JPWO2012098876A1 - Photoelectric conversion element, method for producing the same, and solar cell - Google Patents
Photoelectric conversion element, method for producing the same, and solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2012098876A1 JPWO2012098876A1 JP2012553623A JP2012553623A JPWO2012098876A1 JP WO2012098876 A1 JPWO2012098876 A1 JP WO2012098876A1 JP 2012553623 A JP2012553623 A JP 2012553623A JP 2012553623 A JP2012553623 A JP 2012553623A JP WO2012098876 A1 JPWO2012098876 A1 JP WO2012098876A1
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- electron
- electron donating
- sectional
- accepting
- 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 106
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 22
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 56
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 25
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 14
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 13
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 9
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims description 4
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims description 4
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 claims description 2
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 24
- 238000000034 method Methods 0.000 description 28
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 18
- YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N Dichloromethane Chemical compound ClCCl YMWUJEATGCHHMB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 12
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 244000126211 Hericium coralloides Species 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 8
- 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 7
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 6
- CNQCVBJFEGMYDW-UHFFFAOYSA-N lawrencium atom Chemical compound [Lr] CNQCVBJFEGMYDW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 6
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 5
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 5
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 4
- ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N nobelium Chemical compound [No] ORQBXQOJMQIAOY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 4
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- UUIQMZJEGPQKFD-UHFFFAOYSA-N Methyl butyrate Chemical compound CCCC(=O)OC UUIQMZJEGPQKFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 3
- 125000001997 phenyl group Chemical group [H]C1=C([H])C([H])=C(*)C([H])=C1[H] 0.000 description 3
- 229920000172 poly(styrenesulfonic acid) Polymers 0.000 description 3
- 229940005642 polystyrene sulfonic acid Drugs 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 3
- GXDHCNNESPLIKD-UHFFFAOYSA-N 2-methylhexane Chemical compound CCCCC(C)C GXDHCNNESPLIKD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine Chemical compound O1CCOC2=CSC=C21 GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYLQGNOVNHZKCY-UHFFFAOYSA-N 3-(6-bromohexyl)thiophene Chemical compound BrCCCCCCC=1C=CSC=1 GYLQGNOVNHZKCY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 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 1
- 229910000733 Li alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910021417 amorphous silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N anthracene Chemical class C1=CC=CC2=CC3=CC=CC=C3C=C21 MWPLVEDNUUSJAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 239000006059 cover glass Substances 0.000 description 1
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 150000004985 diamines Chemical class 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052752 metalloid Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002738 metalloids Chemical class 0.000 description 1
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002790 naphthalenes Chemical class 0.000 description 1
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N pentacene Chemical compound C1=CC=CC2=CC3=CC4=CC5=CC=CC=C5C=C4C=C3C=C21 SLIUAWYAILUBJU-UHFFFAOYSA-N 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
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical class N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 1
- 229920002098 polyfluorene Polymers 0.000 description 1
- -1 polyphenylene vinylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 150000004033 porphyrin derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- HKJYVRJHDIPMQB-UHFFFAOYSA-N propan-1-olate;titanium(4+) Chemical compound CCCO[Ti](OCCC)(OCCC)OCCC HKJYVRJHDIPMQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000007261 regionalization Effects 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/20—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/30—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising bulk heterojunctions, e.g. interpenetrating networks of donor and acceptor material domains
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
- H10K2102/10—Transparent electrodes, e.g. using graphene
- H10K2102/101—Transparent electrodes, e.g. using graphene comprising transparent conductive oxides [TCO]
- H10K2102/103—Transparent electrodes, e.g. using graphene comprising transparent conductive oxides [TCO] comprising indium oxides, e.g. ITO
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
- H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
- H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
- H10K85/1135—Polyethylene dioxythiophene [PEDOT]; Derivatives thereof
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Abstract
電子供与層と電子受容層との密着性が良く、電荷分離効率と光電変換効率の向上を図ることが可能な、非バルクヘテロ結合型の光電変換素子を提供する。光電変換素子101は、電極主面同士が互いに対向して配置された一対の電極30、40の間に、電子供与層10と電子受容層20とが接合された電子供与・受容接合層1を備え、この電子供与・受容接合層1内に、電子供与層10の材料と電子受容層20の材料とが混在した混在層1Mが形成されたものである。Provided is a non-bulk heterojunction photoelectric conversion element that has good adhesion between an electron donating layer and an electron accepting layer and can improve charge separation efficiency and photoelectric conversion efficiency. The photoelectric conversion element 101 includes an electron donating / accepting junction layer 1 in which an electron donating layer 10 and an electron accepting layer 20 are joined between a pair of electrodes 30 and 40 that are disposed so that electrode principal surfaces face each other. The mixed layer 1M in which the material of the electron donating layer 10 and the material of the electron accepting layer 20 are mixed is formed in the electron donating / accepting bonding layer 1.
Description
本発明は、電極主面同士が互いに対向して配置された一対の電極の間に、電子供与層と電子受容層とが接合された電子供与・受容接合層を備えた光電変換素子とその製造方法、及びこれを用いた太陽電池に関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion element including an electron donating / accepting junction layer in which an electron donating layer and an electron accepting layer are joined between a pair of electrodes arranged such that electrode principal surfaces are opposed to each other, and production thereof The present invention relates to a method and a solar cell using the same.
地球温暖化を発端として昨今は環境問題への意識が高まっており、石油代替エネルギーとしての太陽光発電、及びそれに用いられる光電変換素子が注目されている。
現在、太陽光発電用に実用化されている光電変換素子は、結晶シリコンやアモルファスシリコンに代表される無機半導体型であるが、これらの光電変換素子は製造に掛かるエネルギー及びコストが莫大である。そのため、より低エネルギー及び低コストで製造できる有機材料を使用した光電変換素子の研究開発が行われている。Recently, awareness of environmental issues has been increasing due to global warming, and solar power generation as an alternative to petroleum and photoelectric conversion elements used therefor have attracted attention.
At present, photoelectric conversion elements that are put to practical use for photovoltaic power generation are inorganic semiconductor types typified by crystalline silicon and amorphous silicon. However, these photoelectric conversion elements have enormous energy and cost. For this reason, research and development of photoelectric conversion elements using organic materials that can be manufactured with lower energy and lower costs are being conducted.
有機材料は材料自体が安価であり、また大気圧での製造方法が可能なことから大面積化や連続プロセス化が容易であるため、低エネルギー及び低コストで光電変換素子を製造できると考えられている。 Since organic materials are inexpensive and can be manufactured at atmospheric pressure, it is easy to make large areas and continuous processes, so it is thought that photoelectric conversion elements can be manufactured with low energy and low cost. ing.
有機光電変換素子としては、電子供与層と電子受容層とがそれぞれ別に成膜され、これらが平面結合した平面結合型の光電変換素子(特許文献1の実施例1等)、及び、電子供与材料と電子受容材料とを混合した塗布剤を塗工したバルクへテロ結合型の光電変換素子(特許文献1の実施例2等)、及び電子供与材料と電子受容材料とを共蒸着したバルクへテロ結合型の光電変換素子(特許文献2等)が提案されている。
As an organic photoelectric conversion element, an electron donating layer and an electron accepting layer are formed separately, and a plane-coupled photoelectric conversion element (Example 1 of Patent Document 1) in which these are plane-coupled, and an electron-donating material Bulk hetero-coupled photoelectric conversion element (Example 2 of Patent Document 1) coated with a coating agent in which an electron-accepting material is mixed, and bulk hetero-evaporation of an electron-donating material and an electron-accepting material A combined photoelectric conversion element (
電子供与層と電子受容層との界面積及び密着性等の接触状態は、電荷分離効率に大きく寄与し、光電変換素子の性能に大きく影響する。
従来の平面結合型の光電変換素子では、電子供与層と電子受容層との界面積はこれらの層面積以上に大きくは取れない。また、電子供与層と電子受容層とを別々に成膜して積層するため、これらの密着性が良くない。そのため、従来の平面結合型の光電変換素子では、光電変換効率を向上することが難しい。
従来のバルクヘテロ結合型の光電変換素子は、電子供与材料と電子受容材料との相分離構造を精密に制御することが困難であり、光電変換効率を向上することが難しい。The contact state such as the interfacial area and adhesion between the electron donating layer and the electron accepting layer greatly contributes to the charge separation efficiency and greatly affects the performance of the photoelectric conversion element.
In the conventional planar coupling type photoelectric conversion element, the interface area between the electron donating layer and the electron accepting layer cannot be larger than the area of these layers. Further, since the electron donating layer and the electron accepting layer are separately formed and laminated, their adhesion is not good. Therefore, it is difficult to improve the photoelectric conversion efficiency in the conventional planar coupling type photoelectric conversion element.
In conventional bulk heterojunction photoelectric conversion elements, it is difficult to precisely control the phase separation structure between the electron donating material and the electron accepting material, and it is difficult to improve the photoelectric conversion efficiency.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電子供与層と電子受容層との密着性が良く、電荷分離効率と光電変換効率の向上を図ることが可能な、非バルクヘテロ結合型の光電変換素子を提供することを目的とするものである。
本発明はまた、電子供与層と電子受容層との界面積を大きくすることができ、電子供与層と電子受容層との密着性が良く、電荷分離効率と光電変換効率の向上を図ることが可能な、非バルクヘテロ結合型の光電変換素子を提供することを目的とするものである。The present invention has been made in view of the above circumstances, and has good adhesion between an electron donating layer and an electron accepting layer, and can improve charge separation efficiency and photoelectric conversion efficiency. An object of the present invention is to provide a conversion element.
The present invention can also increase the interfacial area between the electron donating layer and the electron accepting layer, provide good adhesion between the electron donating layer and the electron accepting layer, and improve the charge separation efficiency and the photoelectric conversion efficiency. An object is to provide a possible non-bulk heterojunction photoelectric conversion element.
本発明の光電変換素子は、
電極主面同士が互いに対向して配置された一対の電極の間に、電子供与層と電子受容層とが接合された電子供与・受容接合層を備えた光電変換素子であって、
前記電子供与・受容接合層内に、電子供与層の材料と前記電子受容層の材料とが混在した混在層が形成されたものである。The photoelectric conversion element of the present invention is
A photoelectric conversion element comprising an electron donating / accepting junction layer in which an electron donating layer and an electron accepting layer are joined between a pair of electrodes arranged such that electrode principal surfaces face each other,
A mixed layer in which the material of the electron donating layer and the material of the electron accepting layer are mixed is formed in the electron donating / accepting bonding layer.
本発明の光電変換素子において、
前記電子供与層は、前記電極主面に対して交差方向に延びる複数の断面視短冊状部が周期的に形成された断面視ストライプ状部と、当該断面視ストライプ状部の一方の前記電極側に形成され、前記複数の断面視短冊状部を繋ぐ基部とからなる断面視櫛歯状構造を有し、
前記電子受容層は、前記電極主面に対して交差方向に延びる複数の断面視短冊状部が周期的に形成された断面視ストライプ状部と、当該断面視ストライプ状部の他方の前記電極側に形成され、前記複数の断面視短冊状部を繋ぐ基部とからなる断面視櫛歯状構造を有し、
前記混在層が、前記電子供与層と前記電子受容層の断面視櫛歯状に沿って形成されたことが好ましい。In the photoelectric conversion element of the present invention,
The electron donating layer includes a cross-sectional stripe-like portion in which a plurality of cross-sectional strip-like portions extending in a crossing direction with respect to the electrode main surface are periodically formed, and one electrode side of the cross-sectional stripe-like portion A cross-sectional view comb-like structure comprising a base part connecting the plurality of cross-sectional view strip-like parts,
The electron-accepting layer includes a cross-sectional stripe-like portion in which a plurality of cross-sectional strip-like portions extending in a crossing direction with respect to the electrode main surface are periodically formed, and the other electrode side of the cross-sectional stripe-like portion A cross-sectional view comb-like structure comprising a base part connecting the plurality of cross-sectional view strip-like parts,
It is preferable that the mixed layer is formed along a comb-teeth shape in a sectional view of the electron donating layer and the electron accepting layer.
本発明の第1の光電変換素子の製造方法は、
上記の本発明の光電変換素子の製造方法であって、
前記電子供与層と前記電子受容層とのうち一方の層を形成する工程と、
前記一方の層の上に、前記電子供与層と前記電子受容層とのうち他方の層の構成成分と前記一方の層が溶解する溶媒を含む少なくとも1種の溶媒とを含む塗布剤を塗布した後、前記少なくとも1種の溶媒を除去して、前記他方の層を形成する工程とを有するものである。The first method for producing a photoelectric conversion element of the present invention is as follows.
A method for producing the photoelectric conversion element of the present invention,
Forming one of the electron donating layer and the electron accepting layer;
On the one layer, a coating agent containing at least one solvent including a constituent component of the other layer of the electron donating layer and the electron accepting layer and a solvent in which the one layer is dissolved was applied. And removing the at least one solvent to form the other layer.
本発明の第2の光電変換素子の製造方法は、
前記電子供与層及び前記電子受容層が断面視櫛歯状構造を有する上記の本発明の光電変換素子の製造方法であって、
前記電子供与層と前記電子受容層とのうち一方の層の構成材料からなる平坦膜を成膜し、当該平坦膜に対して、前記一方の層の前記断面視櫛歯状のパターンに対応した反転パターンを有するモールドを、前記一方の層の構成材料の融点をTm(℃)としたとき、Tm−100(℃)以上Tm(℃)未満の温度範囲内で押圧して、前記断面視櫛歯状のパターンに成形して、前記一方の層を形成する工程と、
前記一方の層の上に、前記電子供与層と前記電子受容層とのうち他方の層の構成成分と前記一方の層が溶解する溶媒を含む少なくとも1種の溶媒とを含む塗布剤を塗布した後、前記少なくとも1種の溶媒を除去して、前記他方の層を形成する工程とを有するものである。The second method for producing a photoelectric conversion element of the present invention is as follows.
The method for producing the photoelectric conversion element of the present invention, wherein the electron donating layer and the electron accepting layer have a comb-like structure in sectional view,
A flat film made of a constituent material of one of the electron donating layer and the electron accepting layer is formed, and the flat film corresponds to the comb-like pattern in cross-sectional view of the one layer. When the melting point of the constituent material of the one layer is T m (° C.), the mold having the reverse pattern is pressed within a temperature range of T m −100 (° C.) or more and less than T m (° C.), Forming into a comb-like pattern in cross-sectional view and forming the one layer;
On the one layer, a coating agent containing at least one solvent including a constituent component of the other layer of the electron donating layer and the electron accepting layer and a solvent in which the one layer is dissolved was applied. And removing the at least one solvent to form the other layer.
本発明の太陽電池は、上記の本発明の光電変換素子を備えたものである。 The solar cell of the present invention comprises the above-described photoelectric conversion element of the present invention.
電子供与・受容接合層内に、電子供与層の材料と電子受容層の材料とが混在した混在層が形成された構成の本発明によれば、電子供与層と電子受容層との密着性が良く、電荷分離効率と光電変換効率の向上を図ることが可能な、非バルクヘテロ結合型の光電変換素子を提供することができる。
上記構成に合わせて、さらに電子供与層と電子受容層とが断面視櫛歯状構造を有する構成の本発明によれば、電子供与層と電子受容層との界面積を大きくすることができ、電子供与層と電子受容層との密着性が良く、電荷分離効率と光電変換効率の向上を図ることが可能な、非バルクヘテロ結合型の光電変換素子を提供することができる。According to the present invention in which a mixed layer in which the material of the electron donating layer and the material of the electron accepting layer are mixed is formed in the electron donating / accepting bonding layer, the adhesion between the electron donating layer and the electron accepting layer is improved. It is possible to provide a non-bulk heterojunction photoelectric conversion element that can improve the charge separation efficiency and the photoelectric conversion efficiency.
According to the present invention in which the electron donating layer and the electron accepting layer have a comb-like structure in cross-sectional view in accordance with the above configuration, the interface area between the electron donating layer and the electron accepting layer can be increased, It is possible to provide a non-bulk heterojunction photoelectric conversion element that has good adhesion between the electron donating layer and the electron accepting layer and can improve charge separation efficiency and photoelectric conversion efficiency.
「第1実施形態」
図面を参照して、本発明に係る第1実施形態の光電変換素子とその製造方法について説明する。
図1は本実施形態の光電変換素子の模式断面図である。図2は図1の光電変換素子の部分拡大断面図である。図3A〜図3Cは、断面視櫛歯型構造の活性層の平面パターン例を示す図(図1のIII−III断面図)である。“First Embodiment”
With reference to drawings, the photoelectric conversion element of 1st Embodiment which concerns on this invention, and its manufacturing method are demonstrated.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion element of this embodiment. FIG. 2 is a partially enlarged cross-sectional view of the photoelectric conversion element of FIG. 3A to 3C are diagrams (sectional views taken along the line III-III in FIG. 1) showing examples of planar patterns of the active layer having a comb-like structure in cross-sectional view.
図1に示すように、本実施形態の光電変換素子101は、電極主面同士が互いに対向して配置された一対の電極30、40と、これらの間に形成された断面視櫛歯状の電子供与層10(p層)及び断面視櫛歯状の電子受容層20(n層)とを備えている。
断面視櫛歯状の電子供与層10と断面視櫛歯状の電子受容層20とは、互いの櫛歯が噛み合うように接合されている。断面視櫛歯状の電子供与層10と断面視櫛歯状の電子受容層20とが互いに噛み合って接合された層が、電子供与・受容接合層1である。As shown in FIG. 1, the
The comb-like
図中、一方の電極(図示下側の電極)30の電極主面に符号30A、他方の電極(図示上側の電極)40の電極主面に符号40Aを付してある。
本実施形態において、一方の電極30は図示しない基板上に成膜されている。本実施形態の光電変換素子101は、基板に一方の電極30が成膜された電極基板上に、電子供与・受容接合層1が形成され、その上に他方の電極40が形成されたものである。
基板には、他方の電極40、電子供与・受容接合層1、及び一方の電極30の順に形成してもよい。
電極30、40の電極主面30A、40Aは、基板面に平行な面である。
基板としては、任意の基板を使用できる。光電変換素子101の製造上、基板を用いることは好適であるが、基板は必須なものではない。In the figure, the electrode main surface of one electrode (lower electrode in the figure) 30 is denoted by
In the present embodiment, one
On the substrate, the
The electrode
Any substrate can be used as the substrate. In order to manufacture the
電子供与層10は、電極主面30Aに対して交差方向、好ましくは略垂直方向に延びる複数の断面視短冊状部12Aが所定のピッチで形成された断面視ストライプ状部12と、断面視ストライプ状部12の一方の電極30側に形成され、複数の断面視短冊状部12Aを繋ぐ基部11とから構成されている。
電子受容層20は、電極主面40Aに対して交差方向、好ましくは略垂直方向に延びる複数の断面視短冊状部22Aが所定のピッチで形成された断面視ストライプ状部22と、断面視ストライプ状部22の他方の電極40側に形成され、複数の断面視短冊状部22Aを繋ぐ基部21とから構成されている。The
The electron-accepting
本実施形態において、電子供与層10の複数の断面視短冊状部12A及び電子受容層20の複数の断面視短冊状部22Aは、電極主面30A、40Aに対して略垂直方向に延びている。
本明細書において、「略垂直方向」は、完全垂直方向、及び完全垂直方向から±5°の角度方向を意味する。In the present embodiment, the plurality of cross-sectional strip-shaped
In the present specification, “substantially vertical direction” means a completely vertical direction and an angular direction of ± 5 ° from the completely vertical direction.
上記のように、断面視櫛歯状の電子供与層10と断面視櫛歯状の電子受容層20とは、互いの櫛歯が噛み合うように接合されており、電子供与層10の複数の断面視短冊状部12Aと電子受容層20の複数の断面視短冊状部22Aとが交互に接合されている。
As described above, the cross-sectional comb-like
本実施形態において、電子供与・受容接合層1内には、電子供与層10の材料と電子受容層20の材料とが混在した混在層1Mが形成されている。この混在層1Mは、電子供与層10と電子受容層20の断面視櫛歯状に沿って形成されている。
混在層1Mは、互いに隣接する電子供与層10の断面視短冊状部12Aと電子受容層20の断面視短冊状部22Aとの境界部分、電子供与層10の断面視短冊状部12Aと電子受容層20の基部21との境界部分、及び、電子受容層20の断面視短冊状部22Aと電子供与層10の基部11との境界部分に形成されている。
図面上は、電子供与・受容接合層1において、上記の混在層1Mと、電子供与層の材料と電子受容層の材料とが混在していない非混在層とが明確に界面を形成しているように図示されているが、実際にはこれらの界面は明確でない場合がある。
本実施形態において、電荷分離に寄与している電子供与層(p層)10と電子受容層(n層)20との界面(p/n界面)は、混在層1M内に含まれている。In the present embodiment, a
The
In the drawing, in the electron donating / accepting
In the present embodiment, the interface (p / n interface) between the electron donating layer (p layer) 10 and the electron accepting layer (n layer) 20 contributing to charge separation is included in the
電子供与・受容接合層1内に、電子供与層10の材料と電子受容層20の材料とが混在した混在層1Mを形成することで、電子供与層10と電子受容層20との密着性を向上させることができる。
By forming a
混在層1Mの層厚cは特に制限されない。
混在層1Mの層厚cは明確に測定できない場合がある。
電子供与層10の材料と電子受容層20の材料とが混在した混在層1Mの層厚は例えば、断面加工で超薄切片を作製し、これを電子顕微鏡にて観察して、平均的な層厚を求めることができる。The layer thickness c of the
The layer thickness c of the
The layer thickness of the
電子供与・受容接合層1においては、電荷分離界面で発生した電子及び正孔(以下、両者を合わせて「キャリア」と表記。)の移動経路が通じている必要がある。
電子供与層10と電子受容層20とが良好に密着し、電荷分離界面で発生したキャリアの移動経路が良好に通じた構造が安定的に得られることから、混在層1Mの層厚cは0.5〜50nmであるのが好ましく、1〜25nmであるのがより好ましい。
混在層1Mの層厚cが0.5nm未満では、電子供与層10と電子受容層20との間に混在層1Mが形成されない箇所が生じてこれらの層の密着性が低下する部分が生じる恐れがある。
混在層1Mの層厚cが50nm超では、電子供与・受容接合層1内を移動するキャリアの移動経路が通じ難くなり、電極30、40でのキャリア収集効率が低減する恐れがある。In the electron donor /
Since the
If the layer thickness c of the
If the layer thickness c of the
電子供与層10の断面視ストライプ状部12のストライプ幅aと、電子受容層20の断面視ストライプ状部22のストライプ幅bは特に制限されない。
本実施形態では、電子供与・受容接合層1内に混在層1Mが形成されているので、電子供与層10と電子受容層20との接合界面が明確ではなく、これらの層の層厚が明確でない場合がある。
電子供与層10と電子受容層20との接合界面が明確でない場合には、混在層1Mは、層厚の半分が電子供与層10に属し、残りの半分が電子受容層20に属しているとみなす。The stripe width “a” of the
In this embodiment, since the
When the bonding interface between the
有機光電変換素子では、生成した励起子(エキシトン)のうち電荷分離に関与しているのは、電子供与層と電子受容層との界面に到達した励起子のみである。励起子がその電荷分離界面までに到達する距離(以下、「励起子拡散長」と称す。)は、材料の化学構造や純度によって異なるものの50nm以下であると考えられている。従って、励起子拡散長の約2倍の距離毎に電子供与層と電子受容層の界面が周期的に存在し、界面方向と垂直方向に電極を配置すれば電荷分離する励起子は増大し光電変換効率は向上すると考えられる。 In the organic photoelectric conversion element, only the excitons that have reached the interface between the electron donating layer and the electron accepting layer are involved in charge separation among the generated excitons (excitons). The distance that the exciton reaches the charge separation interface (hereinafter referred to as “exciton diffusion length”) is considered to be 50 nm or less, although it varies depending on the chemical structure and purity of the material. Therefore, the interface between the electron donating layer and the electron accepting layer periodically exists at a distance of about twice the exciton diffusion length, and if the electrode is arranged in the direction perpendicular to the interface direction, the number of excitons that separate charges increases. Conversion efficiency is expected to improve.
電子供与層10の断面視ストライプ状部12のストライプ幅aと電子受容層20の断面視ストライプ状部22のストライプ幅bはいずれも、電荷分離に寄与する励起子を増大させるために励起子拡散長の2倍以下であるのが好ましい。一般的に有機半導体の励起子拡散長は50nm以下と考えられている。また、電子供与層10のストライプ幅aと電子受容層20のストライプ幅bを5nm未満とすることは作製上困難である。
以上の理由から、電子供与層10のストライプ幅aと電子受容層20のストライプ幅bはいずれも5〜100nmが好ましい。
換言すれば、電子供与層10の断面視ストライプ状部12のピッチと、電子受容層20の断面視ストライプ状部22のピッチはいずれも、10〜200nmであることが好ましい。
電子供与層10のストライプ幅aと電子受容層20のストライプ幅bとは同一でも非同一でもよい。The stripe width a of the stripe-
For the above reasons, the stripe width a of the
In other words, it is preferable that the pitch of the
The stripe width a of the
電子供与層10の断面視ストライプ状部12と電子受容層20の断面視ストライプ状部22とからなる活性層1Aの層厚dは、特に制限されない。
基部11と電子受容層20との接合界面、あるいは基部21と電子受容層10との接合界面が明確でない場合には、混在層1Mの層厚の半分が活性層1Aに属し、半分が基部11あるいは基部21に属しているとみなす。
活性層1Aの層厚dは、電子供与層10のストライプ幅aと電子受容層20のストライプ幅bとが同一のとき、これらストライプ幅a、bの2〜40倍が好ましく、より好ましくは5〜20倍である。
活性層1Aの層厚dは、電子供与層10のストライプ幅aと電子受容層20のストライプ幅bとが非同一のとき、電子供与層10のストライプ幅aと電子受容層20のストライプ幅bのうち、小さい方の2倍以上大きい方の40倍以下が好ましく、より好ましくは小さい方の5倍以上大きい方の20倍以下である。
活性層1Aの層厚dが、上記下限未満では光吸収効果と電荷分離界面積の増大効果が充分に得られなくなる恐れがあり、上記上限超では作製が困難な場合がある。The layer thickness d of the
When the bonding interface between the base 11 and the electron-accepting
When the stripe width a of the
The thickness d of the
If the layer thickness d of the
電子供与層10の基部11の層厚eは特に制限されない。
基部11と電子受容層20との接合界面が明確でない場合には、混在層1Mの層厚の半分が基部11に属しているとみなす。
基部11の層厚eは、電子供与層10のストライプ幅aと同じく5〜100nmであるのが好ましく、より好ましくは5〜50nmである。
電子供与層10の基部11は、電子受容層20と接合界面を有しているため、励起子拡散長に近い厚さであることが好ましい。
電子供与層10の基部11と一方の電極30とが接合された本実施形態の構成では、整流性への悪影響や短絡を回避するために、電子供与層10の基部11は充分な層厚(具体的には5nm以上)を有することが好ましい。
電子供与層10の基部11と一方の電極30とが接合された本実施形態の構成で電子供与層10の基部11の層厚が不充分であると、電子受容層20が一方の電極30と近接しすぎて、整流性の悪化や短絡を招く恐れがある。基部11の層厚eを5nm未満とすることは作製上困難でもある。
また、基部11の層厚eが100nmより大きいと、電荷分離後のキャリアの移動に対する抵抗が大きくなり、電極でのキャリア収集効率が低下する恐れがある。The layer thickness e of the
When the bonding interface between the base 11 and the electron-accepting
The layer thickness e of the
Since the
In the configuration of the present embodiment in which the
If the thickness of the
On the other hand, when the layer thickness e of the
電子供与層10の基部11と一方の電極30との間に、(半)導体層50を介在させた後記の第2実施形態においては、電子供与層10の基部11の層厚eが薄くても、整流性の悪化や短絡は起こりにくい。したがって、この場合、電子供与層10の基部11の厚さeは1〜100nmが好ましい。
In the second embodiment described later in which a (semi)
電子受容層20の基部21の層厚fは特に制限されず、電子供与層10の基部11の層厚eと同様である。
基部21と電子供与層10との接合界面が明確でない場合には、混在層1Mの層厚の半分が基部21に属しているとみなす。
基部21の層厚fは、電子受容層20のストライプ幅bと同じく5〜100nmであるのが好ましく、より好ましくは5〜50nmである。
電子受容層20の基部21は、電子供与層10と接合界面を有しているため、励起子拡散長に近い厚さであることが好ましい。
電子受容層20の基部21と他方の電極40とが接合された本実施形態の構成では、整流性への悪影響や短絡を回避するために、電子受容層20の基部21は充分な層厚(具体的には5nm以上)を有することが好ましい。
電子受容層20の基部21と他方の電極40とが接合された本実施形態の構成で電子受容層20の基部21の層厚が不充分であると、電子供与層10が他方の電極40と近接しすぎて、整流性の悪化や短絡を招く恐れがある。層厚fを5nm未満とすることは作製上困難でもある。
また、層厚fが100nmより大きいと、電荷分離後のキャリアの移動に対する抵抗が大きくなり、電極でのキャリア収集効率が低下する恐れがある。
電子受容層20の基部21と他方の電極40との間に、(半)導体層60を介在させた後記の第2実施形態においては、電子受容層20の基部21の層厚fが薄くても、整流性の悪化や短絡は起こりにくい。したがって、この場合、電子供与層10の基部11の厚さeは1〜100nmが好ましい。The layer thickness f of the
When the bonding interface between the base 21 and the
The layer thickness f of the
Since the
In the configuration of the present embodiment in which the
If the
On the other hand, if the layer thickness f is larger than 100 nm, the resistance to the movement of carriers after charge separation increases, and the carrier collection efficiency at the electrode may be reduced.
In the second embodiment described later in which a (semi)
電子供与・受容接合層1の層厚(=活性層1A、電子供与層10の基部11、及び電子受容層20の基部21の総膜厚)は特に制限されず、20〜4400nmの範囲内であるのが好ましく、100〜1000nmの範囲内であるのが特に好ましい。電子供与・受容接合層1の層厚が100nm未満であると吸光量が不充分となる場合があり、1000nmを超えると電子供与・受容接合層1の作製が困難となる場合がある。
The layer thickness of the electron donating / accepting bonding layer 1 (= total thickness of the
図3A〜図3Cを参照して、活性層1Aの平面パターン例について説明する。図3A〜図3Cは図1のIII−III断面図である。
A planar pattern example of the
図3Aに示す活性層1Aの平面パターンは、電子供与層10と電子受容層20とがいずれも、平面視ストライプ状にパターン形成された例である。
The planar pattern of the
図3Bに示す活性層1Aの平面パターンは、電子受容層20が平面視格子状にパターン形成され、電子供与層10が平面視マトリクス状に形成された例である。
図3Bに示す例では、電子供与層10の個々の断面視短冊状部12Aの平面形状は矩形状である。電子供与層10の個々の断面視短冊状部12Aの平面形状は、正円状あるいは楕円状など任意である。The planar pattern of the
In the example shown in FIG. 3B, the planar shape of each sectional view strip-shaped
図3Cに示す活性層1Aの平面パターンは、電子供与層10が平面視格子状にパターン形成され、電子受容層20が平面視マトリクス状に形成された例である。
図3Cに示す例では、電子受容層20の個々の断面視短冊状部22Aの平面形状は矩形状である。電子受容層20の個々の断面視短冊状部22Aの平面形状は、正円状あるいは楕円状など任意である。The planar pattern of the
In the example shown in FIG. 3C, the planar shape of each cross-sectional
光電変換素子101において、電極30、40の材質は導電体であれば特に限定されるものではなく、金属、合金、半金属、金属化合物、及び有機導体などが挙げられる。これらはドーパントを含んでいてもよい。少なくとも一方の電極は透光性電極である必要がある。
電極30、40の材質としては例えば、金、銀、白金、及びアルミニウムなどの金属及びこれらの合金、酸化インジウムスズ(ITO)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO)、及びアルミニウムドープ酸化亜鉛(AZO)などの金属酸化物、カーボンナノチューブ、及びグラフェンなどの半金属などが挙げられる。In the
Examples of the material of the
電極30、40の膜厚は特に制限されず、5〜200nmであるのが好ましい。電極3、40の膜厚は薄すぎるとシート抵抗が大きくなり、発生したキャリアを充分に外部回路へ伝達できなくなる。電極30、40の膜厚は厚すぎると作製上困難であったり、コストが高くなったりする。
The film thickness of the
電極30、40を形成させる方法は特に限定されるものではなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、及びCVD法などの気相成膜法、あるいはスピンコート法、ディップコート法、及びスクリーン印刷法などの液相成膜法等が挙げられる。
The method for forming the
電子供与層10の材質は特に限定されるものではなく、有機半導体が好ましく、結晶性有機高分子がより好ましい。
電子供与層10の材質としては例えば、ポリチオフェン誘導体、ポリフルオレン誘導体、及びポリフェニレンビニレン誘導体などの高分子化合物及びそれらの共重合体、あるいはフタロシアニン誘導体及びその金属錯体、ポルフィリン誘導体及びその金属錯体、ペンタセンなどのアセン誘導体、ジアミン誘導体などの低分子化合物が挙げられる。ポリ(3−ヘキシルチオフェン)、ポリ(3−(2−メチルへキサン)オキシカルボニルジチオフェン)、及び3−(6−ブロモヘキシル)チオフェン・3−ヘキシルチオフェン共重合体などが好ましい。
電子供与層10は特に支障のない限りにおいて、有機半導体に合わせて無機半導体を含むことができる。電子供与層10は不可避不純物を含むことができる。The material of the
Examples of the material of the
The
電子受容層20の材質は特に限定されるものではなく、有機半導体が好ましい。
電子受容層20の材質としては例えば、フラーレン誘導体、ペリレン誘導体、及びナフタレン誘導体などが挙げられる。フェニルC61酪酸メチルエステル、及びフェニルC71酪酸メチルエステルなどが好ましい。
電子受容層20は特に支障のない限りにおいて、有機半導体に合わせて無機半導体を含むことができる。電子受容層20は不可避不純物を含むことができる。The material of the
Examples of the material of the
The electron-accepting
本実施形態の光電変換素子101の製造方法は特に制限されない。
電子供与層10及び/又は電子受容層20が有機半導体からなる場合、光電変換素子101は例えば、以下のようにナノインプリント法を用いて製造できる。The manufacturing method of the
When the
本実施形態の光電変換素子101は、
電子供与層10と電子受容層20とのうち一方の層の構成材料からなる平坦膜を成膜し、この平坦膜に対して、上記一方の層の断面視櫛歯状のパターンに対応した反転パターンを有するモールドを、上記一方の層の構成材料の融点をTm(℃)としたとき、Tm−100(℃)以上Tm(℃)未満の温度範囲内で押圧して、断面視櫛歯状のパターンに成形して、上記一方の層を形成する工程と、
上記一方の層の上に、電子供与層10と電子受容層20とのうち他方の層の構成成分と上記一方の層が溶解する溶媒を含む少なくとも1種の溶媒とを含む塗布剤を塗布した後、少なくとも1種の溶媒を除去して、上記他方の層を形成する工程とを有する製造方法によって、製造できる。The
A flat film made of a constituent material of one of the
On the one layer, a coating agent containing at least one solvent including a constituent component of the other layer of the
例えば、電子供与層10と電子受容層20とのうち電子供与層10を先に形成する場合、本実施形態の光電変換素子101は以下のようにして製造できる。
For example, when the
一方の電極30が形成された基板上に、電子供与層10の構成材料からなる平坦膜を成膜する。この平坦膜に対して、電子供与層10の断面視櫛歯状のパターンと図3A〜図3Cに示したような平面パターンに対応した反転パターンを有するモールドを、電子供与層10の構成材料の融点をTm(℃)としたとき、Tm−100(℃)以上Tm(℃)未満の温度範囲内で押圧して、モールドのパターンを転写する。こうすることで、平坦膜を断面視櫛歯状のパターンに成形することができる。A flat film made of the constituent material of the
電子供与層10の温度が下がり固化した後、この上に、その断面視櫛歯型構造が崩れない条件で、電子受容層20の構成成分と先に形成した電子供与層10が溶解する溶媒を含む少なくとも1種の溶媒とを含む塗布剤を塗布し、少なくとも1種の溶媒を除去して、電子受容層20を形成する。
電子受容層20成膜の過程において、電子供与層10上に上記塗布剤を塗布する際に電子供与層10の一部が溶解して、先に成膜した電子供与層10の一部とその上に成膜された電子受容層20の一部が混在した混在層1Mが形成される。
以上のようにして、断面視櫛歯型構造の電子供与・受容接合層1を形成することができる。
その後、電子供与・受容接合層1上に他方の電極40を形成することで、光電変換素子101が製造される。After the temperature of the
In the process of forming the electron-accepting
As described above, the electron donating / accepting
Thereafter, the
電子供与層10となる平坦膜の成膜法は特に制限されず、真空蒸着法及びスパッタリング法などの気相成膜法、あるいはスピンコート法、ディップコート法、及びスプレーコート法などの液相成膜法等が挙げられる。
電子受容層20の成膜法は液相成膜法であれば特に制限されず、スピンコート法、ディップコート法、及びスプレーコート法等が挙げられる。
電子供与層10となる平坦膜および電子受容層20は、成膜条件や成膜方法を変えて、複数段階で成膜を実施してもよい。The method for forming the flat film to be the
The film forming method of the
The flat film and the
ナノインプリント法に用いられるモールドは、シリコン、ガラス、及び金属などからなり、その表面に電子供与層10の断面視櫛歯型構造に対応する凹凸パターンを有する型である。かかるモールドの作製方法は特に限定されるものではなく、例えば、熱酸化シリコン基板に対して電子線描画によりレジストパターンを形成し、これをマスクとして基板をドライエッチングする方法、Crスパッタ石英ガラス基板に対して電子線描画によりレジストパターンを形成し、これをマスクとして基板をドライエッチングする方法、及び、シリコン基板に対して電子線描画によりレジストパターンを形成し、これをマスクとして基板をウェットエッチングする方法等が挙げられる。
The mold used for the nanoimprint method is a mold made of silicon, glass, metal, or the like, and having a concavo-convex pattern corresponding to the cross-sectional comb-teeth structure of the
上記の製造方法によれば、電子供与・受容接合層1のパターン精度が良好で均一性が高く、良好な電荷分離と良好な光電変換効率を示す光電変換素子101を製造することができる。
また、上記の製造方法では、電子受容層20を成膜する際に同時に混在層1Mを形成しているので、工程数が少なく、好ましい。According to said manufacturing method, the
In the manufacturing method described above, the
電子供与層10の非混在層と、混在層1Mと、電子受容層20の非混在層とを別工程で形成しても構わない。
例えば、断面視櫛歯状のパターンを有する電子供与層10を形成した後、電子供与材料と電子受容材料とを含む混在層用の塗布剤を塗布し、溶媒を除去して、混在層1Mを成膜し、その後、電子受容層を成膜することができる。この場合、混在層は共蒸着等の気相成膜によって成膜してもよい。電子受容層についても蒸着等の気相成膜によって成膜してもよい。
電子供与層10の非混在層と、混在層1Mと、電子受容層20の非混在層とを別工程で形成しても、電子供与材料と電子受容材料とを含む混在層1Mを介在させることで、電子供与層10と電子受容層20との密着性を高めることができる。The non-mixed layer of the
For example, after forming the
Even if the non-mixed layer of the
以上説明したように、電子供与・受容接合層1内に、電子供与層10の材料と電子受容層20の材料とが混在した混在層1Mが形成され、電子供与層10と電子受容層20とが断面視櫛歯状構造を有する構成の本実施形態によれば、電子供与層10と電子受容層20との界面積を大きくすることができ、電子供与層10と電子受容層20との密着性が良く、電荷分離効率と光電変換効率の向上を図ることが可能な、非バルクヘテロ結合型の光電変換素子101を提供することができる。
As described above, the
「第2実施形態」
図面を参照して、本発明に係る第2実施形態の光電変換素子について説明する。
図4は本実施形態の光電変換素子の模式断面図である。
本実施形態の基本構成は第1実施形態と同様であり、同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明を省略する。“Second Embodiment”
A photoelectric conversion element according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion element of this embodiment.
The basic configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態の光電変換素子102は、第1実施形態と同様に、電極主面同士が互いに対向して配置された一対の電極30、40と、これらの間に形成された断面視櫛歯状の電子供与層10(p層)及び断面視櫛歯状の電子受容層20(n層)からなる電子供与・受容接合層1とを備えている。
本実施形態においても、電子供与・受容接合層1内には、電子供与層10の材料と電子受容層20の材料とが混在した混在層1Mが形成されている。この混在層1Mは、電子供与層10と電子受容層20の断面視櫛歯状に沿って形成されている。
断面視櫛歯型構造の活性層の平面パターン例(III−III断面図)は、第1実施形態において図3A〜図3Cに示したのと同様である。As in the first embodiment, the
Also in this embodiment, a
A plane pattern example (III-III cross-sectional view) of the active layer having a comb-like structure in cross-sectional view is the same as that shown in FIGS. 3A to 3C in the first embodiment.
本実施形態ではさらに、電子供与層10の基部11と一方の電極30、及び/又は、電子受容層20の基部21と他方の電極40との間に、半導体層及び/または導体層が形成されている。以下、「半導体層及び/または導体層」を(半)導体層と表記する。
本実施形態では、電子供与層10の基部11と一方の電極30との間に(半)導体層50が形成され、電子受容層20の基部21と他方の電極40との間に(半)導体層60が形成されている。In the present embodiment, a semiconductor layer and / or a conductor layer is further formed between the base 11 of the
In the present embodiment, a (semi)
(半)導体層50、60の材質は特に限定されるものではなく、例えば、ポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェン、ポリスチレンスルホン酸、及びポリアニリンなどの高分子化合物、カーボンナノチューブなどの半金属、酸化チタン、酸化モリブデン、及びフッ化リチウムなどの金属化合物、あるいはアルミニウム合金及びマグネシウム合金などの合金などが挙げられる。 The material of the (semi) conductor layers 50 and 60 is not particularly limited, and examples thereof include polymer compounds such as poly-3,4-ethylenedioxythiophene, polystyrene sulfonic acid, and polyaniline, and semimetals such as carbon nanotubes. And metal compounds such as titanium oxide, molybdenum oxide, and lithium fluoride, and alloys such as aluminum alloy and magnesium alloy.
(半)導体層50、60を形成させる方法は特に限定されるものではなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、及びCVD法などの気相成膜法、あるいはスピンコート法、ディップコート法、及びスクリーン印刷法などの液相成膜法等が挙げられる。 The method of forming the (semi) conductor layers 50 and 60 is not particularly limited. For example, vapor deposition methods such as vacuum deposition, sputtering, and CVD, spin coating, dip coating, And liquid phase film forming methods such as a screen printing method.
本実施形態の光電変換素子102は、第1実施形態と同様の構造の電子供与・受容接合層1を備えており、第1実施形態と同様の効果が得られる。
本実施形態の光電変換素子102は、(半)導体層50、60の成膜工程が増えることを除けば、第1実施形態と同様に製造できる。
電子供与・受容接合層1内に、電子供与層10の材料と電子受容層20の材料とが混在した混在層1Mが形成され、電子供与層10と電子受容層20とが断面視櫛歯状構造を有する構成の本実施形態によれば、電子供与層10と電子受容層20との界面積を大きくすることができ、電子供与層10と電子受容層20との密着性が良く、電荷分離効率と光電変換効率の向上を図ることが可能な、非バルクヘテロ結合型の光電変換素子102を提供することができる。The
The
A
「第3実施形態」
図面を参照して、本発明に係る第3実施形態の光電変換素子について説明する。
図5は本実施形態の光電変換素子の模式断面図である。
本実施形態の基本構成は第1実施形態と同様であり、同じ構成要素には同じ参照符号を付して、説明を省略する。“Third Embodiment”
A photoelectric conversion element according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion element of this embodiment.
The basic configuration of the present embodiment is the same as that of the first embodiment, and the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
本実施形態の光電変換素子103は、電極主面同士が互いに対向して配置された一対の電極30、40と、これらの間に形成された電子供与層70(p層)及び電子受容層80(n層)からなる電子供与・受容接合層2とを備えている。本実施形態の光電変換素子103は、電子供与層70及び電子受容層80がいずれもベタ膜である平面結合型の光電変換素子である。
本実施形態において、電子供与・受容接合層2内には、電子供与層70の材料と電子受容層80の材料とが混在した混在層2Mが形成されている。The
In the present embodiment, a
図面上は、電子供与・受容接合層2において、上記の混在層2Mと、電子供与層70の材料と電子受容層80の材料とが混在していない非混在層とが明確に界面を形成しているように図示しているが、実際にはこれらの界面は明確でない場合がある。
本実施形態において、電荷分離に寄与している電子供与層(p層)70と電子受容層(n層)80との界面(p/n界面)は、混在層2M内に含まれている。In the drawing, in the electron donating / accepting
In the present embodiment, the interface (p / n interface) between the electron donating layer (p layer) 70 and the electron accepting layer (n layer) 80 contributing to charge separation is included in the
平面結合型の光電変換素子103においても、電子供与・受容接合層2内に、電子供与層70の材料と電子受容層80の材料とが混在した混在層2Mを形成することで、電子供与層70と電子受容層80との密着性を向上させることができる。
混在層2Mの層厚は特に制限されない。
混在層2Mの層厚は明確に測定できない場合もある。
第1実施形態と同様、電子供与層70と電子受容層80とが良好に密着し、電荷分離界面積の増大効果が得られ、かつ電荷分離界面で発生したキャリアの移動経路が良好に通じた構造が安定的に得られることから、混在層2Mの層厚は0.5〜50nmであるのが好ましい。
混在層2Mの層厚が0.5nm未満では、電子供与層70と電子受容層80との間に混在層2Mが形成されない箇所が生じてこれらの層の密着性が低下する部分が生じる恐れがあり、また電荷分離界面積の増大効果が充分に得られない場合がある。
混在層2Mの層厚が50nm超では、電子供与・受容接合層2内を移動するキャリアの移動経路が通じ難くなり、電極30、40でのキャリア収集効率が低減する恐れがある。Also in the flat-coupled
The layer thickness of the
The layer thickness of the
As in the first embodiment, the
If the layer thickness of the
If the layer thickness of the
電子供与層10の層厚と電子受容層20の層厚は特に制限されない。
本実施形態では、電子供与・受容接合層2内に混在層2Mが形成されているので、電子供与層70と電子受容層80との接合界面が明確ではなく、これらの層の層厚が明確でない場合がある。
第1実施形態と同様、電子供与層70と電子受容層80との接合界面が明確でない場合には、混在層2Mは、層厚の半分が電子供与層70に属し、残りの半分が電子受容層80に属しているとみなす。The layer thickness of the
In this embodiment, since the
As in the first embodiment, when the bonding interface between the
電子供与層70の層厚と電子受容層80の層厚はいずれも、50〜250nmが好ましい。
電子供与層70および電子受容層80の層厚が50nm未満では、充分な光吸収がなされず光電変換効率が低下する恐れがある。電子供与層70および電子受容層80の層厚が250nm超では、電荷分離後のキャリアの移動に対する抵抗が大きくなり、電極でのキャリア収集効率が低下する恐れがある。
電子供与層70の層厚と電子受容層80とからなる活性層である電子供与・受容接合層2の層厚は50.5〜300nmが好ましい。
電子供与層70の層厚と電子受容層80の層厚とは同一でも非同一でもよい。The thickness of the
If the layer thickness of the
The layer thickness of the electron donating / accepting
The layer thickness of the
本実施形態の光電変換素子103は、
電子供与層70と電子受容層80とのうち一方の層を形成する工程と、
上記一方の層の上に、電子供与層70と電子受容層80とのうち他方の層の構成成分と上記一方の層が溶解する溶媒を含む少なくとも1種の溶媒とを含む塗布剤を塗布した後、溶媒を除去して、上記他方の層を形成する工程とを有する製造方法によって、製造できる。The
Forming one of the
On the one layer, a coating agent including at least one solvent including a constituent component of the other of the
電子供与・受容接合層2内に、電子供与層70の材料と電子受容層80の材料とが混在した混在層2Mが形成された構成の本実施形態によれば、電子供与層70と電子受容層80との密着性が良く、電荷分離効率と光電変換効率の向上を図ることが可能な、平面結合型の光電変換素子103を提供することができる。
According to the present embodiment in which the
「太陽電池」
上記第1〜第3実施形態の光電変換素子101〜103は、カバーガラス及び保護フィルム等を付けて、太陽電池として利用することができる。"Solar cell"
The
本発明に係る実施例及び比較例について説明する。 Examples and comparative examples according to the present invention will be described.
以下の実施例1〜3では、上記実施形態の光電変換素子101〜103を作製した。活性層の平面パターンは、図3Aに示したストライプ状パターンとした。
比較例1〜3は混在層が形成されない条件とした以外は、実施例1〜3と同様にして、比較用の光電変換素子を得た。In the following Examples 1 to 3, the
Comparative Examples 1 to 3 were obtained in the same manner as in Examples 1 to 3, except that the mixed layer was not formed.
<断面視櫛歯構造の寸法、モールドの寸法>
実施例2、3における断面視櫛歯構造の寸法は以下の通りとした。
電子供与層10のストライプ幅a(混在層1Mの半分の厚みを含む)=100nm、電子受容層20のストライプ幅b(混在層1Mの半分の厚みを含む)=100nm、活性層1Aの層厚d=500nm、電子供与層10の基部11の厚さe(混在層1Mの半分の厚みを含む)=50nm、電子受容層20の基部21の厚さf(混在層1Mの半分の厚みを含む)=50nm。
実施例2、3において、電子供与層10のパターン形成に用いたモールドは、幅100nm、長さ6mm、深さ500nm、ピッチ200nmの複数のトレンチを有しており、このモールドの断面視櫛歯型構造が形成された部分の平面視面積は6mm×6mmであった。<Dimensions of comb-tooth structure in cross-sectional view, dimensions of mold>
The dimensions of the cross-sectional comb structure in Examples 2 and 3 were as follows.
Stripe width a of the electron donating layer 10 (including half the thickness of the
In Examples 2 and 3, the mold used for pattern formation of the
<変換効率>
下記各例において、光電変換素子の変換効率測定は、ソーラーシミュレーターを用いて行った。変換効率は、キセノンランプ(500W)により擬似太陽光を照射し(AM1.5G、1kW/m2)、I−V曲線を測定して、算出した。<Conversion efficiency>
In the following examples, the conversion efficiency of the photoelectric conversion element was measured using a solar simulator. The conversion efficiency was calculated by irradiating simulated sunlight with a xenon lamp (500 W) (AM1.5G, 1 kW / m 2 ) and measuring an IV curve.
<実施例1>
以下のようにして、図5に示した構造の光電変換素子103を作製した。
表面に膜厚100nmのITO透明電極が形成された層厚0.7mmの電極基板に、ポリ(3−ヘキシルチオフェン)(以下、「P3HT」と略記。)をスピンコートし、150℃30minの熱処理を行って、層厚100nmの電子供与層を形成した。
次に、上記電子供与層上にフェニルC61酪酸メチルエステル(以下、「PCBM」と略記。)をジクロロメタン/クロロホルム混合溶媒に溶解した溶液をスピンコートし、150℃30minの熱処理を行って、層厚100nmの電子受容層を形成した。
以上のようにして、電子供与層と電子受容層とからなる電子供与・受容接合層を形成した。
電子供与・受容接合層形成の過程において、電子供与層上にPCBM溶液を塗布する際に電子供与層の上層部が溶解して、先に成膜した電子供与層の上層部とその上に成膜された電子受容層の下層部が混在した混在層が形成された。混在層の層厚cは20nmであった。電子供与層の非混在層と電子受容層の非混在層の層厚はいずれも80nmであった。
すなわち、層厚100nmの電子供与層のうち、10nm×2が混在層、残りの80nmが非混在層であった。同様に、層厚100nmの電子受容層のうち、10nm×2が混在層、残りの80nmが非混在層であった。
最後に、Alを膜厚100nmで真空蒸着して、光電変換素子を得た。変換効率を測定した結果、1.5%であった。<Example 1>
The
Poly (3-hexylthiophene) (hereinafter abbreviated as “P3HT”) is spin-coated on an electrode substrate having a thickness of 0.7 mm on which an ITO transparent electrode having a thickness of 100 nm is formed, and heat treatment at 150 ° C. for 30 minutes. And an electron donating layer having a layer thickness of 100 nm was formed.
Next, a solution in which phenyl C61 butyric acid methyl ester (hereinafter abbreviated as “PCBM”) is dissolved in a dichloromethane / chloroform mixed solvent is spin-coated on the electron donor layer, and heat treatment is performed at 150 ° C. for 30 minutes to obtain a layer thickness. A 100 nm electron-accepting layer was formed.
As described above, an electron donating / accepting junction layer composed of an electron donating layer and an electron accepting layer was formed.
In the process of forming the electron donating / accepting bonding layer, when the PCBM solution is applied onto the electron donating layer, the upper layer portion of the electron donating layer is dissolved, and the upper layer portion of the electron donating layer previously formed and the upper layer portion are formed thereon. A mixed layer in which the lower layer portion of the filmed electron accepting layer was mixed was formed. The layer thickness c of the mixed layer was 20 nm. The layer thicknesses of the non-mixed layer of the electron donating layer and the non-mixed layer of the electron accepting layer were both 80 nm.
That is, among the electron donating layers having a layer thickness of 100 nm, 10 nm × 2 was a mixed layer and the remaining 80 nm was a non-mixed layer. Similarly, of the electron-accepting layer having a layer thickness of 100 nm, 10 nm × 2 was a mixed layer and the remaining 80 nm was a non-mixed layer.
Finally, Al was vacuum-deposited with a film thickness of 100 nm to obtain a photoelectric conversion element. As a result of measuring the conversion efficiency, it was 1.5%.
<実施例2>
表面に膜厚100nmのITO透明電極が形成された層厚0.7mmの電極基板に、P3HTをスピンコートし、150℃30minの熱処理を行って、層厚300nmのP3HT層を形成した。
次に、上記モールドを用い、180℃40MPaで上記P3HT層を加熱加圧して、モールドのパターンを転写し、その後、150℃30minの熱処理を行って、a=100nm、d=500nm、e=50nmの断面視櫛歯構造の電子供与層を形成した。
次に、上記断面視櫛歯構造の電子供与層上に、PCBM−ジクロロメタン/クロロホルム溶液をスピンコートし、150℃30minの熱処理を行って、b=100nm、f=50nmの電子受容層を形成した。
以上のようにして、電子供与層と電子受容層とからなる電子供与・受容接合層を形成した。
電子供与・受容接合層形成の過程において、断面視櫛歯構造の電子供与層上にPCBM溶液を塗布する際に電子供与層の一部が溶解して、先に成膜した電子供与層の一部とその上に成膜された電子受容層の一部が混在した混在層が形成された。混在層は、先に成膜された断面視櫛歯構造の電子供与層の表面形状に沿って形成された。
混在層の層厚cは20nmであった。電子供与層の非混在層のストライプ幅と電子受容層の非混在層のストライプ幅はいずれも80nmであった。
すなわち、電子供与層のストライプ幅100nmのうち、10nm×2が混在層、残りの80nmが非混在層のストライプ幅であった。同様に、電子受容層のストライプ幅100nmのうち、10nm×2が混在層、残りの80nmが非混在層のストライプ幅であった。
最後に、Alを膜厚100nmで真空蒸着して、素子を得た。変換効率を測定した結果、3.5%であった。<Example 2>
P3HT was spin-coated on an electrode substrate having a thickness of 0.7 mm on which an ITO transparent electrode having a thickness of 100 nm was formed, and a heat treatment at 150 ° C. for 30 minutes was performed to form a P3HT layer having a thickness of 300 nm.
Next, using the above mold, the P3HT layer is heated and pressurized at 180 ° C. and 40 MPa to transfer the pattern of the mold, and then subjected to heat treatment at 150 ° C. for 30 minutes, a = 100 nm, d = 500 nm, e = 50 nm An electron donor layer having a comb-tooth structure in cross section was formed.
Next, a PCBM-dichloromethane / chloroform solution was spin-coated on the electron donor layer having a comb-tooth structure in cross-sectional view, and heat treatment was performed at 150 ° C. for 30 minutes to form an electron-accepting layer having b = 100 nm and f = 50 nm. .
As described above, an electron donating / accepting junction layer composed of an electron donating layer and an electron accepting layer was formed.
In the process of forming the electron donating / accepting bonding layer, a part of the electron donating layer is dissolved when the PCBM solution is applied on the electron donating layer having a comb-tooth structure in a cross-sectional view. A mixed layer was formed in which a portion of the electron-accepting layer formed thereon was mixed with a part of the electron-accepting layer. The mixed layer was formed along the surface shape of the electron donor layer having a comb-tooth structure in cross-sectional view formed in advance.
The layer thickness c of the mixed layer was 20 nm. The stripe width of the non-mixed layer of the electron donating layer and the stripe width of the non-mixed layer of the electron accepting layer were both 80 nm.
That is, of the stripe width of 100 nm of the electron donating layer, 10 nm × 2 was the mixed layer, and the remaining 80 nm was the non-mixed layer. Similarly, of the stripe width of 100 nm of the electron-accepting layer, 10 nm × 2 was the mixed layer, and the remaining 80 nm was the non-mixed layer.
Finally, Al was vacuum-deposited with a film thickness of 100 nm to obtain a device. As a result of measuring the conversion efficiency, it was 3.5%.
<実施例3>
表面に膜厚100nmのITO透明電極が形成された層厚0.7mmの電極基板に、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)(PEDOT)とポリスチレンスルホン酸(PSS)との水溶液をスピンコートし、110℃1hr乾燥させて、膜厚30nmの(半)導体層を形成した。
実施例2と同様に、断面視櫛歯構造の電子供与・受容接合層を形成した。実施例2と同様に、電子供与・受容接合層形成の過程において、電子供与層上にPCBM溶液を塗布する際に電子供与層の一部が溶解して、先に成膜した電子供与層の一部とその上に成膜された電子受容層の一部が混在した混在層が形成された。電子供与・受容接合層の寸法a〜fは実施例2と同様であった。
次に、チタンプロポキシド溶液をスピンコートし、110℃1hr乾燥させて、膜厚10nmの(半)導体層を形成した。
最後に、Alを膜厚100nmで真空蒸着して、素子を得た。変換効率を測定した結果、3.9%であった。<Example 3>
Spin coating of an aqueous solution of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and polystyrene sulfonic acid (PSS) on a 0.7 mm thick electrode substrate with a 100 nm thick ITO transparent electrode formed on the surface And dried at 110 ° C. for 1 hr to form a (semi) conductor layer having a thickness of 30 nm.
Similarly to Example 2, an electron donating / accepting bonding layer having a comb-tooth structure in cross-sectional view was formed. As in Example 2, in the process of forming the electron donating / accepting bonding layer, when the PCBM solution was applied onto the electron donating layer, part of the electron donating layer was dissolved, and the electron donating layer formed earlier was dissolved. A mixed layer in which a part and a part of the electron-accepting layer formed thereon was mixed was formed. Dimensions a to f of the electron donating / accepting bonding layer were the same as those in Example 2.
Next, a titanium propoxide solution was spin-coated and dried at 110 ° C. for 1 hr to form a (semi) conductor layer having a thickness of 10 nm.
Finally, Al was vacuum-deposited with a film thickness of 100 nm to obtain a device. As a result of measuring the conversion efficiency, it was 3.9%.
<比較例1>
PCBM−ジクロロメタン/クロロホルム溶液の代わりに、PCBMをジクロロメタン溶媒にのみ溶解した溶液を用いた以外は実施例1と同様にして、比較用の光電変換素子を得た。混在層は形成されなかった。変換効率は、0.8%であった。<Comparative Example 1>
A comparative photoelectric conversion device was obtained in the same manner as in Example 1 except that a solution in which PCBM was dissolved only in a dichloromethane solvent was used instead of the PCBM-dichloromethane / chloroform solution. A mixed layer was not formed. The conversion efficiency was 0.8%.
<比較例2>
PCBM−ジクロロメタン/クロロホルム溶液の代わりに、PCBMをジクロロメタン溶媒にのみ溶解した溶液を用いた以外は実施例2と同様にして、比較用の光電変換素子を得た。混在層は形成されなかった。
電子供与・受容接合層の寸法a〜fは以下の通りであった。
a=100nm、d=500nm、e=50nm、b=100nm、f=50nm、c=0nm。
変換効率は、1.3%であった。<Comparative example 2>
A comparative photoelectric conversion element was obtained in the same manner as in Example 2 except that a solution in which PCBM was dissolved only in a dichloromethane solvent was used instead of the PCBM-dichloromethane / chloroform solution. A mixed layer was not formed.
The dimensions a to f of the electron donating / accepting bonding layer were as follows.
a = 100 nm, d = 500 nm, e = 50 nm, b = 100 nm, f = 50 nm, c = 0 nm.
The conversion efficiency was 1.3%.
<比較例3>
PCBM−ジクロロメタン/クロロホルム溶液の代わりに、PCBMをジクロロメタン溶媒にのみ溶解した溶液を用いた以外は実施例3と同様にして、比較用の光電変換素子を得た。混在層は形成されなかった。
電子供与・受容接合層の寸法a〜fは以下の通りであった。
a=100nm、d=500nm、e=50nm、b=100nm、f=50nm、c=0nm。
変換効率は、1.7%であった。<Comparative Example 3>
A comparative photoelectric conversion element was obtained in the same manner as in Example 3 except that a solution obtained by dissolving PCBM only in a dichloromethane solvent was used instead of the PCBM-dichloromethane / chloroform solution. A mixed layer was not formed.
The dimensions a to f of the electron donating / accepting bonding layer were as follows.
a = 100 nm, d = 500 nm, e = 50 nm, b = 100 nm, f = 50 nm, c = 0 nm.
The conversion efficiency was 1.7%.
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、適宜設計変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and design changes can be made as appropriate without departing from the spirit of the present invention.
本発明の光電変換素子は、太陽電池、発光素子、受光素子、及びその他各種センサなどに好ましく適用できる。 The photoelectric conversion element of the present invention is preferably applicable to solar cells, light emitting elements, light receiving elements, and other various sensors.
この出願は、2011年1月21日に出願された日本出願特願2011−010611号を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。 This application claims the priority on the basis of Japanese application Japanese Patent Application No. 2011-010611 for which it applied on January 21, 2011, and takes in those the indications of all here.
101〜103 光電変換素子
1、2 電子供与・受容接合層
1A 活性層
1M、2M 混在層
10、70 電子供与層
11 基部
12 断面視ストライプ状部
12A 断面視短冊状部
20、80 電子受容層
21 基部
22 断面視ストライプ状部
22A 断面視短冊状部
30、40 電極
30A、40A 電極主面
50、60 (半)導体層
70 電子供与層
80 電子受容層101-103
Claims (11)
前記電子供与・受容接合層内に、電子供与層の材料と前記電子受容層の材料とが混在した混在層が形成された光電変換素子。A photoelectric conversion element comprising an electron donating / accepting junction layer in which an electron donating layer and an electron accepting layer are joined between a pair of electrodes arranged such that electrode principal surfaces face each other,
A photoelectric conversion element in which a mixed layer in which a material for an electron donating layer and a material for the electron accepting layer are mixed is formed in the electron donating / accepting bonding layer.
前記電子受容層は、前記電極主面に対して交差方向に延びる複数の断面視短冊状部が周期的に形成された断面視ストライプ状部と、当該断面視ストライプ状部の他方の前記電極側に形成され、前記複数の断面視短冊状部を繋ぐ基部とからなる断面視櫛歯状構造を有し、
前記混在層が、前記電子供与層と前記電子受容層の断面視櫛歯状に沿って形成された請求項1又は2に記載の光電変換素子。The electron donating layer includes a cross-sectional stripe-like portion in which a plurality of cross-sectional strip-like portions extending in a crossing direction with respect to the electrode main surface are periodically formed, and one electrode side of the cross-sectional stripe-like portion A cross-sectional view comb-like structure comprising a base part connecting the plurality of cross-sectional view strip-like parts,
The electron-accepting layer includes a cross-sectional stripe-like portion in which a plurality of cross-sectional strip-like portions extending in a crossing direction with respect to the electrode main surface are periodically formed, and the other electrode side of the cross-sectional stripe-like portion A cross-sectional view comb-like structure comprising a base part connecting the plurality of cross-sectional view strip-like parts,
3. The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the mixed layer is formed along a comb-like shape in sectional view of the electron donating layer and the electron accepting layer.
かつ、
前記電子供与層の前記断面視ストライプ状部と前記電子受容層の前記断面視ストライプ状部とからなる活性層の層厚が、
前記電子供与層の前記ストライプ幅と前記電子受容層の前記ストライプ幅とが同一のとき、当該ストライプ幅の2倍以上40倍以下であり、
前記電子供与層の前記ストライプ幅と前記電子受容層の前記ストライプ幅とが非同一のとき、前記電子供与層の前記ストライプ幅と前記電子受容層の前記ストライプ幅のうち、小さい方の2倍以上大きい方の40倍以下である請求項3に記載の光電変換素子。The stripe width of the cross-sectional stripe part of the electron donating layer and the stripe width of the cross-sectional stripe part of the electron accepting layer are both 5 to 100 nm,
And,
The layer thickness of the active layer composed of the cross-sectional stripe part of the electron donating layer and the cross-sectional stripe part of the electron accepting layer is:
When the stripe width of the electron donating layer and the stripe width of the electron accepting layer are the same, the stripe width is not less than 2 times and not more than 40 times,
When the stripe width of the electron donating layer and the stripe width of the electron accepting layer are not the same, the stripe width of the electron donating layer and the stripe width of the electron accepting layer are more than twice the smaller one The photoelectric conversion element according to claim 3, which is 40 times or less of the larger one.
前記電子供与層と前記電子受容層とのうち一方の層を形成する工程と、
前記一方の層の上に、前記電子供与層と前記電子受容層とのうち他方の層の構成成分と前記一方の層が溶解する溶媒を含む少なくとも1種の溶媒とを含む溶液を塗布した後、前記少なくとも1種の溶媒を除去して、前記他方の層を形成する工程とを有する光電変換素子の製造方法。It is a manufacturing method of the photoelectric conversion element in any one of Claims 1-8,
Forming one of the electron donating layer and the electron accepting layer;
After applying a solution containing a component of the other layer of the electron donating layer and the electron accepting layer and at least one solvent containing a solvent in which the one layer dissolves on the one layer. And a step of removing the at least one solvent to form the other layer.
前記電子供与層と前記電子受容層とのうち一方の層の構成材料からなる平坦膜を成膜し、当該平坦膜に対して、前記一方の層の前記断面視櫛歯状のパターンに対応した反転パターンを有するモールドを、前記一方の層の構成材料の融点をTm(℃)としたとき、Tm−100(℃)以上Tm(℃)未満の温度範囲内で押圧して、前記断面視櫛歯状のパターンに成形して、前記一方の層を形成する工程と、
前記一方の層の上に、前記電子供与層と前記電子受容層とのうち他方の層の構成成分と前記一方の層が溶解する溶媒を含む少なくとも1種の溶媒とを含む塗布剤を塗布した後、前記少なくとも1種の溶媒を除去して、前記他方の層を形成する工程とを有する光電変換素子の製造方法。It is a manufacturing method of the photoelectric conversion element according to any one of claims 3 to 5,
A flat film made of a constituent material of one of the electron donating layer and the electron accepting layer is formed, and the flat film corresponds to the comb-like pattern in cross-sectional view of the one layer. When the melting point of the constituent material of the one layer is T m (° C.), the mold having the reverse pattern is pressed within a temperature range of T m −100 (° C.) or more and less than T m (° C.), Forming into a comb-like pattern in cross-sectional view and forming the one layer;
On the one layer, a coating agent containing at least one solvent including a constituent component of the other layer of the electron donating layer and the electron accepting layer and a solvent in which the one layer is dissolved was applied. And a step of forming the other layer by removing the at least one solvent.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011010611 | 2011-01-21 | ||
JP2011010611 | 2011-01-21 | ||
PCT/JP2012/000282 WO2012098876A1 (en) | 2011-01-21 | 2012-01-18 | Photoelectric conversion element and method of manufacturing the same, and solar battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPWO2012098876A1 true JPWO2012098876A1 (en) | 2014-06-09 |
Family
ID=46515511
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012553623A Pending JPWO2012098876A1 (en) | 2011-01-21 | 2012-01-18 | Photoelectric conversion element, method for producing the same, and solar cell |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPWO2012098876A1 (en) |
TW (1) | TW201251059A (en) |
WO (1) | WO2012098876A1 (en) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2926387B1 (en) * | 2012-11-28 | 2020-11-25 | The Regents Of The University Of Michigan | Organic photovoltaic device with hybrid heterojunction between a planar and a graded layer |
TW201527110A (en) * | 2013-08-26 | 2015-07-16 | Japan Science & Tech Agency | Electrically conductive structure and method for producing same |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06318725A (en) * | 1993-05-10 | 1994-11-15 | Ricoh Co Ltd | Photovoltaic element and its manufacture |
JP2005244159A (en) * | 2003-08-22 | 2005-09-08 | Kanazawa Univ | Organic solar cell and its manufacturing method |
JP2008141103A (en) * | 2006-12-05 | 2008-06-19 | Oji Paper Co Ltd | Production method of photoelectric conversion device |
JP2009054907A (en) * | 2007-08-29 | 2009-03-12 | Mitsubishi Electric Corp | Hetero-junction element |
JP2009514184A (en) * | 2003-07-01 | 2009-04-02 | コナルカ テクノロジーズ インコーポレイテッド | Manufacturing method of organic solar cell or photodetector. |
WO2010038721A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | Organic photoelectric conversion element and method for manufacturing the same |
-
2012
- 2012-01-18 WO PCT/JP2012/000282 patent/WO2012098876A1/en active Application Filing
- 2012-01-18 JP JP2012553623A patent/JPWO2012098876A1/en active Pending
- 2012-01-20 TW TW101102350A patent/TW201251059A/en unknown
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06318725A (en) * | 1993-05-10 | 1994-11-15 | Ricoh Co Ltd | Photovoltaic element and its manufacture |
JP2009514184A (en) * | 2003-07-01 | 2009-04-02 | コナルカ テクノロジーズ インコーポレイテッド | Manufacturing method of organic solar cell or photodetector. |
JP2005244159A (en) * | 2003-08-22 | 2005-09-08 | Kanazawa Univ | Organic solar cell and its manufacturing method |
JP2008141103A (en) * | 2006-12-05 | 2008-06-19 | Oji Paper Co Ltd | Production method of photoelectric conversion device |
JP2009054907A (en) * | 2007-08-29 | 2009-03-12 | Mitsubishi Electric Corp | Hetero-junction element |
WO2010038721A1 (en) * | 2008-09-30 | 2010-04-08 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | Organic photoelectric conversion element and method for manufacturing the same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN7015002710; M. Kim et al.: 'Flexible conjugated polymer photovoltaic cells with controlled heterojunctions fabricated using nano' APPLIED PHYSICS LETTERS Vol.90,No.12, 20070322, pp.123113-1-3 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2012098876A1 (en) | 2012-07-26 |
TW201251059A (en) | 2012-12-16 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Zhang et al. | Critical review of recent progress of flexible perovskite solar cells | |
JP5225305B2 (en) | Organic thin film solar cell and method for producing the same | |
JP5655568B2 (en) | Organic photoelectric conversion element, solar cell, and optical sensor array | |
JP2013222750A (en) | Photoelectric conversion element, method for manufacturing the same, and solar cell | |
Kadam et al. | Optimization of ZnO: PEIE as an electron transport layer for flexible organic solar cells | |
Qiao et al. | Organic/inorganic polymer solar cells using a buffer layer from all-water-solution processing | |
JP5444743B2 (en) | Organic photoelectric conversion element | |
JP2012124336A (en) | Manufacturing method of organic thin-film solar cell | |
JP2013089807A (en) | Organic thin-film solar cell, organic thin film solar cell module, manufacturing method of organic thin-film solar cell | |
WO2012098876A1 (en) | Photoelectric conversion element and method of manufacturing the same, and solar battery | |
WO2011018884A1 (en) | Photoelectric conversion element and manufacturing method therefor | |
JP5304448B2 (en) | Organic photoelectric conversion element | |
KR101458565B1 (en) | Organic solar cell and the manufacturing method thereof | |
KR101364461B1 (en) | Organic solar cell module and Method for preparing the same | |
Maniarasu et al. | Flexible Perovskite Solar Cells | |
JP5310230B2 (en) | Organic photoelectric conversion element | |
JP5691449B2 (en) | Organic photoelectric conversion element, solar cell using the same, and optical sensor array | |
KR100959760B1 (en) | Photovoltaic cell and method of manufacturing the same | |
KR20090069947A (en) | Flexible organic solar cell and fabrication method thereof | |
Wan et al. | The design and realization of large-scale patterned organic solar cells in series and parallel configurations | |
KR20110096406A (en) | A manufacturing method of high efficient organic solar cell using zno nano material | |
JP5445086B2 (en) | Organic photoelectric conversion element, solar cell using the same, and optical sensor array | |
JP6034429B2 (en) | Photoelectric conversion device and method for manufacturing photoelectric conversion device | |
KR20110093044A (en) | Organic solar cell and manufacturing method thereof | |
Ma | Printed Organic Thin Film Solar Cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150119 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151006 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160216 |