JP5609537B2 - 発電装置 - Google Patents
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Description
各有機光電変換素子はそれぞれ、一対の電極と、該電極間に設けられる活性層とを備え、
前記活性層は、前記複数の有機光電変換素子に跨って、前記所定の配列方向に沿って延在しており、
前記一対の電極はそれぞれ、前記支持基板の厚み方向の一方から見て、前記支持基板の厚み方向および前記配列方向のいずれにも垂直な幅方向に、活性層から突出するように延在する延在部を有し、
前記一対の電極のうちの一方の電極は、前記配列方向に隣り合う有機光電変換素子の他方の電極にまで前記延在部から前記配列方向に延在し、該他方の電極に接続される接続部をさらに有することを特徴とする発電装置に関する。
該補助電極は、当該補助電極に接する電極よりもシート抵抗が低いことを特徴とする発電装置に関する。
各有機光電変換素子はそれぞれ、一対の電極と、該電極間に設けられる活性層とを備え、
前記活性層は、前記複数の有機光電変換素子に跨って、前記所定の配列方向に沿って延在しており、
前記一対の電極はそれぞれ、前記支持基板の厚み方向の一方から見て、前記支持基板の厚み方向および前記配列方向に垂直な幅方向に、活性層から突出するように延在する延在部を有し、
前記一対の電極のうちの一方の電極は、前記配列方向に隣り合う有機光電変換素子の他方の電極にまで前記延在部から前記配列方向に延在し、該他方の電極に接続される接続部をさらに有する発電装置の製造方法であって、
前記活性層となる材料を含むインキを、前記複数の有機光電変換素子に跨って前記所定の配列方向に沿って連続的に塗布し、塗布した塗膜を固化することにより活性層を形成する工程を含むことを特徴とする発電装置の製造方法に関する。
以下図面を参照して発電装置の構成についてまず説明する。本実施形態の発電装置は例えば太陽電池装置、有機光センサーに用いられる。図1は本発明の第1実施形態の発電装置11を示す平面図である。発電装置11は、支持基板12と、所定の配列方向Xに沿って支持基板12上に設けられ、直列接続される複数の13とを備える。所定の配列方向Xは支持基板12の厚み方向Zに垂直な方向に設定される。すなわち配列方向Xは支持基板12の主面に平行に設定される。本実施形態では図1に示すように複数の有機光電変換素子13は所定の直線に沿って配列しているが、所定の曲線に沿って配列されていてもよい。なお所定の曲線に沿って複数の有機光電変換素子13が配列されている場合、配列方向Xは前記所定の曲線の接線方向に相当する。
支持基板は有機光電変換素子を製造する工程において化学的に変化しないものが好適に用いられ、例えばガラス、プラスチック、高分子フィルム、およびシリコン板、並びにこれらを積層したものなどが用いられる。
第1および第2の電極のうちの少なくとも一方の電極には、透明又は半透明の電極が用いられる。透明電極または半透明電極としては、電気伝導度の高い金属酸化物、金属硫化物および金属などの薄膜を用いることができ、光透過率の高いものが好適に用いられる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、ITO、IZO、金、白金、銀、および銅などから成る薄膜が用いられ、これらの中でもITO、IZO、または酸化スズから成る薄膜が好適に用いられる。透明電極または半透明電極の作製方法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法などを挙げることができる。また透明電極または半透明電極として、ポリアニリンもしくはその誘導体、ポリチオフェンもしくはその誘導体などの有機の透明導電膜を用いてもよい。
本発明の有機光電変換素子の一部を構成する活性層は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光活性層として設けられ、光電変換素子の発電起源となる層として機能する。活性層は光電変換素子1つに対して通常は1層設けられるが、高い発電効率を実現するために、光電変換素子1つに対して2層以上の活性層が設けられることもある(例えばScience、2007年、vol.317、pp.222〜225参照。)。
有機光電変換素子は、電極と前記活性層との間に、必要に応じて所定の中間層が設けられる。中間層はたとえば発電特性やプロセス耐久性などを高めるために設けられる。すなわち電子もしくは正孔を選択的に取り出す特性、電極と前記活性層との間のエネルギー障壁を下げる特性、又は積層体に含まれる膜を製膜する際の製膜性やこの膜の下層へのダメージを低減する特性などを有する層が必要に応じて設けられる。このような中間層は、第1電極と活性層との間、及び/又は活性層と第2電極との間に設けられる。正孔を選択的に取り出す特性を有する中間層としては、ポリ(エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)を含む層などが挙げられる。電子を選択的に取り出す特性を有する中間層としては、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化スズを含む層等が挙げられる。
本実施形態の発電装置の製造方法は、支持基板と、所定の配列方向に沿って前記支持基板上に設けられ、直列接続される複数の有機光電変換素子とを備える発電装置であり、各有機光電変換素子はそれぞれ、一対の電極と、該電極間に設けられる活性層とを備え、前記活性層は、前記複数の有機光電変換素子に跨って、前記所定の配列方向に沿って延在しており、前記一対の電極はそれぞれ、前記支持基板の厚み方向の一方から見て、前記支持基板の厚み方向および前記配列方向に垂直な幅方向に、活性層から突出するように延在する延在部を有し、前記一対の電極のうちの一方の電極は、前記配列方向に隣り合う有機光電変換素子の他方の電極にまで前記延在部から前記配列方向に延在し、該他方の電極に接続される接続部をさらに有する発電装置の製造方法であって、前記活性層となる材料を含むインキを、前記複数の有機光電変換素子に跨って前記所定の配列方向に沿って連続的に塗布し、塗布した塗膜を固化することにより活性層を形成する工程を含むことを特徴とする。
まず支持基板12を用意する。
ノズル23から吐出されるインキが被塗布体29に接液した状態で、ノズル23と被塗布体29とを所定の配列方向Xに相対移動する。
アルゴン置換した2L四つ口フラスコに、化合物(A)(7.928g、16.72mmol)、化合物(B)(13.00g、17.60mmol)、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(商品名:aliquat336、Aldrich製、CH3N[(CH2)7CH3]3Cl、density 0.884g/ml,25℃、trademark of Henkel Corporation)(4.979g)、及びトルエン405mlを入れ、撹拌しながら系内を30分間アルゴンバブリングした。ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(II)(0.02g)を加え、105℃に昇温、撹拌しながら2mol/Lの炭酸ナトリウム水溶液42.2mlを滴下した。滴下終了後5時間反応させ、フェニルボロン酸(2.6g)とトルエン1.8mlを加えて105℃で16時間撹拌した。その後、トルエン700ml及び7.5%ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム三水和物水溶液200mlを加えて85℃で3時間撹拌した。反応液の水層を除去後、有機層を60℃のイオン交換水300mlで2回、60℃の3%酢酸300mlで1回、さらに60℃のイオン交換水300mlで3回洗浄した。有機層をセライト、アルミナ、シリカを充填したカラムに通し、熱トルエン800mlでカラムを洗浄した。溶液を700mlまで濃縮した後、2Lのメタノールに注加、再沈殿させた。重合体をろ過して回収し、500mlのメタノール、アセトン、メタノールで洗浄した。50℃で一晩真空乾燥することにより、下記式:
で表されるペンタチエニル−フルオレンコポリマー(以下、「ポリマーA」という) 12.21gを得た。ポリマーAのポリスチレン換算の数平均分子量は5.4×104、重量平均分子量は1.1×105であった。
図1に示す構成とほぼ同じ構成の発電装置を作製した。なお実施例1では3個の有機光電変換素子を直列接続した発電装置を作製した。
まず膜厚150nmのITO薄膜が予めパターン形成された基板を用意した。この基板に、ポリ(3,4)エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォン酸(スタルク製;Baytron P)の懸濁液をスピンコート法により塗布し、厚みが65nmの塗膜を成膜した。つぎに接続部上などの周縁部に塗布された不要な塗布液を拭取った。その後、ホットプレート上で200℃、10分間乾燥することによってPEDOT層を得た。
厚が100nmのAl層を形成し、16個の有機光電変換素子を作製した。
実施例2では、補助電極を陽極上に形成したこと以外は実施例1と同様に発電装置を作製した。実施例2の構成は、補助電極を設けたこと以外は実施例1の構成と同じなので、補助電極についてのみ説明する。
2 発電装置
3 支持基板
4 第1電極
5 第2電極
6 活性層
11 発電装置
12 支持基板
13 有機光電変換素子
14 第1電極
15 第2電極
16 活性層
17,18 延在部
19 接続部
21 キャップコーターシステム
22 定盤
23 ノズル
24 タンク
25 スリット
26 インキ供給管
27 インキ
28 液面センサー
29 被塗布体
31 発電装置
32 接続部
41 発電装置
42 接続部
51 発電装置
52 補助電極
61 発電装置
Claims (6)
- 支持基板と、所定の配列方向に沿って前記支持基板上に設けられ、直列接続される複数の有機光電変換素子とを備える発電装置であって、
各有機光電変換素子はそれぞれ、対向して配置される一対の電極と、該電極間に設けられる活性層とを備え、
前記活性層は、前記複数の有機光電変換素子に跨って、前記所定の配列方向に沿って延在しており、
前記一対の電極はそれぞれ、前記支持基板の厚み方向の一方から見て、前記支持基板の厚み方向および前記配列方向のいずれにも垂直な幅方向に、前記活性層から突出するように延在する延在部を有し、
前記一対の電極のうちの一方の電極は、前記配列方向に隣り合う有機光電変換素子の他方の電極にまで前記延在部から前記配列方向に延在し、前記他方の電極に接続される接続部をさらに有し、
前記延在部は、前記厚み方向の一方から見て、前記幅方向の一方に活性層から突出するように延在する第1延在部と、前記幅方向の他方に活性層から突出するように延在する第2延在部とを含むことを特徴とする発電装置。 - 前記電極に接して設けられる補助電極をさらに有し、
該補助電極は、当該補助電極に接する電極よりもシート抵抗が低いことを特徴とする請求項1記載の発電装置。 - 前記補助電極は、前記一対の電極のうちでシート抵抗が高い方の電極に接して設けられることを特徴とする請求項2記載の発電装置。
- 前記一対の電極のうちでシート抵抗が低い方の電極のみが、前記接続部を有することを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか1つに記載の発電装置。
- 支持基板と、所定の配列方向に沿って前記支持基板上に設けられ、直列接続される複数の有機光電変換素子とを備える発電装置であり、
各有機光電変換素子はそれぞれ、対向して配置される一対の電極と、該電極間に設けられる活性層とを備え、
前記活性層は、前記複数の有機光電変換素子に跨って、前記所定の配列方向に沿って延在しており、
前記一対の電極はそれぞれ、前記支持基板の厚み方向一方から見て、前記支持基板の厚み方向および前記配列方向に垂直な幅方向に、活性層から突出するように延在する延在部を有し、
前記一対の電極のうちの一方の電極は、前記配列方向に隣り合う有機光電変換素子の他方の電極にまで前記延在部から前記配列方向に延在し、該他方の電極に接続される接続部をさらに有する発電装置の製造方法であって、
前記活性層となる材料を含むインキを、前記複数の有機光電変換素子に跨って前記所定の配列方向に沿って連続的に塗布し、塗布した塗膜を固化することにより活性層を形成する工程を含み、
前記延在部は、前記厚み方向の一方から見て、前記幅方向の一方に活性層から突出するように延在する第1延在部と、前記幅方向の他方に活性層から突出するように延在する第2延在部とを含むことを特徴とする発電装置の製造方法。 - 前記インキを塗布する方法が、キャップコート法、スリットコート法、スプレーコート法または印刷法であることを特徴とする請求項5記載の発電装置の製造方法。
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