)降低。本发明人认为该问题是如以下这样引起的。首先，如果在高温下放置钙钛矿太阳能电池，则LiTFSI从空穴传输材料向电子传输材料扩散。其结果，空穴传输材料的导电率降低。另外，电子传输材料与钙钛矿发电层之间的界面中的电荷提取效率也降低。

[0037] 为解决该问题，本发明人发现通过将由化学式LiN(SO2CnF2n+1)2(其中，n为2以上的自然数)表示的添加剂向空穴传输材料添加，能够抑制添加剂中所含的N(SO2CnF2n+1)2-阴离子从空穴传输层向太阳能电池中的其它层扩散。本发明人认为，上述添加剂具有大的离子半径，因此被抑制向其它层扩散。

[0038] 另外，本发明人发现通过预先向电子传输材料添加Li，能够抑制上述添加剂中所含的Li阳离子从空穴传输层向电子传输层扩散。由此，空穴传输材料的添加剂所含的阳离子(即Li阳离子)和阴离子(即N(SO2CnF2n+1)2-阴离子)的扩散得到抑制。如上所述，空穴传输材料的添加剂中所含的阳离子和阴离子的扩散会使空穴传输材料的导电率降低，但在本实施方式中，能够抑制这样的导电率的降低。由此，能够提高太阳能电池的耐久性。

[0039] (缩写的说明)

[0040] 本说明书中使用的用语“FA+”或“FA”是指由化学式CH(NH2)2+表示的甲脒阳离子。例如，FAI是指由化学式CH(NH2)2I表示的碘甲脒。

[0041] 本说明书中使用的用语“MA+”或“MA”是指由化学式CH3NH3+表示的甲基铵阳离子。例如，MAPbI3是指由化学式CH3NH3PbI3表示的甲基碘化铅铵。

[0042] 本说明书中使用的用语“LiTFSI”是指由化学式LiN(SO2CF3)2表示的双(三氟甲磺酰基)酰亚胺锂。

[0043] 本说明书中使用的用语“PTAA”是指聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺]。

[0044] 本说明书中使用的用语“光吸收材料”是指能够将光转换为电能的光电转换材料。

[0045] (实施方式)

[0046] 图1表示实施方式的太阳能电池100的截面图。

[0047] 本实施方式的太阳能电池100具备第1电极2、第1半导体层3、光吸收层5、第2半导体层6和第2电极7。光吸收层5还可以具备与第1半导体层3接触的多孔质层4。第1电极2、第2电极7、第1半导体层3和第2半导体层6分别作为负极、正极、电子传输层和空穴传输层发挥作用。

[0048] 第1电极2和第2电极7中的至少一者具有透光性。

[0049] 光吸收层5位于第1电极2与第2电极7之间，并且含有由组成式AMX3(A是一价阳离子，M是二价阳离子，X是卤素阴离子)表示的钙钛矿化合物。第1半导体层3和第2半导体层6都是载流子传输层。第1半导体层3位于第1电极2与光吸收层5之间。第1半导体层3含有电子传输材料和Li。第2半导体层6位于第2电极7与光吸收层5之间。第2半导体层6含有空穴传输材料和LiN(SO2CnF2n+1)2(其中，n为2以上的自然数)。

[0050] 太阳能电池100可以具备基板1。该情况下，第1电极2可以位于基板1上。

[0051] 以下，对太阳能电池100的基本作用效果进行说明。

[0052] 如果对太阳能电池100照射光，则光吸收层5吸收光，产生激发的电子和空穴。该激发的电子向第1半导体层3移动。另一方面，在光吸收层5产生的空穴向第2半导体层6移动。第1半导体层3与第1电极2电连接，第2半导体层6与第2电极7电连接。由此，从分别作为负极和正极发挥作用的第1电极2和第2电极7取出电流。

[0053] 第2半导体层6含有由化学式LiN(SO2CnF2n+1)2(其中，n为2以上的自然数)表示的添加剂。该添加剂中所含的N(SO2CnF2n+1)2阴离子具有大的离子半径，因此N(SO2CnF2n+1)2-阴离子的扩散速度小。所以在光吸收层5中，能够将N(SO2CnF2n+1)2阴离子与钙钛矿材料之间的反应速度抑制为较小。另外，由于第1半导体层3含有Li，第1半导体层3周边的Li浓度提高。由此，能够抑制第2半导体层6中含有的添加剂所含的Li阳离子向第1半导体层3侧扩散。如果第2半导体层6中含有的添加剂的阳离子和阴离子向第1半导体层3侧扩散，则太阳能电池的耐久性降低，但在本实施方式的太阳能电池100中，上述扩散(即、添加剂中所含的阳离子和阴离子的扩散)得到抑制。其结果，本实施方式的太阳能电池100的耐久性的降低得到抑制。

[0054] 再者，以往的太阳能电池中，在使太阳能电池工作之前，电子传输层不含Li。在空穴传输层包含Li的情况下，如上所述，通过使太阳能电池在高温下工作，Li阳离子从空穴传输层向电子传输层扩散。从空穴传输层扩散到电子传输层的Li阳离子，不进入构成电子传输层的材料的晶体中，而是成为Li原子集中存在于电子传输层与光吸收层之间的界面。与此相对，在本实施方式中，预先向第1半导体层3添加Li。第1半导体层3例如是通过向含有电子传输材料的半导体层添加Li之后，对半导体层进行热处理而形成的。该情况下，在第1半导体层3中，Li原子位于电子传输材料的晶体结构中。具体而言，Li原子所在的位置用于补偿电子传输材料的晶体的缺陷。Li原子的结合状态例如可以采用X射线光电子能谱法(XPS)观测。通过XPS测定，能够判断Li原子是否与电子传输材料中所含的原子结合。

[0055] 本实施方式的太阳能电池100，例如可以采用以下方法制作。首先，在基板1的表面，采用化学蒸镀法或溅射法形成第1电极2。然后，在第1电极2上，采用溅射法形成第1半导体层3。在第1半导体层3上，采用涂布法形成多孔质层4。接着，在多孔质层4上，采用涂布法形成光吸收层5。之后，在光吸收层5上，采用涂布法形成第2半导体层6。最后，在第2半导体层6上设置第2电极7。这样制作本实施方式的太阳能电池100。

[0056] 以下，对太阳能电池100的详细情况进行说明。

[0057] ＜基板1＞

[0058] 基板1用于保持太阳能电池100的各层。基板1可以由透明材料形成。例如，可以使用玻璃基板或塑料基板(包括塑料薄膜)。在第2电极7具有透光性的情况下，可以使用不透明的材料形成基板1。例如，可以使用金属、陶瓷、或透光性小的树脂材料。

[0059] 在第1电极2具有充分的强度的情况下，能够通过第1电极2来保持各层，因此可以不必须设置基板1。

[0060] ＜第1电极2＞

[0061] 第1电极2具有透光性。第1电极2例如透过可见光～近红外线的光。第1电极2例如可以使用透明且具有导电性的金属氧化物和/或金属氮化物形成。作为这样的材料，例如可举出：

[0062] (i)掺杂有锂、镁、铌、氟之中的至少一种的氧化钛，

[0063] (ii)掺杂有锡、硅之中的至少一种的氧化镓，

[0064] (iii)掺杂有硅、氧之中的至少一种的氮化镓，

[0065] (iv)铟-锡复合氧化物，

[0066] (v)掺杂有锑、氟之中的至少一种的氧化锡，

[0067] (vi)掺杂有硼、铝、镓、铟之中的至少一种的氧化锌，以及

[0068] (vii)它们的复合物。

[0069] 另外，第1电极2可以使用不透明的材料，形成为透光的图案状。作为透光的图案，例如可举出线状(即条纹状)、波浪线状、格子状(即网状)、或者多个微细贯通孔规则或不规则排列而成的冲孔金属状的图案。如果具有这些图案，则能够使光透过不存在电极材料的开口部分。作为不透明的电极材料，例如可举出铂、金、银、铜、铝、铑、铟、钛、铁、镍、锡、锌、以及包含任何这些金属的合金。也可以使用具有导电性的碳材料。

[0070] 第1电极2的光的透过率例如可以为50％以上，也可以为80％以上。第1电极2透过的光的波长取决于光吸收层3的吸收波长。第1电极2的厚度例如为1nm以上且1000nm以下。

[0071] ＜第1半导体层3＞

[0072] 第1半导体层3包含半导体。特别优选带隙为3.0eV以上的半导体。通过由带隙为3.0eV以上的半导体形成第1半导体层3，能够使可见光和红外光透过到光吸收层5。作为半导体的例子，可举出有机或无机的n型半导体。

[0073] 作为有机的n型半导体，例如可举出酰亚胺化合物、醌化合物、富勒烯及其衍生物。作为无机的n型半导体，例如可举出金属氧化物、金属氮化物、钙钛矿氧化物。作为金属元素的氧化物，例如可以使用Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga、Cr的氧化物。优选TiO2。金属氮化物的例子有GaN。作为钙钛矿氧化物的例子，可举出SrTiO3、CaTiO3。

[0074] 另外，第1半导体层3可以由带隙大于6eV的物质形成。作为带隙大于6eV的物质，例如可举出碱金属或碱土金属的卤化物(例如氟化锂、氟化钙)、氧化镁之类的碱金属氧化物、或二氧化硅。该情况下，为确保第1半导体层3的电子传输性，第1半导体层3的厚度例如为10nm以下。

[0075] 第1半导体层3可以由上述半导体形成的1个层形成，或者可以包含由相互不同的材料形成的多个层。

[0076] 本实施方式中，第1半导体层3含有Li。第1半导体层3例如可以通过对包含电子传输材料的半导体层赋予Li之后进行热处理(烧成)而形成。或者，第1半导体层3可以通过对包含Li的化合物与电子传输材料的原料的混合物进行烧成而形成。

[0077] 第1半导体层3可以主要包含由化学式TiO2表示的氧化钛。该情况下，第1半导体层3中所含的Li相对于Ti的摩尔比例如可以为0.02以上。通过氧化钛，能够更有效地抑制第2半导体层6中含有的LiN(SO2CnF2n+1)2向第1半导体层3侧的扩散。第1半导体层3中的Li相对于Ti的摩尔比例如可以为0.06以下。如果Li过剩地存在于第1半导体层3中，则有可能形成由LiOx形成的绝缘层。因此，在第1半导体层3中的Li相对于Ti的摩尔比为0.06以下的情况下，能够抑制LiOx的形成。这样，从光吸收层5向第1半导体层3有效地注入电荷。

[0078] ＜多孔质层4＞

[0079] 多孔质层4成为形成光吸收层5时的基底。多孔质层4不会阻碍光吸收层5的光吸收、以及从光吸收层5向第1半导体层3的电子移动。

[0080] 多孔质层4包含多孔质体。作为多孔质体，例如可举出绝缘性或半导体的粒子连接而成的多孔质体。作为绝缘性的粒子的材料，例如可以使用氧化铝、氧化硅。作为半导体粒子的材料，可以使用无机半导体。作为无机半导体，可以使用金属氧化物(包括钙钛矿氧化物)、金属硫化物、金属硫族化物。作为金属氧化物的例子，可举出Cd、Zn、In、Pb、Mo、W、Sb、Bi、Cu、Hg、Ti、Ag、Mn、Fe、V、Sn、Zr、Sr、Ga、Si、Cr的氧化物。优选TiO2。作为钙钛矿氧化物的例子，可举出SrTiO3、CaTiO3。作为金属硫化物的例子，可举出CdS、ZnS、In2S3、PbS、Mo2S、WS2、Sb2S3、Bi2S3、ZnCdS2、Cu2S。作为金属硫族化物的例子，可举出CdSe、In2Se3、WSe2、HgS、PbSe、CdTe。

[0081] 多孔质层4的厚度优选为0.01μm以上且10μm以下，更优选为0.1μm以上且1μm以下。另外，多孔质层4的表面粗糙度越大越好。具体而言，由有效面积/投影面积赋予的表面粗糙系数优选为10以上，更优选为100以上。再者，有效面积是指物体的实际的表面积。投影面积是指在从正面对物体照射光时，在后方形成的影子的面积。有效面积可以根据由物体的投影面积和厚度求出的体积、构成物体的材料的比表面积、以及物体的体积密度计算。表面积例如采用氮吸附法测定。

[0082] 多孔质层4可以包含Li。由此，能够更有效地抑制第2半导体层6中含有的LiN(SO2CnF2n+1)2(其中，n为2以上的自然数)向第1半导体层3侧的扩散。

[0083] 再者，本实施方式的太阳能电池100可以不具有多孔质层4。

[0084] ＜光吸收层5＞

[0085] 光吸收层5具有由组成式AMX3表示的钙钛矿化合物。A是一价阳离子。作为一价阳离子A的例子，可举出碱金属阳离子或一价的有机阳离子。更具体而言，可举出甲基铵阳离子(CH3NH3+)、甲脒阳离子(NH2CHNH2+)、铯阳离子(Cs+)。M是二价阳离子。作为二价阳离子M的例子，可举出Pb阳离子或Sn阳离子。X是卤素阴离子之类的一价阴离子。

[0086] 按照钙钛矿化合物惯用的表现方式，本说明书中，A、M和X分别是指A位点、M位点和X位点。

[0087] A位点、M位点和X位点都可以被多种离子占据。

[0088] 光吸收层5的厚度例如为100nm以上且1000nm以下。光吸收层5可以采用溶液涂布法形成。

[0089] ＜第2半导体层6＞

[0090] 第2半导体层6由有机半导体或无机半导体构成。第2半导体层6可以包含由相互不同的材料构成的多个层。

[0091] 作为有机半导体，可举出苯胺衍生物(骨架中包含叔胺)、三苯胺衍生物(骨架中含有叔胺)、以及包含噻吩结构的PEDOT化合物等。对于有机半导体的分子量没有特别限定，可以是高分子体。

[0092] 作为代表性的有机半导体的例子，可举出：

[0093] (i)spiro-OMeTAD(2,2’,7,7’-四-(N,N-二对甲氧基苯基胺)9,9’-螺二芴)，[0094] (ii)PTAA(聚[双(4-苯基)(2,4,6-三甲基苯基)胺])，

[0095] (iii)P3HT(聚(3-己基噻吩-2,5-二基))，

[0096] (iv)PEDOT(聚(3,4-乙烯二氧噻吩))，或

[0097] (v)铜酞菁(CuPC)。

[0098] 作为无机半导体，可举出Cu2O、CuGaO2、CuSCN、CuI、NiOx、MoOx、V2O5、氧化石墨烯之类的碳系材料。

[0099] 第2半导体层6的厚度优选为1nm以上且1000nm以下，更优选为10nm以上且500nm以下。如果在该范围内，则能够体现出充分的空穴传输性。另外，由于能够维持低电阻，因此能够高效率地进行光发电。

[0100] 作为第2半导体层6的形成方法，可以采用涂布法或印刷法。作为涂布法，例如可举出刮涂法、棒涂法、喷涂法、浸涂法、旋涂法。作为印刷法，例如可举出丝网印刷法。另外，可以根据需要，将多个材料混合而形成膜，然后进行加压或烧成，制作第2半导体层6。在第2半导体层6的材料为有机的低分子体或无机半导体的情况下，也可以采用真空蒸镀法等制作第2半导体层6。

[0101] 第2半导体层6的特征在于含有LiN(SO2CnF2n+1)2(其中，n为2以上的自然数)作为添加剂。第2半导体层6可以包含支持电解质和溶剂。支持电解质和溶剂具有使第2半导体层6中的空穴稳定化的效果。

[0102] 作为支持电解质，例如可举出铵盐、碱金属盐。作为铵盐，例如可举出高氯酸四丁基铵、六氟磷酸四乙基铵、咪唑盐和吡啶盐。作为碱金属盐，例如可举出LiPF6、LiBF4、高氯酸锂和四氟硼酸锂。

[0103] 第2半导体层6中所含的溶剂，优选离子传导性优异。可以使用水系溶剂和有机溶剂中的任一者，但为了使溶质更加稳定化，优选有机溶剂。作为具体例，可举出叔丁基吡啶、吡啶、n-甲基吡咯烷酮等杂环化合物溶剂。

[0104] 作为溶剂，可以将离子液体单独使用或与其它种类溶剂混合使用。离子液体在挥发性低、阻燃性高的方面优选。

[0105] 作为离子液体，例如可举出1-乙基-3-甲基咪唑四氰基硼酸盐等咪唑类、吡啶类、脂环胺类、脂肪胺类、偶氮胺类的离子液体。

[0106] 第2半导体层6含有由化学式LiN(SO2CnF2n+1)2(n≥2)表示的添加剂。第2半导体层6例如可以通过将含有上述半导体材料、添加剂和支持电解质的溶液涂布于光吸收层5上而形成。因此，添加剂优选溶解于上述溶剂，并且即使与半导体材料形成复合体也不会沉淀。LiN(SO2CnF2n+1)2(n≥2)是满足这些条件，并且可得到特别高的维持率的材料。

[0107] 第2半导体层6可以主要包含PTAA。PTAA的HOMO能量水平与光吸收层5中含有的钙钛矿化合物的价电子带水平比较接近，因此PTAA容易从光吸收层5向空穴移动。由此，在太阳能电池100中可得到高的空穴迁移率，因此可以谋求太阳能电池100的高效率化。另外，PTAA具有高的热稳定性。所以如果使用PTAA作为第2半导体层6的半导体材料(也就是空穴传输材料)，则能够进一步提高太阳能电池100的转换效率和耐久性。

[0108] 使用PTAA作为第2半导体层6的半导体材料的情况下，LiN(SO2CnF2n+1)2相对于PTAA的摩尔比可以为0.03以上。为了进一步的高效率化，LiN(SO2CnF2n+1)2相对于PTAA的摩尔比可以为0.08以上。另一方面，LiN(SO2CnF2n+1)2相对于PTAA的摩尔比例如可以为0.30以下。如果为0.30以下的摩尔比，则能够抑制LiN(SO2CnF2n+1)2向光吸收层5扩散与钙钛矿材料反应。为了进一步抑制，LiN(SO2CnF2n+1)2相对于PTAA的摩尔比可以为0.20以下。

[0109] ＜第2电极7＞

[0110] 第2电极7具有导电性。第2电极7可以具有透光性。第2电极7可以与第1电极2同样地形成。

[0111] 再者，第1电极2和第2电极7之中，至少光入射的一侧的电极具有透光性即可。因此，第2电极7具有透光性的情况下，第1电极2可以不具有透光性。

[0112] 本实施方式的太阳能电池100的结构不限定于图1所示的例子。图1中，第1电极2、第1半导体层3、光吸收层5、第2半导体层6和第2电极7以该顺序配置于基板1上，但也可以是第2电极7、第2半导体层6、光吸收层5、第1半导体层3和第1电极2以该顺序配置于基板1上。

[0113] (实施例)

[0114] 以下，通过实施例对本公开的太阳能电池进行具体说明。在此，制作试料1～试料11的太阳能电池并评价特性。

[0115] [试料1]

[0116] 制作图1所示的太阳能电池100。

[0117] 试料1的太阳能电池的制作方法如下所述。

[0118] 首先，准备表面具有作为第1电极2发挥作用的导电层的玻璃基板(日本板硝子制)。在此，第1电极2是掺杂铟的SnO2层。玻璃基板具有1毫米的厚度。第1电极2的表面电阻为10Ω/sq.。

[0119] 接着，在第1电极2上，采用溅射法形成厚度约为10nm的氧化钛层。这样在第1电极2上形成第1半导体层3。

[0120] 使平均1次粒径为30nm的高纯度氧化钛粉末分散于乙基纤维素中，制作氧化钛糊剂。采用丝网印刷法将所得到的氧化钛糊剂涂布于氧化钛层上并使其干燥。然后，将氧化钛糊剂以500℃的温度在空气中烧成30分钟，由此形成由厚度为0.2μm的多孔质氧化钛层构成的多孔质层4。

[0121] 另外，将LiTFSI(10mg)溶解于乙腈(1mL)，调制含Li的溶液。将含Li的溶液滴加在多孔质层4上，接着采用旋涂法使含Li的溶液浸渗第1半导体层3和多孔质层4。然后将第1半导体层3和多孔质层4以500℃的温度在空气中烧成30分钟。这样向多孔质层4和第1半导体层3添加锂。

[0122] 接着，将N,N-二甲基甲酰胺(以下称为“DMF”)和二甲基亚砜(以下称为“DMSO”)以4:1的比例(体积比)混合，调制混合溶剂。使以下的试剂(I)～(VI)以以下浓度溶解于混合溶剂中。这样调制第1混合溶液。

[0123] (I)PbI2(0.92mol/L)

[0124] (II)PbBr2(0.17mol/L)

[0125] (III)FAI(0.83mol/L)

[0126] (IV)MABr(0.17mol/L)

[0127] (V)CsI(0.05mol/L)

[0128] (VI)RbI(0.05mol/L)

[0129] 采用旋涂法将第1混合溶液涂布于多孔质层4上。然后，将基板1设置在热板上，以100℃进行热处理，由此形成光吸收层5。再者，光吸收层5主要含有由化学式(FAPbI3)0.83(MAPbI3)0.17表示的钙钛矿化合物。

[0130] 另外，通过向以10mg/mL的浓度含有PTAA的甲苯溶液(1mL)添加5μL的叔丁基吡啶(tBP)、以及4μL的以1.8mol/L的浓度含有LiN(SO2C2F5)2的乙腈溶液，制作第2混合溶液。通过采用旋涂法将该第2混合溶液涂布于光吸收层5上，形成第2半导体层6。

[0131] 接着，在第2半导体层6上蒸镀80nm的金，形成第2电极7。这样得到试料1的太阳能电池100。

[0132] 再者，上述所有工序都是在露点为-40℃以下的干燥室中进行的。

[0133] [试料2]

[0134] 除了第2混合溶液中代替LiN(SO2C2F5)2含有LiN(SO2C4F9)2以外，采用与试料1同样的方法制作试料2的太阳能电池。

[0135] [试料3]

[0136] 除了第2混合溶液中代替LiN(SO2C2F5)2含有LiN(SO2F)2以外，采用与试料1同样的方法制作试料3的太阳能电池。

[0137] [试料4]

[0138] 除了第2混合溶液中代替LiN(SO2C2F5)2含有LiN(SO2CF3)2以外，采用与试料1同样的方法制作试料4的太阳能电池。

[0139] [试料5]

[0140] 除了不向多孔质层4和第1半导体层3添加Li以外，采用与试料1同样的方法制作试料5的太阳能电池。

[0141] [试料6]

[0142] (i)不向多孔质层4和第1半导体层3添加Li，并且

[0143] (ii)第2混合溶液中代替LiN(SO2C2F5)2含有LiN(SO2C4F9)2，

[0144] 除此以外采用与试料1同样的方法制作试料6的太阳能电池。

[0145] [试料7]

[0146] (i)不向多孔质层4和第1半导体层3添加Li，并且

[0147] (ii)第2混合溶液中代替LiN(SO2C2F5)2含有LiN(SO2F)2，

[0148] 除此以外采用与试料1同样的方法制作试料7的太阳能电池。

[0149] [试料8]

[0150] (i)不向多孔质层4和第1半导体层3添加Li，并且

[0151] (ii)第2混合溶液中代替LiN(SO2C2F5)2含有LiN(SO2CF3)2，

[0152] 除此以外采用与试料1同样的方法制作试料8的太阳能电池。

[0153] [试料9]

[0154] 除了含Li的溶液中含有的LiTFSI的重量不是10mg而是3mg以外，采用与试料1同样的方法制作试料9的太阳能电池。

[0155] [试料10]

[0156] 除了含Li的溶液中含有的LiTFSI的重量不是10mg而是30mg以外，采用与试料1同样的方法制作试料10的太阳能电池。

[0157] [试料11]

[0158] 除了调制第2混合溶液时使用的乙腈溶液的量不是4μL而是1.6μL以外，采用与试料1同样的方法制作试料11的太阳能电池。

[0159] [太阳能电池的初始转换效率和维持率的计算]

[0160] 在太阳能电池的初始转换效率和维持率的计算中，使用太阳能模拟器。太阳能模拟器的输出设定为100mW/cm2，并且向太阳能电池照射模拟太阳光。通过照射，太阳能电池被加热。

[0161] 计算试料1～试料11的太阳能电池的初始转换效率。用语“初始转换效率”是指刚制作太阳能电池后测定的太阳能电池的光电转换效率。

[0162] 计算试料1～试料11的太阳能电池的转换效率的维持率。维持率基于以下的数学式(MI)计算。

[0163] (维持率)＝(加热后的转换效率)/(初始转换效率)(MI)

[0164] 用语“加热后的转换效率”是指对太阳能电池以摄氏85度的温度照射300小时模拟太阳光后测定的光电转换效率。

[0165] Li相对于Ti的摩尔比是基于电感耦合等离子体发射光谱法(以下称为“ICP-AES法”)测定的。

[0166] LiN(SO2CnF2n+1)2相对于PTAA的摩尔比，是第2半导体层中的LiN(SO2CnF2n+1)2相对于PTAA的摩尔比。

[0167] 维持率越高，耐久性越高。

[0168] 表1示出算出的结果。

[0169] 表1

[0170]

[0171] 将试料1～试料4和试料9～试料11与试料5～试料8相比可知，通过向第1半导体层3添加Li，能够提高维持率。这是由于抑制了添加剂LiN(SO2CnF2n+1)2中所含的Li阳离子从第
2半导体层6向第1半导体层3扩散。

[0172] 将试料1～试料2和试料9～试料11与试料3～试料4相比可知，通过向第1半导体层3添加Li并且使n的值为2以上，能够大幅提高维持率。随着n的值增大，N(SO2CnF2n+1)2阴离子的离子半径增大。换言之，随着n的值增大，N(SO2CnF2n+1)2阴离子的体积增加。

[0173] 像这样，不仅抑制了第2半导体层6中含有的添加剂LiN(SO2CnF2n+1)2所含的阳离子(即Li阳离子)的扩散，还抑制了添加剂LiN(SO2CnF2n+1)2所含的阴离子(即N(SO2CnF2n+1)2阴离子，其中n为2以上的自然数)的扩散。换言之，抑制第2半导体层6中含有的添加剂LiN(SO2CnF2n+1)2扩散。添加剂的扩散会使太阳能电池的维持率降低，但在试料1～试料2和试料
9～试料11中，由于抑制了第2半导体层6中含有的添加剂扩散，因此太阳能电池的维持率高。

[0174] 将试料1和试料2分别与试料5和试料6相比可知，通过向第1半导体层3添加Li，能够提高维持率。

[0175] 另外，在试料1～试料4和试料9～试料11的太阳能电池中，第1半导体层3和多孔质层4这两者含有Li，但多孔质层4也可以不含Li。换言之，可以设为第1半导体层3含有Li，多孔质层4不含Li。例如，可以设为第1半导体层3由氧化钛形成，多孔质层4由氧化铝形成，仅第1半导体层3含有Li。在第1半导体层3的形成后，采用旋涂法将含Li的溶液涂布于第1半导体层3，向第1半导体层3添加Li。然后可以形成多孔质层4。第1半导体层3的形成方法也不限定于上述实施例中说明的方法。例如，可以对含有含Li的化合物和电子传输材料的原料的混合物进行烧成，形成含Li的第1半导体层3。

[0176] 产业可利用性

[0177] 本公开的太阳能电池，能够广泛用于将太阳光或人工照明之类的光转换为电的发电系统用的设备。另外，本公开的太阳能电池，也可以基于将光转换为电的机能，用于光检测器、图像传感器之类的光传感器。