JP2014175380A - Organic thin-film solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機薄膜太陽電池およびその製造方法に関し、特に安価で耐久性が向上し、かつ軽量化・薄層化可能な有機薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an organic thin film solar cell and a method for manufacturing the same, and particularly relates to an organic thin film solar cell that is inexpensive, has improved durability, and can be reduced in weight and thickness, and a method for manufacturing the same.
極薄、軽量、フレキシブルを特徴とする有機薄膜太陽電池は、常温、大気圧下で製膜が可能であるため、安価な太陽電池として注目されている。 Organic thin-film solar cells characterized by ultrathinness, light weight, and flexibility are attracting attention as inexpensive solar cells because they can be formed at room temperature and atmospheric pressure.
有機薄膜太陽電池においては、有機活性層若しくは電極の表面に微細なパターンを施すことで有機活性層内部に効果的に入射光を閉じ込め、集電効果を高め、光電変換効率の向上が実現されている。 In organic thin-film solar cells, by applying a fine pattern to the surface of the organic active layer or electrode, the incident light is effectively confined inside the organic active layer, the current collection effect is enhanced, and the photoelectric conversion efficiency is improved. Yes.
従来の表面プラズモン共鳴を利用した有機薄膜太陽電池では、p型/n型有機層界面や、有機層/電極界面に、有機合成により粒径制御を行った銀(Ag)若しくは金(Au)ナノ粒子に、分散を促すためにアルキル基やチオール基で修飾したものを溶液状態で用いて、スピンコート法により、それぞれの界面上で塗布していた(例えば、特許文献1参照。)。 In a conventional organic thin film solar cell using surface plasmon resonance, silver (Ag) or gold (Au) nanoparticle whose particle size is controlled by organic synthesis at the p-type / n-type organic layer interface or the organic layer / electrode interface. Particles modified with an alkyl group or a thiol group in order to promote dispersion were used in a solution state and applied on the respective interfaces by spin coating (for example, see Patent Document 1).
有機薄膜太陽電池は、他の方式の太陽電池と比較して、光電変換効率が極端に低いことが課題となっていたが、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイで用いられている掘り込みガラスとシート乾燥剤を用いた封止を用いると高い耐久性が得られることがわかっている。 Organic thin-film solar cells have had the problem of extremely low photoelectric conversion efficiency compared to other types of solar cells, but digging glass and sheets used in organic EL (Electro Luminescence) displays It has been found that high durability is obtained when sealing with a desiccant is used.
しかし、この掘り込みガラスとシート乾燥剤を用いた封止手法は、掘り込みガラスを厚く形成しなければならず、さらに非常に高価であることが課題となっていた。 However, the sealing method using the engraved glass and the sheet desiccant has had a problem in that the engraved glass has to be formed thick and is very expensive.
本発明の目的は、安価で耐久性が向上し、かつ軽量化・薄層化可能な有機薄膜太陽電池およびその製造方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an organic thin-film solar cell that is inexpensive, has improved durability, and can be reduced in weight and thickness, and a method for manufacturing the same.
上記目的を達成するための本発明の一態様によれば、基板と、前記基板上に配置された第1電極層と、前記第1電極層上に配置された正孔輸送層と、前記正孔輸送層上に配置されたバルクへテロ接合有機活性層と、前記バルクへテロ接合有機活性層上に配置された第2電極層と、前記基板と対向し、前記第1電極層、前記正孔輸送層、前記バルクへテロ接合有機活性層、および前記第2電極層からなる積層構造を封止する封止ガラスと、前記封止ガラスと前記基板との間に配置され、前記積層構造を封止するガラスフリットとを備える有機薄膜太陽電池が提供される。 According to one aspect of the present invention for achieving the above object, a substrate, a first electrode layer disposed on the substrate, a hole transport layer disposed on the first electrode layer, and the positive electrode A bulk heterojunction organic active layer disposed on the hole transport layer; a second electrode layer disposed on the bulk heterojunction organic active layer; and the substrate facing the first electrode layer, the positive electrode A sealing glass that seals a laminated structure including a hole transport layer, the bulk heterojunction organic active layer, and the second electrode layer; and is disposed between the sealing glass and the substrate; An organic thin film solar cell comprising a glass frit for sealing is provided.
本発明の他の態様によれば、基板上に第1電極を形成する工程と、前記第1電極層上に正孔輸送層を形成する工程と、前記正孔輸送層上にバルクへテロ接合有機活性層を形成する工程と、前記バルクへテロ接合有機活性層上に第2電極層を形成する工程と、封止ガラス上にガラスフリットを形成する工程と、前記ガラスフリットの先端部分に樹脂を形成する工程と、前記封止ガラスおよび前記基板を対向させ、前記ガラスフリットと前記樹脂によって、前記第1電極層、前記正孔輸送層、前記バルクへテロ接合有機活性層、および前記第2電極層からなる積層構造を封止する工程とを有する有機薄膜太陽電池の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a step of forming a first electrode on a substrate, a step of forming a hole transport layer on the first electrode layer, and a bulk heterojunction on the hole transport layer A step of forming an organic active layer, a step of forming a second electrode layer on the bulk heterojunction organic active layer, a step of forming a glass frit on a sealing glass, and a resin at a tip portion of the glass frit The sealing glass and the substrate are opposed to each other, and the first electrode layer, the hole transport layer, the bulk heterojunction organic active layer, and the second are formed by the glass frit and the resin. The manufacturing method of the organic thin-film solar cell which has the process of sealing the laminated structure which consists of an electrode layer is provided.
本発明によれば、安価で耐久性が向上し、かつ軽量化・薄層化可能な有機薄膜太陽電池およびその製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an organic thin-film solar cell that is inexpensive, has improved durability, and can be reduced in weight and thickness, and a method for manufacturing the same.
次に、図面を参照して、実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, embodiments will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
又、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の実施の形態は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。この発明の実施の形態は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。 Further, the embodiments described below exemplify apparatuses and methods for embodying the technical idea of the present invention, and the embodiments of the present invention include the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. Various modifications can be made to the embodiment of the present invention within the scope of the claims.
以下の実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、「透明」とは、透過率が約50%以上であるものと定義する。また「透明」とは、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、可視光線に対して、無色透明という意味でも使用する。可視光線は波長約360nm〜830nm程度、エネルギー約3.45eV〜1.49eV程度に相当し、この領域で透過率が50%以上あれば透明である。 In the organic thin film solar cell according to the following embodiments, “transparent” is defined as having a transmittance of about 50% or more. Further, “transparent” is also used to mean colorless and transparent with respect to visible light in the organic thin film solar cell according to the embodiment. Visible light corresponds to a wavelength of about 360 nm to 830 nm and an energy of about 3.45 eV to 1.49 eV, and is transparent if the transmittance is 50% or more in this region.
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1は、図1に示すように、基板10と、基板10上に配置された透明電極層(第1電極層)11と、第1電極層11上に配置された正孔輸送層12と、正孔輸送層12上に配置されたバルクヘテロ接合有機活性層14と、バルクヘテロ接合有機活性層14上に配置されたカソード電極層(第2電極層)16と、基板10と対向し、第1電極層11、正孔輸送層12、バルクへテロ接合有機活性層14、および第2電極層16からなる積層構造を封止する封止ガラス40と、封止ガラス40と基板10との間に配置され、上記の積層構造を封止するガラスフリット36とを備える。
As shown in FIG. 1, the organic thin-film
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1は、図1に示すように、ITO付きガラス基板10上に発電層となる約数100nm程度の厚さを有する有機層(12・14)を積層し、第2電極層16として、アルミニウムなどの金属層を蒸着して作られる。第2電極層16として形成された純アルミニウムは、酸化され易いため、耐久性を持たせるために、不動態膜を形成したり、SiNやSiONなどのパッシベーション膜を積層したりしても良い。
As shown in FIG. 1, the organic thin-film
ここで、ガラスフリット36は、封止ガラス40上に配置される。基板10上には、正孔輸送層12・バルクヘテロ接合有機活性層14などの有機層が配置されるため、ガラスフリットを高温焼結する際に、これらの有機層に損傷を与えないためである。
Here, the
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1においては、スクリーン印刷技術やディスペンサーを用いて塗布可能なガラスフリットペーストを任意のパターンで塗布・高温焼成し、ガラスフリット36を形成可能である。
In the organic thin film
ガラスフリット36の高さは、例えば、約1μm〜約100μmであり、ガラスフリット36の幅は、例えば、約0.2mm〜約2.0mmである。ガラスフリット36を配置することによって、封止ガラス40と内部の素子との接触を避けることができる。
The height of the
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1においては、図1に示すように、封止ガラス40と素子を形成した基板10とを貼り合わせるために、ガラスフリット36表面に接着するための樹脂36Uを備える。
In the organic thin film
樹脂36Uとしては、熱硬化性樹脂若しくはUV硬化樹脂を適用可能である。素子へ与える熱ショックを回避するためには、UV硬化樹脂を使用することが望ましい。また、UV硬化樹脂を用いる場合は、紫外線を透過する透明ガラスフリットを用いると良い。UV光に対する全線透過率(例えば、90%以上)の高いガラスフリット材料としては、例えば、Zn系のガラスを適用可能である。また、ガラスフリットは、Bi−B−Si系の酸化物の粉末で構成することもできる。このBi−B−Si系の酸化物からなるガラスフリットは赤外線を吸収して発熱し、融解する性質を備える。そのため、このガラスフリットを含有するペーストの焼成体に赤外線レーザ(例えば、波長1064nm)を照射することにより融着させることが可能である。
As the
また、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池は、図2に示すように、封止ガラス40の内壁面にゲッタリング用シート乾燥剤38GUを設けることによって、酸素(O2)ゲッター作用を高めても良い。ゲッタリング用シート乾燥剤としては、酸素(O2)系のゲッター剤として、例えば、酸化ストロンチウム(SrO)、酸化カルシウム(CaO)などを適用可能である。
In addition, as shown in FIG. 2, the organic thin-film solar cell according to the embodiment enhances the oxygen (O 2 ) getter action by providing a gettering sheet desiccant 38GU on the inner wall surface of the sealing
(比較例)
比較例に係る有機薄膜太陽電池1Bにおいては、図3に示すように、封止用に掘り込みガラス40Aを適用する。掘り込みガラス40Aの外形の厚さは、例えば、約0.7mm程度、素子部を内蔵する掘り込み部分の深さは、例えば、約0.3mm程度である。この掘り込みガラス40Aでは、任意のパターンの掘り込みを行う場合、パターン毎に掘り込みを作成するためのマスクの版を作成する必要がある。また、掘り込み部分を形成するために、フッ酸によるエッチングが必要になり、費用と手間が掛かる。また、掘り込みガラス40Aを用いた封止は、高価で、モジュールの厚みが厚く、重くなる。
(Comparative example)
In the organic thin-film
一方、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池においては、封止用に封止ガラス40と封止ガラス40上に焼成した透明ガラスフリット36とを使用する。封止ガラス40としては、例えば、厚さ約0.1mm〜0.2mm程度の無アルカリ強化ガラスを適用可能である。
On the other hand, in the organic thin film solar cell according to the embodiment, a sealing
また、ガラスフリット36は、封止ガラス40に対して、ガラスフリットペースト(有機溶剤+ガラスフリット)をスクリーン印刷によって塗布し、約100℃で有機溶剤を乾燥した後、約500℃〜590℃で、約30分焼結して形成する。ガラスフリット36の厚さは、例えば、約5μm〜20μm程度である。また、ガラスフリット36と基板10とを接着するための樹脂36Uの厚さも、例えば、約5μm〜20μm程度である。
The
ガラスフリット36は、ディスペンサー塗布を用いることで、自由にパターンを描画可能であり、危険な薬品を使用することなく、封止ガラス40上に形成可能である。また、掘り込みガラス40Aに比べて相対的に薄いカバーガラス(封止ガラス40)を用いることで、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池のモジュールをより軽量化・薄層化することができる。
The
(動作原理)
有機薄膜太陽電池1Aの動作原理を説明する模式図は、図4に示すように表される。また、図4に示された有機薄膜太陽電池1Aの各種材料のエネルギーバンド構造は、図5に示すように表される。図4および図5を参照して、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1Aの原理的な構成と、その動作について説明する。
(Operating principle)
A schematic diagram illustrating the operating principle of the organic thin-film solar cell 1A is expressed as shown in FIG. Moreover, the energy band structure of the various materials of the organic thin film solar cell 1A shown in FIG. 4 is expressed as shown in FIG. With reference to FIG. 4 and FIG. 5, the fundamental structure and operation | movement of 1 A of organic thin-film solar cells which concern on embodiment are demonstrated.
図4の左図に示すように、有機薄膜太陽電池1Aは、基板10と、基板10上に配置された透明電極層11と、透明電極層11上に配置された正孔輸送層12と、正孔輸送層12上に配置されたバルクへテロ接合有機活性層14と、バルクへテロ接合有機活性層14上に配置された第2電極層16とを備える。第2電極層16は、例えば、アルミニウム(Al)で形成され、カソード電極層となる。
As shown in the left diagram of FIG. 4, the organic thin-film
ここで、バルクへテロ接合有機活性層14は、図4の右図に示すように、p型有機活性層領域とn型有機活性層領域が混在し、複雑なバルクへテロpn接合を形成している。ここで、p型有機活性層領域は、例えば、P3HT(poly(3-hexylthiophene-2,5diyl))で形成され、n型有機活性層領域は、例えば、PCBM(6,6-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)で形成されている。
Here, the bulk heterojunction organic
(a)まず、光を吸収すると、バルクへテロ接合有機活性層14内で、励起子が生成される。
(A) First, when light is absorbed, excitons are generated in the bulk heterojunction organic
(b)次に、励起子は、バルクへテロ接合有機活性層14内のpn接合界面において、自発分極によって、電子(e−)と正孔(h+)の自由キャリアに解離する。
(B) Next, excitons dissociate into free carriers of electrons (e−) and holes (h +) by spontaneous polarization at the pn junction interface in the bulk heterojunction organic
(c)次に、解離した正孔(h+)は、アノード電極となる透明電極層11に向けて走行し、解離した電子(e−)は、カソード電極層16に向けて走行する。
(C) Next, the dissociated holes (h +) travel toward the
(d)結果として、カソード電極層16・透明電極層11間には、逆方向電流が導通して、開放電圧Vocが発生し、有機薄膜太陽電池1Aが得られる。
(D) As a result, a reverse current is conducted between the
有機薄膜太陽電池1Aにおいて、正孔輸送層12に適用するPEDOT:PSSの内、PEDOTの化学構造式は、図6(a)に示すように表され、PSSの化学構造式は、図6(b)に示すように表される。
In PEDOT: PSS applied to the
有機薄膜太陽電池1Aにおいて、バルクヘテロ接合有機活性層14に適用されるP3HTの化学構造式は、図7(a)に示すように表され、バルクヘテロ接合有機活性層14に適用されるPCBMの化学構造式は、図7(b)に示すように表される。
In the organic thin film solar cell 1A, the chemical structural formula of P3HT applied to the bulk heterojunction organic
有機薄膜太陽電池1Aにおいて、真空蒸着で使用する材料の化学構造式の例は、以下の通りである。すなわち、フタロシアニン(Pc:Phthalocyanine)の例は、図8(a)に示すように表され、亜鉛フタロシアニン(ZnPc:Zinc- phthalocyanine)の例は、図8(b)に示すように表され、Me−Ptcdi(N,N’-dimethyl perylene-3,4,9,10-dicarboximide)の例は、図8(c)に示すように表され、フラーレン(C 60 :Buckminster fullerene)の例は、図8(d)に示すように表される。 In the organic thin film solar cell 1A, examples of chemical structural formulas of materials used in vacuum deposition are as follows. That is, an example of phthalocyanine (Pc) is represented as shown in FIG. 8A, and an example of zinc phthalocyanine (ZnPc: Zinc-phthalocyanine) is represented as shown in FIG. An example of -Ptcdi (N, N'-dimethyl perylene-3,4,9,10-dicarboximide) is represented as shown in FIG. 8C, and an example of fullerene (C 60 : Buckminster fullerene) is shown in FIG. It is expressed as shown in FIG.
有機薄膜太陽電池1Aにおいて、溶液プロセスで使用する材料の化学構造式の例は、以下の通りである。すなわち、MDMO-PPV(poly[2-methoxy-5-(3,7-dimethyl octyloxy)]-1,4-phenylene vinylene)の例は、図9(a)に示すように表される。PFB(poly (9,9’-dioctylfluorene-co-bis-N,N’-(4-butylphenyl)-bis-N,N’-phenyl-1,4-phenylenediamine)の例は、図9(b)に示すように表される。CN-MDMO-PPV (poly-[2-methoxy-5-(2’-ethylhexyloxy)-1,4-(1-cyanovinylene)-phenylene]) の例は、図9(c)に示すように表される。PFO-DBT (poly[2,7-(9,9-dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4,7’-di-2-thienyl-2’,1’,3’-benzothiadiazole)])の例は、図9(d)に示すように表される。 In the organic thin film solar cell 1A, examples of chemical structural formulas of materials used in the solution process are as follows. That is, an example of MDMO-PPV (poly [2-methoxy-5- (3,7-dimethyl octyloxy)]-1,4-phenylene vinylene) is represented as shown in FIG. An example of PFB (poly (9,9'-dioctylfluorene-co-bis-N, N '-(4-butylphenyl) -bis-N, N'-phenyl-1,4-phenylenediamine) is shown in FIG. 9 (b). An example of CN-MDMO-PPV (poly- [2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) -1,4- (1-cyanovinylene) -phenylene]) is shown in FIG. c) PFO-DBT (poly [2,7- (9,9-dioctyl-fluorene) -alt-5,5- (4,7'-di-2-thienyl-2 ') , 1 ′, 3′-benzothiadiazole)]) is represented as shown in FIG.
また、F8BT(poly(9,9’-dioctyl fluoreneco-benzothiadiazole))の例は、図9(e)に示すように表され、PCDTBT(poly[N-9’-hepta-decanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4’,7’-di-thienyl-2’1’,3’-b3nzothiadizaole)])の例は、図9(f)に示すように表される。 An example of F8BT (poly (9,9′-dioctyl fluoreneco-benzothiadiazole)) is represented as shown in FIG. 9 (e), and PCDTBT (poly [N-9′-hepta-decanyl-2,7- An example of carbazole-alt-5,5- (4 ′, 7′-di-thienyl-2′1 ′, 3′-b3nzothiadizaole)]) is represented as shown in FIG.
また、PC60BM (6,6-phenyl-C61-butyric acid methyl ester)の例は、図9(g)に示すように表され、PC70BM(6,6-phenyl-C71-butyric acid methyl ester)の例は、図9(h)に示すように表される。 An example of PC 60 BM (6,6-phenyl-C61-butyric acid methyl ester) is represented as shown in FIG. 9 (g), and PC 70 BM (6,6-phenyl-C71-butyric acid methyl ester). An example of ester) is represented as shown in FIG.
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1の積層構造部分は、図10に示すように、基板10と、基板10上に配置された透明電極層(第1電極層)11と、第1電極層11上に配置された正孔輸送層12と、正孔輸送層12上に配置されたバルクヘテロ接合有機活性層14と、バルクヘテロ接合有機活性層14上に配置されたカソード電極層(第2電極層)16とを備える。
As shown in FIG. 10, the laminated structure portion of the organic thin-film
また、実施の形態の変形例に係る有機薄膜太陽電池1の積層構造部分は、図11に示すように、第2電極層16の表面に配置された不動態膜24をさらに備える。ここで、不動態膜24は、第2電極層16の酸化膜で構成される。また、第2電極層16の酸化膜は、第2電極層16の表面を酸素プラズマ処理することによって、形成可能である。不動態膜24の厚さは、例えば、約10オングストローム〜約100オングストロームである。なお、図示は省略するが、不動態膜24上に配置されたパッシベーション膜を備えていても良い。このパッシベーション膜は、例えば、SiN膜若しくはSiON膜で構成可能である。
Moreover, the laminated structure part of the organic thin-film
第2電極層16は、Al、W、Mo、Mn、Mgの何れかの金属で構成されていても良い。第2電極層16をAlで形成する場合には、不動態膜24は、アルミナ(Al2O3)膜となる。
The
図11に示すように、第2電極層16の表面に不動態膜24を備える有機薄膜太陽電池1は、バルクヘテロ接合有機活性層14内に水分や酸素が侵入した場合であっても、第2電極層16がその水分・酸素によって酸化する事態を防止することができる。これにより、有機太陽電池の劣化を抑制することができ、耐久性を高めることができる。
As shown in FIG. 11, the organic thin-film
(製造方法)
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法の一工程であって、基板10上に透明電極層11を形成したITO基板を準備する工程は、図12(a)に示すように表され、透明電極層11をパターニング後、透明電極層11上に正孔輸送層12をパターン形成する工程は、図12(b)に示すように表され、正孔輸送層12上にバルクへテロ接合有機活性層14をパターン形成する工程は、図12(c)に示すように表され、バルクへテロ接合有機活性層14上に第2電極層16をパターン形成する工程は、図12(d)に示すように表される。
(Production method)
One step of the method of manufacturing the organic thin film solar cell according to the embodiment, the step of preparing the ITO substrate in which the
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法の一工程であって、封止ガラス40を準備する工程は、図13(a)に示すように表され、封止ガラス40上にガラスフリット36を形成する工程は、図13(b)に示すように表され、ガラスフリット36の先端部分に樹脂36Uを形成する工程は、図13(c)に示すように表される。
A step of preparing the sealing
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法の一工程であって、図12(d)に示された工程後のITO基板10と、図13(c)に示された工程後の封止ガラス40を対向させる工程は、図14(a)に示すように表され、図14(a)に示された工程後、ガラスフリット36とUV硬化樹脂36Uを介して、ITO基板10と封止ガラス40を接着し、封止する工程は、図14(b)に示すように表される。
It is 1 process of the manufacturing method of the organic thin film solar cell which concerns on embodiment, Comprising: The
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1の製造方法は、図12〜図14に示すように、基板10を準備する工程と、基板10上に第1電極層11を形成する工程と、第1電極層11上に正孔輸送層12を形成する工程と、正孔輸送層12上にバルクヘテロ接合有機活性層14を形成する工程と、バルクヘテロ接合有機活性層14上に第2電極層16を形成する工程と、封止ガラス40上にガラスフリット36を形成する工程と、ガラスフリット36の先端部分に樹脂36Uを形成する工程と、封止ガラス40および基板10を対向させ、ガラスフリット36と樹脂36Uによって、第1電極層11、正孔輸送層12、バルクへテロ接合有機活性層14、および第2電極層16からなる積層構造を封止する工程とを有する。
As shown in FIGS. 12 to 14, the method for manufacturing the organic thin-film
図12〜図14を参照して、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法について説明する。 With reference to FIGS. 12-14, the manufacturing method of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment is demonstrated.
(a)まず、図12(a)に示すように、基板10上に、例えば、ITOからなる透明電極層11を形成する。
(A) First, as shown in FIG. 12A, a
(b)次に、図12(b)に示すように、透明電極層11をパターニング後、透明電極層11上に正孔輸送層12をパターン形成する。透明電極層11のパターニングには、ウエットエッチング技術、酸素プラズマエッチング技術、レーザパターニング技術、ナノインプリント技術などを適用可能である。正孔輸送層12の形成には、スピンコート技術、スプレー技術、スクリーン印刷技術などを適用可能である。ここで、正孔輸送層12の形成工程では、例えば、PEDOT:PSSをスピンコートによって形成し、水分除去のために、アニ−ルを120℃で約10分間行うと良い。
(B) Next, as shown in FIG. 12B, after patterning the
(c)次に、図12(c)に示すように、正孔輸送層12上に、発電層となるバルクヘテロ接合有機活性層14を形成する。バルクヘテロ接合有機活性層14の形成工程においては、例えば、P3HTをスピンコートによって形成する。また、バルクへテロ接合有機活性層14の形成においては、インクジェット法を用いてフィルム状に形成した後、有機溶剤を乾燥させるために、約100℃〜120℃で約10分〜30分加熱する。
(C) Next, as shown in FIG. 12C, a bulk heterojunction organic
(d)次に、図12(d)に示すように、バルクヘテロ接合有機活性層14上に、カソード電極層16を形成する。カソード電極層16の形成には、例えばAl、W、Mo、Mn、Mgなどの金属層を真空加熱蒸着法により形成可能である。また、スクリーン印刷技術を適用しても良い。
(D) Next, as shown in FIG. 12D, the
(e)次に、図13(a)に示すように、封止ガラス40を準備する。封止ガラス40としては、例えば、厚さ約0.1mm〜0.2mm程度の無アルカリ強化ガラスを適用可能である。
(E) Next, as shown in FIG. 13A, a sealing
(f)次に、図13(b)に示すように、封止ガラス40上にガラスフリット36を形成する。ガラスフリット36は、封止ガラス40に対して、ガラスフリットペースト(有機溶剤+ガラスフリット)をスクリーン印刷によって塗布し、約100℃で有機溶剤を乾燥した後、約500℃〜590℃で、約30分焼結して形成する。ガラスフリット36の厚さは、例えば、約5μm〜20μm程度である。ガラスフリット36は、ディスペンサー塗布を用いることで、自由にパターンを描画可能であり、危険な薬品を使用することなく、封止ガラス40上に形成可能である。
(F) Next, as shown in FIG. 13B, a
(g)次に、図13(c)に示すように、ガラスフリット36と基板10とを接着するための樹脂36Uをガラスフリット36の先端部分に形成する。樹脂36Uの厚さも、例えば、約5μm〜20μm程度である。また、樹脂36Uは、紫外線硬化樹脂で形成されていても良い。また、樹脂36Uは、熱硬化樹脂で形成されていても良い。但し、熱硬化の温度は、正孔輸送層12、バルクへテロ接合有機活性層14を損傷しない程度の温度、例えば、約100℃〜約120℃以下であることが望ましい。
(G) Next, as shown in FIG. 13C, a
(h)次に、図14(a)に示すように、図12(d)に示された工程後のITO基板10と、図13(c)に示された工程後の封止ガラス40を対向させる。
(H) Next, as shown in FIG. 14A, the
(i)次に、図14(b)に示すように、封止ガラス(カバーガラス)40およびガラスフリット36・樹脂36Uによって素子全体を封止する。樹脂36Uによって、ガラスフリット36と透明電極層(ITO)11とを接着する。なお、封止工程は、大気中の水分や酸素による劣化を防ぐために、窒素雰囲気中で行うと良い。
(I) Next, as shown in FIG. 14B, the entire device is sealed with a sealing glass (cover glass) 40, a
以上の工程により、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1を得ることができる。
Through the above steps, the organic thin-film
なお、第2電極層16の表面に酸化膜(不動態膜)24を形成しても良い。また、不動態膜24は、第2電極層16を酸素プラズマ処理することによって形成することができる。酸素プラズマにより、余分な有機層を除去するとともに、アルミニウムの再表面に対して酸化被膜処理を行う。なお、アルミニウム表面上に、パッシベーション膜として、シリコン窒化膜などを化学的気相堆積法(CVD:Chemical Vapor Deposition)で形成しても良い。シリコン窒化膜の厚さ、例えば、約0.5μm〜1.5μm程度である。内部の素子をシリコン窒化膜で被服保護することで、さらに耐久性を向上可能である。
An oxide film (passive film) 24 may be formed on the surface of the
また、封止ガラス40の内壁面にゲッタリング用シート乾燥剤38GUを設け、水分や酸素による影響をより一層排除するようにしても良い。封止部周辺に樹脂乾燥剤や酸素ゲッターを塗布・形成することで、さらに高い耐久性を確保することができる。
Further, a gettering sheet desiccant 38GU may be provided on the inner wall surface of the sealing
真空蒸着法によって、アルミニウムを形成した後、内部N2若しくは真空減圧化で、UV照射によって、UV硬化樹脂36Uを硬化させる場合、UV照射は、封止ガラス40側から実施すると良い。UV照射に対して、アルミニウムは反射層となるため、素子部を保護可能となるためである。
By vacuum evaporation after forming the aluminum inside the N 2 or vacuum depressurization, by UV irradiation, when curing the UV
(封止部の構成例)
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池における封止部は、図15(a)に示すように、ガラスフリット36がUV硬化樹脂36Uで被覆された構成を備えていても良い。さらに、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池における封止部は、図15(b)に示すように、ガラスフリット36がUV硬化樹脂36Uで被覆され、かつUV硬化樹脂36Uと基板10との接触面積を、図15(a)の構成に比べ、増大させた構成を備えていても良い。
(Configuration example of sealing part)
The sealing part in the organic thin-film solar cell according to the embodiment may have a configuration in which a
また、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池における封止部は、図16に示すように、多孔質性のガラスフリット36PがUV硬化樹脂36Uで被覆された構成を備えていても良い。すなわち、ガラスフリットには、多孔質のものを用いても良い。多孔質性のガラスフリット36Pを適用する場合には、ガラスフリット36P内部に樹脂36Uが浸み込み、“アンカー効果”が働くため、より強固な接着を実現可能である。
Moreover, the sealing part in the organic thin film solar cell according to the embodiment may have a configuration in which a
また、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池におけるガラスフリット36は、楔形形状、テーパー形状、もしくは封止ガラス40から離れるに従って断面積が小さくなる紡錘形のテーパー形状を有していても良い。
Further, the
また、ガラスフリット36は、複数本形成されていても良い。
A plurality of
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の封止部であって、2本形成されるガラスフリット36が楔形形状を有する構成例は、図17(a)に示すように表される。また、2本形成されるガラスフリット36がテーパー形状を有する構成例は、図17(b)に示すように表される。また、2本形成されるガラスフリット36の断面形状が、封止ガラス40から離れるに従って断面積が小さくなる紡錘形のテーパー形状を有する構成例は、図17(c)に示すように表される。
A configuration example of the sealing portion of the organic thin-film solar cell according to the embodiment, in which two formed glass frits 36 have a wedge shape, is expressed as shown in FIG. Moreover, the structural example in which the two
また、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の封止部であって、2本形成されるガラスフリット36が楔形形状を有し、かつUV硬化樹脂36Uで被覆された構成例は、図18(a)に示すように表される。また、2本形成されるガラスフリット36がテーパー形状を有し、かつUV硬化樹脂36Uで被覆された構成例は、図18(b)に示すように表される。また、2本形成されるガラスフリット36の断面形状が、封止ガラス40から離れるに従って断面積が小さくなる紡錘形のテーパー形状を有し、かつUV硬化樹脂36で被覆された構成例は、図18(c)に示すように表される。
Further, a configuration example of the sealing portion of the organic thin film solar cell according to the embodiment, in which two formed glass frits 36 have a wedge shape and are covered with a UV
(製造方法)
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法の一工程であって、基板10上に透明電極層11を形成した状態を示す模式的平面パターン構成は、図19(a)に示すように表され、図19(a)のI−I線に沿う模式的断面構造は、図19(b)に示すように表される。
(Production method)
A schematic planar pattern configuration showing a state in which the
また、透明電極層11上に正孔輸送層12を製膜した状態を示す模式的平面パターン構成は、図20(a)に示すように表され、図20(a)のII−II線に沿う模式的断面構造は、図20(b)に示すように表される。
Moreover, the schematic plane pattern structure which shows the state which formed the positive
また、正孔輸送層12上にバルクへテロ接合有機活性層14を製膜した状態を示す模式的平面パターン構成は、図21(a)に示すように表され、図21(a)のIII−III線に沿う模式的断面構造は、図21(b)に示すように表される。
Further, a schematic planar pattern configuration showing a state in which the bulk heterojunction organic
また、バルクへテロ接合有機活性層14上に第2電極層16を形成した状態を示す模式的平面パターン構成は、図22(a)に示すように表され、図22(a)のIV−IV線に沿う模式的断面構造は、図22(b)に示すように表される。
Further, a schematic planar pattern configuration showing a state in which the
また、酸素プラズマ処理によって、正孔輸送層12、バルクへテロ接合有機活性層14の内、パターン上において、余分な有機層をエッチングすると共に、第2電極層16の表面に不動態膜(酸化膜)24を形成した状態を示す模式的平面パターン構成は、図23(a)に示すように表され、図23(a)のV−V線に沿う模式的断面構造は、図23(b)に示すように表される。
In addition, by oxygen plasma treatment, an excess organic layer is etched on the pattern in the
また、封止ガラス40・ガラスフリット36およびUV硬化樹脂36Uで封止した状態を示す模式的平面パターン構成は、図24(a)に示すように表され、図24(a)のVI−VI線に沿う模式的断面構造は、図24(b)に示すように表される。
Moreover, the schematic plane pattern structure which shows the state sealed with the sealing
図19〜図24を参照して、複数個(図の例では3個)直列に配置された実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法について説明する。 With reference to FIGS. 19-24, the manufacturing method of the organic thin-film solar cell based on Embodiment arrange | positioned in series (three in the example of a figure) is demonstrated.
(a)まず、純水、アセトン、エタノールで洗浄したガラス基板10(例えば、長さ約50mm×幅約50mm×厚さ約10.4mm)をICPエッチャ−に入れ、O2プラズマにより、表面の付着物を取り除く(ガラス基板表面処理)。なお、基板10をガラス基板で形成し、有機活性層へ光を効率的に誘導するために、ガラス表面に反射防止処理を実施しても良い。
(A) First, a glass substrate 10 (for example, length of about 50 mm × width of about 50 mm × thickness of about 10.4 mm) washed with pure water, acetone, and ethanol is placed in an ICP etcher, and the surface of the
(b)次に、図19に示すように、ガラス基板10上に、例えば、ITOからなる透明電極層11を形成する。図19に示すように、透明電極層11は溝部を挟んだストライプパターンで複数形成される。溝部の形成には、酸素プラズマエッチング技術、レーザパターニング技術、ナノインプリント技術などを適用することができる。
(B) Next, as shown in FIG. 19, the
(c)次に、図20に示すように、各透明電極層11上に、正孔輸送層12を形成する。正孔輸送層12の形成には、スピンコート技術、スプレー技術、スクリーン印刷技術などを適用することができる。ここで、正孔輸送層12の形成工程では、例えば、PEDOT:PSSをスピンコートによって製膜を行い、水分除去のために、アニ−ルを120℃で約10分間行う。溝部の形成には、酸素プラズマエッチング技術、レーザパターニング技術、ナノインプリント技術などを適用することができる。
(C) Next, as shown in FIG. 20, the
(d)次に、図21に示すように、各正孔輸送層12上に、バルクヘテロ接合有機活性層14を形成する。バルクヘテロ接合有機活性層14の形成工程においては、例えば、P3HTをスピンコートによって製膜を行う。
(D) Next, as shown in FIG. 21, a bulk heterojunction organic
(e)次に、図22に示すように、各バルクヘテロ接合有機活性層14上に、カソード電極層16を形成する。カソード電極層16の形成には、例えばAl、W、Mo、Mn、Mgなどの金属層を真空加熱蒸着法により堆積することによって行われる。真空加熱蒸着法の代わりに、スクリーン印刷技術を適用しても良い。
(E) Next, as shown in FIG. 22, the
(f)次に、図23に示すように、バルクヘテロ接合有機活性層14および正孔輸送層12をエッチング処理した後、カソード電極層16の表面に酸化膜(不動態膜)24を形成する。バルクヘテロ接合有機活性層14および正孔輸送層12をエッチング処理することによって、各セルを分離することができる。また、不動態膜24は、第2電極層16を酸素プラズマ処理することによって形成することができる。不動態膜24の形成は、例えば、高密度プラズマエッチング装置を用いて行うことができる。なお、第2電極層16を酸素プラズマ処理することによって不動態膜24を形成すると同時に、バルクヘテロ接合有機活性層14および正孔輸送層12をエッチング処理することも可能である。
(F) Next, as shown in FIG. 23, after the bulk heterojunction organic
(g)次に、図24に示すように、封止ガラス(カバーガラス)40およびガラスフリット36・UV硬化樹脂36Uによって素子全体を封止する。UV硬化樹脂36Uによって、ガラスフリット36と透明電極層(ITO)11とを接着する。なお、封止工程は、大気中の水分や酸素による劣化を防ぐために、窒素雰囲気中で行うと良い。また、封止ガラス40の内壁面にゲッタリング用シート乾燥剤38GUを設け、水分や酸素による影響をより一層排除するようにしても良い。
(G) Next, as shown in FIG. 24, the entire device is sealed with a sealing glass (cover glass) 40 and a
以上の工程により、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1を得ることができる。
Through the above steps, the organic thin-film
(封止ガラスが撓んだ状態)
図24に示された構造において、封止ガラス40が撓んだ状態を示す模式的断面構造例は、図25に示すように表される。封止ガラス40に撓みが発生した場合、有機薄膜太陽電池を構成するセルが押しつぶされ、アノード電極層11・カソード電極層16間に短絡状態が発生する可能性がある。
(The state where the sealing glass is bent)
In the structure shown in FIG. 24, a schematic cross-sectional structure example showing a state in which the sealing
(ガラス支持台)
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池のモジュールを作製後に外部からの圧力でカバーガラス40若しくは基板10が撓み、カバーガラス40が内部の素子に接触し、破損することがないように、ガラス支持台18を設けても良い。ガラス支持台18は、ガラスフリット36と同様に形成可能である。
(Glass support stand)
A glass support base is provided so that the
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池であって、封止ガラス40の内側に、ガラス支持台18を備え、封止ガラス40の撓みを抑制可能な構成例1は、図26(a)に示すように表される。また、別の構成例2は、図26(b)に示すように表される。
FIG. 26A illustrates an organic thin-film solar cell according to the embodiment, which includes the
さらに、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池であって、封止ガラス40の内側に、ガラス支持台18を備え、封止ガラス40の撓みを抑制可能な構成例3は、図27(a)に示すように表され、別の構成例4は、図27(b)に示すように表される。
Furthermore, it is the organic thin film solar cell which concerns on embodiment, Comprising: The structural example 3 which can provide the glass support stand 18 inside the sealing
ガラス支持台18は、図26(a)に示すように、第2電極層16に接して配置されていても良い。
The
また、ガラス支持台18は、図26(b)、図27(a)および図27(b)に示すように、隣接するセル間の第1電極層11Bに接して配置されていても良い。第1電極層11Aは、隣接するセルの左側のセルの透明電極層を表し、第1電極層11Bは、隣接するセルの右側のセルの透明電極層を表す。
Moreover, the
このように、ガラス支持台18は、複数個配置されたセル間に配置されていても良い。
Thus, the
また、ガラス支持台18は、基板10の表面上にドットパターン、若しくはストライプパターンなどを有するように形成可能である。
The
(ゲッタリングシート)
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池であって、封止ガラス40の内側および封止ガラス40とITO基板10との間のスペースに酸素(O2)のゲッタリング用シート乾燥剤38GU・38GSを配置した模式的断面構造は、図28に示すように表される。
(Gettering sheet)
In the organic thin-film solar cell according to the embodiment, a sheet desiccant for oxygen (O 2 ) gettering 38 GU and 38 GS is provided inside the sealing
ゲッタリング用シート乾燥剤38GU・38GSは、基板10と封止ガラス40で封止された内部に配置される。
The gettering sheet desiccant 38GU / 38GS is disposed inside the
また、ゲッタリング用シート乾燥剤38GUは、封止ガラス40の基板10と対向する内壁面に配置可能である。
Further, the gettering sheet desiccant 38GU can be disposed on the inner wall surface of the sealing
また、ゲッタリング用シート乾燥剤38GSは、基板10と封止ガラス40で封止された内部の基板10上に配置可能である。
Further, the gettering sheet desiccant 38GS can be disposed on the
(直列配置構成)
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1において、セルを7個直列接続した模式的平面パターン構成は、図29に示すように表される。また、図29のVII−VII線に沿う模式的断面構造は、図30(a)に示すように表され、図30(a)に対応する等価回路構成は、図30(b)に示すように表される。
(Series arrangement configuration)
In the organic thin film
各セルは、基板10と、基板10上に配置されたアノード電極層11と、アノード電極層11上に配置された正孔輸送層12と、正孔輸送層12上に配置されたバルクヘテロ接合有機活性層14と、バルクヘテロ接合有機活性層14上に配置されたカソード電極層16とを備える。さらに7個のセル全体が、封止ガラス40・ガラスフリット36・UV硬化樹脂36Uによって、中空封止されている。封止ガラス40の内壁面には、ゲッタリング用シート乾燥剤38GUが配置されている。なお、図示は省略するが、カソード電極層16の表面には、不動態膜が形成されている。
Each cell includes a
図30(a)から明らかなように、アノード電極層11(A1)は、アノード端子Aに接続され、カソード電極層16(K1)は、アノード電極層11(A2)とセル周辺部において接続され、同様に、カソード電極層16(K2)は、アノード電極層11(A3)とセル周辺部において接続され、…、カソード電極層16(K6)は、アノード電極層11(A7)とセル周辺部において接続され、カソード電極層16(K7)は、第1電極層11(K1)とセル周辺部において接続され、第1電極層11(K1)はカソード端子Kに接続されている。 As is clear from FIG. 30A, the anode electrode layer 11 (A1) is connected to the anode terminal A, and the cathode electrode layer 16 (K1) is connected to the anode electrode layer 11 (A2) at the cell periphery. Similarly, the cathode electrode layer 16 (K2) is connected to the anode electrode layer 11 (A3) at the cell periphery, and the cathode electrode layer 16 (K6) is connected to the anode electrode layer 11 (A7) and the cell periphery. The cathode electrode layer 16 (K7) is connected to the first electrode layer 11 (K1) at the cell periphery, and the first electrode layer 11 (K1) is connected to the cathode terminal K.
結果として、有機薄膜太陽電池のセルを7個直列接続した構造が得られる。 As a result, a structure in which seven organic thin film solar cells are connected in series is obtained.
このようにセルを複数個直列接続することによって、各セルに発生する起電力の総和としての高い開放電圧Vocを得ることができる。 Thus, by connecting a plurality of cells in series, a high open circuit voltage Voc as the sum of electromotive forces generated in each cell can be obtained.
また、封止ガラス40の基板10と対向する内壁面に撓み防止用のガラス支持台を備えていても良い。ガラス支持台は、第2電極層に接して配置されていても良く、第1電極層に接して配置されていても良い。ガラス支持台は、複数個配置されたセル間に配置されていても良い。
Further, a glass support for preventing bending may be provided on the inner wall surface of the sealing
(有機薄膜太陽電池の作成手順)
図29に示すフローチャートに基づいて、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1の作成手順について説明する。
(Procedure for making organic thin-film solar cells)
Based on the flowchart shown in FIG. 29, the preparation procedure of the organic thin-film
(a)ステップS1では、基板10上に、PEDOT:PSSを塗布する。例えば、0.45μmPTFEメンブレンフィルターでPEDOT:PSS水溶液を濾過し、溶け残りや不純物を取り除き、PEDOT:PSS水溶液をITO基板10上に塗布し、スピンコート(例えば、4000rpm,30sec)する。
(A) In step S <b> 1, PEDOT: PSS is applied on the
(b)ステップS2では、PEDOT:PSSを焼結する。即ち、製膜後、水分除去のために120℃、10分間加熱処理をする。なお、基板10全体に熱が伝わるように予めホットプレートで温めておいたシャーレを被せると良い。
(B) In step S2, PEDOT: PSS is sintered. That is, after film formation, heat treatment is performed at 120 ° C. for 10 minutes to remove moisture. In addition, it is good to cover the petri dish previously warmed with the hot plate so that heat may be transmitted to the
(c)ステップS3では、P3HT:PCBMを塗布する。具体的には、例えば、ジクロロベンゼン(o-dichlorobenzen)にP3HT16mgとPCBM16mgを溶解させる。溶液は、窒素雰囲気中の50℃で一晩攪拌を行った後に、50℃で1分間超音波処理を行う。溶液は窒素置換されたグローブボックス(<1ppmO2、H2O)内で洗浄処理したITO基板10上にスピンコートを行う。回転数は例えば550rpm・60secの後に2000rpm・1secである。
(C) In step S3, P3HT: PCBM is applied. Specifically, for example, 16 mg of P3HT and 16 mg of PCBM are dissolved in dichlorobenzene (o-dichlorobenzen). The solution is stirred overnight at 50 ° C. in a nitrogen atmosphere and then sonicated at 50 ° C. for 1 minute. The solution is spin-coated on the
(d)ステップS4では、プレアニールを行う。即ち、ステップS3の塗布の後、120℃で10分間加熱を行う。なお、基板10全体に熱が伝わるように予めホットプレートで温めておいたシャーレを被せると良い。
(D) In step S4, pre-annealing is performed. That is, after the application in step S3, heating is performed at 120 ° C. for 10 minutes. In addition, it is good to cover the petri dish previously warmed with the hot plate so that heat may be transmitted to the
(e)ステップS5では、LiF真空蒸着を行う。具体的には、LiF(純度:99.98%)は、真空度:1.1×10−6torr・蒸着レートが0.1Å/secで真空加熱蒸着を行う。 (E) In step S5, LiF vacuum deposition is performed. Specifically, LiF (purity: 99.98%) is subjected to vacuum heating vapor deposition at a degree of vacuum of 1.1 × 10 −6 torr / deposition rate of 0.1 kg / sec.
(f)ステップS6では、Al真空蒸着を行って第2電極層16を形成する。具体的には、Al(純度:99.999%)は、真空度:1.1×10−6torrで蒸着レートが〜2Å/secで真空加熱蒸着を行う。
(F) In step S6, the
(g)ステップS7では、第2電極層16について、電極酸化被膜処理を行う。具体的には、高密度プラズマエッチング装置を用いて酸素プラズマにより第2電極層16表面を酸化し、酸化膜24を形成する。
(G) In step S7, an electrode oxide film treatment is performed on the
(h)ステップS8では、封止を行う。具体的には、ガラスフリットを形成した封止ガラスを用い、ガラスフリットの先端部分にUV硬化樹脂を形成し、基板と対向させて、UVオーブンで例えば、約10分間露光を行い素子を完全に封止する。 (H) In step S8, sealing is performed. Specifically, using a sealing glass on which a glass frit is formed, a UV curable resin is formed on the tip of the glass frit, facing the substrate, and exposed for about 10 minutes in a UV oven, for example. Seal.
(量産化工程)
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池は、図32〜図36に示すように、複数のセルをマトリックス状に配置し、量産化工程によって製造することもできる。
(Mass production process)
As shown in FIGS. 32 to 36, the organic thin-film solar cell according to the embodiment can be manufactured by arranging a plurality of cells in a matrix and performing a mass production process.
以下、図32〜図36を参照して説明する。 Hereinafter, a description will be given with reference to FIGS.
(a)まず、純水、アセトン、エタノールで洗浄したガラス基板10をICPエッチャ−に入れ、O2プラズマにより、表面の付着物を取り除く(ガラス基板表面処理)。なお、有機活性層へ光を効率的に誘導するために、ガラス基板10の表面に反射防止処理を実施しても良い。
(A) First, a
(b)次に、図32に示すように、基板10上に、例えば、ITOからなる透明電極層11を形成する。図32に示す例では、透明電極層11は隙間を挟んだ2本のストライプパターンで形成される。隙間の形成には、酸素プラズマエッチング技術、レーザパターニング技術、ナノインプリント技術などを適用することができる。
(B) Next, as shown in FIG. 32, the
(c)次に、図33に示すように、基板10および透明電極層11上に、正孔輸送層12を形成する。正孔輸送層12の形成には、スピンコート技術、スプレー技術、スクリーン印刷技術などを適用することができる。ここで、正孔輸送層12の形成工程では、例えば、PEDOT:PSSをスピンコートによって製膜を行い、水分除去のために、アニ−ルを120℃で約10分間行う。
(C) Next, as shown in FIG. 33, the
(d)次に、図34に示すように、正孔輸送層12上に、バルクヘテロ接合有機活性層14を形成する。バルクヘテロ接合有機活性層14の形成工程においては、例えば、P3HT:PCBMをスピンコートによって製膜を行う。バルクヘテロ接合有機活性層14の厚さは、例えば、約100nm〜約200nmである。
(D) Next, as shown in FIG. 34, a bulk heterojunction organic
(e)次に、図35に示すように、バルクへテロ接合有機活性層14上に、2本のストライプパターンのカソード電極層16を透明電極層11と直交させて形成する。
(E) Next, as shown in FIG. 35, two stripe pattern cathode electrode layers 16 are formed on the bulk heterojunction organic
カソード電極層16の形成には、例えばAl、W、Mo、Mn、Mgなどを真空加熱蒸着法により堆積することによって行われる。真空加熱蒸着法の代わりに、スクリーン印刷技術を適用しても良い。
The
(f)次に、図示は省略するが、カソード電極層16の表面に酸化膜(不動態膜)を形成する。不動態膜は、カソード電極層16を酸素プラズマに暴露させて形成することができる。酸素プラズマによる酸化膜の形成は、例えば、プラズマエッチング装置を用いて行うことができる。
(F) Next, although not shown, an oxide film (passive film) is formed on the surface of the
(g)次に、封止ガラス(カバーガラス)およびガラスフリットによって素子全体を封止する。なお、封止工程は、大気中の水分や酸素による劣化を防ぐために、窒素雰囲気中若しくは真空減圧下で行うと良い。 (G) Next, the entire device is sealed with sealing glass (cover glass) and glass frit. Note that the sealing step is preferably performed in a nitrogen atmosphere or under vacuum under reduced pressure in order to prevent deterioration due to moisture or oxygen in the air.
以上の工程により、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1を量産化することができる。
The organic thin-film
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、複数のセルCijをマトリックス状に配置した模式的平面パターン構成例は、図36に示すように表される。アノード電極層11で形成されるアノード電極パターン…,Aj, Aj+1,…と、アノード電極パターン…, Aj, Aj+1,…と直交し、カソード電極層16で形成されるカソード電極パターン…,Ki-1, Ki, Ki+1,…の交差部にセル…Cij…が配置されている。アノード電極パターン…, Aj, Aj+1,…と、カソード電極パターン…, Ki-1, Ki, Ki+1,…を選択することによって、交差部に配置されたセル…Cij…の特性をそれぞれ別個に測定することもできる。
In the organic thin-film solar cell according to the embodiment, a schematic planar pattern configuration example in which a plurality of cells C ij are arranged in a matrix is expressed as shown in FIG. An anode electrode pattern formed by the
(スピンコート法)
実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造方法において、正孔輸送層12およびバルクへテロ接合有機活性層14を形成する際のスピンコート法を示す概略は図37(a)に示すように表され、形成された正孔輸送層12およびバルクへテロ接合有機活性層14の例を示す模式的鳥瞰構成は、図37(b)に示すように表される。
(Spin coating method)
In the method for manufacturing an organic thin film solar cell according to the embodiment, an outline showing a spin coating method when forming the
例えば、実施の形態に係る有機薄膜太陽電池1において、比較的小面積の素子を作成する場合には、図37(a)に示すようなスピンコート法を適用することができる。
For example, in the organic thin film
即ち、図37(a)に示すように、モータ等の駆動源に接続される高速回転可能なスピンドル62と、スピンドル62に固設され基板10を載置するテーブル63とを備えるスピンコーターが用いられる。
That is, as shown in FIG. 37A, a spin coater including a
そして、テーブル63上に基板10を載置し、モータ等の駆動源を稼働させてテーブル63を例えば2000〜4000rpmで矢印A、B方向に高速回転させる。次いで、スポイト60を用いて、正孔輸送層12やバルクへテロ接合有機活性層14を形成する溶液の液滴64を落下させる。これにより、液滴64は遠心力により基板10上に均一な厚さの正孔輸送層12およびバルクへテロ接合有機活性層14(図37(b)参照)を形成することができる。
Then, the
以上説明したように、本実施の形態によれば、安価で耐久性が向上し、かつ軽量化・薄層化可能な有機薄膜太陽電池およびその製造方法を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide an organic thin-film solar cell that is inexpensive, has improved durability, and can be reduced in weight and thickness, and a method for manufacturing the same.
[その他の実施の形態]
上記のように、実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面は例示的なものであり、この発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
[Other embodiments]
As described above, the embodiments have been described. However, it should be understood that the descriptions and drawings constituting a part of this disclosure are illustrative and do not limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含む。 As described above, the present invention includes various embodiments not described herein.
本発明の有機薄膜太陽電池は、安価で耐久性が向上し、かつ軽量化・薄層化可能であることから、太陽光発電パネル、モバイル機器用充電装置や太陽エネルギーシステムなど幅広い分野に適用可能である。 The organic thin-film solar cell of the present invention is inexpensive, has improved durability, and can be reduced in weight and thickness. It is.
1、1A、1B…有機薄膜太陽電池
10…基板(ITO基板)
11、11A、11B…第1電極層(アノード電極層、透明電極層)
12…正孔輸送層
14…バルクヘテロ接合有機活性層
16…第2電極層(カソード電極層)
24…不動態膜(酸化膜)
36、36P…ガラスフリット
36U…樹脂(熱硬化性樹脂、UV硬化樹脂)
38GU、38GS…ゲッタリング用シート乾燥剤
40…封止層(封止ガラス、ガラスプレート、カバーガラス)
60…スポイト
62…スピンドル
63…テーブル
64…液滴
1, 1A, 1B ... Organic thin film
11, 11A, 11B ... 1st electrode layer (anode electrode layer, transparent electrode layer)
12 ...
24 ... Passive film (oxide film)
36, 36P:
38 GU, 38 GS: sheet desiccant for gettering 40: sealing layer (sealing glass, glass plate, cover glass)
60 ...
Claims (33)
前記基板上に配置された第1電極層と、
前記第1電極層上に配置された正孔輸送層と、
前記正孔輸送層上に配置されたバルクへテロ接合有機活性層と、
前記バルクへテロ接合有機活性層上に配置された第2電極層と、
前記基板と対向し、前記第1電極層、前記正孔輸送層、前記バルクへテロ接合有機活性層、および前記第2電極層からなる積層構造を封止する封止ガラスと、
前記封止ガラスと前記基板との間に配置され、前記積層構造を封止するガラスフリットと
を備えることを特徴とする有機薄膜太陽電池。 A substrate,
A first electrode layer disposed on the substrate;
A hole transport layer disposed on the first electrode layer;
A bulk heterojunction organic active layer disposed on the hole transport layer;
A second electrode layer disposed on the bulk heterojunction organic active layer;
A sealing glass that faces the substrate and seals a laminated structure including the first electrode layer, the hole transport layer, the bulk heterojunction organic active layer, and the second electrode layer;
An organic thin-film solar cell, comprising: a glass frit disposed between the sealing glass and the substrate and sealing the laminated structure.
前記第1電極層上に正孔輸送層を形成する工程と、
前記正孔輸送層上にバルクへテロ接合有機活性層を形成する工程と、
前記バルクへテロ接合有機活性層上に第2電極層を形成する工程と、
封止ガラス上にガラスフリットを形成する工程と、
前記ガラスフリットの先端部分に樹脂を形成する工程と、
前記封止ガラスおよび前記基板を対向させ、前記ガラスフリットと前記樹脂によって、前記第1電極層、前記正孔輸送層、前記バルクへテロ接合有機活性層、および前記第2電極層からなる積層構造を封止する工程と
を有することを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法。 Forming a first electrode on a substrate;
Forming a hole transport layer on the first electrode layer;
Forming a bulk heterojunction organic active layer on the hole transport layer;
Forming a second electrode layer on the bulk heterojunction organic active layer;
Forming a glass frit on the sealing glass;
Forming a resin on the tip of the glass frit;
A laminated structure comprising the first electrode layer, the hole transport layer, the bulk heterojunction organic active layer, and the second electrode layer, wherein the sealing glass and the substrate are opposed to each other, and the glass frit and the resin are used. A method for producing an organic thin-film solar cell, comprising:
27. The method of manufacturing an organic thin film solar cell according to claim 26, wherein the glass frit contains zinc-based glass as a main component.
前記バルクへテロ接合有機活性層上に金属を蒸着して形成する工程を有することを特徴とする請求項24〜30のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。 The step of forming the second electrode layer includes:
The method for producing an organic thin-film solar cell according to any one of claims 24 to 30, further comprising a step of vapor-depositing and forming a metal on the bulk heterojunction organic active layer.
前記第2電極層を酸素プラズマ処理する工程を有することを特徴とする請求項32に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。 The step of forming the passive film comprises
The method of manufacturing an organic thin-film solar cell according to claim 32, further comprising a step of performing oxygen plasma treatment on the second electrode layer.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018521508A (en) * | 2016-03-28 | 2018-08-02 | エルジー・ケム・リミテッド | Organic solar cell module and manufacturing method thereof |
WO2020110511A1 (en) * | 2018-11-26 | 2020-06-04 | 東レ株式会社 | Organic solar cell module, method for manufacturing same, electronic device, optical sensor, and imaging device |
CN116528603A (en) * | 2023-05-31 | 2023-08-01 | 广州追光科技有限公司 | Organic solar cell and preparation method thereof |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060049396A1 (en) * | 2004-09-09 | 2006-03-09 | Karl Pichler | Sealing of electronic device using absorbing layer for glue line |
JP2007511102A (en) * | 2003-11-12 | 2007-04-26 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | Method for adhering getter material to a surface used in an electronic device |
JP2009099805A (en) * | 2007-10-17 | 2009-05-07 | Komatsu Seiren Co Ltd | Hot-melt type member for organic thin-film solar cell and sealing panel for organic thin-film solar cell element housing |
JP2011108651A (en) * | 2009-11-17 | 2011-06-02 | Fraunhofer Ges Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev | Organic photoelectric device |
WO2012090943A1 (en) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | 旭硝子株式会社 | Glass member with sealing material layer, electronic device using same and method for producing same |
JP2012533853A (en) * | 2009-07-15 | 2012-12-27 | コーニング インコーポレイテッド | Method for sealing a photonic device |
JP2013115084A (en) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Rohm Co Ltd | Organic thin-film solar cell and method for manufacturing the same |
-
2013
- 2013-03-07 JP JP2013044933A patent/JP2014175380A/en active Pending
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007511102A (en) * | 2003-11-12 | 2007-04-26 | イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー | Method for adhering getter material to a surface used in an electronic device |
US20060049396A1 (en) * | 2004-09-09 | 2006-03-09 | Karl Pichler | Sealing of electronic device using absorbing layer for glue line |
JP2009099805A (en) * | 2007-10-17 | 2009-05-07 | Komatsu Seiren Co Ltd | Hot-melt type member for organic thin-film solar cell and sealing panel for organic thin-film solar cell element housing |
JP2012533853A (en) * | 2009-07-15 | 2012-12-27 | コーニング インコーポレイテッド | Method for sealing a photonic device |
JP2011108651A (en) * | 2009-11-17 | 2011-06-02 | Fraunhofer Ges Zur Foerderung Der Angewandten Forschung Ev | Organic photoelectric device |
WO2012090943A1 (en) * | 2010-12-27 | 2012-07-05 | 旭硝子株式会社 | Glass member with sealing material layer, electronic device using same and method for producing same |
JP2013115084A (en) * | 2011-11-25 | 2013-06-10 | Rohm Co Ltd | Organic thin-film solar cell and method for manufacturing the same |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018521508A (en) * | 2016-03-28 | 2018-08-02 | エルジー・ケム・リミテッド | Organic solar cell module and manufacturing method thereof |
US10847724B2 (en) | 2016-03-28 | 2020-11-24 | Lg Chem, Ltd. | Organic solar cell module and method for manufacturing same |
WO2020110511A1 (en) * | 2018-11-26 | 2020-06-04 | 東レ株式会社 | Organic solar cell module, method for manufacturing same, electronic device, optical sensor, and imaging device |
CN112970129A (en) * | 2018-11-26 | 2021-06-15 | 东丽株式会社 | Organic solar cell module, method for manufacturing same, electronic device, optical sensor, and imaging device |
CN116528603A (en) * | 2023-05-31 | 2023-08-01 | 广州追光科技有限公司 | Organic solar cell and preparation method thereof |
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