CN102648541A

CN102648541A - 有机太阳能电池

Info

Publication number: CN102648541A
Application number: CN2010800524613A
Authority: CN
Inventors: 河野谦司; 安达千波矢
Original assignee: Kyushu University NUC; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Kyushu University NUC; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2009-11-24
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2012-08-22
Also published as: JP2011114004A; US20120247557A1; KR20120096046A; EP2506328A1; WO2011065353A1

Abstract

公开了一种具有延长的寿命的有机太阳能电池。该有机太阳能电池包括：收集空穴的第一电极、收集电子的第二电极、插入所述第一电极与所述第二电极之间并包括电子施主半导体和电子受主半导体的混合层、以及插入所述混合层与所述第二电极之间的第一电子传输层和第二电子传输层。在所述有机太阳能电池中，可以提高混合层与第二电极之间的二者界面处的附着性。因此，可防止为了发电而在混合层中吸收光时所产生的电荷的积累，并且使电荷能够高效地传输到第二电极，使得有机太阳能电池的寿命延长。

Description

有机太阳能电池

技术领域

本发明涉及有机太阳能电池。

背景技术

由于随着工业的发展能量消耗急剧增加，所以多个地方都在研究和开发具有低环境负载、经济和高性能的新清洁能源。太阳能电池使用作为无限能源的太阳光。因此，太阳能电池作为新能源吸引了注意。

目前实际使用的大多数太阳能电池为使用单晶体硅、多晶体硅型太阳能电池、以及非晶硅的无机硅型太阳能电池。然而，无机硅型太阳能电池具有制造过程复杂和高成本的缺点。因为这些原因，无机硅型太阳能电池没有在一般家用中普及。为了克服这个缺点，进行了更多与使用有机材料的有机太阳能电池(有机发电元件)有关的研究，以便生产易于简化制造过程、降低成本以及增大太阳能电池的尺寸的太阳能电池。

例如，公开了一种染料敏化太阳能电池，该染料敏化太阳能电池是一种通过用多孔氧化钛、钌色素、碘以及释放碘离子制造的有机太阳能电池。所述染料敏化太阳能电池具有10％的高转换效率。(参见以下说明的非专利文献1。)

此外，在种类不同于染料敏化太阳能电池的有机薄膜型有机太阳能电池中，公开了一种具有一对电极和发电层的有机太阳能电池，所述一对电极具有正电极和负电极，所述发电层具有在正电极和负电极之间的双异质结构，所述负电极和所述正电极是通过对作为低分子材料的电子施主半导体和电子受主半导体进行沉积的真空沉积法形成的。所述有机太阳能电池具有3.6％的转换效率(参见以下说明的非专利文献2)。

此外，关于有机太阳能电池中的发电层的材料，目前不仅研究了低分子材料，还研究了聚合物材料。这是因为，如果发电层是用低分子材料制成，就必需借助于真空沉积方法来形成发电层。相比之下，如果发电层是用聚合物材料制成，就可以通过用涂覆技术和印刷技术来形成发电层。因此这种优势带来制造成本的降低。

最近，在具有聚合物的有机太阳能电池中，报道了一种包括具有共轭型聚合物和富勒烯衍生物的混合层的发电层的有机薄膜型太阳能电池，报道称该有机薄膜型太阳能电池具有5.5％的转换效率。(参见以下说明的非专利文献3)。因此，为了生产有机薄膜型太阳能电池，多个研究机构试图进行该方案和考虑。

然而，所述有机薄膜型太阳能电池的结构和材料与有机EL元件(有机电致发光元件)的结构和材料具有很多共同之处。因此，所述有机薄膜型太阳能电池在实际实现方面具有耐久性问题。

关于提高有机薄膜型太阳能电池的耐久性的方法，例如一些文献报道了消除氧和水以防止电性质劣化的技术。(参见以下说明的非专利文献4和5)。

顺便提及，考虑到有机薄膜太阳能电池的实际实现，有机薄膜太阳能电池必须具有将光高效地转换成电能的性质并在长时间段内保持该性质。然而，即使将非专利文献4和5中公开的消除氧和水的技术应用于有机太阳能电池以改善有机太阳能电池的耐久性，该性质还是逐渐劣化。

引用列表

非专利文献1

Christophe J Barbe，et，al，「Nanocrystal l ine Titanium Oxide Electrodes for Photovol taicApplication」，J.Am.Ceram.Soc.，80.1997，p.3157-3171

非专利文献2

P.Peumans，et，al，「Very-high-efficiency doubie-heterostructure copper phthalocyanine/C60photovoltaic cells」，APPLIED PHYSICS LETTERS，VOLUME79，NUMBER 1，2001，p.126-128

非专利文献3

J.PEET，et，al，「Efficiency enhancement in low-bandgap polymer solar cells by processing with alkane dithiols」，nature materials，VOL6，2007，p.497-500

非专利文献4

Kenji Kawano，el，al，「Degradation of organic solar cellsdue to air exposure」，Solar Energy Materials & Soiar cells.90，2006，p.3520-3530

非专利文献5

H.Neugebausr et，al，「Stability and photodegradation mechanisms of conjugatedpolymer/fullerene plastic solar cells」，Solar EnergyMaterials & Solar cells.61，2000，p.35-42

发明内容

鉴于以上问题而做出了本发明。本发明的一个目的是生产具有长寿命的有机太阳能电池。

本发明公开了一种有机太阳能电池，包括：收集空穴的第一电极、收集电子的第二电极、插入所述第一电极与所述第二电极之间并且包括电子施主半导体和电子受主半导体的混合层、以及插入所述混合层与所述第二电极之间的第一电子传输层和第二电子传输层。所述第二电子传输层形成为具有与所述第二电极接触的多个突起。

根据本发明，改善了所述混合层与所述第二电极之间边界中的附着性。因此，能防止在发电时因光吸收而产生电荷时电荷的积累并使电荷移动到第二电极。因此，实现长的寿命。

在以上的配置中，优选地，多个所述突起具有拱顶形状或点形状。与突起形成为具有条排列的情况相比，利用该配置可使设置用于使电荷穿过并位于所述第二电子传输层和所述第二电极之间的接触边界的尺寸增加。因此可以防止电荷积累的影响。因此实现长寿命。

在以上的配置中，多个所述突起具有下述拱顶形状：所述拱顶形状的高度为4纳米至6纳米并且平均直径为80纳米至120纳米。通过这个配置，可以使第二电极以没有间隔的方式附接至第二电子传输层，因此提高改善电荷积累的效率。因此，实现长的寿命。

附图说明

图1示出了有机太阳能电池的横截面示意图。

图2示出了以上有机太阳能电池的第一实施例的性质说明图。

图3示出了以上有机太阳能电池的第二实施例的性质说明图。

图4示出了以上有机太阳能电池的对比例的性质说明图。

图5A示出了指示以上有机太阳能电池的第一实施例中的第二电子传输层的表面形状的AFM图像。

图5B示出了指示以上有机太阳能电池的第一实施例中的第二电子传输层的表面形状的横截面图的AFM图像。

图6A示出了指示以上有机太阳能电池的第二实施例中的第二电子传输层的表面形状的AFM图像。

图6B示出了指示以上有机太阳能电池的第二实施例中的第二电子传输层的表面形状的横截面图的AFM图像。

图7A示出了指示以上有机太阳能电池的对比例的电子传输层的表面形状的AFM图像。

图7B示出了指示以上有机太阳能电池的对比例的电子传输层的表面形状的横截面图的AFM图像。

具体实施方案

如图1所示，本实施方案公开了一种有机太阳能电池，包括：在平面图中具有矩形形状的基板1，形成在所述基板1的一个表面侧上的有机太阳能电池元件2，(形成在所述基板1的上表面侧上的有机太阳能电池元件2)，以及形成在所述基板1的一个表面侧上以覆盖所述有机太阳能电池元件2的表面保护层3。

所述有机太阳能电池2具有：在基板1的一个表面侧上的正电极21，形成在正电极21上的空穴传输层22，作为形成在所述空穴传输层22上以吸收太阳光并且产生电能的发电层(光电转换层)的混合层23，形成在混合层23上的第一电子传输层24，形成在第一电子传输层24的与混合层23相反的位置处的负电极26。此外，第二电子传输层25形成在第一电子传输层24上。第二电子传输层25由与负电极26接触的多个突起25a形成。简言之，在本实施方案中，在混合层23上形成有具有平坦的连续膜形状的第一电子传输层24。第一电子传输层24有具有与负电极26相接触的突起的第二电子传输层25。第二电子传输层25形成为使负电极26安装在所述第二电子传输层25上。此外，在本实施方案中，正电极21限定配置成收集空穴的第一电极。负电极26限定配置成收集电子的负电极26。正电极21和负电极26限定一对电极。

以上有机太阳能电池包括通过透明基板实现的基板1和通过透明电极实现的正电极21。基板1具有限定为用于使太阳光(来自外面的光)进入的光入射表面的其他表面。

限定基板1的透明基板不限于透明和无色的基板。因此，可通过具有少量颜色的基板来实现基板1。限定基板1的透明基板通过玻璃基板(如钠钙玻璃和无碱玻璃)实现。然而基板1并不限于玻璃基板，而是可通过由聚酯、聚烯烃、聚酰胺树脂、环氧树脂和氟系列树脂制成的塑料膜和塑料基板来实现。此外，玻璃基板可以是毛玻璃。此外，基板1可具有折射率与基板1的不同的折射率的颗粒、粉末以及泡沫以具有光散射性质。此外，特别地，在基板不设置在有机太阳能电池元件2的光入射表面的同一侧的情况下，基板1的材料不受限制。因此，在这种情况下，如果基板1能够固定有机太阳能电池元件2，则任何基板都将是可以的。

此外，正电极21是用来高效地收集混合层23中产生的空穴的电极。正电极21由ITO材料制成。然而，正电极21的材料并不限于ITO，而是可由具有高功函数的材料如金属、合金、导电化合物以及其混合物制成。此外，所述材料应该选择为具有从4eV或更大至6eV或更小的功函数，以防止HOMO(最高占据分子轨道)水平的差异扩大。正电极21的材料的实例为金属如金、CuI、ITO、SnO₂、ZnO、IZO、导电聚合物如PEDOT和聚苯胺、掺杂任意受体的导电聚合物以及导电光透射材料如碳纳米管。此外，正电极21可以借助于真空沉积法、溅射法和涂覆法形成在基板1的一个表面侧上。为了在光穿过正电极21的同时向混合层23提供太阳光，优选地，正电极具有70％或更大的透光率。此外，优选地，正电极21具有每平方几百欧姆或更小的薄层电阻。此外，更优选地，正电极21具有几百欧姆/平方或更小的薄层电阻。此外，可根据正电极21的透光率和薄层电阻来任意确定正电极21的厚度。因此，尽管正电极的厚度依赖于其材料，但是正电极21的厚度任意设定为：优选地为500纳米或更小，并且更优选地为从10纳米或更大至200纳米或更小的范围。

此外，负电极26是用来有效地收集混合层23中产生的电子的电极。优选地，负电极26的材料由具有小的功函数的金属和合金制成。此外，优选地，负电极的材料选择为具有1.9eV或更大至5eV或更小的功函数，以防止相对于LUMO(最低未占分子轨道)的差异。负电极26的材料的实例为碱金属、碱土金属、稀土等以及包括它们和其他金属如钠、钠钾合金、锂、镁、镁银混合物、镁铟混合物以及铝锂合金的合金。此外铝也可用作负电极的材料。此外，以上提到的负电极26可以借助于真空沉积法、溅射法和涂覆法形成在基板1的一个表面侧上。

此外，混合层23中使用的电子施主半导体通过聚-3-己基噻吩(以下称为P3HT)实现，P3HT是一种导电聚合物材料。然而，电子施主半导体的材料不限于此，而是可由例如以下材料制成：酞菁系列色素、靛蓝、硫靛蓝系列色素、喹吖酮系列色素、部花青化合物、花青苷、方酸化合物、多环芳香化合物、用于有机静电摄影感光体的电荷转移剂、导电有机电荷转移复合物以及其他导电聚合物材料。然而，只要电子施主半导体溶解到溶剂中，任何材料都是可以的。因此，所述材料并不限于此。

酞菁系列色素的实例为：具有为Cu、Zn、Co、Ni、Pb、Pt、Fe和Mg的中心金属的二价酞菁、以卤素原子配位的三价金属酞菁(如无金属酞菁、铝氯酞菁、铟氯酞菁、镓氯酞菁)、以及具有氧配位的酞菁(如氧钒基酞菁和钛氧基酞菁)。然而，酞菁系列色素并不限于此。

此外，多环芳香化合物的实例为：蒽、并四苯、并五苯以及其衍生物。然而，多环芳香化合物并不限于此。

此外，电荷转移复合物的实例为：腙化合物、吡唑啉化合物、三苯基甲烷化合物以及三苯胺化合物。然而，电荷转移复合物并不限于此。

此外，导电有机电荷转移复合物的实例为：四硫富瓦烯和四苯基四硫富瓦烯。然而，导电有机电荷转移复合物并不限于此。

此外，用于供给电子的导电聚合物材料的实例为：以上提到的P3HT、聚(3-烷基噻吩)、聚-对亚苯基亚乙烯基衍生物、聚芴衍生物、噻吩系列聚合物、可溶于有机溶剂的导电聚合物的低聚物。然而，导电聚合物材料并不限于此。

此外，混合层23中使用的电子受主半导体通过[6，6]-苯基C61-丁酸甲酯(以下称为PCBM)实现。然而，电子受主半导体并不限于此并且其材料可使用例如以下的材料：颗粒直径为1纳米至约100纳米的化合物半导体纳米晶体、低分子材料以及导电聚合物材料(如包括C₆₀、C₇₀和C₈₄的富勒烯以及碳纳米管)。此外，特别地，化合物半导体纳米晶体的形状不限，可具有棒状、球状和四足状。化合物半导体纳米晶体的具体材料的实例为：InP、InAs、GaP、GaAs的第III-V族化合物半导体，为CdSe、CdS、CdTe和ZnS的第III-VI族化合物半导体材料，以及ZnO、SiO₂、TiO₂、Al₂O₃的氧化物半导体和CuInSe₂、CuInS。然而，化合物半导体纳米晶体并不限于此。此外，优选地，混合层23形成为具有有棒形状的多个化合物半导体纳米晶体，所述具有棒形状的多个化合物半导体纳米晶体在接触第一电子传输层24的同时具有以200纳米或更小的间隔排列。然而，它们的间隔并不受限制。

此外，混合层23的电子施主半导体和电子受主半导体并不限于聚合物材料并且也不限于低分子材料，而是可同时使用聚合物材料和低分子材料二者。

此外，插入正电极21与混合层23之间的空穴传输层22的材料为聚乙烯二氧噻吩∶聚(苯乙烯磺酸酯)。(PEDOT∶PSS)。然而，所述材料并不限于此。此外，空穴传输层22可由具有空穴可传输性、从混合层23的空穴传输效果、相对于正电极21而言良好的空穴传输效果、电子阻塞性质以及薄膜可成形性的化合物制成。具体地，所述材料的实例为：聚合物材料如导电聚合物如酞菁衍生物、萘酞菁衍生物、卟啉衍生物，芳香二胺如N，N′-双(3-甲基苯基)-(1，1’-联苯基)-4，4’-二胺(TPD)、4，4′-双[N-(萘基)-N-苯基-氨基]联苯基(α-NPD：α-NPD)、

唑、

二唑、三唑、咪唑、咪唑酮、二苯乙烯衍生物、吡唑啉衍生物、四氢咪唑、丁二烯、4，4’，4”-三[(3-甲基苯基)苯基氨基]三苯胺(m-MTDATA)以及聚乙烯基咔唑、聚硅烷、氨基吡啶衍生物、聚乙烯二氧化物噻吩(PEDOT)。然而，所述材料并不限于此。此外，可以使用具有空穴传输性质的无机氧化组合物如钼酸酐、五氧化二钒、三氧化钨和氧化铼、以及p型半导体如氧化镍、以及无机氧化物化合物如氧化铜。此外，只要无机化合物具有空穴传输性质，所述无机材料就不限于此。

此外，第一电子传输层24和第二电子传输层25可以由例如以下材料制成：浴铜灵(bathocuproin)、红菲绕啉(bathophenanthroline)及它们的衍生物、TPBi、硅杂环戊二烯(silole)化合物、三唑化合物、三(8-羟基喹啉)铝复合物、双(2-甲基-8-喹啉)铝复合物、

二唑化合物、联苯乙烯衍生物、硅杂环戊二烯化合物、TPBI(2，2’，2”-(1，3，5-苯三基)三[1-苯基-1H-苯并咪唑]。然而，任何材料都是可以的，只要所述材料具有电子传输性质。因此，所述材料并不限于此。第一电子传输层24和第二电子传输层25由以下材料制成。“以上说明的作为混合层23材料的化合物半导体纳米晶体”，“包含具有高度有序富勒烯如C₆₀、C₇₀和C₈₄的富勒烯衍生物的低分子材料”，“导电聚合物”，“碳纳米管”。也就是说，任何材料都是可以的，只要所述材料具有电子传输性质。因此，所述材料并不限于此。此外，优选地，第一电子传输层24和第二电子传输层25由电子迁移率为10^-6cm²/Vs或更大的材料制成，并且更优选地，由电子迁移率为10^-5cm²/Vs的材料制成。

此外，以上提到的表面保护层3的材料被选择为具有气体阻挡性质的材料，例如：氟系列化合物、氟系列高分子、其他有机分子以及聚合物材料。此外，表面保护层3可以借助于沉积法、溅射法、CVD法以及等离子体聚合法形成在基板1的一个表面侧上。此外，也可使用以下方法：借助于如旋涂法来涂覆聚合物材料的溶液，并通过紫外辐射或加热来将该溶液固化。此外，在形成时也可使用其他方法。此外，表面保护层3可包括多层膜，所述多层膜包括：由市售聚合物制成的电绝缘膜、具有气体阻挡性质的Al膜以及由市售聚合物制成的电绝缘膜。在这种情况下，借助于涂覆法形成各电绝缘膜，并且通过能够形成高密度金属膜的方法(如溅射法)制成金属膜。此外，表面保护层3可由具有透光性质和气体阻挡性质的膜状结构体或板状结构体形成。在前一种情况下，膜状结构体可借助于真空层压法粘附到基板1的一个表面的外围部分。在后一种情况下，板状结构体可借助于密封剂(胶)如紫外固化树脂粘附到基板的一个面的外围部分。当采用具有光透射性质的表面保护层3时，能够通过透明电极形成负电极26。因此，负电极26允许太阳光穿过表面保护层3和负电极26到达混合层23。因此，可以消除由透明基板形成基板1的必要性。此外，能够消除由透明电极形成正电极的必要性。此外，如果太阳光是从保护层3表面的侧面向混合层26提供的，则优选地制备光透射性为70％或更大的表面保护层3。

此外，在本实施方案的有机太阳能电池中，基板1的一个表面设置有电连接到正电极21的外接电极(未显出)并且设置有电连接到负电极26的外接电极26a。在基板1的一个表面侧中，有机太阳能电池元件2的侧表面设置有电绝缘膜4，该电绝缘膜4用于使正电极21与在负电极26与外接电极26a之间的连接部分电绝缘。

此外，在图1所示的部件中，有机太阳能电池元件2包括空穴传输层22和第一电子传输层24。因此，有机太阳能电池元件2具有正电极21/空穴传输层22/混合层23/第一电子传输层24/第二电子传输层25/负电极26的多层结构。然而，有机太阳能电池元件2的多层结构并不限于此。也就是说，有机太阳能电池元件2只需具有正电极层21、负电极26、在正电极层21与负电极26之间的混合层23、以及与负电极26接触的第二电子传输层25。因此，例如，有机太阳能电池元件2可具有正电极21/混合层23/第二电子传输层25/负电极26的多层结构。此外，有机太阳能电池元件2可具有正电极21/空穴传输层22/混合层23/第二电子传输层25/负电极26的多层结构。此外有机太阳能电池元件2可具有正电极21/混合层23/第一电子传输层24/第二电子传输层25/负电极26的多层结构。

然而，作为研究的结果，本申请的发明人了解了如下事实：通过在混合层23和负电极26之间使用具有突起的第二电子传输层25改善了有机太阳能电池的耐久性，其中这些突起与负电极26接触。

因此，为了改善有关负电极26形成的负电极26的附着性以及防止发电时在混合层23中产生的电荷积累，本实施方案的有机太阳能电池使用具有突起的第二电子传输层25，所述突起与相对于负电极26的接触部分的边界接触。

以上认识用图2至图4说明。图2、图3和图4分别示出了有机太阳能电池的实施例1、实施例2和对比例的性质。此外，实施例1、实施例2以及对比例各自都没有第一电子传输层24。此外，对比例(而不是第二电子传输层25)具有无突起的电子传输层。

实施例1和实施例2的有机太阳能电池具有由玻璃基板制成的基板1，由ITO膜制成的正电极21、以及在基板1的形成有正电极21的一个表面侧上的空穴传输层22。在形成空穴传输层22时，由PEDOT∶PSS(由STARCK公司生产)制成具有40纳米厚度的空穴传输层22。此外，至于形成空穴传输层22的预处理，依次执行利用丙酮的超声波清洗10分钟、利用异丙醇的超声波清洗10分钟、利用Semicoclean(商品名)的超声波清洗10分钟、利用超纯水的超声波清洗10分钟，然后执行利用紫外臭氧清洗装置来进行的表面清洗过程10分钟。

此外，在形成混合层23时，制备“作为电子施主半导体的P3HT(由Merck有限公司制造的Regioregular型)”和“作为电子受主半导体(空穴提供半导体)的、其为富勒烯衍生物的PCBM(由Solenne有限公司制造)”的、P3HT与PCBM的比例为1∶0.7的混合物。然后，将混合物溶解到具有1，2-二氯代苯和氯仿的、1，2-二氯代苯与氯仿的比例为6∶4的混合溶剂中。然后，将形成有正电极21和空穴传输层22的基板1运送至手套箱中，所述手套箱具有露点为-76℃以下、氧含量为1ppm以下的干氮气氛。然后，借助于旋涂法用具有P3HT和PCBM的混合溶剂的溶液在空穴传输层22上形成厚度为200纳米的混合层23。

然后，将形成有正电极21、空穴传输层22以及混合层23的基板1运送至真空沉积装置，然后依次形成第二电子传输层25和负电极26。在形成第二电子传输层25时，实施例1中的第二电子传输层25由材料C₆₀(一种富勒烯)制成以具有3纳米的平均沉积厚度。实施例2中的第二电子传输层25由材料C₇₀(一种富勒烯)制成以具有3纳米的平均沉积厚度。此外，对比例中的电子传输层由材料C₆₀(一种富勒烯)制成以具有1纳米的平均沉积厚度。此外，这些层的平均沉积厚度为用晶体振荡器在真空沉积装置中测量的值。因此，在具有突起状第二电子传输层25的情况下，平均沉积厚度由对高度进行平均的值来限定。此外，如以下所提到的，实施例1和实施例2的第二电子传输层25有具有下述拱顶形状的突起，该拱顶形状的平均高度为5纳米并且平均直径为100纳米。对比例中的电子传输层没有拱顶形状的突起25a，因此具有相对平坦的表面。

此外，在形成负电极26时，借助于真空沉积法形成具有厚度为0.5纳米的氟化锂膜和厚度为80纳米的Al膜的负电极25。

然后，在不暴露到空气中的情况下，将具有正电极21、空穴传输层22、混合层23、第二电子传输层25以及负电极26的基板1运送至露点为-76℃以下的干氮气氛的手套箱。相反，将捏合作为吸水剂的氧化钙的吸气剂附着至由玻璃制成的密封板。此外，密封板的外围部分预先设置具有紫外线固化剂的密封剂。然后，在手套箱中，将基板1粘到由玻璃制成的具有密封剂的密封板中。然后，用紫外线使密封剂固化。因此，形成了有具有板状结构的密封板的表面保护层3。

以上提到的图2至图4中的I至IV示出了太阳能电池特性的测量结果(I：开路电压(VOC)、II：短路电流密度(JSC)、III：形状因数(FF)、IV：转换效率(PCE))，所述结果测量结果是在向实施例1、实施例2、以及对比例的太阳能电池施加空气流量传感器为1.5G并且每平方厘米100毫瓦的仿太阳光的条件下测量的。如将从图2和图3理解的，自开始照射起8个小时以后，图2和图3中的有机太阳能电池具有90％至95％的效率维持比例。与之相比，如将从图4理解的，自开始照射起8个小时以后，对比例的有机太阳能电池的转换效率(PCE)降低到88％。也就是说，相比于对比例，实施例1和实施例2实现了长的寿命。此外，图2至图4中的太阳能电池特性是在将照射起始处的值规定为“1”的条件下在实施例1、实施例2以及对比例中的归一化的值。

此外，在图5、图6和图7中示出通过AFM(代表原子力显微镜)观察的“实施例1和实施2的第二电子传输层25的表面形状以及对比例的电子传输层的表面形状”。图5A、图6A和图7A中示出了AFM图，而图5B、图6B、和图7B示出了AFM图的横截面。根据图5和图6，证实了实施例1和实施例2的第二电子传输层25有具有平均高度为5纳米且平均直径为100纳米的拱顶形状的表面形状。根据图7，证实了对比例的电子传输层具有为相对平坦形状的表面形状。

以上说明的本实施方案的有机太阳能电池包括混合层23、负电极26、以及设置在混合层23与负电极26之间并设置有与负电极26接触的突起的第二电子传输层25。利用这种配置，改善了存在于混合层23与负电极26之间的边界表面中的附着性。此外，当由发电操作的光吸收产生的在混合层中产生电荷时，该配置防止电荷的积累并允许电荷移动到负电极中。从而，实现了长寿命。

此外，本实施方案的有机太阳能电池包括形成有突起25a的第二电子传输层25，所述突起25a位于混合层23的负电极26侧。因此，相比于将通过使第二电子传输层25和负电极接触所形成的接触边界中的突起形成为具有条排列的情况相比，本实施方案能够增加第二电子传输层25与负电极26之间的使电荷通过的接触边界。因此，该配置增加了防止电荷积累的效果，由此实现了长的寿命。此外，突起25a不限于拱顶形状，也可具有点形状。使用点形状的突起25a实现类似于使用拱顶形状的突起25a的结果。

顺便提及，第二电子传输层25的材料的实例为：具有电子传输性质的有机半导体材料，如具有化学结构稳定性的富勒烯C₆₀和富勒烯C₇₀。此外，要求通过真空沉积法形成的第二电子传输层25的平均沉积厚度“具有不使太阳能电池的电荷积累增加的一定程度的厚度”和“具有有突起的表面”。因此，第二电子传输层25优选具有2纳米至5纳米的厚度，并且更优选具有2.5纳米至4纳米的厚度。此外，如果平均沉积厚度太薄，就不能形成突起，例如对比例。相比之下，如果平均沉积厚度太厚，则彼此相邻的各个突起之间的空隙就会被填满，由此形成具有平坦表面的连续膜。因此，降低了相对于负电极的附着性，由此将电荷保持在边界中导致太阳能电池的寿命降低。

此外，当通过真空沉积法形成第二电子传输层25时，要求第二电子传输层25具有能够容易地被负电极26以没有任何间隔的方式覆盖的表面形状。(“被负电极以没有任何间隔的方式覆盖”指“以不形成细小空隙方式的覆盖”)。此外，相比于矩形横截面形状，突起25a优选具有渐缩形状如梯形形状。

此外，突起25a的尺寸确定为：通过用负电极26以没有空隙的方式覆盖第二电子传输层25的具有突起的表面，使第二电子传输层25与负电极26能够牢固地附接。优选地，突起25a具有下述尺寸：平均高度与平均直径的比为1/20并且平均高度为3纳米至8纳米。此外，考虑到有机太阳能电池发电时电荷的扩散性质，优选地，突起25a的平均高度为4纳米至6纳米。此外，如果平均高度/平均直径的值太小，则第二电子传输层25的表面就会变平，这样就会使附着性降低并使寿命特性降低。相比之下，如果平均高度/平均直径的值太大，则在用真空沉积法形成负电极26时难以使沉积材料进入凹陷中。(所述沉积材料为负电极26的材料)。因此，这造成空隙。当有机太阳能电池发电时，电荷会储存在空隙周围。因此，寿命特性降低。

也就是说，在本实施方案的有机太阳能电池中，形成下述突起25a：该突起具有4纳米至6纳米的高度并且具有平均直径为80纳米至120纳米的拱顶形状。因此，负电极26以没有空隙的方式附着到第二电子传输层25。这样，可以改善对电荷积累的预防，从而实现长的寿命。

Claims

1.一种有机太阳能电池，包括：

配置成收集空穴的第一电极；

配置成收集电子的第二电极；

插入所述第一电极与所述第二电极之间的混合层，所述混合层包括电子施主半导体和电子受主半导体；

插入所述混合层与所述第二电极之间的第一电子传输层和第二电子传输层，

其中

所述第二电子传输层具有与所述第二电极接触的多个突起。

2.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其中

每个所述突起均形成为具有拱顶形状或点形状。

3.根据权利要求2所述的有机太阳能电池，其中

每个所述突起形成为具有拱顶形状，所述拱顶形状具有4纳米或更大至6纳米或更小的高度，以及80纳米或更大至120纳米或更小的平均直径。