CN102668155A - 有机薄膜太阳能电池及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种有机薄膜太阳能电池，其具备：由第一电极(32)及第二电极(34)构成的一对电极、被夹持在所述一对电极间的活性层(50)、具备含有热导率大于10W/m·K且小于500W/m·K的金属或合金的基板(12)和设置在该基板上的绝缘膜(14)的绝缘膜层叠基板(10)、夹在绝缘膜层叠基板的绝缘膜及一对电极中的任一个之间的密封层(60)，所述有机薄膜太阳能电池抑制了电气特性的劣化。

Description

有机薄膜太阳能电池及其制造方法
技术领域
本发明涉及有机薄膜太阳能电池及其制造方法。
背景技术
有机薄膜太阳能电池具备一对电极和被夹持在一对电极间的活性层。特别是在光入射的透明基板及与透明电极对向的另一电极中，经常使用以功函数较低、导电性较高等具有优异的电气特性的铝(Al)为材料的Al电极。
但是，Al电极有时会因外部环境(大气)中存在的水分或氧等而产生腐蚀，也有时会使光电转换效率那样的有机薄膜太阳能电池的电气特性恶化。另外，当Al电极上形成密封层时，由于散热性降低，有时光电转换效率降低。
为了解决上述电极的劣化及电极的劣化引起的光电转换效率的降低这样的问题，正在探讨各种解决对策。例如公知的有在作为阴极的Al电极上设有以氧化锗为材料的绝缘层，进而具备用铝膜覆盖该绝缘层的密封层的有机电致发光元件(参照专利文献1。)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-185348号公报
发明内容
但是，具备现有结构的有机薄膜太阳能电池，散热性并不充分。另外在上述专利文献的有机电致发光元件的结构中，在Al电极上形成密封层时，由于是在Al电极上直接层叠绝缘层，在该绝缘层上进一步层叠金属膜，因此，有时在绝缘层中不可避地产生的缺陷等部位，使Al电极和金属膜导通。
这样，Al电极和暴露于外部环境的金属膜由于绝缘膜的缺陷部位而导通，另外，当暴露于外部环境的金属膜经由绝缘膜的缺陷部位和电极连接时，自绝缘膜的缺陷部位开始，电极容易发生腐蚀(劣化)，作为结果，有时不仅损害元件的电气特性，而且由于电极的劣化，直至活性层也会劣化，光电转换效率降低。
本发明人等进行了深刻研究，结果发现，通过使用在含有金属或合金的基板上层叠有绝缘膜的绝缘膜层叠基板，可解决上述课题，从而完成了本发明。
即，本发明提供下述的有机薄膜太阳能电池及其制造方法。
(1)一种有机薄膜太阳能电池，其具备：由第一电极及第二电极构成的一对电极；被夹持在所述一对电极间的活性层；具备含有热导率大于10W/m·K且小于500W/m·K的金属或合金的基板及设置在该基板上的绝缘膜的绝缘膜层叠基板；夹在所述绝缘膜层叠基板的所述绝缘膜及所述一对电极中的任一电极之间的密封层。
(2)一种有机薄膜太阳能电池，其具备：由第一电极及第二电极构成的一对电极；被夹持在所述一对电极间的活性层；具备含有热导率大于10W/m·K且小于500W/m·K的金属或合金的基板及设置在该基板上的绝缘膜，且该绝缘膜与所述一对电极中的任一电极相接而设置的绝缘膜层叠基板。
(3)根据(1)或(2)所述的有机薄膜太阳能电池，其中，金属为铝或铜。
(4)根据(1)或(2)所述的有机薄膜太阳能电池，其中，合金为不锈钢。
(5)根据(1)～(4)中任一项所述的有机薄膜太阳能电池，其中，绝缘膜包含绝缘性无机化合物或绝缘性有机化合物。
(6)根据(5)所述的有机薄膜太阳能电池，其中，绝缘性无机化合物为氧化物、氮化物或碳化物。
(7)根据(5)或(6)所述的有机薄膜太阳能电池，其中，绝缘性无机化合物为含有选自硅、铝及锆中的任一种的无机化合物。
(8)根据(5)所述的有机薄膜太阳能电池，其中，绝缘性有机化合物为聚酰亚胺。
(9)根据(1)～(8)中任一项所述的有机薄膜太阳能电池，其中，绝缘膜层叠基板为支承基板。
(10)根据(1)～(8)中任一项所述的有机薄膜太阳能电池，其中，绝缘膜层叠基板为密封基板，所述绝缘膜由密封层与所述一对电极中的任一电极接合。
(11)一种有机薄膜太阳能电池的制造方法，所述有机薄膜太阳能电池具备由第一电极及第二电极构成的一对电极、被夹持在该一对电极间的活性层，其中，所述制造方法包括：准备具备含有金属或合金的基板及形成于该基板上的绝缘膜的绝缘膜层叠基板的工序；在支承基板上形成第一电极的工序；在形成有第一电极的基板上形成第一电荷输送层的工序；在第一电荷输送层上形成活性层的工序；在活性层上形成第二电荷输送层的工序；在第二电荷输送层上形成第二电极的工序；用密封材料将第二电极和绝缘膜层叠基板的绝缘膜接合，形成被第二电极和绝缘膜夹持的密封层的工序。
(12)一种有机薄膜太阳能电池的制造方法，所述有机薄膜太阳能电池具备由第一电极及第二电极构成的一对电极、被夹持在该一对电极间的活性层，其中，所述制造方法包括：准备具备含有金属或合金的基板及形成于该基板上的绝缘膜的绝缘膜层叠基板的工序；在绝缘膜层叠基板的绝缘膜上形成第一电极的工序；在形成有第一电极的绝缘膜层叠基板上形成第一电荷输送层的工序；在第一电荷输送层上形成活性层的工序；在活性层上形成第二电荷输送层的工序；在第二电荷输送层上形成第二电极的工序；用密封材料将第二电极和密封基板接合，形成被该第二电极和该密封基板夹持的密封层的工序。
附图说明
图1：图1为概略地表示绝缘膜层叠基板的结构的剖面图；
图2：图2为概略地表示第一实施方式的有机薄膜太阳能电池的结构例的剖面图；
图3：图3为概略地表示第二实施方式的有机薄膜太阳能电池的结构例的剖面图。
符号说明
10：绝缘膜层叠基板
12：基板
14：绝缘膜
20：支承基板、密封基板
32：第一电极
34：第二电极
42：第一电荷输送层
44：第二电荷输送层
50：活性层
60：密封层(密封材料、粘接材料)
具体实施方式
下面，参照附图对本发明详细地进行说明。予以说明，在下面的说明中，各图只不过在可理解发明的程度上概略地表示构成要素的形状、大小及配置，由此本发明并不被特别地限定。另外，在各图中，就同样的构成成分而言，附加相同的符号而表示，有时省略其重复的说明。
本发明的有机薄膜太阳能电池具备：由第一电极及第二电极构成的一对电极、被夹持在一对电极间的活性层、具有含有金属或合金的基板及设置在该基板上的绝缘膜的绝缘膜层叠基板。
首先，参照图1对作为本发明的有机薄膜太阳能电池的主要的构成部件的绝缘膜层叠基板进行说明。图1为概略地表示绝缘膜层叠基板的结构的剖面图。
如图1所示，绝缘膜层叠基板10具备基板12和层叠在基板12上的绝缘膜14。基板12为作为材料含有金属或合金的、具有例如对向的两个主面的平行平板状的基板(薄膜)。
作为构成基板12的金属或合金，使用300K(Kelvin)下的热导率(下面，作为“热导率”而表示的数值均为300K下的数值。)大于10W/m·K且小于500W/m·K的金属或合金。
作为构成基板12的金属或合金，更优选为热导率最小为200W/m·K的金属或合金，特别优选为热导率最小为400W/m·K的金属或合金。
作为基板12的金属材料，优选以铝(237W/m·K)、铜(402W/m·K)、银(430W/m·K)、金(327W/m·K)为例。作为基板12的合金材料，优选以不锈钢为例。就这些金属材料及合金材料而言，通常与作为基板使用较多的材料即玻璃相比较时，300K下的热导率均比玻璃大10倍以上。因此，只要使用这些材料作为金属材料及合金材料，就可以使在元件内部产生的热有效地传导至外部环境中而散热，能够有效地将元件冷却。
绝缘膜14一般包含绝缘性无机化合物或绝缘性有机化合物。作为绝缘性无机化合物，可以为含有选自硅、铝及锆的任一种的元素的无机化合物。绝缘性无机化合物优选为氧化物、氮化物或碳化物。例如以硅为例，作为氧化物，即绝缘性无机化合物，可以举出SiO2，作为氮化物即绝缘性无机化合物，可以举出SiN，作为碳化物即绝缘性无机化合物，可以举出SiC。
予以说明，对第一实施方式的绝缘膜14而言，在形成密封层60(绝缘膜层叠基板10的粘接)之后，不需要如蒸镀工序那样的高温步骤，因此不需要耐热性。
另外，作为绝缘性有机化合物，可以使用聚酰亚胺树脂或氟化聚酰亚胺树脂等聚酰亚胺系树脂；四氟乙烯树脂、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚树脂、四氟乙烯-六氟丙烯共聚树脂、聚偏氟乙烯树脂、聚三氟氯乙烯树脂、氟乙烯树脂等氟系树脂；改性聚苯醚、烯丙基化聚苯醚等。特别优选耐热性及电气绝缘性较高的聚酰亚胺树脂。
(第一实施方式)
<有机薄膜太阳能电池>
参照图2对第一实施方式的有机薄膜太阳能电池的构成进行说明。图2为概略地表示第一实施方式的有机薄膜太阳能电池的结构例的剖面图。
第一实施方式的有机薄膜太阳能电池为将绝缘膜层叠基板10作为密封基板的结构例。
如图2所示，有机薄膜太阳能电池具备：由第一电极32及第二电极34构成的一对电极、及被夹持在一对电极间的活性层50、具备含有热导率大于10W/m·K且小于500W/m·K的金属或合金的基板12及设置在基板上的绝缘膜14的绝缘膜层叠基板10、夹在绝缘膜层叠基板10的绝缘膜14及一对电极中的任一电极之间的密封层60。
该一对电极中、至少光入射的侧的电极，即至少一方的电极被设定为可使需要的波长的入射光(太阳光)透过的透明或半透明的电极。
第一电极32及第二电极34的极性只要为和元件结构对应的任意合适的极性即可，也可以将第一电极32设定为阴极，并且将第二电极34设定为阳极。
作为透明或半透明的电极，可以举出：导电性的金属氧化物膜、半透明的金属薄膜等。具体而言，使用用氧化铟、氧化锌、氧化锡、及它们的复合体即铟锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)等导电性材料制作的膜、NESA等、金、铂、银、铜等的膜，优选用ITO、IZO、氧化锡制作的膜。作为电极的制作方法，可以举出：真空蒸镀法、溅射法、离子镀膜法、电镀法等。另外，作为电极，也可以使用聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物等有机的透明导电膜。
作为不透明的电极的电极材料，可以使用金属、导电性高分子等。作为具体例，可以举出：锂、钠、钾、铷、铯、镁、钙、锶、钡、铝、钪、钒、锌、钇、铟、铈、钐、铕、铽、镱等金属、及它们中的两个以上的合金、或者一种以上的上述金属和选自金、银、铂、铜、锰、钛、钴、镍、钨及锡的一种以上的金属的合金、石墨、石墨层间化合物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物。作为合金，可以举出：镁-银合金、镁-铟合金、镁-铝合金、铟-银合金、锂-铝合金、锂-镁合金、锂-铟合金、钙-铝合金等。
有机薄膜太阳能电池通常在基板上形成。即含有第一电极32、活性层50及第二电极34的层叠构造，设置在支承基板20的主面上。
就该支承基板20的材料而言，只要在形成电极、形成含有有机化合物的层时，不发生化学性的变化即可。作为支承基板20的材料，例如，可以举出：玻璃、塑料、高分子膜、硅等。
绝缘膜层叠基板10通常为不透明。因此，夹着活性层50，与绝缘膜层叠基板10对向配置的支承基板20，通常为透明基板。
在可以将绝缘膜层叠基板10制成透明的情况下，作为支承基板20，可以使用不透明的基板。
活性层50被第一电极32和第二电极34夹持。第一实施方式的活性层50为混合含有受电子性化合物(n型半导体)和给电子性化合物(p型半导体)的本体异质(结)型的有机层(功能层)。活性层50为可以利用入射光的能量生成电荷(空穴及电子)的、对光电转换功能来说具有本质的功能的层。
有机薄膜太阳能电池中所含有的活性层50，如上所述，含有给电子性化合物和受电子性化合物。
予以说明，给电子性化合物和受电子性化合物是由这些化合物的能级的能量水平相对地被决定，一个化合物为给电子性化合物、受电子性化合物都可以。
作为给电子性化合物，例如可以举出：吡唑啉酮衍生物、芳胺衍生物、芪衍生物、三苯基二胺衍生物、低聚噻吩及其衍生物、聚乙烯咔唑及其衍生物、聚硅烷及其衍生物、在侧链或者主链上具有芳香胺的聚硅氧烷衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚亚苯基亚乙烯及其衍生物、聚亚噻吩亚乙烯及其衍生物等。
作为受电子性化合物，例如可以举出：噁二唑衍生物、蒽醌二甲烷及其衍生物、苯醌及其衍生物、萘醌及其衍生物、蒽醌及其衍生物、四氰基蒽醌二甲烷及其衍生物、芴酮衍生物、联苯二氰基乙烯及其衍生物、联苯醌衍生物、8-羟基喹啉及其衍生物的金属络合物、聚喹啉及其衍生物、聚喹喔啉及其衍生物、聚芴及其衍生物、C60富勒烯等富勒烯类及其衍生物、浴铜灵等菲衍生物、氧化钛等金属氧化物、碳纳米管等。作为受电子性化合物，优选为氧化钛、碳纳米管、富勒烯、富勒烯衍生物，特别优选为富勒烯、富勒烯衍生物。
作为富勒烯的例子，可以举出：C60富勒烯、C70富勒烯、C76富勒烯、C78富勒烯、C84富勒烯等。
作为富勒烯衍生物的例子，可以举出：C60富勒烯、C70富勒烯、C76富勒烯、C78富勒烯，C84富勒烯各自的衍生物。作为富勒烯衍生物的具体的构造的例子，可以举出如下的构造。
Figure BDA0000156651470000081
另外作为富勒烯衍生物的例子，可以举出：[6，6]苯基-C61丁酸甲酯(C60PCBM、[6，6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester)、[6，6]苯基-C71丁酸甲酯(C70PCBM、[6，6]-Phenyl C71 butyric acid methyl ester)、[6，6]苯基-C85丁酸甲酯(C84PCBM、[6，6]-Phenyl C85 butyric acid methylester)、[6，6]噻吩基-C61丁酸甲酯([6，6]-Thienyl C61 butyric acid methylester)等。
在使用富勒烯衍生物作为受电子性化合物的情况下，优选富勒烯衍生物的比例相对于给电子性化合物100重量份，为10重量份～1000重量份，更优选为20重量份～500重量份。
活性层50的厚度通常优选为1nm～100μm，更优选为2nm～1000nm，进一步优选为5nm～500nm，特别优选为20nm～200nm。
在第一实施方式中，虽然对活性层50设定为受电子性化合物和给电子性化合物混合而成的本体异质结型的单层的活性层进行了说明，但活性层50也可以通过多层而构成，例如也可以设为接合含有如富勒烯衍生物的受电子性化合物的受电子性层和含有如P3HT的给电子性化合物的给电子性层的异质结型。
含有受电子性化合物及给电子性化合物的本体异质结型的活性层中的受电子性化合物的比例相对于给电子性化合物100重量份，优选为10重量份～1000重量份，更优选为50重量份～500重量份。
在有机薄膜太阳能电池中，在第一电极32及第二电极34中的至少一方的电极和活性层50之间，作为用于提高光电转换效率的手段，也可以设有活性层以外的附加的中间层。作为用作附加的中间层的材料的例子，可以使用氟化锂等碱金属及碱土金属的卤化物、碱金属及碱土金属的氧化物等。另外，作为用作附加的中间层的材料的例子，可以举出：氧化钛等无机半导体的微粒、PEDOT(聚-3，4-乙撑-二氧噻吩)等。
作为附加的层，例如可以举出输送空穴或电子的电荷输送层(空穴输送层、电子输送层)。
作为构成上述的电荷输送层的材料，可以使用任意合适的材料。在电荷输送层为电子输送层的情况下，作为材料的例子，可例举2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲罗啉(BCP)。在电荷输送层为空穴输送层的情况下，作为材料可以举出PEDOT。
可设于第一电极32及第二电极34和活性层50之间的附加的中间层，也可以为缓冲层，作为用作缓冲层的材料的例子，可以举出：氟化锂等碱金属及碱土金属的卤化物、氧化钛等氧化物等。另外，在使用无机半导体的情况下，也可以以微粒子的形态使用。
在此，下面表示可取得有机薄膜太阳能电池的层结构的一个例子。
a)阳极/活性层/阴极
b)阳极/空穴输送层/活性层/阴极
c)阳极/活性层/电子输送层/阴极
d)阳极/空穴输送层/活性层/电子输送层/阴极
e)阳极/给电子性层/受电子性层/阴极
f)阳极/空穴输送层/给电子性层/受电子性层/阴极
g)阳极/给电子性层/受电子性层/电子输送层/阴极
h)阳极/空穴输送层/给电子性层/受电子性层/电子输送层/阴极
(在此，记号“/”表示夹有记号“/”的层彼此邻接而层叠。)
上述层结构可以为阳极设置在更接近于基板的一侧的形态及阴极设置在更接近于基板的一侧的形态的任意一种。
上述各层不仅可以单层而构成，也可以作为两层以上的层叠体而构成。
进一步具体地对有机薄膜太阳能电池的结构进行说明。在支承基板20的主面上设有第一电极32。
在第一电极32上设有第一电荷输送层42。就第一电荷输送层42而言，在第一电极32为阳极的情况下，其为空穴输送层，在第一电极32为阴极的情况下，其为电子输送层。
活性层50设置在第一电荷输送层42上。在活性层50上设有第二电荷输送层44。就第二电荷输送层44而言，在第一电极32为阳极的情况下，其为电子输送层，在第一电极32为阴极的情况下，其为空穴输送层。第二电极34设置在第二电荷输送层44上。
在第二电极34上设有密封层60。利用该密封层60接合有绝缘膜层叠基板10。就绝缘层层叠基板10而言，其绝缘膜14利用密封层60与第二电极34接合，并且以基板12露出至外部环境的方式进行接合。
换言之，密封层60被绝缘膜层叠基板10的绝缘膜14及一对电极中的任一电极夹住。在该结构例中，“任一电极”为第二电极34。就密封层60而言，考虑粘接性、耐热性、对水分、氧等的阻挡性，可使用现有公知的任意合适的材料而形成。作为密封层60的材料的例子，可以举出：以环氧树脂、硅酮树脂、丙烯酸树脂、甲基丙烯酸树脂为材料的密封材料、粘接材料。
根据第一实施方式的有机薄膜太阳能电池，由于其具备由热传导性及散热性优异的材料构成的绝缘膜层叠基板，因此可以抑制有机薄膜太阳能电池的温度上升。因而可以有效地抑制有机薄膜太阳能电池的温度上升引起的有机薄膜太阳能电池的特性的劣化。
另外，第一实施方式的有机薄膜太阳能电池，在第二电极上设有密封层，利用该密封层将绝缘膜层叠基板和第二电极接合。因此，根据该构造，在绝缘层中不可避免地产生的缺陷部位被密封层保护。因而，电极和绝缘膜层叠基板的基板不会导通，因此可以有效地抑制外部环境中存在的水分、氧等引起的有机薄膜太阳能电池的劣化。
<制造方法>
参照图2对有机薄膜太阳能电池的制造方法进行说明。
第一实施方式的有机薄膜太阳能电池的制造方法，为具备由第一电极32及第二电极34构成的一对电极、被夹持在一对电极间的活性层50的有机薄膜太阳能电池的制造方法，其包括：准备具备含有金属或合金的基板12及形成于基板12上的绝缘膜14的绝缘膜层叠基板10的工序；在支承基板20上形成第一电极32的工序；在形成有第一电极32的支承基板20上形成第一电荷输送层42的工序；在第一电荷输送层42上形成活性层50的工序；在活性层50上形成第二电荷输送层44的工序；在第二电荷输送层44上形成第二电极34的工序；用密封材料将第二电极34和绝缘膜层叠基板10的绝缘膜14接合，形成被第二电极34和绝缘膜14夹住的密封层60的工序。
在制造有机薄膜太阳能电池时，首先准备绝缘膜层叠基板10。
在基板12的一个主面上形成绝缘膜14，从而形成绝缘膜层叠基板10。绝缘膜14可以通过如材料的涂布及热氧化那样的与材料相应的任意合适的方法而形成。
接着，准备支承基板20。支承基板20为具有对向的两个主面的平板状的基板。在准备支承基板20时，也可以准备在支承基板20的一个主面上预先设有例如可成为铟锡氧化物那样的电极的材料的导电性材料的薄膜的基板。
在支承基板20上未设有导电性材料的薄膜的情况下，在支承基板20的一个主面上，通过任意合适的方法形成导电性材料的薄膜。然后，对导电性材料的薄膜进行图案化。通过如光刻工序及蚀刻工序那样的任意合适的方法对导电性材料的薄膜进行图案化，形成第一电极32。
接着，在形成有第一电极32的支承基板20上，通过与材料相应的任意合适的方法形成第一电荷输送层42。
接着，在第一电荷输送层42上，按照常用方法形成活性层50。活性层50可以通过涂布混合有溶剂和任意合适的活性层的材料的涂布液的、例如旋涂法那样的涂布法而形成。
接着通过与材料相应的任意合适的方法，形成覆盖活性层50的第二电荷输送层44。
进而，在第二电荷输送层44上形成第二电极34。第二电极34可以通过例如使用涂布液即溶液的成膜方法而形成。第二电极34也可以通过例如蒸镀法那样的现有公知的任意合适的方法而形成。
如上所述，第一电荷输送层42、活性层50、第二电荷输送层44及第二电极34，可以通过将使用涂布液即溶液涂布形成的层，在如氮气气氛那样的任意合适的气氛下，在对材料及溶剂合适的条件下进行干燥而形成。
作为成膜方法，可以使用旋涂法、浇铸法、微凹印涂布法、凹印涂布法、棒式涂布法、辊式涂布法、丝棒式涂布法、浸渍涂布法、喷涂法、丝网印刷法、凹版印刷法、柔版印刷法、胶版印刷法、喷墨印刷法、分配印刷法(Dispenser Printing)、喷嘴涂布法、毛细管涂布法等涂布法，优选旋涂法、柔版印刷法、凹版印刷法、喷墨印刷法、分配印刷法(Dispenser Printing)。
使用这些溶液的成膜方法所用的溶剂没有特别限定，只要是可以使材料溶解的溶剂即可。
作为这种溶剂的例子，可以举出：甲苯、二甲苯、均三甲苯、四氢化萘、十氢化萘、联环己烷、丁基苯、仲丁基苯、叔丁基苯等不饱和烃溶剂；四氯化碳、三氯甲烷、二氯甲烷、二氯乙烷、氯丁烷、溴丁烷、氯戊烷、溴戊烷、氯己烷、溴己烷、氯环己烷、溴环己烷等卤化饱和烃溶剂；氯苯、二氯苯、三氯苯等卤化不饱和烃溶剂；四氢呋喃、四氢吡喃等醚类系溶剂。
可以通过在如氮气气氛的任意合适的气氛下，在对材料及溶剂合适的条件，将涂布形成的层进行干燥，制成具有规定的功能的功能层。
接着，将第二电极34和绝缘膜层叠基板10进行接合。该接合工序是通过用环氧树脂那样的密封材料(粘接材料)将绝缘膜层叠基板10的绝缘膜14和第二电极34进行接合，形成被第二电极34和绝缘膜14夹住的密封层60而进行的。
该接合工序也可以通过向第二电极34的露出面及/或绝缘膜14的露出面上供给密封材料，将第二电极34和绝缘膜层叠基板10贴合在一起，且对密封材料进行如加压、加温那样的可选择的任意合适的固化处理而实施。
通过实施上面的工序，能够制造有机薄膜太阳能电池。
(第二实施方式)
<有机薄膜太阳能电池>
参照图3对第二实施方式的有机薄膜太阳能电池的构成进行说明。予以说明，对于和第一实施方式中已经说明的结构相同的结构要素，附加相同的符号，有时省略其详细的说明。
图3为概略地表示第二实施方式的有机薄膜太阳能电池的结构例的剖面图。
第二实施方式的有机薄膜太阳能电池是将具备基板12和层叠于基板12上的绝缘膜14的绝缘膜层叠基板10作为支承基板的结构例。
予以说明，在第一电极32、第一电荷输送层42、活性层50、第二电荷输送层44的形成工序中，适用如蒸镀工序那样的高温步骤的情况下，对第二实施方式的绝缘膜14要求耐热性。
如图3所示，有机薄膜太阳能电池具备由第一电极32及第二电极34构成的一对电极、及被夹持在一对电极间的活性层50。
该一对电极中、至少光入射侧的电极，即至少一方的电极，被设计为可以使所要求的波长的入射光(太阳光)透过的透明或者半透明的电极。
第一电极32及第二电极34的极性只要为与元件构造对应的任意合适的极性即可，也可以将第一电极32设为阴极，且将第二电极34设为阳极。
有机薄膜太阳能电池通常在基板上形成。即含有第一电极32、活性层50及第二电极34的层叠构造，设置在具备基板12和层叠在基板12上的绝缘膜14的绝缘膜层叠基板10上。
绝缘膜层叠基板10通常为不透明。因此，夹着活性层50，与绝缘膜层叠基板10对向配置的密封基板20通常被设计为透明基板。
该密封基板20的材料只要在形成电极、形成含有有机化合物的层时，不发生化学性的变化即可。作为密封基板20的材料的例子，可以举出：玻璃、塑料、高分子膜、硅等。
在可以将绝缘膜层叠基板10制成透明的情况下，可以使用不透明的基板作为密封基板20。
活性层50被第一电极32和第二电极34夹持。第二实施方式的活性层50为混合含有受电子性化合物(n型半导体)和给电子性化合物(p型半导体)的本体异质型的有机层(功能层)。
光电转换元件10所含有的活性层50如上所述，含有给电子性化合物和受电子性化合物。
在第二实施方式中，对将活性层50设定为受电子性化合物和给电子性化合物混合而成的本体异质结型的单层的活性层进行了说明，但活性层50也可以由多层构成，例如也可以设定为含有如富勒烯衍生物那样的受电子性化合物的受电子性层和含有如P3HT那样的给电子性化合物的给电子性层接合而成的异质结型。
在有机薄膜太阳能电池中，也可以在第一电极32及第二电极34中的至少一个的电极和活性层50之间设置活性层以外的附加的中间层，作为用于提高光电转换效率的手段。
作为附加的层，例如可以举出输送空穴或者电子的电荷输送层(空穴输送层、电子输送层)。
进一步具体地对有机薄膜太阳能电池的结构进行说明。在绝缘膜层叠基板10的绝缘膜14上设有第一电极32。换言之，有机薄膜太阳能电池具备绝缘膜层叠基板10，该绝缘膜层叠基板10为绝缘膜14与作为一对电极中的任一电极的、在该结构例中为第一电极32接连而设置。
在第一电极32上设有第一电荷输送层42。就第一电荷输送层42而言，在第一电极32为阳极的情况下，其为空穴输送层，在第一电极32为阴极的情况下，其为电子输送层。
活性层50设置在第一电荷输送层42上。在活性层50上设有第二电荷输送层44。就第二电荷输送层44而言，在第一电极32为阳极的情况下，其为电子输送层，在第一电极32为阴极的情况下，其为空穴输送层。第二电极34设置在第二电荷输送层44上。
在第二电极34上设有密封层60。利用该密封层60，密封基板20被接合于第二电极34的露出面。
密封层60可以在第二电极34的表面的整面上形成，也可以在第二电极34的表面中的一部分即局部区域形成。
该基板20的材料只要在形成电极、形成含有有机化合物的层时不发生化学性的变化即可。作为基板20的材料，例如，可以举出：玻璃、塑料、高分子膜、硅等。基板20以一主面利用密封层60和第二电极34相接合，且以另一主面露出至外部环境的方式进行接合。
就密封层60而言，考虑粘接性、耐热性、对水分、氧等的阻挡性，可以使用现有公知的任意合适的材料而形成。作为密封层60的材料，例如也可以使用以环氧树脂为材料的密封材料、粘接材料。
根据第二实施方式的有机薄膜太阳能电池，由于具备由热传导性及散热性优异的材料构成的基板，因此可以抑制有机薄膜太阳能电池的温度上升。因此，可以有效地抑制有机薄膜太阳能电池的温度上升引起的有机薄膜太阳能电池的特性的劣化。
<制造方法>
参照图3对有机薄膜太阳能电池的制造方法，进行说明。
第二实施方式的有机薄膜太阳能电池的制造方法，为具备由第一电极32及第二电极34构成的一对电极、被夹持在一对电极间的活性层50的有机薄膜太阳能电池的制造方法，其包括：准备具备含有金属或合金的基板12及形成于基板12上的绝缘膜14的绝缘膜层叠基板10的工序；在绝缘膜层叠基板10的绝缘膜14上形成第一电极32的工序；在形成有第一电极32的绝缘膜层叠基板10上形成第一电荷输送层42的工序；在第一电荷输送层42上形成活性层50的工序；在活性层50上形成第二电荷输送层44的工序；在第二电荷输送层44上形成第二电极34的工序；用密封材料将第二电极34和密封基板20接合，形成被第二电极34和密封基板20夹住的密封层60的工序。
在制造有机薄膜太阳能电池时，首先准备绝缘膜层叠基板10。
在基板12的一主面上形成绝缘膜14，从而形成绝缘膜层叠基板10。绝缘膜14可以通过如材料的涂布及热氧化那样的与材料相应的任意合适的方法而形成。
接着在绝缘膜层叠基板10的绝缘膜14上形成第一电极32。
就第一电极32而言，例如可以通过任意合适的方法在绝缘膜14上形成导电性材料的薄膜，通过如光刻工序及蚀刻工序那样的任意合适的方法对导电性材料的薄膜进行图案化而形成。
接着，在形成有第一电极32的基板20的整面上，通过与材料相应的任意合适的方法而形成第一电荷输送层42。
接着在第一电荷输送层42上按照常用方法形成活性层50。活性层50也可以通过涂布混合有溶剂和任意合适的活性层的材料的涂布液的、例如如旋涂法那样的涂布法而形成。
接着，通过与材料相应的任意合适的方法形成覆盖活性层50的第二电荷输送层44。
进而，在第二电荷输送层44上形成第二电极34。第二电极34也可以例如通过使用涂布液，即溶液的成膜方法而形成。第二电极34也可以通过例如蒸镀法那样的现有公知的任意合适的方法而形成。
如上所述，第一电荷输送层42、活性层50、第二电荷输送层44及第二电极34，可以通过将使用涂布液即溶液涂布形成的层，在如氮气气氛那样的任意合适的气氛下，以适宜材料及溶剂的条件进行干燥而形成。
接着，将第二电极34和密封基板20进行接合。该接合工序通过用环氧树脂那样的密封材料(粘接材料)将密封基板20和第二电极34进行接合，形成被第二电极34和密封基板20夹住的密封层60而进行。
该接合工序也可以通过向基板20的一个主面及/或绝缘膜14的露出面供给密封材料，将第二电极34和基板20贴合在一起，对密封材料进行如加压、加温那样的可选择的任意合适的固化处理而实施。
通过实施上面的工序，可以制造有机薄膜太阳能电池。
在第二实施方式的有机薄膜太阳能电池的制造方法中，在绝缘膜层叠基板上形成含有第一电荷输送层、活性层、第二电荷输送层及第二电极的层叠构造。绝缘膜层叠基板与通常用作基板的树脂膜那样的部件相比较，耐热性较高。因此，只要使用绝缘膜层叠基板作为支承基板，就能够适用更高温的成膜步骤，因此，如在绝缘膜层叠基板上形成的电极、电荷输送层、活性层那样的功能层的材料的选择宽度较广。因而，可以追求并实现有机薄膜太阳能电池的更进一步的高性能化。
<工作>
在此对有机薄膜太阳能电池的工作机理简单地进行说明。透过透明或者半透明的电极入射至活性层的入射光的能量，被受电子性化合物及/或给电子性化合物吸收，生成电子和空穴结合的激励子。当生成的激子移动并到达受电子性化合物和给电子性化合物接合的异质结界面时，由于界面中的各自的HOMO能量及LUMO能量的差异，电子和空穴分离，产生可以独立地运动的电荷(电子及空穴)。产生的电荷各自向电极(阴极、阳极)移动，由此能够作为电能(电流)取出至元件外部。
<用途>
通过本发明的制造方法制造的有机薄膜太阳能电池，通过使透明或者半透明的电极即第一电极及/或第二电极透过，使太阳光等光入射至元件内，在电极间产生光电动势，从而能够作为太阳能电池而工作。通过集聚多个有机薄膜太阳能电池，也能够用作有机薄膜太阳能电池模块。
实施例
<实施例1>
准备不锈钢(SUS304)基板，使用丙酮进行脱脂处理之后，在一个主面上涂布聚硅氮烷(AZelectronics公司制、商品名：AQUAMICA(NL120A-20))。接着通过在120℃下进行30分钟的热处理，得到在基板上形成了绝缘膜(硅氧化膜)的绝缘膜层叠基板。
用丙酮将通过溅射法以150nm的厚度形成ITO膜的玻璃基板(第一基板)清洗之后，使用具备低压水银灯的紫外线臭氧照射装置(Technovision公司制、型式：UV-312)，进行15分钟UV臭氧清洗处理，制作具有干净的表面的ITO电极(第一电极)。
接着，在ITO电极的表面上通过旋涂法涂布PEDOT(Starck公司制、商品名Baytron P AI4083、lot.HCD07O109)层(第一电荷输送层)，在大气中在150℃下使其干燥30分钟。在邻二氯苯溶剂中以P3HT为1.5重量％、PCBM为1.2重量％的方式添加给电子性化合物即聚(3-己基噻吩)(P3HT)(Merck公司制、商品名lisicon SP001，lot.EF431002)和作为受电子性化合物即富勒烯衍生物的PCBM(Frontier Carbon公司制、商品名E100、lot.7B0168-A)，在70℃下搅拌2小时之后，用孔径0.2μm的过滤器进行过滤，制备涂布液。
在PEDOT层上，通过旋涂法涂布涂布液，在氮气气氛下，在150℃下进行3分钟加热处理而成膜活性层。加热处理后的活性层的膜厚约为100nm。之后，利用真空蒸镀装置，依次蒸镀厚度2nm的LiF层(第二电荷输送层)、厚度70nm的Al层(第二电极)。蒸镀中的真空度全部为1～9×10-4Pa。
之后，在氮气气氛下，使用以环氧树脂为材料的粘接材料(密封材料)，在Al层上形成密封层，同时，利用该密封层将绝缘膜层叠基板进行固着(接合)。有机薄膜太阳能电池的形状为2mm×2mm的正方形。
<实施例2>
代替不锈钢基板而使用铜基板，除此以外，和实施例1同样地操作，制作有机薄膜太阳能电池。
<比较例1>
将向Al层上固着的基板设定为玻璃基板，除此以外，和实施例1同样地操作，制作有机薄膜太阳能电池。
<评价>
对于制作的有机薄膜太阳能电池，使用太阳光模拟器(山下电装公司制、商品名YSS-80)，连续照射120分钟通过AM1.5G过滤器的放射照度100mW/cm2的光，用热电偶测定照射前后的有机薄膜太阳能电池的温度。
<结果>
使用比较例1的玻璃基板时，光照射后的有机薄膜太阳能电池的温度为40±2℃，与此相反，使用实施例1、实施例2的绝缘膜层叠基板时，光照射后的有机薄膜太阳能电池的温度均为36±2℃。因而，可知通过使用本发明的绝缘膜层叠基板，可以缩小光照射前后的有机薄膜太阳能电池的温度的上升幅度。
工业上的可利用性
本发明用于提供有机薄膜太阳能电池。

Claims (12)

1.一种有机薄膜太阳能电池，其具备：
由第一电极及第二电极构成的一对电极、
被夹持在所述一对电极间的活性层、
具备含有热导率大于10W/m·K且小于500W/m·K的金属或合金的基板及设置在该基板上的绝缘膜的绝缘膜层叠基板、
夹在所述绝缘膜层叠基板的所述绝缘膜及所述一对电极中的任一电极之间的密封层。
2.一种有机薄膜太阳能电池，其具备：
由第一电极及第二电极构成的一对电极；
被夹持在所述一对电极间的活性层；
具备含有热导率大于10W/m·K且小于500W/m·K的金属或合金的基板及设置在该基板上的绝缘膜，且该绝缘膜和所述一对电极中的任一电极相接而设置的绝缘膜层叠基板。
3.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池，其中，金属为铝或铜。
4.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池，其中，合金为不锈钢。
5.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池，其中，绝缘膜包含绝缘性无机化合物或绝缘性有机化合物。
6.根据权利要求5所述的有机薄膜太阳能电池，其中，绝缘性无机化合物为氧化物、氮化物或碳化物。
7.根据权利要求5所述的有机薄膜太阳能电池，其中，绝缘性无机化合物为含有选自硅、铝及锆中的任一种的无机化合物。
8.根据权利要求5所述的有机薄膜太阳能电池，其中，绝缘性有机化合物为聚酰亚胺。
9.根据权利要求2所述的有机薄膜太阳能电池，其中，绝缘膜层叠基板为支承基板。
10.根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池，其中，绝缘膜层叠基板为密封基板。
11.一种有机薄膜太阳能电池的制造方法，其包括：
准备绝缘膜层叠基板的工序，所述绝缘膜层叠基板具备含有金属或合金的基板、及形成于该基板上的绝缘膜；
在支承基板上形成第一电极的工序；
在形成有第一电极的基板上形成第一电荷输送层的工序；
在第一电荷输送层上形成活性层的工序；
在活性层上形成第二电荷输送层的工序；
在第二电荷输送层上形成第二电极的工序；
用密封材料将第二电极和绝缘膜层叠基板的绝缘膜接合，形成被第二电极和绝缘膜夹持的密封层的工序。
12.一种有机薄膜太阳能电池的制造方法，其包括：
准备绝缘膜层叠基板的工序，所述绝缘膜层叠基板具备含有金属或合金的基板、及形成于该基板上的绝缘膜；
在绝缘膜层叠基板的绝缘膜上形成第一电极的工序；
在形成有第一电极的绝缘膜层叠基板上形成第一电荷输送层的工序；
在第一电荷输送层上形成活性层的工序；
在活性层上形成第二电荷输送层的工序；
在第二电荷输送层上形成第二电极的工序；
用密封材料将第二电极和密封基板接合，形成被该第二电极和该密封基板夹持的密封层的工序。
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