JP2004165516A

JP2004165516A - Organic solar cell

Info

Publication number: JP2004165516A
Application number: JP2002331296A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kono; 謙司河野; Mitsuo Yaguchi; 充雄矢口; Nobuhiro Ito; 宜弘伊藤; Masahiro Nakamura; 将啓中村; Atsushi Sakai; 淳阪井; Junji Adachi; 淳治安達
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2004-06-10

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a solar cell which is more superior in a photoelectric conversion characteristic. <P>SOLUTION: The organic solar cell includes an active layer 3 which is formed between a positive electrode 1 and a negative electrode 2 containing an electron donative organic compound and compound semiconductor particles, and generates electric charge by irradiation with light. In the solar cell, a positive hole blocking layer 4 having an ionizing potential larger than that of the compound contained in the active layer 3 is arranged between the negative electrode 2 and the active layer 3. Since positive holes generated in the active layer 3 can be restrained from moving to the negative electrode 2 side at the interface between the active layer 3 and the positive hole blocking layer 4, the positive holes can be efficiently moved to and collected by the positive electrode 1. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子供与性有機化合物と化合物半導体粒子を含有する活性層を正極と負極の間に設けて形成される有機太陽電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業の発展に伴いエネルギーの使用量が飛躍的に増加している。その中で地球環境に負荷を与えない、経済的で高性能な新しいクリーンエネルギーの生産技術の開発が求められている。そして太陽電池は無限にあるといってよい太陽光を利用することから、新しいエネルギー源として注目されている。
【０００３】
現在実用化されている太陽電池の大部分は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコンを用いた無機太陽電池である。しかし、これら無機シリコン系の太陽電池は、その製造プロセスが複雑でコストが高いという欠点を有するため、一般家庭に広く普及するには至ってない。このような無機太陽電池の欠点を解消するため、簡単なプロセスで低コスト・大面積化が可能な有機材料を用いた有機太陽電池の研究が盛んになってきている。
【０００４】
従来研究されている有機太陽電池としては、ショットキー接合を有するもの（Ｊ．Ｈ．Ｓｃｈｏｎ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７７，２７７３（２０００））、Ｐ型とＮ型を積層した有機ヘテロ接合を有するもの（Ｐ．Ｐｅｕｍａｎｓ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７９，１２６（２００１）、特開平６−９３２５８号公報）、Ｐ型とＮ型をブレンドした有機バルクヘテロ接合を有するもの（Ｓ．Ｅ．Ｓｈａｈｅｅｎ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７８，８４１（２００１））などがある。これらの有機太陽電池は比較的高い変換効率を示すものであるが、これらで検討されているセルの面積は数ｍｍ^２と非常に小さいものであり、一般に面積が大きくなると効率が悪くなるといわれている。また、基本的に有機材料を用いていることにより、シリコン等無機材料とは異なり、光励起により生成した正孔−電子対の解離度や電極までキャリアを運ぶ移動度が低いという有機材料特有の課題がある。
【０００５】
このような有機材料特有の課題を克服するものとして、電子供与体である導電性有機化合物、特に導電性高分子と、電子受容体である化合物半導体粒子とを混合した活性層を含む有機太陽電池が提供されている（非特許文献１参照）。
【０００６】
このものは、導電性高分子に、より電子移動度の高い化合物半導体を混合させることにより、これまでの有機太陽電池で問題となっているキャリアの移動度を改善した太陽電池である。また、この有機太陽電池では、生成した電子と正孔の分離が導電性高分子−化合物半導体間で起こるため、キャリアの再結合による失活を抑制できる。その上、化合物半導体のナノ粒子を用いることにより、導電性高分子との界面の面積が増加して、電子−正孔解離確率が増加する特徴を有している。このように、導電性高分子と化合物半導体ナノ結晶を混合した活性層を含む有機太陽電池は、一般家庭に普及しうる太陽電池として非常に有望である。
【０００７】
【非特許文献１】
ＷｅｎｄｙＵ．Ｈｕｙｎｈ，ＪａｎｋｅＪ．Ｄｉｔｔｍｅｒ，Ａ．ｐａｕｌＡｌｉｖｉｓａｔｏｓ、「ＨｙｂｒｉｄＮａｎｏｒｏｄ−ＰｏｌｙｍｅｒＳｏｌａｒＣｅｌｌｓ」、ＳＣＩＥＮＣＥ、ＡＭＥＲＩＣＡＮＡＳＳＯＣＩＡＴＩＯＮＦＯＲＴＨＥＡＤＶＡＮＣＥＭＥＮＴＯＦＳＣＩＥＮＣＥ、２００２年３月２９日、第２９５巻、第５５６４号、ｐ２４２５−２４２７
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、現状では、有機太陽電池の変換効率はシリコン系の無機太陽電池に比べかなり低く、実用的な太陽電池にまでは至っていない。その一つの原因として、太陽電池が最適な構造を取っていないため、活性層で効率よく生成、解離した正孔及び電子が、それぞれ望むようには電極まで到達しない。すなわち正孔が正極だけでなく負極側へも移動し、また電子が負極だけでなく正極側へも移動してしまうということが考えられる。
【０００９】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、より光電変換特性に優れた有機太陽電池を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記変換効率の向上という目的を達成するために鋭意研究を重ねた結果、電子供与性有機化合物、特に導電性高分子と、電子受容体である化合物半導体粒子とを混合した活性層のみを正極と負極の間に設けるのではなく、負極と活性層の間に、活性層に含有する電子供与性有機化合物及び化合物半導体粒子のイオン化ポテンシャルより大きなイオン化ポテンシャルを有する正孔阻止層を設けることにより、さらに、活性層と正極の間に活性層に含有する電子供与性有機化合物の電子親和力より小さな電子親和力を有する電子阻止層を設けることにより、上記目的を達成できることを見出して、本発明を完成するに至ったものである。
【００１１】
すなわち本発明の請求項１に係る有機太陽電池は、正極と負極の間に、電子供与性有機化合物と化合物半導体粒子を含有して形成され光の照射によって電荷を発生する活性層を設けた有機太陽電池において、負極と活性層との間に、活性層に含有される化合物半導体粒子のイオン化ポテンシャルより大きなイオン化ポテンシャルを有する正孔阻止層を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１２】
また請求項２の発明は、請求項１において、正孔阻止層のイオン化ポテンシャルが、化合物半導体粒子のイオン化ポテンシャルより、０．１〜２．０ｅＶ大きいことを特徴とするものである。
【００１３】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、正孔阻止層のイオン化ポテンシャルが、活性層に含有される電子供与性有機化合物のイオン化ポテンシャルよりも大きいことを特徴とするものである。
【００１４】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、正極と活性層との間に、活性層に含有される電子供与性有機化合物の電子親和性より小さな電子親和性を有する電子阻止層を設けて成ることを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
【００１６】
図１は本発明の実施の形態の一例を示すものであり、基板１０の表面上に透明導電膜からなる正極１を設け、正極１の表面上に正孔輸送層１１を介して、電子供与性有機化合物と化合物半導体粒子を含有する活性層３を設け、この活性層３の表面上に正孔阻止層４を介して負極２を設けた積層構造に形成してある。そして、透明な基板１０及び正極１を透過して活性層３に光が照射されることによって発生する電荷は、正孔が正極１に移動すると共に電子が負極２に移動することによって、各電極１，２から取り出されるものである。
【００１７】
ここで、上記の基板１０、正極１、負極２、正孔輸送層１１、活性層３の電子供与性有機化合物及び化合物半導体粒子としては、既知のものを用いることができる。
【００１８】
すなわち、上記基板１０は、光透過性を有するものであり、無色透明の他に、多少着色されているものであっても、すりガラス状のものであってもよい。例えば、ソーダライムガラスや無アルカリガラスなどの透明ガラス板や、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリアミド、エポキシ樹脂等の樹脂、フッ素系樹脂等から任意の方法によって作製されたプラスチックフィルムやプラスチック板などを用いることができる。またさらに、基板１内に基板１の母材と屈折率が異なる粒子、粉体、泡等を含有させることによって、光拡散効果を有するように形成したものも使用することができる。
【００１９】
また上記正極１は、電池の活性層３内で発生した正孔を効率よく収集するための電極であり、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が４ｅＶ以上のものを用いるのがよい。このような電極材料としては、具体的には金などの金属、ＣｕＩ、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＳｎＯ_２、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ等の導電性透明材料を挙げることができる。正極１は、例えば、これらの電極材料を基板１０の表面に真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の方法により薄膜に形成することによって作製することができる。また、正極１を透過させて活性層３に光を到達させるためには、正極１の光透過率を７０％以上にすることが好ましい。さらに、正極１のシート抵抗は数百Ω／□以下であることが好ましく、特に好ましくは１００Ω／□以下である。正極１の膜厚は、正極１の光透過率、シート抵抗等の特性を上記のように制御するために、材料により異なるが、５００ｎｍ以下に設定するのが好ましく、より好ましくは１０〜２００ｎｍの範囲である。
【００２０】
また、上記負極２は、活性層３中に発生した電子を効率良く収集するための電極であり、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、仕事関数が５ｅＶ以下のものであることが好ましい。このような負極２の電極材料としては、アルカリ金属、アルカリ金属のハロゲン化物、アルカリ金属の酸化物、アルカリ土類金属、希土類等、およびこれらと他の金属との合金、例えばナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金、Ａｌ／ＬｉＦ混合物などを挙げることができる。また、アルミニウム、Ａｌ／Ａｌ_２Ｏ_３混合物なども使用可能である。さらに、アルカリ金属の酸化物、アルカリ金属のハロゲン化物、あるいは金属酸化物を負極２の下地として用い、さらに上記の仕事関数が５ｅＶ以下である材料（あるいはこれらを含有する合金）を１層以上積層して負極２を形成するようにしてもよい。例えば、アルカリ金属／Ａｌの積層、アルカリ金属のハロゲン化物／アルカリ土類金属／Ａｌの積層、Ａｌ_２Ｏ_３／Ａｌの積層などを例として挙げることができる。また、ＩＴＯやＩＺＯなどに代表される透明電極で負極２を形成し、負極２側からも光を入射させる構成にしても良い。
【００２１】
負極２は、例えば、これらの電極材料を真空蒸着法やスパッタリング法等の方法により、薄膜に形成することによって作製することができる。さらに負極２上に、Ａｌ等の金属をスパッタリングで積層したり、フッ素系化合物、フッ素系高分子、その他の有機分子、高分子等を蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ、プラズマ重合、塗布した後の紫外線硬化、熱硬化その他の方法で薄膜として積層したりすることも可能である。
【００２２】
また、上記正孔輸送層１１を構成する正孔輸送材料としては、正孔を輸送する能力を有し、活性層３からの正孔移動効果を有するとともに、正極１に対して優れた正孔移動効果を有し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物が好ましい。具体的にはフタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）や４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）等の芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、及びポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリエチレンジオキサイドチオフェン（ＰＥＤＯＴ）等の導電性高分子等の高分子材料を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
【００２３】
さらに、上記活性層３に用いる電子供与性有機化合物としては、フタロシアニン系顔料、インジゴ、チオインジゴ系顔料、キナクリドン系顔料、メロシアニン化合物、シアニン化合物、スクアリウム化合物、また有機電子写真感光体に用いられる電荷移動剤、電気伝導性有機電荷移動錯体、更には導電性高分子も用いることができる。
【００２４】
フタロシアニン系顔料としては、中心金属がＣｕ、Ｚｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｆｅ、Ｍｇ等の２価のもの、無金属フタロシアニン、アルミニウムクロロフタロシアニン、インジウムクロロフタロシアニン、ガリウムクロロフタロシアニン等のハロゲン原子が配位した３価金属のフタロシアニン、その他バアナジルフタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の酸素が配位したフタロシアニン等があるが、特にこれに限定されるものではない。
【００２５】
電荷移動剤としては、ヒドラジン化合物、ピラゾリン化合物、トリフェニルメタン化合物、トリフェニルアミン化合物等があるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００２６】
電気伝導性有機電荷移動錯体としては、テトラチオフルバレン、テトラフェニルテトラチオフラバレン等があるが特にこれに限定されるものではない。
【００２７】
導電性高分子としては、ポリ（３−アルキルチオフェン）、ポリパラフェニレンビニレン誘導体など、トルエン等の有機溶媒に可溶なものを挙げることができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００２８】
また、上記活性層３に用いる電子受容体である化合物半導体粒子としては、化合物半導体ナノ結晶を用いるのが望ましい。ここで、ナノ結晶とは、サイズが１〜１００ｎｍであるものである。また、ナノ結晶の形状にはロッド状、球状、テトラポッド状が含まれる。具体的な材料としてはＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＧａＰ、ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体結晶、ＣｄＳｅ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＺｎＳ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体結晶、ＺｎＯ、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３等の酸化物半導体結晶、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｕＩｎＳ_２等を挙げることができるが、特にこれに限定されるものではない。
【００２９】
そして上記の図１の有機太陽電池にあって、活性層３と負極２の間に設けた正孔阻止層４は、活性層３に含有される化合物半導体粒子のイオン化ポテンシャルより大きなイオン化ポテンシャルを持つように形成してある。従って、活性層３に含有される化合物半導体粒子で形成された正孔は、活性層３と正孔阻止層４との界面で負極２側へ移動することが抑えられ、電子供与性有機化合物へ効率良く移動して、さらに正極１へと効率良く移動し、正極１に正孔を効率よく収集して取り出すことができるものであり、変換効率に優れた有機太陽電池を得ることができるものである。
【００３０】
正孔阻止層４のイオン化ポテンシャルは、活性層３の化合物半導体粒子のイオン化ポテンシャルより０．１〜２．０ｅＶの範囲で大きいことが望ましい。正孔阻止層４と活性層３の化合物半導体粒子とのイオン化ポテンシャルの差をこの範囲に設定することによって、有機太陽電池の変換効率をより高くすることができるものである。
【００３１】
また、正孔阻止層４は、活性層３に含有される電子供与性有機化合物よりも大きなイオン化ポテンシャルを持つように形成してある。従って、活性層３に含有される電子供与性化合物で形成された正孔は、活性層３と正孔阻止層４との界面で負極２側への移動が抑えられ、正極１へと効率良く移動して、正極１に正孔を効率よく収集して取り出すことができるものであり、変換効率に優れた有機太陽電池を得ることができるものである。正孔阻止層４と活性層３の電子供与性有機化合物とのイオン化ポテンシャルの差は特に限定されるものではないが、正孔阻止層４のイオン化ポテンシャルが活性層３の電子供与性有機化合物のイオン化ポテンシャルより０．１〜２．５ｅＶの範囲で大きいことが望ましい。
【００３２】
上記のような活性層３と負極２の間に設ける正孔阻止層４に用いられる材料としては、例えば、バソクプロイン、バソフェナントロリン、及びそれらの誘導体、ＴＰＢｉ、シロール化合物、トリアゾール化合物などを挙げることができるが、活性層４に含まれる電子供与性有機化合物や化合物半導体粒子のイオン化ポテンシャルより大きいものであれば、これらに限定されるものでない。またここに挙げた正孔阻止層４に用いる材料は、電子移動度が１０^−５ｃｍ^２／Ｖｓ以上であるので、電子移動特性が優れており、負極２に電子を効率に移動させて変換効率が高い有機太陽電池とすることが可能になるものである。またこれら以外に、例えばトリス（８−ヒドロキシキノリナート）アルミニウム錯体、ビス（４−メチル−８−キノリナ−ト）アルミニウム錯体、オキサジアゾール化合物、ジスチリルアリレーン誘導体、シロール化合物、ＴＰＢＩ（２，２’，２”−（１，３，５−ベンゼントリル）トリス−［１−フェニル−１Ｈ−ベンツイミダゾール］）なども用いることができる。
【００３３】
図２は本発明の他の実施の形態の一例を示すものであり、図１の構成に加えて、正極１と活性層３との間に電子阻止層５を設けた積層構造に形成してある。ここの電子阻止層５は、活性層３に含有される電子供与性有機化合物の電子親和力より小さな電子親和力を有するように形成してある。従って、活性層３に含有される電子供与性有機化合物で形成された電子は、電子阻止層５と活性層３の界面で正極１側への移動が抑えられ、化合物半導体粒子へ効率良く移動して、さらに負極２へと効率良く移動し、負極２に電子を効率よく収集して取り出すことができるものであり、変換効率に優れた有機太陽電池を得ることができるものである。電子阻止層５と活性層３の電子供与性有機化合物との電子親和力の差は特に限定されるものではないが、電子阻止層５の電子親和力が活性層３の電子供与性有機化合物の電子親和力より０．１〜２．０ｅＶの範囲で小さいことが望ましい。
【００３４】
上記のような活性層３と正極１の間に設ける電子阻止層５を形成する材料としては、電子の移動を防止し、さらに正孔を輸送する能力を有し、かつ薄膜形成能力の優れた化合物を用いるのが好ましく、上記の正孔輸送層１１としての機能を有していても構わない。すなわち、正孔輸送層１１に用いられる材料で、活性層３に含有される電子供与性有機化合物の電子親和力より小さな電子親和力を有している場合には、正孔輸送層１１は電子阻止層５としても機能する。従って、図２の実施の形態では、電子阻止層５の正極１側に正孔輸送層１１を積層しているが、電子阻止層５に正孔輸送層１１を兼用させて一層に形成することも可能である。
【００３５】
電子阻止層５の材料として具体的には、フタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）や４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）等の芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、４，４’，４”トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、及びポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリエチレンジオキシチオフェン：ポリスチレンスルフォネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）等の導電性高分子などの高分子材料を挙げることができるが、活性層３に含有される電子供与性有機化合物の電子親和力より小さな電子親和力を有する材料であればこれらに限定されるものではない。
【００３６】
【実施例】
以下本発明を実施例によって具体的に説明する。
【００３７】
（実施例１）
厚み０．７ｍｍのガラス基板１０上に、ＩＴＯ（インジウム−スズ酸化物）をスパッタしてシート抵抗７Ω／□の正極１を形成したＩＴＯガラス（三谷真空社製）を用いた。そしてまずこれをアセトン、純水、イソプロピルアルコールで１５分間超音波洗浄し、乾燥させた後、さらにＵＶオゾン洗浄した。
【００３８】
次にこのＩＴＯガラス基板をスピンコーティング装置にセツトし、正極１の上に、ポリエチレンジオキシチオフェン：ポリスチレンスルフォネート（「ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ」と略す、電子親和力：３．０ｅＶ；アルドリッチ社製）をスピンコーティングして膜厚１００ｎｍの電子阻止層５（正孔輸送層を兼用）を形成した。
【００３９】
次に、電子阻止層５の上に、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（「Ｐ３ＨＴ」と略す、電子親和力：３．２ｅＶ、イオン化ポテンシャル：５．４ｅＶ）とＣｕＩｎＳ_２（「ＣＩＳ」と略す、電子親和力：４．１ｅＶ、イオン化ポテンシャル：５．６ｅＶ）ナノ粒子とを１：９の質量比で混合したピリジン−クロロホルム溶液をスピンコーティングし、膜厚２００ｎｍの活性層３を形成した。
【００４０】
次に活性層３の上に、バソクプロイン（「ＢＣＰ」と略す、（株）同仁化学研究所製、イオン化ポテンシャル：７．０ｅＶ）をコーティングして膜厚１０ｎｍの正孔阻止層４を形成し、さらに活性層３の上に膜厚１５０ｎｍのＡｌ（仕事関数４．２ｅＶ）を真空蒸着法で設けて負極２を形成した。
【００４１】
この後、これらの各層を蒸着して形成したＩＴＯガラスを露点−７６℃以下のドライ窒素雰囲気のグローブボックスに大気に曝露することなく搬送した。一方、通気性を有する袋に吸水剤として酸化バリウムの粉末を入れてこれをガラス製の封止板に粘着剤で貼り付けると共に封止板の外周部に紫外線硬化樹脂製のシール剤を塗布したものを予め用意した。そしてグローブボックス内においてＩＴＯガラスに封止板をシール剤で貼り合わせ、ＵＶ照射してシール剤を硬化させることによって、封止板で封止した有機太陽電池を得た。
【００４２】
（実施例２）
実施例１において、正孔阻止層４を２，２’，２”−（１，３，５−ベンゼントリル）トリス−［１−フェニル−１Ｈ−ベンツイミダゾール］（「ＴＰＢＩ」と略す、イオン化ポテンシャル：６．２ｅＶ）で形成するようにしたこと以外、実施例１と同様にして有機太陽電池を得た。
【００４３】
（実施例３）
実施例１において、電子阻止層５を４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（「ｍ−ＭＴＤＡＴＡ」と略す、電子親和力：１．９ｅＶ）で形成するようにしたこと以外、同様にして有機太陽電池を得た。
【００４４】
（比較例１）
実施例１において、正孔阻止層４を設けず、それ以外実施例１と同様にして有機太陽電池を得た。
【００４５】
（比較例２）
実施例１において、正孔阻止層４を、銅フタロシアニン（「ＣｕＰｃ」と略す、イオン化ポテンシャル：５．３ｅＶ）で形成するようにしたこと以外、実施例１と同様にして有機太陽電池を得た。
【００４６】
上記の実施例１〜実施例３及び比較例１〜比較例２で作製した有機太陽電池を電源（ＫＥＹＴＨＬＥＹ２３６モデル）に接続し、１００ｍＷ／ｃｍ^２の強度のソーラーシミュレーター（山下電装社製）を用いて、有機太陽電池の変換効率を測定した。そして測定結果を、比較例１の値を「１．００」とした相対値で表１に示す。尚、表１においてイオン化ポテンシャルを「ＩＰ」、電子親和力を「Ａｆ」と略記する。
【００４７】
【表１】

【００４８】
表１にみられるように、各実施例のように、活性層３の電子供与性有機化合物や化合物半導体粒子より大きいイオン化ポテンシャルの正孔阻止層４を設けることによって、変換効率が向上することが確認される。
【００４９】
【発明の効果】
上記のように本発明の請求項１に係る有機太陽電池は、正極と負極の間に、電子供与性有機化合物と化合物半導体粒子を含有して形成され光の照射によって電荷を発生する活性層を設けた有機太陽電池において、負極と活性層との間に、活性層に含有される化合物半導体粒子のイオン化ポテンシャルより大きなイオン化ポテンシャルを有する正孔阻止層を設けたので、光の照射で活性層に生成された正孔は、活性層と正孔阻止層との界面で負極側へ移動することが抑えられ、正極へと効率良く移動させて収集することができるものであり、有機太陽電池の変換効率を高めることができるものである。
【００５０】
また請求項２の発明は、請求項１において、正孔阻止層のイオン化ポテンシャルが、化合物半導体粒子のイオン化ポテンシャルより、０．１〜２．０ｅＶ大きいので、有機太陽電池の変換効率をより高くすることができるものである。
【００５１】
また請求項３の発明は、請求項１又は２において、正孔阻止層のイオン化ポテンシャルが、活性層に含有される電子供与性有機化合物のイオン化ポテンシャルよりも大きいので、光の照射で活性層に生成された正孔は、活性層と正孔阻止層との界面で負極側へ移動することが抑えられ、正極へと効率良く移動させて収集することができるものであり、有機太陽電池の変換効率を高めることができるものである。
【００５２】
また請求項４の発明は、請求項１乃至３のいずれかにおいて、正極と活性層との間に、活性層に含有される電子供与性有機化合物の電子親和性より小さな電子親和性を有する電子阻止層を設けたので、光の照射で活性層に生成された電子は、電子阻止層と活性層の界面で正極側への移動が抑えられ、正極へと効率良く移動させて電子を効率よく収集することができるものであり、有機太陽電池の変換効率を高めることができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
１正極
２負極
３活性層
４正孔阻止層
５電子阻止層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic solar cell formed by providing an active layer containing an electron donating organic compound and compound semiconductor particles between a positive electrode and a negative electrode.
[0002]
[Prior art]
With the development of industry, the amount of energy used has increased dramatically. Under such circumstances, there is a demand for the development of new economical and high-performance clean energy production technologies that do not impose a burden on the global environment. Solar cells are attracting attention as a new energy source because they use sunlight, which can be said to be infinite.
[0003]
Most of the solar cells currently in practical use are inorganic solar cells using single crystal silicon, polycrystalline silicon, and amorphous silicon. However, these inorganic silicon-based solar cells have a drawback that their manufacturing processes are complicated and costly, and thus have not been widely used in ordinary households. In order to solve such disadvantages of the inorganic solar cell, research on an organic solar cell using an organic material that can be reduced in cost and increased in area by a simple process has been actively conducted.
[0004]
Conventionally studied organic solar cells include those having a Schottky junction (JH Schon, Appl. Phys. Lett. 77, 2773 (2000)) and organic hetero junctions in which P-type and N-type are stacked. 79, 126 (2001), JP-A-6-93258, and an organic bulk heterojunction in which a P-type and an N-type are blended (SE Shaheen, Appl. Phys. Lett. 78, 841 (2001)). Although these organic solar cells show relatively high conversion efficiency, the area of the cells studied in these is very small, several mm ^2, and it is generally said that the larger the area, the lower the efficiency. I have. In addition, unlike organic materials such as silicon, the fundamental problem of organic materials is that they have low dissociation degree of hole-electron pairs generated by photoexcitation and low mobility for transporting carriers to electrodes, unlike organic materials such as silicon. There is.
[0005]
An organic solar cell including an active layer in which a conductive organic compound serving as an electron donor, particularly a conductive polymer, and compound semiconductor particles serving as an electron acceptor are mixed to overcome such a problem peculiar to an organic material. (See Non-Patent Document 1).
[0006]
This is a solar cell in which carrier mobility, which has been a problem in conventional organic solar cells, has been improved by mixing a compound semiconductor having a higher electron mobility with a conductive polymer. In this organic solar cell, the generated electrons and holes are separated between the conductive polymer and the compound semiconductor, so that deactivation due to recombination of carriers can be suppressed. In addition, by using the compound semiconductor nanoparticles, the area of the interface with the conductive polymer is increased, and the electron-hole dissociation probability is increased. Thus, an organic solar cell including an active layer in which a conductive polymer and a compound semiconductor nanocrystal are mixed is very promising as a solar cell that can be widely used in ordinary households.
[0007]
[Non-patent document 1]
Wendy U. Huynh, Janke J .; Dittmer, A .; Paul Alivisatos, "Hybrid Nanorod-Polymer Solar Cells", SCIENCE, AMERICAN ASSOCIATION FOR THE ADVANCEMENT OF SCIENCE, March 29, 2002, Vol. 295, No. 2524, Vol.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, at present, the conversion efficiency of an organic solar cell is considerably lower than that of a silicon-based inorganic solar cell, and it has not reached a practical solar cell. One of the reasons is that, since the solar cell does not have an optimal structure, holes and electrons efficiently generated and dissociated in the active layer do not reach the electrodes as desired. That is, it is conceivable that the holes move not only to the positive electrode but also to the negative electrode side, and the electrons move not only to the negative electrode but also to the positive electrode side.
[0009]
The present invention has been made in view of the above points, and has as its object to provide an organic solar cell having more excellent photoelectric conversion characteristics.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors have conducted intensive studies to achieve the purpose of improving the conversion efficiency, and as a result, mixed an electron-donating organic compound, particularly a conductive polymer, and a compound semiconductor particle that is an electron acceptor. Instead of providing only the active layer between the positive electrode and the negative electrode, between the negative electrode and the active layer, a hole blocking layer having an ionization potential larger than that of the electron-donating organic compound and the compound semiconductor particles contained in the active layer. By further providing an electron blocking layer having an electron affinity smaller than the electron affinity of the electron donating organic compound contained in the active layer between the active layer and the positive electrode, the inventors have found that the above object can be achieved. The present invention has been completed.
[0011]
That is, the organic solar cell according to claim 1 of the present invention is an organic solar cell comprising, between a positive electrode and a negative electrode, an active layer formed to contain an electron-donating organic compound and a compound semiconductor particle and generating an electric charge by light irradiation. The solar cell is characterized in that a hole blocking layer having an ionization potential higher than the ionization potential of the compound semiconductor particles contained in the active layer is provided between the negative electrode and the active layer.
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the ionization potential of the hole blocking layer is 0.1 to 2.0 eV higher than the ionization potential of the compound semiconductor particles.
[0013]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the ionization potential of the hole blocking layer is higher than the ionization potential of the electron donating organic compound contained in the active layer.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the electron having an electron affinity between the positive electrode and the active layer, which is smaller than the electron affinity of the electron donating organic compound contained in the active layer. It is characterized by comprising a blocking layer.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
[0016]
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention, in which a positive electrode 1 made of a transparent conductive film is provided on a surface of a substrate 10, and an electron donor is provided on the surface of the positive electrode 1 via a hole transport layer 11. An active layer 3 containing a reactive organic compound and compound semiconductor particles is provided, and a negative electrode 2 is provided on the surface of the active layer 3 with a hole blocking layer 4 interposed therebetween. The charges generated by irradiating the active layer 3 with light through the transparent substrate 10 and the positive electrode 1 are generated by moving the holes to the positive electrode 1 and the electrons to the negative electrode 2. It is taken out from 1 and 2.
[0017]
Here, as the electron-donating organic compound and the compound semiconductor particles of the substrate 10, the positive electrode 1, the negative electrode 2, the hole transport layer 11, and the active layer 3, known ones can be used.
[0018]
That is, the substrate 10 has a light-transmitting property, and may be transparent or colorless, slightly colored, or frosted glass. For example, it is possible to use a transparent glass plate such as soda lime glass or non-alkali glass, a resin such as polyester, polyolefin, polyamide, and epoxy resin, and a plastic film or a plastic plate manufactured by an arbitrary method from a fluororesin or the like. it can. Further, a substrate formed so as to have a light diffusion effect by incorporating particles, powders, bubbles, or the like having a different refractive index from the base material of the substrate 1 in the substrate 1 can be used.
[0019]
The positive electrode 1 is an electrode for efficiently collecting holes generated in the active layer 3 of the battery. The positive electrode 1 is made of an electrode material composed of a metal, an alloy, an electrically conductive compound having a large work function, or a mixture thereof. It is preferable to use one having a work function of 4 eV or more. Specific examples of such an electrode material include metals such as gold, and conductive transparent materials such as CuI, ITO (indium tin oxide), SnO ₂ , AZO, IZO, and GZO. The positive electrode 1 can be produced, for example, by forming these electrode materials on a surface of the substrate 10 into a thin film by a method such as a vacuum evaporation method, an ion plating method, and a sputtering method. Further, in order to allow the light to reach the active layer 3 through the positive electrode 1, the light transmittance of the positive electrode 1 is preferably set to 70% or more. Further, the sheet resistance of the positive electrode 1 is preferably several hundred Ω / □ or less, particularly preferably 100 Ω / □ or less. The thickness of the positive electrode 1 varies depending on the material in order to control the light transmittance, sheet resistance, and other characteristics of the positive electrode 1 as described above, but is preferably set to 500 nm or less, more preferably 10 to 200 nm. Range.
[0020]
Further, the negative electrode 2 is an electrode for efficiently collecting electrons generated in the active layer 3, and may use an electrode material made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound and a mixture thereof having a small work function. Preferably, the work function is 5 eV or less. Examples of the electrode material of the negative electrode 2 include alkali metals, alkali metal halides, alkali metal oxides, alkaline earth metals, rare earths, and the like, and alloys of these with other metals, for example, sodium, sodium-potassium. Alloys, lithium, magnesium, magnesium-silver mixtures, magnesium-indium mixtures, aluminum-lithium alloys, Al / LiF mixtures and the like can be mentioned. Also, aluminum, an Al / Al ₂ O ₃ mixture, or the like can be used. Further, an oxide of an alkali metal, a halide of an alkali metal, or a metal oxide is used as a base for the negative electrode 2, and one or more layers of a material (or an alloy containing the same) having the above work function of 5 eV or less are laminated. Thus, the negative electrode 2 may be formed. For example, a stack of alkali metal / Al, a stack of alkali metal halide / alkaline earth metal / Al, and a stack of Al ₂ O ₃ / Al can be given as examples. Alternatively, the negative electrode 2 may be formed of a transparent electrode typified by ITO, IZO, or the like, and light may be incident from the negative electrode 2 side.
[0021]
The negative electrode 2 can be produced, for example, by forming these electrode materials into a thin film by a method such as a vacuum evaporation method or a sputtering method. Further, on the negative electrode 2, a metal such as Al is laminated by sputtering, or a fluorine-based compound, a fluorine-based polymer, other organic molecules, a polymer, etc. are vapor-deposited, sputtered, CVD, plasma-polymerized, and ultraviolet-cured after being applied. It is also possible to laminate as a thin film by thermosetting or other methods.
[0022]
The hole transporting material constituting the hole transporting layer 11 has a hole transporting ability, a hole transporting effect from the active layer 3, and an excellent hole transporting property with respect to the positive electrode 1. Compounds having a transfer effect and excellent thin film forming ability are preferred. Specifically, phthalocyanine derivatives, naphthalocyanine derivatives, porphyrin derivatives, N, N'-bis (3-methylphenyl)-(1,1'-biphenyl) -4,4'-diamine (TPD) and 4,4 ' Aromatic diamine compounds such as -bis [N- (naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl (α-NPD), oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, imidazolone, stilbene derivatives, pyrazoline derivatives, tetrahydroimidazole, poly Arylalkane, butadiene, 4,4 ', 4 "-tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), and polyvinylcarbazole, polysilane, polyethylenedioxide thiophene (PEDOT) Polymer materials such as conductive polymers However, the present invention is not limited to these.
[0023]
Further, examples of the electron donating organic compound used in the active layer 3 include phthalocyanine pigments, indigo, thioindigo pigments, quinacridone pigments, merocyanine compounds, cyanine compounds, squarium compounds, and charge transfer used in organic electrophotographic photoreceptors. An agent, an electrically conductive organic charge transfer complex, and a conductive polymer can also be used.
[0024]
Examples of the phthalocyanine-based pigment include those in which the central metal is divalent such as Cu, Zn, Co, Ni, Pb, Pt, Fe, and Mg; and halogen atoms such as metal-free phthalocyanine, aluminum chlorophthalocyanine, indium chlorophthalocyanine, and gallium chlorophthalocyanine. Are coordinated with trivalent metal phthalocyanine, other phthalocyanines to which oxygen such as baanadyl phthalocyanine and titanyl phthalocyanine are coordinated, but are not particularly limited thereto.
[0025]
Examples of the charge transfer agent include a hydrazine compound, a pyrazoline compound, a triphenylmethane compound, a triphenylamine compound, and the like, but are not particularly limited thereto.
[0026]
Examples of the electrically conductive organic charge transfer complex include tetrathiofulvalene and tetraphenyltetrathioflavalene, but are not particularly limited thereto.
[0027]
Examples of the conductive polymer include polymers soluble in organic solvents such as toluene, such as poly (3-alkylthiophene) and polyparaphenylenevinylene derivative, but are not particularly limited thereto.
[0028]
It is desirable to use compound semiconductor nanocrystals as compound semiconductor particles that are electron acceptors used in the active layer 3. Here, the nanocrystal has a size of 1 to 100 nm. The shape of the nanocrystal includes a rod shape, a spherical shape, and a tetrapod shape. InP As a specific material, InAs, GaP, III-V group compound semiconductor crystal such as GaAs, CdSe, CdS, CdTe, II -VI group such ZnS compound semiconductor _{_{crystal, ZnO, SiO 2, TiO 2}} , Al 2 O ₃ oxide semiconductor crystal such _as, there may be mentioned a CuInSe 2, CuInS _2, etc., is not limited particularly thereto.
[0029]
In the organic solar cell of FIG. 1, the hole blocking layer 4 provided between the active layer 3 and the negative electrode 2 has an ionization potential larger than the ionization potential of the compound semiconductor particles contained in the active layer 3. It is formed as follows. Therefore, the holes formed by the compound semiconductor particles contained in the active layer 3 are prevented from migrating to the negative electrode 2 side at the interface between the active layer 3 and the hole blocking layer 4, and are transferred to the electron donating organic compound. It can move efficiently and further move to the positive electrode 1 efficiently, can collect and extract holes efficiently in the positive electrode 1, and can obtain an organic solar cell with excellent conversion efficiency. is there.
[0030]
It is desirable that the ionization potential of the hole blocking layer 4 is larger than the ionization potential of the compound semiconductor particles of the active layer 3 in the range of 0.1 to 2.0 eV. By setting the difference in ionization potential between the hole blocking layer 4 and the compound semiconductor particles of the active layer 3 in this range, the conversion efficiency of the organic solar cell can be further increased.
[0031]
Further, the hole blocking layer 4 is formed so as to have a higher ionization potential than the electron donating organic compound contained in the active layer 3. Therefore, the holes formed by the electron donating compound contained in the active layer 3 are prevented from moving toward the negative electrode 2 at the interface between the active layer 3 and the hole blocking layer 4, and are efficiently transferred to the positive electrode 1. It can move and efficiently collect and extract holes in the positive electrode 1, and can provide an organic solar cell with excellent conversion efficiency. The difference in ionization potential between the hole blocking layer 4 and the electron donating organic compound in the active layer 3 is not particularly limited. It is desirable that the ionization potential is larger than the ionization potential in the range of 0.1 to 2.5 eV.
[0032]
Examples of the material used for the hole blocking layer 4 provided between the active layer 3 and the negative electrode 2 as described above include bathocuproine, bathophenanthroline, and derivatives thereof, TPBi, silole compounds, and triazole compounds. However, the present invention is not limited thereto as long as it has a higher ionization potential of the electron-donating organic compound or the compound semiconductor particles contained in the active layer 4. The material used for the hole blocking layer 4 has an electron mobility of 10 ⁻⁵ cm ² / Vs or more, and thus has excellent electron transfer characteristics. This makes it possible to provide an organic solar cell with high efficiency. Other than these, for example, tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum complex, bis (4-methyl-8-quinolinato) aluminum complex, oxadiazole compound, distyryl arylene derivative, silole compound, TPBI (2 , 2 ', 2 "-(1,3,5-benzenetolyl) tris- [1-phenyl-1H-benzimidazole]) and the like.
[0033]
FIG. 2 shows an example of another embodiment of the present invention. In addition to the structure shown in FIG. 1, the structure is formed in a laminated structure in which an electron blocking layer 5 is provided between a positive electrode 1 and an active layer 3. is there. The electron blocking layer 5 is formed so as to have an electron affinity smaller than the electron affinity of the electron donating organic compound contained in the active layer 3. Therefore, the electrons formed by the electron donating organic compound contained in the active layer 3 are suppressed from moving toward the positive electrode 1 at the interface between the electron blocking layer 5 and the active layer 3 and efficiently move to the compound semiconductor particles. In addition, the organic solar cell can be efficiently moved to the negative electrode 2 and electrons can be efficiently collected and taken out to the negative electrode 2, and an organic solar cell having excellent conversion efficiency can be obtained. The difference in electron affinity between the electron blocking layer 5 and the electron donating organic compound of the active layer 3 is not particularly limited, but the electron affinity of the electron blocking layer 5 is determined by the electron affinity of the electron donating organic compound of the active layer 3. It is desirable that the value be smaller in the range of 0.1 to 2.0 eV.
[0034]
As a material for forming the electron blocking layer 5 provided between the active layer 3 and the positive electrode 1 as described above, the material has the ability to prevent the movement of electrons, to transport holes, and to have the excellent ability to form a thin film. It is preferable to use a compound, and the compound may have a function as the hole transport layer 11 described above. That is, when the material used for the hole transport layer 11 has an electron affinity smaller than the electron affinity of the electron donating organic compound contained in the active layer 3, the hole transport layer 11 becomes an electron blocking layer. Also functions as 5. Accordingly, in the embodiment of FIG. 2, the hole transport layer 11 is laminated on the positive electrode 1 side of the electron blocking layer 5, but the electron blocking layer 5 may be formed as a single layer by also using the hole transport layer 11. Is also possible.
[0035]
Specific examples of the material of the electron blocking layer 5 include a phthalocyanine derivative, a naphthalocyanine derivative, a porphyrin derivative, N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine Aromatic diamine compounds such as (TPD) and 4,4′-bis [N- (naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl (α-NPD), oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, imidazolone and stilbene derivatives , Pyrazoline derivatives, tetrahydroimidazole, polyarylalkane, butadiene, 4,4 ′, 4 ″ tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), and polyvinyl carbazole, polysilane, Polyethylene dioxythiophene: polystyrene sulfone A high molecular material such as a conductive polymer such as PEDOT (PSD) may be used, provided that the material has an electron affinity smaller than that of the electron donating organic compound contained in the active layer 3. It is not limited to these.
[0036]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to examples.
[0037]
(Example 1)
ITO glass (manufactured by Mitani Vacuum Co., Ltd.) was used in which a positive electrode 1 having a sheet resistance of 7Ω / □ was formed by sputtering ITO (indium-tin oxide) on a glass substrate 10 having a thickness of 0.7 mm. Then, this was first subjected to ultrasonic cleaning with acetone, pure water, and isopropyl alcohol for 15 minutes, dried, and further subjected to UV ozone cleaning.
[0038]
Next, the ITO glass substrate is set in a spin coating apparatus, and polyethylene dioxythiophene: polystyrene sulfonate (abbreviated as “PEDOT: PSS”; electron affinity: 3.0 eV; manufactured by Aldrich) is placed on the positive electrode 1. An electron blocking layer 5 (also serving as a hole transport layer) having a thickness of 100 nm was formed by spin coating.
[0039]
Next, on the electron blocking layer 5, poly (3-hexylthiophene) (abbreviated as “P3HT”, electron affinity: 3.2 eV, ionization potential: 5.4 eV) and CuInS ₂ (abbreviated as “CIS”, electron (Affinity: 4.1 eV, ionization potential: 5.6 eV) A pyridine-chloroform solution in which nanoparticles were mixed at a mass ratio of 1: 9 was spin-coated to form an active layer 3 having a thickness of 200 nm.
[0040]
Next, on the active layer 3, bathocuproine (abbreviated as “BCP”, manufactured by Dojindo Laboratories, Inc., ionization potential: 7.0 eV) is coated to form a 10 nm-thick hole blocking layer 4. Further, a negative electrode 2 was formed on the active layer 3 by providing Al (work function: 4.2 eV) with a thickness of 150 nm by a vacuum evaporation method.
[0041]
Thereafter, the ITO glass formed by depositing these layers was transported to a glove box in a dry nitrogen atmosphere having a dew point of −76 ° C. or less without being exposed to the atmosphere. On the other hand, barium oxide powder as a water-absorbing agent was put in a bag having air permeability, this was adhered to a glass sealing plate with an adhesive, and a sealing agent made of an ultraviolet curable resin was applied to the outer periphery of the sealing plate. Things were prepared in advance. Then, in the glove box, a sealing plate was attached to the ITO glass with a sealing agent, and the sealing agent was cured by UV irradiation to obtain an organic solar cell sealed with the sealing plate.
[0042]
(Example 2)
In Example 1, the hole blocking layer 4 was made of 2,2 ′, 2 ″-(1,3,5-benzenetolyl) tris- [1-phenyl-1H-benzimidazole] (abbreviated as “TPBI”, ionization potential : 6.2 eV), except that the organic solar cell was formed in the same manner as in Example 1.
[0043]
(Example 3)
In Example 1, the electron blocking layer 5 was formed of 4,4 ′, 4 ″ -tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine (abbreviated as “m-MTDATA”; electron affinity: 1. An organic solar cell was obtained in the same manner except that the organic solar cell was formed at 9 eV).
[0044]
(Comparative Example 1)
In Example 1, an organic solar cell was obtained in the same manner as in Example 1 except that the hole blocking layer 4 was not provided.
[0045]
(Comparative Example 2)
An organic solar cell was obtained in the same manner as in Example 1, except that the hole blocking layer 4 was formed of copper phthalocyanine (abbreviated as “CuPc”, ionization potential: 5.3 eV). .
[0046]
The organic solar cells produced in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2 were connected to a power supply (KEYTHLEY236 model) and a solar simulator (manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd.) having a strength of 100 mW / cm ² was used. Then, the conversion efficiency of the organic solar cell was measured. Table 1 shows the measurement results as relative values when the value of Comparative Example 1 was set to “1.00”. In Table 1, the ionization potential is abbreviated as “IP” and the electron affinity is abbreviated as “Af”.
[0047]
[Table 1]

[0048]
As can be seen from Table 1, the conversion efficiency can be improved by providing the hole blocking layer 4 having an ionization potential larger than that of the electron donating organic compound or the compound semiconductor particles of the active layer 3 as in each example. It is confirmed.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, the organic solar cell according to claim 1 of the present invention includes an active layer formed between the positive electrode and the negative electrode, which contains the electron-donating organic compound and the compound semiconductor particles, and generates an electric charge by light irradiation. In the provided organic solar cell, a hole blocking layer having an ionization potential greater than the ionization potential of the compound semiconductor particles contained in the active layer was provided between the negative electrode and the active layer. The generated holes are suppressed from moving to the negative electrode side at the interface between the active layer and the hole blocking layer, and can be efficiently moved to the positive electrode and collected. It can increase efficiency.
[0050]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the ionization potential of the hole blocking layer is 0.1 to 2.0 eV higher than the ionization potential of the compound semiconductor particles, so that the conversion efficiency of the organic solar cell is further increased. Is what you can do.
[0051]
According to a third aspect of the present invention, in the first or second aspect, the ionization potential of the hole blocking layer is higher than the ionization potential of the electron donating organic compound contained in the active layer. The generated holes are suppressed from moving to the negative electrode side at the interface between the active layer and the hole blocking layer, and can be efficiently moved to the positive electrode and collected. It can increase efficiency.
[0052]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the electron having an electron affinity between the positive electrode and the active layer, which is smaller than the electron affinity of the electron donating organic compound contained in the active layer. Since the blocking layer is provided, electrons generated in the active layer by light irradiation are prevented from moving to the positive electrode side at the interface between the electron blocking layer and the active layer, and are efficiently moved to the positive electrode to efficiently transfer the electrons. It can be collected and can increase the conversion efficiency of the organic solar cell.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic sectional view showing an example of another embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 positive electrode 2 negative electrode 3 active layer 4 hole blocking layer 5 electron blocking layer

Claims

正極と負極の間に、電子供与性有機化合物と化合物半導体粒子を含有して形成され光の照射によって電荷を発生する活性層を設けた有機太陽電池において、負極と活性層との間に、活性層に含有される化合物半導体粒子のイオン化ポテンシャルより大きなイオン化ポテンシャルを有する正孔阻止層を設けて成ることを特徴とする有機太陽電池。In an organic solar cell having an active layer formed between a positive electrode and a negative electrode and containing an electron-donating organic compound and compound semiconductor particles and generating charges by light irradiation, an active layer is formed between the negative electrode and the active layer. An organic solar cell comprising a hole blocking layer having an ionization potential higher than the ionization potential of compound semiconductor particles contained in the layer.

正孔阻止層のイオン化ポテンシャルが、化合物半導体粒子のイオン化ポテンシャルより、０．１〜２．０ｅＶ大きいことを特徴とする請求項１に記載の有機太陽電池。The organic solar cell according to claim 1, wherein the ionization potential of the hole blocking layer is 0.1 to 2.0 eV greater than the ionization potential of the compound semiconductor particles.

正孔阻止層のイオン化ポテンシャルが、活性層に含有される電子供与性有機化合物のイオン化ポテンシャルよりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機太陽電池。The organic solar cell according to claim 1, wherein an ionization potential of the hole blocking layer is higher than an ionization potential of an electron donating organic compound contained in the active layer.

正極と活性層との間に、活性層に含有される電子供与性有機化合物の電子親和性より小さな電子親和性を有する電子阻止層を設けて成ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の有機太陽電池。4. An electron blocking layer having an electron affinity smaller than that of an electron donating organic compound contained in the active layer between the positive electrode and the active layer. An organic solar cell according to Crab.