JP2014175380A - Organic thin-film solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic thin-film solar cell which is inexpensive, is improved in durability, and can be reduced in weight/thickness, and a method of manufacturing the same.SOLUTION: There are provided an organic thin-film solar cell 1 and a method of manufacturing the same. The organic thin-film solar cell 1 includes: a substrate 10; a first electrode layer 11 disposed on the substrate; a hole transport layer 12 disposed on the first electrode layer; a bulk heterojunction organic active layer 14 disposed on the hole transport layer; a second electrode layer 16 disposed on the bulk heterojunction organic active layer; a sealing glass 40 which faces the substrate and seals a laminated structure comprising the first electrode layer, the hole transport layer, the bulk heterojunction organic active layer, and the second electrode layer; and glass frit 36 which is disposed between the sealing glass and the substrate and seals the laminated structure.

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).

特開2009−246025号公報JP 2009-246025 A

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.

実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の別の模式的断面構造図。The another typical cross-section figure of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment. 比較例に係る有機薄膜太陽電池の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the organic thin-film solar cell which concerns on a comparative example. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の原理的な構成および動作を説明する模式図。The schematic diagram explaining the fundamental structure and operation | movement of the organic thin-film solar cell which concern on embodiment. 図4に示された有機薄膜太陽電池の各種材料のエネルギーバンド構造図。FIG. 5 is an energy band structure diagram of various materials of the organic thin film solar cell shown in FIG. 4. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において適用する、(a)PEDOTの化学構造式、(b)PSSの化学構造式。(A) Chemical structural formula of PEDOT and (b) Chemical structural formula of PSS applied in the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において適用する、(a)p型材料となるP3HTの化学構造式、(b)n型材料となるPCBMの化学構造式。(A) Chemical structural formula of P3HT as a p-type material and (b) Chemical structural formula of PCBM as an n-type material, which are applied to the organic thin film solar cell according to the embodiment. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、真空蒸着で使用する材料の化学構造式であって、(a)Pc:フタロシアニンの例、(b)ZnPc:亜鉛フタロシアニンの例、(c)Me−Ptcdiの例、(d)C60 :フラーレンの例。In the organic thin-film solar cell according to the embodiment, the chemical structural formula of the material used in vacuum deposition includes (a) Pc: example of phthalocyanine, (b) ZnPc: example of zinc phthalocyanine, (c) Me-Ptcdi (D) Example of C 60 : fullerene. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、溶液プロセスで使用する材料の化学構造式であって、(a)MDMO−PPVの例、(b)PFBの例、(c)CN−MDMO−PPVの例、(d)PFO−DBTの例、(e)F8BTの例、(f)PCDTBTの例、(g)PC 60 BMの例、(h)PC 70 BMの例。In the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, it is a chemical structural formula of the material used by a solution process, Comprising: (a) Example of MDMO-PPV, (b) Example of PFB, (c) CN-MDMO-PPV Examples: (d) PFO-DBT example, (e) F8BT example, (f) PCDTBT example, (g) PC 60 BM example, (h) PC 70 BM example. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の積層構造部分の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the laminated structure part of the organic thin film solar cell which concerns on embodiment. 実施の形態の変形例に係る有機薄膜太陽電池の積層構造部分の模式的断面構造図。The typical cross-section figure of the laminated structure part of the organic thin-film solar cell which concerns on the modification of embodiment. 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、(a)基板上に透明電極層を形成したITO基板を準備する工程図、(b)透明電極層をパターニング後、透明電極層上に正孔輸送層をパターン形成する工程図、(c)正孔輸送層上にバルクへテロ接合有機活性層をパターン形成する工程図、(d)バルクへテロ接合有機活性層上に第2電極層をパターン形成する工程図。It is one process of the manufacturing method of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, Comprising: (a) Process drawing which prepares ITO board | substrate which formed the transparent electrode layer on the board | substrate, (b) After patterning a transparent electrode layer, it is transparent Process diagram for patterning hole transport layer on electrode layer, (c) Process diagram for patterning bulk heterojunction organic active layer on hole transport layer, (d) On bulk heterojunction organic active layer Process drawing which forms a 2nd electrode layer in a pattern. 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、(a)封止ガラスを準備する工程図、(b)封止ガラス上にガラスフリットを形成する工程図、(c)ガラスフリットの先端部分にUV硬化樹脂を形成する工程図。It is 1 process of the manufacturing method of the organic thin-film solar cell concerning embodiment, Comprising: (a) Process drawing which prepares sealing glass, (b) Process drawing which forms glass frit on sealing glass, (c) Process drawing which forms UV hardening resin in the front-end | tip part of glass frit. 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、(a)図12(d)に示された工程後のITO基板と、図13(c)に示された工程後の封止ガラスを対向させる工程図、(b)図14(a)に示された工程後、ガラスフリットとUV硬化樹脂を介して、ITO基板と封止ガラスを接着し、封止する工程図。It is one process of the manufacturing method of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, Comprising: (a) ITO board | substrate after the process shown by FIG.12 (d), and the process after the process shown by FIG.13 (c) Process drawing which makes sealing glass oppose, (b) Process drawing which adhere | attaches and seals an ITO substrate and sealing glass through a glass frit and UV hardening resin after the process shown by Fig.14 (a). 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の封止部の構成であって、(a)ガラスフリットがUV硬化樹脂で被覆された構成を示す模式的断面構造図、(b)ガラスフリットがUV硬化樹脂で被覆された別の構成を示す模式的断面構造図。It is the structure of the sealing part of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, Comprising: (a) Typical cross-section figure which shows the structure by which glass frit was coat | covered with UV curable resin, (b) Glass frit is UV curable resin. The typical cross-section figure which shows another structure coat | covered with. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の封止部の構成であって、多孔質性のガラスフリットがUV硬化樹脂で被覆された構成を示す模式的断面構造図。The typical cross-section figure which shows the structure of the sealing part of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, Comprising: Porous glass frit was coat | covered with UV hardening resin. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の封止部の構成であって、(a)2本形成されるガラスフリットが楔形形状を有する構成を示す模式的断面構造図、(b)2本形成されるガラスフリットがテーパー形状を有する構成を示す模式的断面構造図、(c)2本形成されるガラスフリットの断面形状が、封止ガラス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を示す模式的断面構造図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a structure of the sealing part of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, Comprising: (a) The typical cross-section figure which shows the structure where the two glass frit formed has a wedge shape, (b) Two are formed. 2 is a schematic cross-sectional structure diagram showing a configuration in which the glass frit has a tapered shape, (c) a configuration in which the cross-sectional shape of the two formed glass frits has a spindle-shaped tapered shape in which the cross-sectional area decreases as the distance from the sealing glass increases. FIG. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の封止部の構成であって、(a)2本形成されるガラスフリットが楔形形状を有し、かつUV硬化樹脂で被覆された構成を示す模式的断面構造図、(b)2本形成されるガラスフリットがテーパー形状を有し、かつUV硬化樹脂で被覆された構成を示す模式的断面構造図、(c)2本形成されるガラスフリットの断面形状が、封止ガラス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硬化樹脂で被覆された構成を示す模式的断面構造図。1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a sealing portion of an organic thin film solar cell according to an embodiment, wherein (a) two formed glass frit has a wedge shape and is coated with a UV curable resin. Structural drawing, (b) A schematic cross-sectional structural view showing a configuration in which two formed glass frit has a taper shape and is coated with a UV curable resin, (c) sectional shape of two formed glass frit FIG. 4 is a schematic cross-sectional structure diagram showing a configuration in which the cross-sectional area decreases as the distance from the sealing glass decreases, and the structure is covered with a UV curable resin. 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、(a)基板上に透明電極層を形成した状態を示す模式的平面パターン構成図、(b)図18(a)のI−I線に沿う模式的断面構造図。It is one process of the manufacturing method of the organic thin film solar cell which concerns on embodiment, Comprising: (a) The typical plane pattern block diagram which shows the state which formed the transparent electrode layer on the board | substrate, (b) of Fig.18 (a) The typical cross-section figure along an II line. 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、(a)透明電極層上に正孔輸送層を製膜した状態を示す模式的平面パターン構成図、(b)図19(a)のII−II線に沿う模式的断面構造図。FIG. 19 is a schematic plan pattern configuration diagram showing one state of a method for manufacturing an organic thin film solar cell according to an embodiment, in which (a) a hole transport layer is formed on a transparent electrode layer; The typical sectional structure figure which meets the II-II line of (a). 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、(a)正孔輸送層上にバルクへテロ接合有機活性層を製膜した状態を示す模式的平面パターン構成図、(b)図21(a)のIII−III線に沿う模式的断面構造図。1 is a schematic plan pattern configuration diagram showing a state where a bulk heterojunction organic active layer is formed on a hole transport layer, which is one step of a method for manufacturing an organic thin-film solar cell according to an embodiment; b) A schematic cross-sectional structure diagram taken along line III-III in FIG. 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、(a)バルクへテロ接合有機活性層上に第2電極層を形成した状態を示す模式的平面パターン構成図、(b)図22(a)のIV−IV線に沿う模式的断面構造図。FIG. 4 is a schematic plan pattern configuration diagram showing a state in which the second electrode layer is formed on the bulk heterojunction organic active layer, which is one step of the method for manufacturing the organic thin film solar cell according to the embodiment; FIG. 22 is a schematic sectional view taken along the line IV-IV in FIG. 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、(a)酸素プラズマ処理によって、余分な有機層をエッチングすると共に、第2電極層の表面に酸化被膜を形成した状態を示す模式的平面パターン構成図、(b)図23(a)のV−V線に沿う模式的断面構造図。It is one process of the manufacturing method of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, Comprising: (a) While etching an excess organic layer by oxygen plasma processing, the state which formed the oxide film in the surface of the 2nd electrode layer The typical plane pattern block diagram shown, (b) The typical cross-section figure along the VV line of Fig.23 (a). 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の製造工程の一工程であって、(a)封止ガラス・ガラスフリットおよびUV硬化樹脂で封止した状態を示す模式的平面パターン構成図、(b)図24(a)のVI−VI線に沿う模式的断面構造図。FIG. 4B is a schematic plan pattern configuration diagram showing a state of the manufacturing process of the organic thin-film solar cell according to the embodiment, in which (a) sealing is performed with sealing glass / glass frit and UV curable resin; FIG. 24 is a schematic sectional view taken along line VI-VI in FIG. 図24(b)に示された構造において、封止ガラスが撓んだ状態を示す模式的断面構造図。FIG. 25 is a schematic cross-sectional structure diagram illustrating a state in which the sealing glass is bent in the structure illustrated in FIG. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の模式的断面構造図であって、(a)封止ガラスの内側に、ガラス支持台を備え、封止ガラスの撓みを抑制可能な構成例1、(b)封止ガラスの内側に、ガラス支持台を備え、封止ガラスの撓みを抑制可能な別の構成例2。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is typical sectional structure drawing of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, Comprising: (a) The structural example 1 which has a glass support stand inside sealing glass and can suppress the bending of sealing glass, (b) ) Another configuration example 2 in which a glass support is provided inside the sealing glass, and the bending of the sealing glass can be suppressed. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の模式的断面構造図であって、(a)封止ガラスの内側に、ガラス支持台を備え、封止ガラスの撓みを抑制可能な構成例3、(b)封止ガラスの内側に、ガラス支持台を備え、封止ガラスの撓みを抑制可能な別の構成例4。It is typical sectional structure drawing of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, Comprising: (a) The structural example 3 which has a glass support stand inside sealing glass and can suppress the bending of sealing glass, (b ) Another configuration example 4 that includes a glass support on the inner side of the sealing glass and can suppress the bending of the sealing glass. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池であって、封止ガラスの内側および封止ガラスとITO基板との間のスペースに酸素(O2)ゲッタリングシートを配置した模式的断面構造図。An organic thin film solar cell according to the embodiment, a space in the oxygen (O 2) shows a schematic cross section arranged gettering sheet between the inner and the sealing glass and the ITO substrate of the sealing glass. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池において、セルを7個直列接続して配置した例を示す模式的平面パターン図。In the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, the typical plane pattern figure which shows the example arrange | positioned by connecting seven cells in series. (a)図29のVII−VII線に沿う模式的断面構造図、(b)図30(a)に対応する等価回路構成図。FIG. 30A is a schematic cross-sectional structure diagram taken along the line VII-VII in FIG. 29, and FIG. 30B is an equivalent circuit configuration diagram corresponding to FIG. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の作成手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the preparation procedure of the organic thin film solar cell which concerns on embodiment. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の量産化製造工程の一工程であって、基板上に透明電極層のストライプパターンを形成した状態を示す模式的鳥瞰構造図。The typical bird's-eye view structure figure which is one process of the mass production manufacturing process of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, and shows the state which formed the stripe pattern of the transparent electrode layer on the board | substrate. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の量産化製造工程の一工程であって、ストライプ状の透明電極層上に正孔輸送層をスピンコートにより製膜した状態を示す模式的鳥瞰構造図。The typical bird's-eye view structure figure which is one process of the mass-production manufacturing process of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, and shows the state which formed the positive hole transport layer by the spin coat on the stripe-shaped transparent electrode layer. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の量産化製造工程の一工程であって、正孔輸送層上にバルクへテロ接合有機活性層をスピンコートにより製膜した状態を示す模式的鳥瞰構造図。The typical bird's-eye view structure figure which is one process of the mass production manufacturing process of the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, and shows the state which formed the bulk heterojunction organic active layer on the positive hole transport layer by spin coating. 実施の形態に係る有機薄膜太陽電池の量産化製造工程の一工程であって、バルクへテロ接合有機活性層上にストライプ状の透明電極層と直交させて第2電極層のストライプパターンを形成した状態を示す模式的鳥瞰構成図。A process for mass production of organic thin-film solar cells according to an embodiment, wherein a stripe pattern of the second electrode layer is formed on the bulk heterojunction organic active layer so as to be orthogonal to the stripe-shaped transparent electrode layer The typical bird's-eye view block diagram which shows a state. 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例を示す模式的平面パターン構成図。In the organic thin-film solar cell which concerns on embodiment, the typical plane pattern block diagram which shows the example which has arrange | positioned several cell Cij in matrix form. 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、(a)正孔輸送層およびバルクへテロ接合有機活性層を形成する際のスピンコート法を示す概略図、(b)形成された正孔輸送層およびバルクへテロ接合有機活性層の例を示す模式的鳥瞰構成図。In the method for manufacturing an organic thin-film solar cell according to the embodiment, (a) a schematic view showing a spin coating method when forming a hole transport layer and a bulk heterojunction organic active layer, (b) formed holes The typical bird's-eye view block diagram which shows the example of a transport layer and a bulk heterojunction organic active layer.

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 solar cell 1 according to the embodiment is disposed on a substrate 10, a transparent electrode layer (first electrode layer) 11 disposed on the substrate 10, and the first electrode layer 11. A hole transport layer 12, a bulk heterojunction organic active layer 14 disposed on the hole transport layer 12, a cathode electrode layer (second electrode layer) 16 disposed on the bulk heterojunction organic active layer 14, A sealing glass 40 facing the substrate 10 and sealing a laminated structure including the first electrode layer 11, the hole transport layer 12, the bulk heterojunction organic active layer 14, and the second electrode layer 16; The glass frit 36 is disposed between the substrate 40 and the substrate 10 and seals the laminated structure.

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 solar cell 1 according to the embodiment is formed by laminating an organic layer (12 · 14) having a thickness of about several hundreds of nm to be a power generation layer on a glass substrate 10 with ITO. The second electrode layer 16 is made by vapor-depositing a metal layer such as aluminum. Since pure aluminum formed as the second electrode layer 16 is easily oxidized, a passive film may be formed or a passivation film such as SiN or SiON may be laminated for durability.

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 glass frit 36 is disposed on the sealing glass 40. This is because organic layers such as the hole transport layer 12 and the bulk heterojunction organic active layer 14 are disposed on the substrate 10, so that these organic layers are not damaged when the glass frit is sintered at a high temperature. .

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 solar cell 1 according to the embodiment, a glass frit 36 can be formed by applying a glass frit paste that can be applied using a screen printing technique or a dispenser in an arbitrary pattern and baking at a high temperature.

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 glass frit 36 is, for example, about 1 μm to about 100 μm, and the width of the glass frit 36 is, for example, about 0.2 mm to about 2.0 mm. By arranging the glass frit 36, contact between the sealing glass 40 and the internal elements can be avoided.

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 solar cell 1 according to the embodiment, as shown in FIG. 1, in order to bond the sealing glass 40 and the substrate 10 on which the element is formed, a resin 36U for bonding to the surface of the glass frit 36 is provided. Prepare.

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 resin 36U, a thermosetting resin or a UV curable resin can be applied. In order to avoid heat shock applied to the element, it is desirable to use a UV curable resin. In addition, when a UV curable resin is used, a transparent glass frit that transmits ultraviolet rays may be used. As a glass frit material having a high total ray transmittance (for example, 90% or more) with respect to UV light, for example, a Zn-based glass can be applied. The glass frit can also be composed of Bi-B-Si oxide powder. The glass frit made of this Bi—B—Si-based oxide has a property of absorbing heat and generating heat and melting. Therefore, it is possible to fuse the sintered body of the paste containing the glass frit by irradiating it with an infrared laser (for example, wavelength 1064 nm).

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 glass 40. Also good. As the gettering sheet desiccant, for example, strontium oxide (SrO), calcium oxide (CaO), or the like can be used as an oxygen (O 2 ) -based getter agent.

(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 solar cell 1B according to the comparative example, as shown in FIG. 3, an engraved glass 40A is applied for sealing. The thickness of the outer shape of the digging glass 40A is, for example, about 0.7 mm, and the depth of the digging portion containing the element portion is, for example, about 0.3 mm. In the digging glass 40A, when digging an arbitrary pattern, it is necessary to create a mask plate for creating the digging for each pattern. Further, in order to form the digging portion, etching with hydrofluoric acid is required, which is expensive and troublesome. Moreover, the sealing using the dug glass 40A is expensive, and the thickness of the module is thick and heavy.

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 glass 40 and a transparent glass frit 36 baked on the sealing glass 40 are used for sealing. As the sealing glass 40, for example, non-alkali tempered glass having a thickness of about 0.1 mm to 0.2 mm is applicable.

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 glass frit 36 is applied to the sealing glass 40 by applying a glass frit paste (organic solvent + glass frit) by screen printing, drying the organic solvent at about 100 ° C., and then at about 500 ° C. to 590 ° C. And sintered for about 30 minutes. The thickness of the glass frit 36 is, for example, about 5 μm to 20 μm. Further, the thickness of the resin 36U for bonding the glass frit 36 and the substrate 10 is also about 5 μm to 20 μm, for example.

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 glass frit 36 can freely draw a pattern by using dispenser coating, and can be formed on the sealing glass 40 without using dangerous chemicals. Moreover, the module of the organic thin film solar cell according to the embodiment can be further reduced in weight and thickness by using a relatively thin cover glass (sealing glass 40) as compared with the dug glass 40A.

(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 solar cell 1 </ b> A includes a substrate 10, a transparent electrode layer 11 disposed on the substrate 10, a hole transport layer 12 disposed on the transparent electrode layer 11, A bulk heterojunction organic active layer 14 disposed on the hole transport layer 12 and a second electrode layer 16 disposed on the bulk heterojunction organic active layer 14 are provided. The second electrode layer 16 is made of, for example, aluminum (Al) and serves as a cathode electrode layer.

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 active layer 14 includes a p-type organic active layer region and an n-type organic active layer region, as shown in the right diagram of FIG. 4, and forms a complex bulk hetero pn junction. ing. Here, the p-type organic active layer region is formed of, for example, P3HT (poly (3-hexylthiophene-2,5diyl)), and the n-type organic active layer region is, for example, PCBM (6,6-phenyl-C61-). butyric acid methyl ester).

(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 active layer 14.

(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 active layer 14.

(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 transparent electrode layer 11 serving as the anode electrode, and the dissociated electrons (e−) travel toward the cathode electrode layer 16.

(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 cathode electrode layer 16 and the transparent electrode layer 11, and an open circuit voltage Voc is generated, whereby the organic thin film solar cell 1A is obtained.

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 hole transport layer 12 in the organic thin film solar cell 1A, the chemical structural formula of PEDOT is expressed as shown in FIG. 6A, and the chemical structural formula of PSS is shown in FIG. It is expressed as shown in b).

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 active layer 14 is expressed as shown in FIG. 7A, and the chemical structure of PCBM applied to the bulk heterojunction organic active layer 14 The equation is expressed as shown in FIG.

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 solar cell 1 according to the embodiment includes a substrate 10, a transparent electrode layer (first electrode layer) 11 disposed on the substrate 10, and a first electrode layer. 11, a hole heterojunction organic active layer 14 disposed on the hole transport layer 12, and a cathode electrode layer (second electrode layer) disposed on the bulk heterojunction organic active layer 14. 16).

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 solar cell 1 which concerns on the modification of embodiment is further provided with the passive film 24 arrange | positioned on the surface of the 2nd electrode layer 16, as shown in FIG. Here, the passive film 24 is composed of an oxide film of the second electrode layer 16. The oxide film of the second electrode layer 16 can be formed by performing oxygen plasma treatment on the surface of the second electrode layer 16. The thickness of the passivation film 24 is, for example, about 10 angstroms to about 100 angstroms. In addition, although illustration is abbreviate | omitted, you may provide the passivation film arrange | positioned on the passive film 24. FIG. This passivation film can be composed of, for example, a SiN film or a SiON 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(Al23)膜となる。 The second electrode layer 16 may be made of any one of Al, W, Mo, Mn, and Mg. When the second electrode layer 16 is formed of Al, the passive film 24 is an alumina (Al 2 O 3 ) film.

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 solar cell 1 including the passive film 24 on the surface of the second electrode layer 16 has a second structure even when moisture or oxygen penetrates into the bulk heterojunction organic active layer 14. It is possible to prevent the electrode layer 16 from being oxidized by the moisture and oxygen. Thereby, deterioration of an organic solar cell can be suppressed and durability can be improved.

(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 transparent electrode layer 11 is formed on the substrate 10 is represented as shown in FIG. The step of patterning the hole transport layer 12 on the transparent electrode layer 11 after patterning the transparent electrode layer 11 is expressed as shown in FIG. 12B, and a bulk heterojunction organic layer is formed on the hole transport layer 12. The step of patterning the active layer 14 is expressed as shown in FIG. 12C, and the step of patterning the second electrode layer 16 on the bulk heterojunction organic active layer 14 is shown in FIG. Represented as shown.

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 glass 40, which is a step of the method for manufacturing the organic thin-film solar cell according to the embodiment, is expressed as shown in FIG. 13 (a), and the glass frit 36 is formed on the sealing glass 40. The process of forming the resin 36U is represented as shown in FIG. 13B, and the process of forming the resin 36U on the tip portion of the glass frit 36 is represented as shown in FIG.

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 ITO substrate 10 after the process shown by FIG.12 (d), and the sealing after the process shown by FIG.13 (c) The process of making the glass 40 face each other is expressed as shown in FIG. 14A. After the process shown in FIG. 14A, the ITO substrate 10 is sealed with the glass frit 36 and the UV curable resin 36U. The process of adhering and sealing the glass 40 is expressed as shown in FIG.

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 solar cell 1 according to the embodiment includes a step of preparing the substrate 10, a step of forming the first electrode layer 11 on the substrate 10, and a first step. Forming a hole transport layer 12 on the electrode layer 11, forming a bulk heterojunction organic active layer 14 on the hole transport layer 12, and forming a second electrode layer 16 on the bulk heterojunction organic active layer 14. The step of forming the glass frit 36 on the sealing glass 40, the step of forming the resin 36U on the tip of the glass frit 36, the sealing glass 40 and the substrate 10 facing each other, and the glass frit 36 and the resin A step of sealing the laminated structure including the first electrode layer 11, the hole transport layer 12, the bulk heterojunction organic active layer 14, and the second electrode layer 16 with 36U.

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 transparent electrode layer 11 made of, for example, ITO is formed on a substrate 10.

(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 transparent electrode layer 11, the hole transport layer 12 is patterned on the transparent electrode layer 11. For the patterning of the transparent electrode layer 11, a wet etching technique, an oxygen plasma etching technique, a laser patterning technique, a nanoimprint technique, and the like can be applied. For the formation of the hole transport layer 12, a spin coating technique, a spray technique, a screen printing technique, or the like can be applied. Here, in the step of forming the hole transport layer 12, for example, PEDOT: PSS is formed by spin coating, and annealing is performed at 120 ° C. for about 10 minutes in order to remove moisture.

(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 active layer 14 to be a power generation layer is formed on the hole transport layer 12. In the step of forming the bulk heterojunction organic active layer 14, for example, P3HT is formed by spin coating. In forming the bulk heterojunction organic active layer 14, after forming into a film using an inkjet method, heating is performed at about 100 ° C. to 120 ° C. for about 10 minutes to 30 minutes in order to dry the organic solvent. .

(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 cathode electrode layer 16 is formed on the bulk heterojunction organic active layer 14. For the formation of the cathode electrode layer 16, for example, a metal layer such as Al, W, Mo, Mn, and Mg can be formed by a vacuum heating vapor deposition method. Further, screen printing technology may be applied.

(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 glass 40 is prepared. As the sealing glass 40, for example, non-alkali tempered glass having a thickness of about 0.1 mm to 0.2 mm is applicable.

(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 glass frit 36 is formed on the sealing glass 40. The glass frit 36 is obtained by applying a glass frit paste (organic solvent + glass frit) to the sealing glass 40 by screen printing, drying the organic solvent at about 100 ° C., and about 500 ° C. to 590 ° C., It is formed by sintering for 30 minutes. The thickness of the glass frit 36 is, for example, about 5 μm to 20 μm. The glass frit 36 can freely draw a pattern by using dispenser coating, and can be formed on the sealing glass 40 without using dangerous chemicals.

(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 resin 36 </ b> U for bonding the glass frit 36 and the substrate 10 is formed at the tip of the glass frit 36. The thickness of the resin 36U is also about 5 μm to 20 μm, for example. The resin 36U may be formed of an ultraviolet curable resin. The resin 36U may be formed of a thermosetting resin. However, the temperature of thermosetting is desirably a temperature that does not damage the hole transport layer 12 and the bulk heterojunction organic active layer 14, for example, about 100 ° C. to about 120 ° C. or less.

(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 ITO substrate 10 after the process shown in FIG. 12D and the sealing glass 40 after the process shown in FIG. Make them face each other.

(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 glass frit 36, and a resin 36U. The glass frit 36 and the transparent electrode layer (ITO) 11 are bonded by the resin 36U. Note that the sealing step is preferably performed in a nitrogen atmosphere in order to prevent deterioration due to moisture and 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を得ることができる。   Through the above steps, the organic thin-film solar cell 1 according to the embodiment can be obtained.

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 second electrode layer 16. The passive film 24 can be formed by subjecting the second electrode layer 16 to oxygen plasma treatment. The excess organic layer is removed by oxygen plasma, and an oxide film treatment is performed on the aluminum resurface. Note that a silicon nitride film or the like may be formed on the aluminum surface as a passivation film by a chemical vapor deposition (CVD) method. The thickness of the silicon nitride film is, for example, about 0.5 μm to 1.5 μm. Durability can be further improved by protecting the inner element with a silicon nitride film.

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 glass 40 to further eliminate the influence of moisture and oxygen. By applying and forming a resin desiccant and an oxygen getter around the sealing portion, higher durability can be ensured.

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 curable resin 36U, UV irradiation, it may be carried out from the sealing glass 40 side. This is because aluminum becomes a reflective layer against UV irradiation, so that the element portion can be protected.

(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 glass frit 36 is covered with a UV curable resin 36U as shown in FIG. Furthermore, as shown in FIG. 15B, the sealing portion in the organic thin film solar cell according to the embodiment is such that the glass frit 36 is covered with the UV curable resin 36U, and the contact between the UV curable resin 36U and the substrate 10 is achieved. You may provide the structure which increased the area compared with the structure of Fig.15 (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 porous glass frit 36P is covered with a UV curable resin 36U as shown in FIG. That is, a porous glass frit may be used. When the porous glass frit 36P is applied, the resin 36U penetrates into the glass frit 36P and the “anchor effect” works, so that stronger adhesion can be realized.

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 glass frit 36 in the organic thin film solar cell according to the embodiment may have a wedge shape, a tapered shape, or a spindle-shaped tapered shape whose cross-sectional area decreases as the distance from the sealing glass 40 increases.

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 glass frit 36 may be formed.

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 glass frit 36 formed has a taper shape is represented as shown in FIG. In addition, a configuration example in which the cross-sectional shape of the two formed glass frit 36 has a spindle-shaped taper shape in which the cross-sectional area decreases as the distance from the sealing glass 40 increases is expressed as shown in FIG.

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 curable resin 36U, is shown in FIG. It is expressed as shown in a). Further, a configuration example in which the two formed glass frit 36 has a tapered shape and is covered with the UV curable resin 36U is expressed as shown in FIG. Further, a configuration example in which the cross-sectional shape of the two formed glass frit 36 has a spindle-shaped taper shape in which the cross-sectional area becomes smaller as the distance from the sealing glass 40 is reduced, and the configuration example is covered with the UV curable resin 36 is shown in FIG. It is expressed as shown in (c).

(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 transparent electrode layer 11 is formed on the substrate 10 in one step of the method for manufacturing the organic thin film solar cell according to the embodiment is shown in FIG. Then, a schematic cross-sectional structure along the line II in FIG. 19A is expressed as shown in FIG.

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 hole transport layer 12 on the transparent electrode layer 11 is represented as shown to Fig.20 (a), and shows to the II-II line of Fig.20 (a). The schematic cross-sectional structure along is represented as shown in FIG.

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 active layer 14 is formed on the hole transport layer 12 is expressed as shown in FIG. A schematic cross-sectional structure along the line -III is expressed as shown in FIG.

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 second electrode layer 16 is formed on the bulk heterojunction organic active layer 14 is expressed as shown in FIG. A schematic cross-sectional structure along the IV line is expressed as shown in FIG.

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 hole transport layer 12 and the bulk heterojunction organic active layer 14, and a passive film (oxidation film) is formed on the surface of the second electrode layer 16. A schematic planar pattern configuration showing a state in which the (film) 24 is formed is expressed as shown in FIG. 23A, and a schematic cross-sectional structure taken along line VV in FIG. 23A is shown in FIG. ).

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 glass 40, the glass frit 36, and the UV curable resin 36U is represented as shown in FIG. 24A, and VI-VI in FIG. A schematic cross-sectional structure along the line is expressed as shown in FIG.

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、O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 glass substrate 10 is washed with O 2 plasma. Remove deposits (glass substrate surface treatment). In addition, in order to form the board | substrate 10 with a glass substrate and to guide | invade light to an organic active layer efficiently, you may implement an antireflection process on the glass surface.

(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 transparent electrode layer 11 made of, for example, ITO is formed on the glass substrate 10. As shown in FIG. 19, a plurality of transparent electrode layers 11 are formed in a stripe pattern across the groove. An oxygen plasma etching technique, a laser patterning technique, a nanoimprint technique, or the like can be applied to the formation of the groove.

(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 hole transport layer 12 is formed on each transparent electrode layer 11. For the formation of the hole transport layer 12, a spin coating technique, a spray technique, a screen printing technique, or the like can be applied. Here, in the step of forming the hole transport layer 12, for example, PEDOT: PSS is formed by spin coating, and annealing is performed at 120 ° C. for about 10 minutes to remove moisture. An oxygen plasma etching technique, a laser patterning technique, a nanoimprint technique, or the like can be applied to the formation of the groove.

(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 active layer 14 is formed on each hole transport layer 12. In the formation process of the bulk heterojunction organic active layer 14, for example, P3HT is formed by spin coating.

(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 cathode electrode layer 16 is formed on each bulk heterojunction organic active layer 14. The cathode electrode layer 16 is formed, for example, by depositing a metal layer such as Al, W, Mo, Mn, and Mg by a vacuum heating vapor deposition method. A screen printing technique may be applied instead of the vacuum heating deposition method.

(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 active layer 14 and the hole transport layer 12 are etched, an oxide film (passive film) 24 is formed on the surface of the cathode electrode layer 16. Each cell can be separated by etching the bulk heterojunction organic active layer 14 and the hole transport layer 12. The passive film 24 can be formed by subjecting the second electrode layer 16 to oxygen plasma treatment. The passive film 24 can be formed using, for example, a high-density plasma etching apparatus. In addition, it is also possible to etch the bulk heterojunction organic active layer 14 and the hole transport layer 12 at the same time as forming the passive film 24 by performing oxygen plasma treatment on the second electrode layer 16.

(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 glass frit 36 / UV curable resin 36U. The glass frit 36 and the transparent electrode layer (ITO) 11 are bonded by the UV curable resin 36U. Note that the sealing step is preferably performed in a nitrogen atmosphere in order to prevent deterioration due to moisture and oxygen in the air. Further, a gettering sheet desiccant 38GU may be provided on the inner wall surface of the sealing glass 40 to further eliminate the influence of moisture and oxygen.

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 solar cell 1 according to the embodiment can be obtained.

(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 glass 40 is bent is expressed as shown in FIG. When the sealing glass 40 is bent, the cells constituting the organic thin-film solar battery are crushed and a short-circuit state may occur between the anode electrode layer 11 and the cathode electrode layer 16.

(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 cover glass 40 or the substrate 10 is bent by an external pressure after the module of the organic thin-film solar cell according to the embodiment is manufactured, and the cover glass 40 does not contact and break the internal elements. 18 may be provided. The glass support 18 can be formed in the same manner as the glass frit 36.

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 glass support base 18 inside the sealing glass 40 and can suppress the bending of the sealing glass 40. It is expressed as follows. Another configuration example 2 is expressed as shown in FIG.

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 glass 40, and can suppress the bending of the sealing glass 40 is FIG. Another configuration example 4 is represented as shown in FIG. 27B.

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 glass support 18 may be disposed in contact with the second electrode layer 16 as shown in FIG.

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 glass support 18 may be arrange | positioned in contact with the 1st electrode layer 11B between adjacent cells, as shown in FIG.26 (b), FIG.27 (a), and FIG.27 (b). The first electrode layer 11A represents the transparent electrode layer of the left cell of the adjacent cell, and the first electrode layer 11B represents the transparent electrode layer of the right cell of the adjacent cell.

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 glass support base 18 may be arrange | positioned between the cells arrange | positioned in multiple numbers.

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 glass support 18 can be formed so as to have a dot pattern or a stripe pattern on the surface of the substrate 10.

(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 glass 40 and in the space between the sealing glass 40 and the ITO substrate 10. The arranged schematic sectional structure is expressed as shown in FIG.

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 substrate 10 and the sealing glass 40.

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 glass 40 facing the substrate 10.

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 substrate 10 and the internal substrate 10 sealed with the sealing glass 40.

(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 solar cell 1 according to the embodiment, a schematic plane pattern configuration in which seven cells are connected in series is expressed as shown in FIG. Further, a schematic cross-sectional structure taken along line VII-VII in FIG. 29 is represented as shown in FIG. 30A, and an equivalent circuit configuration corresponding to FIG. 30A is shown in FIG. It is expressed in

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 substrate 10, an anode electrode layer 11 disposed on the substrate 10, a hole transport layer 12 disposed on the anode electrode layer 11, and a bulk heterojunction organic disposed on the hole transport layer 12. An active layer 14 and a cathode electrode layer 16 disposed on the bulk heterojunction organic active layer 14 are provided. Further, the entire seven cells are hollow sealed with sealing glass 40, glass frit 36, and UV curable resin 36U. A gettering sheet desiccant 38GU is disposed on the inner wall surface of the sealing glass 40. Although not shown, a passive film is formed on the surface of the cathode electrode layer 16.

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 glass 40 facing the substrate 10. The glass support may be disposed in contact with the second electrode layer, or may be disposed in contact with the first electrode layer. The glass support base may be arranged between a plurality of cells.

(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 solar cell 1 which concerns on embodiment is demonstrated.

(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 substrate 10. For example, the PEDOT: PSS aqueous solution is filtered with a 0.45 μm PTFE membrane filter to remove undissolved residues and impurities, and the PEDOT: PSS aqueous solution is applied onto the ITO substrate 10 and spin-coated (for example, 4000 rpm, 30 sec).

(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 whole substrate 10.

(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(<1ppmO、HO)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 ITO substrate 10 cleaned in a nitrogen-substituted glove box (<1 ppm O 2 , H 2 O). The number of rotations is, for example, 2000 rpm · 1 sec after 550 rpm · 60 sec.

(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 whole substrate 10.

(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 second electrode layer 16 is formed by performing Al vacuum deposition. Specifically, Al (purity: 99.999%) is subjected to vacuum heating deposition with a degree of vacuum: 1.1 × 10 −6 torr and a deposition rate of ˜2Å / sec.

(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 second electrode layer 16. Specifically, the oxide film 24 is formed by oxidizing the surface of the second electrode layer 16 with oxygen plasma using a high-density plasma etching apparatus.

(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、O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 glass substrate 10 washed with pure water, acetone, and ethanol is placed in an ICP etcher, and surface deposits are removed by O 2 plasma (glass substrate surface treatment). In order to efficiently guide light to the organic active layer, an antireflection treatment may be performed on the surface of the glass substrate 10.

(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 transparent electrode layer 11 made of, for example, ITO is formed on the substrate 10. In the example shown in FIG. 32, the transparent electrode layer 11 is formed in two stripe patterns with a gap therebetween. For forming the gap, an oxygen plasma etching technique, a laser patterning technique, a nanoimprint technique, or the like can be applied.

(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 hole transport layer 12 is formed on the substrate 10 and the transparent electrode layer 11. For the formation of the hole transport layer 12, a spin coating technique, a spray technique, a screen printing technique, or the like can be applied. Here, in the step of forming the hole transport layer 12, for example, PEDOT: PSS is formed by spin coating, and annealing is performed at 120 ° C. for about 10 minutes to remove moisture.

(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 active layer 14 is formed on the hole transport layer 12. In the formation process of the bulk heterojunction organic active layer 14, for example, P3HT: PCBM is formed by spin coating. The thickness of the bulk heterojunction organic active layer 14 is, for example, about 100 nm to about 200 nm.

(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 active layer 14 so as to be orthogonal to the transparent electrode layer 11.

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 cathode electrode layer 16 is formed, for example, by depositing Al, W, Mo, Mn, Mg, or the like by a vacuum heating vapor deposition method. A screen printing technique may be applied instead of the vacuum heating deposition method.

(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 cathode electrode layer 16. The passive film can be formed by exposing the cathode electrode layer 16 to oxygen plasma. Formation of the oxide film by oxygen plasma can be performed using, for example, a plasma etching apparatus.

(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 solar cell 1 according to the embodiment can be mass-produced through the above steps.

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 anode electrode layer 11, A j , A j + 1 ,..., And an anode electrode pattern..., A j , A j + 1 ,. Cells... C ij are arranged at the intersections of the cathode electrode patterns..., K i−1 , K i , K i + 1 ,. By selecting the anode electrode pattern ..., A j , A j + 1 , ... and the cathode electrode pattern ..., K i-1 , K i , K i + 1 , ..., cells arranged at the intersections ... C It is also possible to separately measure the characteristics of ij .

(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 hole transport layer 12 and the bulk heterojunction organic active layer 14 is shown in FIG. 37 (a). A schematic bird's-eye view showing an example of the hole transport layer 12 and the bulk heterojunction organic active layer 14 thus formed is expressed as shown in FIG.

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 solar cell 1 according to the embodiment, when a device having a relatively small area is formed, a spin coating method as shown in FIG. 37A can be applied.

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 spindle 62 that can be rotated at a high speed and connected to a driving source such as a motor, and a table 63 that is fixed to the spindle 62 and places the substrate 10 thereon is used. It is done.

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 substrate 10 is placed on the table 63, a driving source such as a motor is operated, and the table 63 is rotated at a high speed in the directions of arrows A and B, for example, at 2000 to 4000 rpm. Next, using a dropper 60, a solution droplet 64 that forms the hole transport layer 12 and the bulk heterojunction organic active layer 14 is dropped. Thereby, the droplet 64 can form the positive hole transport layer 12 and the bulk heterojunction organic active layer 14 (refer FIG.37 (b)) of uniform thickness on the board | substrate 10 with a centrifugal force.

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 solar cell 10 ... Substrate (ITO substrate)
11, 11A, 11B ... 1st electrode layer (anode electrode layer, transparent electrode layer)
12 ... hole transport layer 14 ... bulk heterojunction organic active layer 16 ... second electrode layer (cathode electrode layer)
24 ... Passive film (oxide film)
36, 36P: Glass frit 36U: Resin (thermosetting resin, UV curable resin)
38 GU, 38 GS: sheet desiccant for gettering 40: sealing layer (sealing glass, glass plate, cover glass)
60 ... Dropper 62 ... Spindle 63 ... Table 64 ... Droplet

Claims (33)

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.
前記ガラスフリットは、前記封止ガラス上に配置されることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 1, wherein the glass frit is disposed on the sealing glass. 前記ガラスフリットは、紫外線に対して透明であることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin film solar cell according to claim 1, wherein the glass frit is transparent to ultraviolet rays. 前記ガラスフリットは、亜鉛系ガラスを主成分とすることを特徴とする請求項3に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin film solar cell according to claim 3, wherein the glass frit contains zinc-based glass as a main component. 前記ガラスフリットは、楔形形状、テーパー形状、もしくは前記封止ガラス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ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池。   5. The organic thin film according to claim 1, wherein the glass frit has a wedge-shaped shape, a tapered shape, or a spindle-shaped tapered shape in which a cross-sectional area decreases as the distance from the sealing glass increases. Solar cell. 前記ガラスフリットは、複数本形成されることを特徴とする請求項5に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 5, wherein a plurality of the glass frit is formed. 前記ガラスフリットと前記基板とを接続する樹脂を備えることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 6, further comprising a resin that connects the glass frit and the substrate. 前記ガラスフリットは、前記樹脂で被覆されることを特徴とする請求項7に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 7, wherein the glass frit is coated with the resin. 前記樹脂は、紫外線硬化樹脂若しくは熱硬化樹脂で形成されたことを特徴とする請求項8に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 8, wherein the resin is formed of an ultraviolet curable resin or a thermosetting resin. 前記ガラスフリットは、多孔質性を有し、前記樹脂は、前記ガラスフリット内に浸み込み可能であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 9, wherein the glass frit has a porous property, and the resin can be immersed in the glass frit. 前記第2電極層の表面に配置された不動態膜を備えることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 10, further comprising a passive film disposed on a surface of the second electrode layer. 前記不動態膜は、前記第2電極層の酸化膜であることを特徴とする請求項11に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin film solar cell according to claim 11, wherein the passivation film is an oxide film of the second electrode layer. 前記酸化膜は、前記第2電極層の表面を酸素プラズマ処理により形成されることを特徴とする請求項12に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin film solar cell according to claim 12, wherein the oxide film is formed by oxygen plasma treatment on a surface of the second electrode layer. 前記酸化膜上に配置されたパッシベーション膜を備えることを特徴とする請求項12または13に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 12, further comprising a passivation film disposed on the oxide film. 前記パッシベーション膜は、SiN膜若しくはSiON膜であることを特徴とする請求項14に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 14, wherein the passivation film is a SiN film or a SiON film. 前記基板と前記封止ガラスで封止された内部にゲッタリング用シート乾燥剤を備えることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 1, further comprising a gettering sheet desiccant inside the substrate and the sealing glass. 前記封止ガラスの前記基板と対向する内壁面にゲッタリング用シート乾燥剤を備えることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 14, wherein a sheet desiccant for gettering is provided on an inner wall surface of the sealing glass facing the substrate. 前記基板と前記封止ガラスで封止された内部の前記基板上にゲッタリング用シート乾燥剤を備えることを特徴とする請求項1〜14のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 14, further comprising a gettering sheet desiccant on the substrate and the internal substrate sealed with the sealing glass. 請求項1〜18のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池からなるセルを複数個直列接続したことを特徴とする有機薄膜太陽電池。   An organic thin-film solar battery comprising a plurality of cells made of the organic thin-film solar battery according to claim 1 connected in series. 前記封止ガラスの前記基板と対向する内壁面に撓み防止用のガラス支持台を備えることを特徴とする請求項1〜19のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 19, further comprising a glass support for preventing deflection on an inner wall surface of the sealing glass facing the substrate. 前記ガラス支持台は、前記第2電極層に接して配置されたことを特徴とする請求項20に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 20, wherein the glass support is disposed in contact with the second electrode layer. 前記ガラス支持台は、前記第1電極層に接して配置されたことを特徴とする請求項20に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 20, wherein the glass support is disposed in contact with the first electrode layer. 前記ガラス支持台は、複数個配置されたセル間に配置されたことを特徴とする請求項20に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 20, wherein a plurality of the glass support tables are disposed between the plurality of cells. 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:
前記ガラスフリットを形成する工程は、前記封止ガラス上にスクリーン印刷により実施されることを特徴とする請求項24に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。   The method for producing an organic thin-film solar cell according to claim 24, wherein the step of forming the glass frit is performed on the sealing glass by screen printing. 前記ガラスフリットは、紫外線に対して透明であることを特徴とする請求項24または25に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。   The method of manufacturing an organic thin film solar cell according to claim 24 or 25, wherein the glass frit is transparent to ultraviolet rays. 前記ガラスフリットは、亜鉛系ガラスを主成分とすることを特徴とする請求項26に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。

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.

前記樹脂は、紫外線硬化樹脂で形成されたことを特徴とする請求項24〜27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 method for producing an organic thin-film solar cell according to any one of claims 24 to 27, wherein the resin is formed of an ultraviolet curable resin. 前記紫外線硬化樹脂を硬化するための紫外線照射は、前記封止ガラス側から実施されることを特徴とする請求項28に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。   29. The method of manufacturing an organic thin film solar cell according to claim 28, wherein the ultraviolet irradiation for curing the ultraviolet curable resin is performed from the sealing glass side. 前記樹脂は、熱硬化樹脂で形成されたことを特徴とする請求項24〜27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 method for producing an organic thin-film solar cell according to any one of claims 24 to 27, wherein the resin is formed of a thermosetting resin. 前記第2電極層を形成する工程は、
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電極層の表面に不動態膜を形成する工程を更に有することを特徴とする請求項24〜31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 method for producing an organic thin-film solar cell according to any one of claims 24 to 31, further comprising a step of forming a passive film on the surface of the second electrode layer. 前記不動態膜を形成する工程は、
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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