JP2009260400A - 光電変換素子、電子装置および発光素子 - Google Patents
光電変換素子、電子装置および発光素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2009260400A JP2009260400A JP2009186543A JP2009186543A JP2009260400A JP 2009260400 A JP2009260400 A JP 2009260400A JP 2009186543 A JP2009186543 A JP 2009186543A JP 2009186543 A JP2009186543 A JP 2009186543A JP 2009260400 A JP2009260400 A JP 2009260400A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- organic semiconductor
- electrode
- layer
- photoelectric conversion
- common electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 103
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 129
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 9
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 9
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 8
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 8
- 239000005001 laminate film Substances 0.000 description 5
- 229920006254 polymer film Polymers 0.000 description 5
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 4
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 4
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 3
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 2
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 2
- -1 imide compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 2
- 229920000172 poly(styrenesulfonic acid) Polymers 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229940005642 polystyrene sulfonic acid Drugs 0.000 description 2
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- 229920000280 Poly(3-octylthiophene) Polymers 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000109 alkoxy-substituted poly(p-phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008033 biological extinction Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 229920000264 poly(3',7'-dimethyloctyloxy phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920006289 polycarbonate film Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 239000005033 polyvinylidene chloride Substances 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 229920001169 thermoplastic Polymers 0.000 description 1
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
【課題】照射された光を最大限有効に利用することができ、高い光電変換効率を得ることができる光電変換素子を提供する。
【解決手段】一平面内に複数の直線状の有機半導体層11を互いに平行にかつ所定の間隔で並列配置し、これらの有機半導体層11の上下に共通電極層12および透明共通電極層13を全面電極として設ける。各有機半導体層11の一方の側面および他方の側面にそれぞれ電極14および電極15を設ける。互いに対向する電極14と電極15との間の部分には絶縁層18を埋め込む。電極14の下端は共通電極層12と電気的に接続し、上端側は絶縁層16を設けて透明共通電極層13と電気的に絶縁する。電極15の上端は透明共通電極層13と電気的に接続し、下端側は絶縁層17を設けて共通電極層12と電気的に絶縁する。透明共通電極層13上には透明保護層19を設ける。この透明保護層19側から有機半導体層11に光をあてる。
【選択図】図1
【解決手段】一平面内に複数の直線状の有機半導体層11を互いに平行にかつ所定の間隔で並列配置し、これらの有機半導体層11の上下に共通電極層12および透明共通電極層13を全面電極として設ける。各有機半導体層11の一方の側面および他方の側面にそれぞれ電極14および電極15を設ける。互いに対向する電極14と電極15との間の部分には絶縁層18を埋め込む。電極14の下端は共通電極層12と電気的に接続し、上端側は絶縁層16を設けて透明共通電極層13と電気的に絶縁する。電極15の上端は透明共通電極層13と電気的に接続し、下端側は絶縁層17を設けて共通電極層12と電気的に絶縁する。透明共通電極層13上には透明保護層19を設ける。この透明保護層19側から有機半導体層11に光をあてる。
【選択図】図1
Description
この発明は、光電変換素子およびその製造方法ならびに電子装置およびその製造方法ならびに発光素子およびその製造方法に関し、例えば、有機半導体を用いた有機太陽電池に適用して好適なものである。
有機太陽電池は、有機化合物からなる有機半導体を光電変換材料に用いた太陽電池である。この有機太陽電池は、シリコン系太陽電池に比べて大きな吸光係数や吸収波長の制御の容易さから、注目を集めてきた。
有機太陽電池としては、p型有機半導体とn型有機半導体とからなる共蒸着複合膜をp型有機半導体膜とn型有機半導体膜とで挟んでサンドイッチ状の積層体を構成し、p型有機半導体膜上に金属電極、n型有機半導体膜上に透明電極を付けた構造のものが提案されている(特許文献1)。また、二種類の有機半導体層を透明電極と金属電極とで挟み込んだ構造とし、一方の有機半導体層を結晶微粒子状、他方の有機半導体層をアモルファス状態にすることで異種有機半導体層界面での電子移動効果などにより大きな光電流を生じるようにして光電変換能力の向上を図る有機太陽電池も提案されている(特許文献2)。
なお、特許文献3には、有機半導体層の材料として、ペリレン−フタロシアニンからなる系が報告されている。
有機太陽電池としては、p型有機半導体とn型有機半導体とからなる共蒸着複合膜をp型有機半導体膜とn型有機半導体膜とで挟んでサンドイッチ状の積層体を構成し、p型有機半導体膜上に金属電極、n型有機半導体膜上に透明電極を付けた構造のものが提案されている(特許文献1)。また、二種類の有機半導体層を透明電極と金属電極とで挟み込んだ構造とし、一方の有機半導体層を結晶微粒子状、他方の有機半導体層をアモルファス状態にすることで異種有機半導体層界面での電子移動効果などにより大きな光電流を生じるようにして光電変換能力の向上を図る有機太陽電池も提案されている(特許文献2)。
なお、特許文献3には、有機半導体層の材料として、ペリレン−フタロシアニンからなる系が報告されている。
しかしながら、一般に有機化合物は大きな電気抵抗を示し、また電荷の移動度も大きくない。そのため、できるだけ有機半導体層を薄くする必要があるが、そうすると吸収することができる光が減少するというジレンマがあった。また、p型有機半導体膜とn型有機半導体膜とを接合したヘテロジャンクション型太陽電池では、その電荷分離に有効な界面は非常に薄い領域でしかなく、大部分の光は有効に利用することができない。その欠点を解消する方法として、p型有機半導体とn型有機半導体との接触界面を増大させたバルクヘテロジャンクション型太陽電池があるが、この場合には確かに接触界面は増大するものの、有機半導体層の電気抵抗が大きいことに変わりなく、有機半導体層の厚さを大きくすることができないので、層全体として吸収することができる光の量は限られている。
したがって、この発明が解決しようとする課題は、照射された光を最大限有効に利用することができ、高い光電変換効率を得ることができる光電変換素子およびそのような光電変換素子を簡便に製造することができる光電変換素子の製造方法を提供することにある。
この発明が解決しようとする課題は、より一般的には、照射された光を最大限有効に利用することができ、高い光電変換効率を得ることができる電子装置およびそのような電子装置を簡便に製造することができる電子装置の製造方法を提供することにある。
この発明が解決しようとする他の課題は、発光効率が高く高輝度の発光素子およびそのような発光素子を簡便に製造することができる発光素子の製造方法を提供することにある。
したがって、この発明が解決しようとする課題は、照射された光を最大限有効に利用することができ、高い光電変換効率を得ることができる光電変換素子およびそのような光電変換素子を簡便に製造することができる光電変換素子の製造方法を提供することにある。
この発明が解決しようとする課題は、より一般的には、照射された光を最大限有効に利用することができ、高い光電変換効率を得ることができる電子装置およびそのような電子装置を簡便に製造することができる電子装置の製造方法を提供することにある。
この発明が解決しようとする他の課題は、発光効率が高く高輝度の発光素子およびそのような発光素子を簡便に製造することができる発光素子の製造方法を提供することにある。
上記課題を解決するために、この発明の第1の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有する
ことを特徴とする光電変換素子である。
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有する
ことを特徴とする光電変換素子である。
上記の一面は、典型的には平面であるが、必ずしも平面である必要はなく、曲面であってもよい。有機半導体層の長手方向に垂直な断面形状は、典型的には、その一対の辺が上記一面に平行な長方形であるが、他の形状であってもよい。第1の電極および第2の電極は、好適には互いに仕事関数が異なる金属からなり、具体例を挙げると、その一方がアルミニウムからなり、他方が金からなる。典型的には、複数の有機半導体層の第1の電極同士は互いに電気的に接続され、同様に、第2の電極同士も互いに電気的に接続される。このために、具体的には、これらの複数の有機半導体層を挟むように第1の共通電極層および第2の共通電極層が設けられる。この場合、外部から有機半導体層への光の入射を可能とするため、第1の共通電極層および第2の共通電極層のうちの一方は透明とする。有機半導体層は、p型有機半導体膜とn型有機半導体膜とを接合したヘテロジャンクション型の構造であってもよいし、p型有機半導体とn型有機半導体とが互いに入り組んで互いに接触した微細構造を有し、それらの接触界面にpn接合が形成されたバルクヘテロジャンクション型の構造であってもよい。
この発明の第2の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有する光電変換素子の製造方法であって、
順次積層された第1の支持層、第1の導電層、有機半導体層、第2の導電層および第2の支持層からなる積層体を形成する工程と、
積層体を延伸する工程と、
延伸された積層体を複数に分割する工程とを有する
ことを特徴とするものである。
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有する光電変換素子の製造方法であって、
順次積層された第1の支持層、第1の導電層、有機半導体層、第2の導電層および第2の支持層からなる積層体を形成する工程と、
積層体を延伸する工程と、
延伸された積層体を複数に分割する工程とを有する
ことを特徴とするものである。
この光電変換素子の製造方法は、典型的には、複数に分割された積層体のうちの少なくとも二つを重層する工程と、重層された積層体を延伸する工程と、延伸された重層された積層体を複数に分割する工程とをさらに有し、必要に応じてこれらの工程を繰り返す。また、典型的には、延伸された積層体を複数に分割したものの両面にそれぞれ第3の導電層および第4の導電層を形成する工程、あるいは、延伸された重層された積層体を複数に分割したものの両面にそれぞれ第3の導電層および第4の導電層を形成する工程をさらに有する。
第1の導電層および第2の導電層は、上記の第1の電極および第2の電極を形成するためのものであり、好適には互いに仕事関数が異なる金属からなり、具体例を挙げると、その一方がアルミニウムからなり、他方が金からなる。また、第1の支持層および第2の支持層は、例えば熱可塑性樹脂からなる。第3の導電層および第4の導電層は、上記の第1の共通電極層および第2の共通電極層を形成するためのものであり、具体例を挙げると、その一方がアルミニウムからなり、他方が金やインジウム−スズ酸化物(ITO)や導電性高分子からなる。
光電変換素子は、最も典型的には太陽電池であるが、そのほかに各種の光センサーも含まれる。
光電変換素子は、最も典型的には太陽電池であるが、そのほかに各種の光センサーも含まれる。
上記の第1および第2の発明の構造および手法は、光電変換素子単体のみならず、光電変換部を有する集積回路などの各種の電子装置に適用することができるものである。
そこで、この発明の第3の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有する
ことを特徴とする電子装置である。
そこで、この発明の第3の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有する
ことを特徴とする電子装置である。
この発明の第4の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有する電子装置の製造方法であって、
順次積層された第1の支持層、第1の導電層、有機半導体層、第2の導電層および第2の支持層からなる積層体を形成する工程と、
積層体を延伸する工程と、
延伸された積層体を複数に分割する工程とを有する
ことを特徴とするものである。
第3および第4の発明においては、その性質に反しない限り、第1および第2の発明に関連して述べたことが成立する。
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有する電子装置の製造方法であって、
順次積層された第1の支持層、第1の導電層、有機半導体層、第2の導電層および第2の支持層からなる積層体を形成する工程と、
積層体を延伸する工程と、
延伸された積層体を複数に分割する工程とを有する
ことを特徴とするものである。
第3および第4の発明においては、その性質に反しない限り、第1および第2の発明に関連して述べたことが成立する。
上記の第1および第2の発明の構造および手法は光電変換素子に関するものであるが、同様な構造および手法は、有機半導体層を発光層として用いる発光素子に適用することも可能である。
そこで、この発明の第5の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体発光層と、
有機半導体発光層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有する
ことを特徴とする発光素子である。
そこで、この発明の第5の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体発光層と、
有機半導体発光層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有する
ことを特徴とする発光素子である。
この発明の第6の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体発光層と、
有機半導体発光層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有する発光素子の製造方法であって、
順次積層された第1の支持層、第1の導電層、有機半導体発光層、第2の導電層および第2の支持層からなる積層体を形成する工程と、
積層体を延伸する工程と、
延伸された積層体を複数に分割する工程とを有する
ことを特徴とするものである。
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体発光層と、
有機半導体発光層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有する発光素子の製造方法であって、
順次積層された第1の支持層、第1の導電層、有機半導体発光層、第2の導電層および第2の支持層からなる積層体を形成する工程と、
積層体を延伸する工程と、
延伸された積層体を複数に分割する工程とを有する
ことを特徴とするものである。
上述のように構成されたこの発明によれば、一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ第1の電極および第2の電極を設けることにより、細線状の有機半導体層が第1の電極と第2の電極との間に挟まれた構造が上記の一面内に並列配置した構造が得られる。このため、例えば上記の一面に対して垂直方向から光が入射する場合を考えると、有機半導体層がヘテロジャンクション型、バルクヘテロジャンクション型のいずれの構造であっても、この有機半導体層に含まれるpn接合界面の、光の入射方向の長さを実質的に大きくすることができ、入射光子の捕捉効率を高くすることができる。さらに、この場合、第1の電極と第2の電極との間に挟まれた有機半導体層の厚さは十分に小さくすることができるので、光の照射により有機半導体層中に発生した電荷の第1の電極または第2の電極までの移動距離を短くすることができ、有機半導体層の電気抵抗は問題とならない。
また、一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体発光層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ第1の電極および第2の電極を設けることにより、細線状の有機半導体発光層が第1の電極と第2の電極との間に挟まれた構造が上記の一面内に並列配置した構造が得られる。このため、有機半導体発光層がヘテロジャンクション型、バルクヘテロジャンクション型のいずれの構造であっても、この有機半導体発光層に含まれるpn接合界面の長さを実質的に大きくすることができ、発光効率を高くすることができる。また、この場合、第1の電極と第2の電極との間に挟まれた有機半導体発光層の厚さは十分に小さくすることができるので、第1の電極または第2の電極からpn接合界面までの電荷の移動距離を短くすることができ、有機半導体発光層の電気抵抗は問題とならず、発光効率をより高くすることができる。
さらに、積層体の形成、延伸、分割などの工程は既に確立された技術により容易に実行することができる。
さらに、積層体の形成、延伸、分割などの工程は既に確立された技術により容易に実行することができる。
この発明によれば、光の照射により有機半導体層中に発生した電荷の第1の電極または第2の電極までの移動距離を短く保ったまま、有機半導体層における光吸収領域を増大させることができるので、照射された光、特に太陽光を最大限有効に利用することができ、光電変換効率が高い光電変換素子あるいは電子装置を実現することができる。
また、第1の電極または第2の電極からpn接合界面までの電荷の移動距離を短く保ったまま、有機半導体層における発光領域を増大させることができるので、発光効率が高く高輝度の発光素子を実現することができる。
さらに、積層体の形成、延伸、分割などの工程により、これらの光電変換素子、電子装置および発光素子を簡便に製造することができる。
また、第1の電極または第2の電極からpn接合界面までの電荷の移動距離を短く保ったまま、有機半導体層における発光領域を増大させることができるので、発光効率が高く高輝度の発光素子を実現することができる。
さらに、積層体の形成、延伸、分割などの工程により、これらの光電変換素子、電子装置および発光素子を簡便に製造することができる。
以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図1はこの発明の一実施形態による垂直型セル構造の有機太陽電池を示す。
図1に示すように、この有機太陽電池においては、一平面内に複数の直線状の有機半導体層11が互いに平行にかつ所定の間隔で並列配置されており、これらの有機半導体層11の上下にこれらを挟むように共通電極層12および透明共通電極層13が全面電極として設けられている。この場合、各有機半導体層11の長手方向に垂直な断面形状は、上記一平面に垂直方向に細長い長方形である。また、各有機半導体層11の一方の側面および他方の側面にはそれぞれ電極14および電極15が接触して設けられている。ここで、電極14の下端は共通電極層12と接触して電気的に接続されているが、上端側には絶縁層16が設けられていて透明共通電極層13と電気的に絶縁されている。また、電極15の上端は透明共通電極層13と接触して電気的に接続されているが、下端側には絶縁層17が設けられていて共通電極層12と電気的に絶縁されている。互いに対向する電極14と電極15との間の部分には絶縁層18が埋め込まれている。さらに、透明共通電極層13上には透明保護層19が設けられている。この場合、この透明保護層19側から有機半導体層11に光があたる構造となっている。
図1はこの発明の一実施形態による垂直型セル構造の有機太陽電池を示す。
図1に示すように、この有機太陽電池においては、一平面内に複数の直線状の有機半導体層11が互いに平行にかつ所定の間隔で並列配置されており、これらの有機半導体層11の上下にこれらを挟むように共通電極層12および透明共通電極層13が全面電極として設けられている。この場合、各有機半導体層11の長手方向に垂直な断面形状は、上記一平面に垂直方向に細長い長方形である。また、各有機半導体層11の一方の側面および他方の側面にはそれぞれ電極14および電極15が接触して設けられている。ここで、電極14の下端は共通電極層12と接触して電気的に接続されているが、上端側には絶縁層16が設けられていて透明共通電極層13と電気的に絶縁されている。また、電極15の上端は透明共通電極層13と接触して電気的に接続されているが、下端側には絶縁層17が設けられていて共通電極層12と電気的に絶縁されている。互いに対向する電極14と電極15との間の部分には絶縁層18が埋め込まれている。さらに、透明共通電極層13上には透明保護層19が設けられている。この場合、この透明保護層19側から有機半導体層11に光があたる構造となっている。
有機半導体層11はヘテロジャンクション型あるいはバルクヘテロジャンクション型の構造を有する。ヘテロジャンクション型構造の有機半導体層11においては、p型有機半導体膜とn型有機半導体膜とを、それらの接合界面が上記一平面に対して垂直になるように接合する。バルクヘテロジャンクション型構造の有機半導体層11は、p型有機半導体分子とn型有機半導体分子との混合物からなり、p型有機半導体とn型有機半導体とが互いに入り組んで互いに接触した微細構造を有する。有機半導体層11の材料としては、ある程度の延性があれば基本的にはどのような材料を用いてもよく、有機太陽電池の材料として一般的に報告されているものは全て用いることができるが、具体的には、導電性高分子+フラーレン誘導体の系や特許文献3のペリレン−フタロシアニンからなる系などを用いることができる。前者の系の導電性高分子としてはポリチオフェン誘導体やポリピロール誘導体がある。ポリチオフェン誘導体では、MDMO−PPVやMEH−PPVが用いられるが、この長鎖アルキル基の構造としてはほかにベンゼン環を含むものやアルキル基の長さが違うものなど多種用いられる。ポリチオフェン誘導体としては例えばP3OTが用いられるが、これもほかにベンゼン環を含むものやアルキル基の長さが違うものなど多種用いられる。一方、電子受容体となるフラーレン誘導体については、例えばPCBMを用いることができるほか、その置換基を色々変えたものを用いることもできる。また、フラーレンの代わりに、イミド化合物(ピロメリットジアミドなど)やペリレン化合物を用いることもできる。
共通電極層12は例えばAlのような金属からなる。透明共通電極層13は、例えば、金、ITOなどの透明酸化物材料、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT):ポリスチレンスルホン酸(PSS)などの透明導電性高分子あるいはそれらの混合物からなる。電極14、15は互いに仕事関数が異なる金属からなり、具体的には、例えば、電極14はアルミニウムからなり、電極15は金からなる。絶縁層16は例えば酸化アルミニウムなどからなり、絶縁層17は例えばアルカンチオールなどからなる。絶縁層18としては、延性に優れるものであれば基本的にはどのようなものを用いることもできるが、具体的には、可塑性のポリマーフィルム(ポリビニルアルコールフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアクリレートフィルムなど)が用いられる。また、透明保護層19としては、透明でガスバリアー性に優れているものであれば基本的にはどのようなものを用いることもできるが、具体的には、ポリビニルアルコールフィルム(この場合は吸湿保護層が必要)、ポリ塩化ビニリデン系(PVDC)フィルム、ポリアクリロニトリル系(PAN)フィルム、ポリエチレンテレフタレート系(PET)フィルム、ナイロン系(Ny)フィルムなどが用いられる。
この有機太陽電池の各部の寸法の例を挙げると次のとおりである。例えば、有機半導体層11の厚さt1 は70〜100nm、高さhは2〜3μm、共通電極層12の厚さt2 および透明共通電極層13の厚さt3 はそれぞれ100nm程度、電極14の厚さt4 および電極15の厚さt5 はそれぞれ50nm程度、絶縁層16の厚さt6 および絶縁層17の厚さt7 はそれぞれ1〜30nm程度、絶縁層18の厚さt8 は100nm程度、透明保護層19の厚さt9 は150μm程度である。
次に、上述のように構成された有機太陽電池の製造方法について説明する。
図2Aに示すように、まず、例えば熱可塑性の高分子フィルム21、22上に互いに仕事関数の異なる金属を蒸着(もしくはスパッタリング)してそれぞれ金属膜23、24を形成したものを二枚用意した後、それらの上にそれぞれp型有機半導体およびn型有機半導体を塗布するか(ヘテロジャンクション型)、あるいは、p型有機半導体とn型有機半導体との混合物を塗布(バルクヘテロジャンクション型)し、これらを圧着することにより、高分子フィルム21、金属膜23、有機半導体層11、金属膜24および高分子フィルム22からなるシート状の積層体フィルムを形成する。ただし、これらの方法に代えて、多層フィルムの作製に良く用いられる押し出し法を用いて積層体フィルムを形成してもよい。このようにして得られた積層体フィルムは通常の有機太陽電池と同様のものである。
図2Aに示すように、まず、例えば熱可塑性の高分子フィルム21、22上に互いに仕事関数の異なる金属を蒸着(もしくはスパッタリング)してそれぞれ金属膜23、24を形成したものを二枚用意した後、それらの上にそれぞれp型有機半導体およびn型有機半導体を塗布するか(ヘテロジャンクション型)、あるいは、p型有機半導体とn型有機半導体との混合物を塗布(バルクヘテロジャンクション型)し、これらを圧着することにより、高分子フィルム21、金属膜23、有機半導体層11、金属膜24および高分子フィルム22からなるシート状の積層体フィルムを形成する。ただし、これらの方法に代えて、多層フィルムの作製に良く用いられる押し出し法を用いて積層体フィルムを形成してもよい。このようにして得られた積層体フィルムは通常の有機太陽電池と同様のものである。
次に、図2Bに示すように、この積層体フィルムを延伸し、図中一点鎖線で示す切断線に沿って切断することで2分割する。さらに、図3Aに示すように、この2分割した積層体フィルムを重層し、圧着することで太陽電池セルが2層積層された積層体フィルムを得る。この作業をn回(nは2以上の整数)繰り返すと、図3Bに示すように、2n 層の太陽電池セルからなる積層体フィルムが得られる。そして、この積層体フィルムがある程度の厚みになったところで、図中一点鎖線で示す切断線に沿って、例えばマイクロトームのような鋭い刃でこの積層体フィルムを薄く裁断する。これによって、図4に示すように、金属膜23、24が分割されてそれぞれ電極14、15が形成され、細線状の有機半導体層11がこれらの電極14、15の間に挟まれた構造が上記の切断面に平行な方向に並列配置し、また、高分子フィルム21、22により絶縁層18が形成された積層体フィルムが得られる。
次に、図5に示すように、一方の切断面(図5中、下面)に露出した電極14、15の端面のうち電極15の端面に絶縁層17を形成した後、この切断面上に共通電極層12として導電膜を形成する。また、他方の切断面(図5中、上面)に露出した電極14、15の端面のうち電極14の端面に絶縁層16を形成した後、この切断面上に透明共通電極層13として透明導電膜を形成する。具体的には、例えば金属膜23としてアルミニウム膜を用い、金属膜24として金膜を用いた場合には、上記一方の切断面に露出した金からなる電極15の端面をアルカンチオールで処理することにより絶縁層17を形成した後、この切断面上に共通電極層12としてアルミニウム膜を形成する。これにより、積層体フィルム中のアルミニウムからなる電極14のみを共通電極層12と電気的に接続することができる。一方、上記他方の切断面に露出したアルミウニムからなる電極14の端面を短時間酸素プラズマで処理することにより酸化アルミニウム層を形成して絶縁層16を形成した後、この切断面上に例えば金を薄く蒸着するか、ITO膜を形成するか、PEDOT:PSSをスピンコートすることにより透明共通電極層13となる透明導電膜を形成する。これにより、積層体フィルム中の金からなる電極15のみを透明共通電極層13と電気的に接続することができる。
次に、図1に示すように、透明共通電極層13上に透明保護層19としてITOフィルム、あるいは単なる高分子フィルムを乗せ、熱処理することで透明共通電極層13と密着させ、フィルム型有機太陽電池を得る。透明保護層19としてITOフィルムを用いることにより、電気抵抗が小さくなる。
以上のように、この一実施形態によれば、光の入射方向に対して垂直方向に有機半導体層11を挟むように電極14、15が並列配置した構造としているので、これらの電極14、15の間の距離を短く保ったまま、有機半導体層11の光吸収領域を増大させることができる。このため、光電変換効率が高く、しかもフレキシブルで意匠性にも富む有機太陽電池を実現することができる。
以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、プロセスなどを用いてもよい。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、プロセスなどを用いてもよい。
11…有機半導体層、12…共通電極層、13…透明共通電極層、14、15…電極、16、17…絶縁層、18…絶縁層、19…透明保護層
Claims (8)
- 一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
上記有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有し、
互いに隣接する一対の上記有機半導体層の上記第1の電極と上記第2の電極とが互いに対向している光電変換素子。 - 上記有機半導体層の長手方向に垂直な断面形状はその一対の辺が上記一面に平行な長方形である請求項1記載の光電変換素子。
- 上記有機半導体層の上記第1の電極同士が互いに電気的に接続されている請求項1記載の光電変換素子。
- 上記有機半導体層の上記第2の電極同士が互いに電気的に接続されている請求項1記載の光電変換素子。
- 上記有機半導体層を挟むように第1の共通電極層および第2の共通電極層が設けられており、上記第1の共通電極層および上記第2の共通電極層のうちの一方は透明である請求項1記載の光電変換素子。
- 上記有機半導体層はヘテロジャンクション型またはバルクヘテロジャンクション型の構造を有する請求項1記載の光電変換素子。
- 一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
上記有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有し、
互いに隣接する一対の上記有機半導体層の上記第1の電極と上記第2の電極とが互いに対向している電子装置。 - 一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体発光層と、
上記有機半導体発光層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第1の電極および第2の電極とを有し、
互いに隣接する一対の上記有機半導体発光層の上記第1の電極と上記第2の電極とが互いに対向している発光素子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009186543A JP2009260400A (ja) | 2009-08-11 | 2009-08-11 | 光電変換素子、電子装置および発光素子 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009186543A JP2009260400A (ja) | 2009-08-11 | 2009-08-11 | 光電変換素子、電子装置および発光素子 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003411730A Division JP4581386B2 (ja) | 2003-12-10 | 2003-12-10 | 光電変換素子の製造方法、電子装置の製造方法および発光素子の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2009260400A true JP2009260400A (ja) | 2009-11-05 |
Family
ID=41387310
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2009186543A Pending JP2009260400A (ja) | 2009-08-11 | 2009-08-11 | 光電変換素子、電子装置および発光素子 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2009260400A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011192916A (ja) * | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Mitsubishi Chemicals Corp | 光電変換素子およびその素子の製造方法 |
JP2011192761A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Lintec Corp | 有機薄膜太陽電池素子及びその作製方法、並びに有機薄膜太陽電池素子形成用基板 |
US10205110B2 (en) | 2015-03-24 | 2019-02-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photoelectric conversion element and manufacturing method of photoelectric conversion element |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5932166A (ja) * | 1982-08-16 | 1984-02-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ポリアセチレン半導体素子 |
JPH09511102A (ja) * | 1994-03-31 | 1997-11-04 | パシフィック ソーラー ピーティーワイ リミテッド | 埋設接触子を有する薄膜多層太陽電池 |
JP2003298152A (ja) * | 2002-04-01 | 2003-10-17 | Sharp Corp | ヘテロ接合素子 |
-
2009
- 2009-08-11 JP JP2009186543A patent/JP2009260400A/ja active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5932166A (ja) * | 1982-08-16 | 1984-02-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | ポリアセチレン半導体素子 |
JPH09511102A (ja) * | 1994-03-31 | 1997-11-04 | パシフィック ソーラー ピーティーワイ リミテッド | 埋設接触子を有する薄膜多層太陽電池 |
JP2003298152A (ja) * | 2002-04-01 | 2003-10-17 | Sharp Corp | ヘテロ接合素子 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011192761A (ja) * | 2010-03-12 | 2011-09-29 | Lintec Corp | 有機薄膜太陽電池素子及びその作製方法、並びに有機薄膜太陽電池素子形成用基板 |
JP2011192916A (ja) * | 2010-03-16 | 2011-09-29 | Mitsubishi Chemicals Corp | 光電変換素子およびその素子の製造方法 |
US10205110B2 (en) | 2015-03-24 | 2019-02-12 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Photoelectric conversion element and manufacturing method of photoelectric conversion element |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4966653B2 (ja) | 共有する有機電極を備えたタンデム型光起電力電池及びその製造方法 | |
KR101705705B1 (ko) | 유기 태양 전지 | |
US9787221B2 (en) | Energy generating device, and method of manufacturing the same | |
KR101440607B1 (ko) | 태양전지 모듈 및 이의 제조방법 | |
TWI696305B (zh) | 有機光伏裝置及其形成方法 | |
JP4581386B2 (ja) | 光電変換素子の製造方法、電子装置の製造方法および発光素子の製造方法 | |
TWI389325B (zh) | 一種疊合型太陽能電池及其製造方法 | |
JP2011096914A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
JP2009260400A (ja) | 光電変換素子、電子装置および発光素子 | |
JP6107064B2 (ja) | 薄膜太陽電池モジュール | |
KR101435458B1 (ko) | 나노로드를 이용한 태양전지 및 그의 제조 방법 | |
JP2005277199A (ja) | 半導体装置用の光透過性電極、半導体装置および電極の製造方法 | |
KR20120058542A (ko) | 광전 변환 소자 및 그 제조 방법 | |
JP5435489B2 (ja) | 有機薄膜太陽電池素子、太陽電池モジュールおよび有機薄膜太陽電池素子の製造方法 | |
CN112789728B (zh) | 太阳能电池层压 | |
KR20200006456A (ko) | 페로브스카이트 태양 전지 모듈 | |
KR20200006834A (ko) | 페로브스카이트 태양 전지 모듈 | |
TWI360246B (en) | Solar cell | |
JP6179201B2 (ja) | 有機薄膜太陽電池の製造方法 | |
JP2011159934A (ja) | 有機太陽電池セル、太陽電池モジュール及び有機太陽電池セルの製造方法 | |
JP2012160677A (ja) | 有機太陽電池の製造方法及び有機太陽電池 | |
JP2012169521A (ja) | 紫外光センサー及びその製造方法 | |
JP2011100880A (ja) | 太陽電池及びその製造方法 | |
KR102171394B1 (ko) | 유기태양전지 모듈 | |
US9853174B2 (en) | Photoelectric conversion element |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090811 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120605 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20121009 |