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ハロゲン化スズペロブスカイト化合物の製造方法 UPDATE

国内特許コード P200016765
整理番号 5935
掲載日 2020年4月9日
出願番号 特願2017-161309
公開番号 特開2019-038714
出願日 平成29年8月24日(2017.8.24)
公開日 平成31年3月14日(2019.3.14)
発明者
  • 金光 義彦
  • 阿波連 知子
  • 若宮 淳志
  • 半田 岳人
出願人
  • 国立大学法人京都大学
発明の名称 ハロゲン化スズペロブスカイト化合物の製造方法 UPDATE
発明の概要 【課題】開放電圧(Voc)向上可能なハロゲン化スズペロブスカイト化合物の製造方法の提供。
【解決手段】ハロゲン化スズペロブスカイト化合物の製造方法であって、一般式(1):SnX1m1(1)[式中、X1は同一又は異なって、臭素原子又はヨウ素原子を示す。1.8≦m1≦2.2を示す。]で表される化合物と、塩化物とを含む前駆体溶液を加熱する工程を備え、前記塩化物は、一般式(2A):RnX2m2(2A)[式中、Rは同一又は異なって、1価のカチオンを示す。X2は同一又は異なって、臭素原子又はヨウ素原子を示す。0.8≦n≦1.2、0.8≦m2≦1.2を示す。]で表される化合物と、SnCl2とを含むか、又は、一般式(2B):RnClm3(2B)[式中、Rは同一又は異なって、1価のカチオンを示す。0.8≦n≦1.2、0.8≦m3≦1.2を示す。]で表される化合物を含む、製造方法。
【選択図】図3
従来技術、競合技術の概要

近年、クリーンエネルギーとして、太陽光発電が注目を浴びており、太陽電池の開発が進んでいる。その一つとして、低コストで製造可能な次世代型の太陽電池として、ペロブスカイト化合物を光吸収層に用いた太陽電池が急速に注目を集めている。例えば、非特許文献1では、ペロブスカイト化合物を光吸収層に用いた溶液型の太陽電池が報告されている。

ペロブスカイト型太陽電池のペロブスカイト層(光吸収層)には、ハロゲン化金属ペロブスカイト化合物として、CH3NH3PbI3等の鉛含有ペロブスカイト化合物が一般に使用されている。ところが、最近は環境負荷の少ないペロブスカイト型太陽電池の開発が求められており、鉛フリーペロブスカイト化合物を使用することが求められている。

太陽電池の光吸収層に使用できる鉛フリーペロブスカイト化合物としては、鉛をスズで代替したCH3NH3SnI3等が考えられる。しかしながら、鉛イオン(Pb2+)とは異なり、スズイオン(Sn2+)は安定性に乏しく、容易に酸化されてSn4+となる。スズ含有ペロブスカイト化合物は部分的酸化されて半導体から金属的特性を示すようになる。このため、現状、スズ含有ペロブスカイト化合物を用いた太陽電池は再現性に乏しく、優れた太陽電池は得られていない上に、スズ含有ペロブスカイト化合物が本来有する性能を評価することも困難でありペロブスカイト型太陽電池に適したペロブスカイト化合物の開発も妨げられている。

スズイオン(Sn2+)の酸化を抑制する方法としては、前駆体溶液中にSnF2を添加することが知られている(例えば、非特許文献2参照)。現状、スズイオン(Sn2+)の酸化を抑制する添加剤としてはSnF2しか知られておらず、実質一択と言ってもよい状況であり、また、開放電圧が十分とは言えない。塗布方法等を最適化することにより短絡電流密度(Jsc)を高くすることは可能であるため、開放電圧(Voc)を十分に大きくすることができれば、変換効率のさらなる向上を見込むことができる。

産業上の利用分野

本発明は、ハロゲン化スズペロブスカイト化合物の製造方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ハロゲン化スズペロブスカイト化合物の製造方法であって、
一般式(1):
SnX1m1 (1)
[式中、X1は同一又は異なって、臭素原子又はヨウ素原子を示す。1.8≦m1≦2.2を示す。]
で表される化合物と、塩化物とを含む前駆体溶液を加熱する工程
を備え、
前記塩化物は、
一般式(2A):
RnX2m2 (2A)
[式中、Rは同一又は異なって、1価のカチオンを示す。X2は同一又は異なって、臭素原子又はヨウ素原子を示す。0.8≦n≦1.2、0.8≦m2≦1.2を示す。]
で表される化合物と、SnCl2とを含むか、又は、
一般式(2B):
RnClm3 (2B)
[式中、Rは同一又は異なって、1価のカチオンを示す。0.8≦n≦1.2、0.8≦m3≦1.2を示す。]
で表される化合物を含む、製造方法。

【請求項2】
前記加熱工程が、前記一般式(1)で表される化合物と、前記一般式(2A)で表される化合物と、SnCl2とを含む前駆体溶液を加熱する工程である、請求項1に記載の製造方法。

【請求項3】
前記加熱工程が、前記一般式(1)で表される化合物と、前記一般式(2B)で表される化合物とを含む前駆体溶液を加熱する工程である、請求項1に記載の製造方法。

【請求項4】
前記一般式(2A)及び(2B)におけるRが、-R1NH3+又は-CR2(NH2)2+で表されるカチオン(R1はアルキル基を示す。R2は水素原子又はアルキル基を示す。)である、請求項1~3のいずれか1項に記載の製造方法。

【請求項5】
製造されるハロゲン化スズペロブスカイト化合物が、一般式(3):
RnSnkXm (3)
[式中、R及びnは前記に同じである。Xは同一又は異なって、臭素原子又はヨウ素原子を示す。0.8≦k≦1.2、2.8≦m≦3.2を示す。]
で表される化合物である、請求項1~4のいずれか1項に記載の製造方法。

【請求項6】
前記加熱工程における加熱温度が40~200℃である、請求項1~5のいずれか1項に記載の製造方法。

【請求項7】
前記加熱工程前の成膜時に、前記前駆体溶液に貧溶媒を滴下しない、請求項1~6のいずれか1項に記載の製造方法。

【請求項8】
請求項1~7のいずれか1項に記載の製造方法により得られたハロゲン化スズペロブスカイト化合物を用いたペロブスカイト層。

【請求項9】
請求項1~7のいずれか1項に記載の製造方法により得られたハロゲン化スズペロブスカイト化合物を用いたペロブスカイト型太陽電池。

【請求項10】
請求項8に記載のペロブスカイト層を備える、ペロブスカイト型太陽電池。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2017161309thum.jpg
出願権利状態 公開
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