JP2002076403A - Organic solar battery - Google Patents

Organic solar battery

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JP2002076403A
JP2002076403A JP2000262296A JP2000262296A JP2002076403A JP 2002076403 A JP2002076403 A JP 2002076403A JP 2000262296 A JP2000262296 A JP 2000262296A JP 2000262296 A JP2000262296 A JP 2000262296A JP 2002076403 A JP2002076403 A JP 2002076403A
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derivative
organic solar
solar cell
layer
conductive layer
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JP2000262296A
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Toru Hara
亨 原
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Original Assignee
Kyocera Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E10/549Organic PV cells

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic solar battery whose efficiency is higher than the conventional ones. SOLUTION: In this organic solar battery, a transparent electrode 3, a Hall conduction layer 4 composed of triphenylene derivative, a charge generating layer 5 composed of phthalocyanine derivative, an electron conduction layer 6 composed of perylene derivative, an electron conduction layer 7 composed of hexaazatriphenylene derivative, and a metal electrode 8 are laminated in order on a glass substrate 2, and an element is constituted.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、家庭用電源、腕時
計もしくは小型電子計算機等の電源に使用される太陽電
池に関し、特に電荷の再結合を防いで変換効率を改善
し、しかも、紫外線による有機化合物の光劣化を改善し
た有機太陽電池に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell used as a power source for a household power supply, a wristwatch or a small electronic computer, and more particularly to a solar cell for preventing conversion of electric charges and improving conversion efficiency, and furthermore, an organic light-emitting device using ultraviolet light. The present invention relates to an organic solar cell with improved photodegradation of a compound.

【0002】[0002]

【従来の技術】石油資源の枯渇や地球温暖化といったエ
ネルギー問題ならびに環境問題の解決策の一つとして、
太陽電池が関心を集めている。
2. Description of the Related Art As one of solutions to energy problems and environmental problems such as depletion of petroleum resources and global warming,
Solar cells are of interest.

【0003】しかしながら、現在の主力となる太陽電池
であるシリコン(Si)系太陽電池においては、製造コ
ストが高く、また、製造時に消費される電力が大きく、
そのために、真にエネルギー問題ならびに環境問題を解
決し得る切り札となるには、いまだ課題がある。
However, silicon (Si) -based solar cells, which are currently the mainstay solar cells, have high manufacturing costs and consume large amounts of power during manufacturing.
Therefore, there is still a challenge to be a trump card that can truly solve energy and environmental problems.

【0004】そこで、Siの代わりに、低コストで製造
できる可能性のある有機化合物を用いる技術が提案さ
れ、近年、多くの研究開発がおこなわれている。
Therefore, a technique using an organic compound which can be produced at low cost instead of Si has been proposed, and in recent years, much research and development has been carried out.

【0005】有機化合物を用いた太陽電池の一つに、p
型導電性有機化合物と仕事関数の小さい金属とのショッ
トキー障壁を利用したものがある。
One of the solar cells using organic compounds is p-type.
Some use a Schottky barrier between a conductive organic compound and a metal having a small work function.

【0006】ところが、ショットキー型の有機太陽電池
では、白色光下でのエネルギー変換効率が低く、いまだ
実用レベルに達していない。
However, Schottky type organic solar cells have low energy conversion efficiency under white light, and have not yet reached a practical level.

【0007】一方、p型導電性有機化合物とn型導電性
有機化合物とのpn接合を利用する技術が提案されてい
る。このようなpn接合型有機太陽電池としては、p型
導電性有機化合物である銅フタロシアニンとn型導電性
化合物であるペリレン誘導体とを用いたものが知られて
おり、模擬太陽光(75mW/cm2)下でのエネルギ
ー変換効率が0.95%と、ショットキー型の有機太陽
電池に比べて高い性能を得られる。
On the other hand, a technique utilizing a pn junction between a p-type conductive organic compound and an n-type conductive organic compound has been proposed. As such a pn junction type organic solar cell, a cell using copper phthalocyanine which is a p-type conductive organic compound and a perylene derivative which is an n-type conductive compound is known, and simulated sunlight (75 mW / cm) is used. 2 ) The lower energy conversion efficiency is 0.95%, which is higher than that of a Schottky type organic solar cell.

【0008】しかしながら、Si系太陽電池のエネルギ
ー変換効率が、多結晶型で15%以上、アモルファス型
でも10%以上得られるのに比べると、pn接合形有機
太陽電池のエネルギー変換効率はかなり低いと言える。
However, the energy conversion efficiency of a pn junction type organic solar cell is considerably lower than that of a polycrystalline type solar cell with an energy conversion efficiency of 15% or more and that of an amorphous type solar cell with an energy conversion efficiency of 10% or more. I can say.

【0009】また、純粋なpn接合とは異なるが、太陽
光を吸収したときの色素の電子励起を利用して電荷分離
を行うものとして、10nm程度の粒径のTiO2から
なるナノポーラスな焼結体をつくり、その表面に色素を
担持して、I-―I3-酸化還元対を溶解した電解液を注
入して成る湿式太陽電池が提案されている。
Also, although different from a pure pn junction, a nanoporous sintering made of TiO 2 having a particle size of about 10 nm is used for performing charge separation using electronic excitation of a dye upon absorbing sunlight. 2. Description of the Related Art A wet solar cell has been proposed in which a body is formed, a dye is supported on the surface thereof, and an electrolyte solution in which an I -- I 3- redox couple is dissolved is injected.

【0010】このような湿式太陽電池では、ナノポーラ
スTiO2焼結体の表面積が広いことを利用して色素の
担持量を増やし、電解液を浸透させることにより電子供
与体であるI-を色素と良好に接触させることができる
ため、模擬太陽光下でのエネルギー変換効率が10%
と、アモルファスシリコンに近い性能が得られている
が、その反面、揮発性の高い電解液を使用するため、長
期間にわたる信頼性に問題があった。
In such a wet type solar cell, the amount of the dye carried is increased by utilizing the large surface area of the nanoporous TiO 2 sintered body, and the electron donor I is converted into the dye by permeating the electrolyte. Good energy contact, energy conversion efficiency under simulated sunlight is 10%
Thus, a performance close to that of amorphous silicon is obtained, but on the other hand, there is a problem in long-term reliability because an electrolytic solution having high volatility is used.

【0011】そこで、ナノポーラスなTiO2と、その
表面に担持させた色素はそのまま使い、電解液を固体の
p型導電性化合物に置き換えた有機太陽電池も検討され
てきている。例えば、p型導電性化合物としてポリピロ
ールを用いた有機太陽電池(K.Murakoshi,
R.Kogure,Y.Wada,and S.Yan
agida, Chemistry Letters
1997,p471)が提案されている。このような有
機太陽電池では、揮発性の電解液を使用しないため、長
期信頼性にも優れたものとすることができる。
Therefore, an organic solar cell in which nanoporous TiO 2 and a dye supported on the surface thereof are used as they are and an electrolyte is replaced with a solid p-type conductive compound has been studied. For example, an organic solar cell using polypyrrole as a p-type conductive compound (K. Murakoshi,
R. Kogure, Y .; Wada, and S.W. Yan
agida, Chemistry Letters
1997, p. 471). In such an organic solar cell, since a volatile electrolyte is not used, long-term reliability can be improved.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなナノポーラスなTiO2/色素/p型導電性ポリ
ピロールで構成された有機太陽電池においては、酸化還
元対を溶解した電解液ほどにはp型導電性ポリピロール
がナノポーラスなTiO2中に浸透していないため、エ
ネルギー変換効率が0.1%まで低下していた。
However, in an organic solar cell composed of nanoporous TiO 2 / dye / p-type conductive polypyrrole as described above, the p-type is smaller than the electrolyte in which a redox couple is dissolved. Since the conductive polypyrrole did not penetrate into the nanoporous TiO 2 , the energy conversion efficiency was reduced to 0.1%.

【0013】本発明は叙上に鑑みて案出されたものであ
り、その目的は、固体−固体間の界面の接合が困難なナ
ノポーラスな部材を用いることなく、エネルギー変換効
率を向上した有機太陽電池を得ることにある。
The present invention has been devised in view of the above, and has as its object to provide an organic solar cell having improved energy conversion efficiency without using a nanoporous member in which it is difficult to join a solid-solid interface. The idea is to get a battery.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の有機太陽電池
は、透明基板上に透明電極と、トリフェニレン誘導体か
らなるホール伝導層と、フタロシアニン誘導体からなる
電荷生成層と、ペリレン誘導体からなる電子伝導層と、
ヘキサアザトリフェニレン誘導体からなる他の電子伝導
層と、金属電極とを順次積層したことを特徴とする。
According to the present invention, there is provided an organic solar cell comprising a transparent electrode, a hole conductive layer composed of a triphenylene derivative, a charge generation layer composed of a phthalocyanine derivative, and an electron conductive layer composed of a perylene derivative on a transparent substrate. When,
Another electron conductive layer made of a hexaazatriphenylene derivative and a metal electrode are sequentially laminated.

【0015】前記トリフェニレン誘導体は一般式[化
1]で表される化合物であることが好ましい。
The triphenylene derivative is preferably a compound represented by the following general formula (1).

【0016】[0016]

【化1】 Embedded image

【0017】また、前記フタロシアニン誘導体は、一般
式[化2]で表される化合物であることが好ましい。
The phthalocyanine derivative is preferably a compound represented by the general formula [Chemical Formula 2].

【0018】[0018]

【化2】 Embedded image

【0019】さらに前記ペリレン誘導体は、一般式[化
3]で表される化合物であることが好ましい。
Further, the perylene derivative is preferably a compound represented by the general formula [Formula 3].

【0020】[0020]

【化3】 Embedded image

【0021】さらにまた、前記ヘキサアザトリフェニレ
ン誘導体は、一般式[化4]で表される化合物であるこ
とが好ましい。
Further, the hexaazatriphenylene derivative is preferably a compound represented by the general formula [4].

【0022】[0022]

【化4】 Embedded image

【0023】しかも、本発明の有機太陽電池において
は、透明基板の他面にTiO2膜を形成するとよい。
Moreover, in the organic solar cell of the present invention, it is preferable to form a TiO 2 film on the other surface of the transparent substrate.

【0024】[0024]

【作用】本発明の有機太陽電池によれば、透明基板上に
透明電極と、トリフェニレン誘導体からなるホール伝導
層と、フタロシアニン誘導体からなる電荷生成層と、ペ
リレン誘導体からなる電子伝導層と、ヘキサアザトリフ
ェニレン誘導体からなる他の電子伝導層と、金属電極と
を順次積層した素子からなることで、トリフェニレン誘
導体がエキサイトンを拡散せず、ホールのみに対し導電
性を有するため、従来のpn接合型有機太陽電池のよう
に電荷生成層であるフタロシアニン誘導体中で生成した
エキサイトンが透明電極に達して再結合することがな
く、しかも、ヘキサアザトリフェニレン誘導体がエキサ
イトンを拡散せず、電子のみに対し導電性を有するた
め、従来のpn接合型有機太陽電池のように、ペリレン
中で生成したエキサイトンが金属電極に達して再結合す
ることがなくなる。
According to the organic solar cell of the present invention, a transparent electrode, a hole conduction layer composed of a triphenylene derivative, a charge generation layer composed of a phthalocyanine derivative, an electron conduction layer composed of a perylene derivative, and a hexaaza By using an element in which another electron conductive layer made of a triphenylene derivative and a metal electrode are sequentially laminated, the triphenylene derivative does not diffuse excitene and has conductivity only for holes. Excitane generated in the phthalocyanine derivative, which is the charge generation layer like a solar cell, does not reach the transparent electrode and recombine, and the hexaazatriphenylene derivative does not diffuse the excitene and conducts only electrons. Because of its excitability, the excimer produced in perylene, like a conventional pn junction type organic solar cell, It is no longer down recombine reaches the metal electrode.

【0025】さらに、トリフェニレン誘導体、フタロシ
アニン誘導体、ペリレン誘導体、ヘキサアザトリフェニ
レン誘導体がいずれも類似性の高い共役した分子構造を
もつことで、分子同士の重なりがよくなる。
Furthermore, the triphenylene derivative, the phthalocyanine derivative, the perylene derivative, and the hexaazatriphenylene derivative all have a conjugated molecular structure with high similarity, so that the molecules can be well overlapped.

【0026】また、これら誘導体が真空蒸着法により平
面状に薄膜形成されるため、接触のよい界面構造を有
し、したがって、色素を担持したナノポーラスなTiO
2焼結体とポリピロールとを用いた有機太陽電池のよう
に、電荷分離のための界面が途切れることがなくなる。
Further, since these derivatives are formed into a thin film in a planar shape by a vacuum deposition method, they have an interface structure with good contact, and therefore, a nanoporous TiO 2 carrying a dye.
(2) As in an organic solar cell using a sintered body and polypyrrole, the interface for charge separation is not interrupted.

【0027】本発明の有機太陽電池は、以上のような各
構成を備えることで、フタロシアニン誘導体が太陽光を
吸収することにより生成したエキサイトンからの電荷分
離が効果的におこなわれ、変換効率を高める。例えば、
家庭用電源や、腕時計あるいは小型電子計算機等の電源
に使用される有機太陽電池を、従来品より高効率なもの
とすることができる。
The organic solar cell of the present invention having the above-mentioned constitutions effectively separates electric charges from exciten generated by the absorption of sunlight by the phthalocyanine derivative, thereby improving the conversion efficiency. Enhance. For example,
An organic solar cell used for a household power supply, a power supply for a wristwatch, a small computer, or the like can be more efficient than a conventional product.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。図1は本発明の有機太陽電池の例を示す
断面図である。同図において、2は前記透明基板として
のガラス基板、このガラス基板2の一方面に表面コート
層1を被覆し、他方面に透明電極3、ホール伝導層4、
電荷生成層5、電子伝導層6、他の電子伝導層7および
金属電極8とを順次積層する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an example of the organic solar cell of the present invention. In the figure, reference numeral 2 denotes a glass substrate as the transparent substrate, one surface of the glass substrate 2 is coated with a surface coat layer 1, and the other surface is a transparent electrode 3, a hole conductive layer 4,
The charge generation layer 5, the electron conduction layer 6, the other electron conduction layer 7, and the metal electrode 8 are sequentially laminated.

【0029】表面コート層1は太陽光中に含まれる紫外
線を吸収し、素子を構成する有機化合物が紫外線を吸収
して光劣化を起こすことを防ぐために配置される。
The surface coat layer 1 is arranged to absorb ultraviolet rays contained in sunlight and prevent the organic compounds constituting the device from absorbing the ultraviolet rays to cause light degradation.

【0030】このような表面コート層1には、例えばT
iO2から構成し、ガラス基板2上にCVD法やスパッ
タリング法等により形成される。表面コート層1上に、
さらに反射防止膜を形成してもよい。
Such a surface coat layer 1 is made of, for example, T
It is made of iO 2 and is formed on the glass substrate 2 by a CVD method, a sputtering method, or the like. On the surface coat layer 1,
Further, an antireflection film may be formed.

【0031】ガラス基板2は、素子を外気から遮断する
ため、ならびに可視光線と赤外線を透過して電荷生成層
5に到達させるために配置される。可視光線と赤外線に
対する透過性の高いものであれば、材質、製法は特に制
限されない。ガラスの代わりに透明な樹脂基板を用いて
もよい。
The glass substrate 2 is disposed to shield the element from the outside air and to transmit visible light and infrared light to reach the charge generation layer 5. The material and manufacturing method are not particularly limited as long as they have high transmittance to visible light and infrared light. A transparent resin substrate may be used instead of glass.

【0032】透明電極3は、ホール伝導層4からホール
を取り出すため、さらには可視光線と赤外線を透過して
電荷生成層5に到達させるために配置される。この透明
電極3には酸化錫インジウム(ITO)、酸化錫アンチ
モン(NESA)、酸化インジウムなどで構成され、ガ
ラス基板2上にCVD法やスパッタリング法等により形
成される。
The transparent electrode 3 is arranged to extract holes from the hole conductive layer 4 and to transmit visible light and infrared light to reach the charge generation layer 5. The transparent electrode 3 is made of indium tin oxide (ITO), antimony tin oxide (NESA), indium oxide, or the like, and is formed on the glass substrate 2 by a CVD method, a sputtering method, or the like.

【0033】ホール伝導層4は、電荷生成層5から生成
した電荷のうち、ホールだけを伝導し、透明電極3に到
達させるため、さらには可視光線と赤外線を透過して電
荷生成層5に到達させるために配置される。
The hole conduction layer 4 conducts only holes of the charges generated from the charge generation layer 5 to reach the transparent electrode 3 and further transmits visible light and infrared light to reach the charge generation layer 5. Placed to let.

【0034】後述する電荷生成層5のフタロシアニン誘
導体にもホール伝導性があるが、電荷生成層5中では、
電子−ホール対からなるエキサイトンが生成し、これが
層中を拡散するため、電荷生成層5と透明電極3とが直
接に接していると、界面で再結合が起こり、エネルギー
変換効率が低下する原因となる。したがって、電荷生成
層5と透明電極3との間に、エキサイトンの拡散をブロ
ックし、ホールだけを伝導するホール伝導層4を設ける
ことにより、透明電極3との界面における再結合を防い
で、エネルギー変換効率を向上することができる。
Although the phthalocyanine derivative of the charge generation layer 5 described later also has hole conductivity, in the charge generation layer 5,
Excitons composed of electron-hole pairs are generated and diffuse in the layer. If the charge generation layer 5 and the transparent electrode 3 are in direct contact with each other, recombination occurs at the interface and energy conversion efficiency is reduced. Cause. Therefore, by providing the hole conductive layer 4 that blocks the diffusion of excitons and conducts only holes between the charge generation layer 5 and the transparent electrode 3, recombination at the interface with the transparent electrode 3 is prevented. Energy conversion efficiency can be improved.

【0035】ホール伝導層4には、一般式の化5(化
1)で表されるトリフェニレン誘導体が用いられ、透明
電極3上に蒸着法で形成される。
The hole conductive layer 4 is made of a triphenylene derivative represented by the following general formula (Formula 1), and is formed on the transparent electrode 3 by a vapor deposition method.

【0036】[0036]

【化5】 Embedded image

【0037】電荷生成層5は、可視光線と赤外線を吸収
して、電子とホールからなるエキサイトンを生成し、エ
キサイトンが拡散して、ホール伝導層4にホールを、電
子伝導層6に電子を渡すことにより、電荷分離を行うた
めに配置される。
The charge generating layer 5 absorbs visible light and infrared light to generate excitons composed of electrons and holes, and the excitons diffuse to form holes in the hole conductive layer 4 and electrons in the electron conductive layer 6. Is arranged to perform charge separation.

【0038】電荷生成層5には、一般式の化6(化2)
で表されるフタロシアニン誘導体が用いられ、ホール伝
導層4上に、蒸着法で形成される。
The charge generation layer 5 has the general formula (Formula 2)
Is formed on the hole conduction layer 4 by a vapor deposition method.

【0039】[0039]

【化6】 Embedded image

【0040】電子伝導層6は、電荷生成層5から生成し
た電荷のうち、電子を優先的に伝導し、電子伝導層7に
到達させるために設ける。
The electron conduction layer 6 is provided to preferentially conduct electrons of the charges generated from the charge generation layer 5 and to reach the electron conduction layer 7.

【0041】電子伝導層6には、一般式の化7(化3)
で表されるペピレン誘導体が用いられ、電荷生成層5上
に、蒸着法で形成される。
The electron conductive layer 6 has the general formula (7)
Is formed on the charge generation layer 5 by a vapor deposition method.

【0042】[0042]

【化7】 Embedded image

【0043】電子伝導層7は、電子伝導層6から生成し
た電荷のうち、電子だけを伝導し、金属電極7に到達さ
せるために配置される。
The electron conducting layer 7 is arranged to conduct only electrons out of the electric charges generated from the electron conducting layer 6 to reach the metal electrode 7.

【0044】電子伝導層7には、一般式の化8(化4)
で表されるヘキサアザトリフェニレン誘導体が用いら
れ、電子伝導層6上に、蒸着法で形成される。
The electron conductive layer 7 has the general formula (Chem. 4)
A hexaazatriphenylene derivative represented by the following formula is used, and is formed on the electron conductive layer 6 by a vapor deposition method.

【0045】[0045]

【化8】 Embedded image

【0046】以上の通り、ホール伝導層4、電荷生成層
5および電子伝導層6、7の各層に用いられる化合物
は、分子構造と分子サイズが類似しており、そのために
分子のパッキングが良好であり、その結果、分子間のπ
電子軌道のオーバーラップがよくなって、電荷の伝導に
好影響をもたらすと考えられる。
As described above, the compounds used in each of the hole conductive layer 4, the charge generation layer 5, and the electron conductive layers 6 and 7 have similar molecular structures and molecular sizes, and therefore have good molecular packing. And as a result, π
It is considered that the overlap of the electron orbits is improved, which has a favorable effect on the charge conduction.

【0047】金属電極8は、電子伝導層7から電子を取
り出すために配置される。この金属電極8はAgなどで
構成し、電子伝導層7上に蒸着法により形成される。
The metal electrode 8 is arranged to extract electrons from the electron conducting layer 7. The metal electrode 8 is made of Ag or the like, and is formed on the electron conductive layer 7 by an evaporation method.

【0048】また、ホール伝導層4、電荷生成層5、電
子伝導層6、7、金属電極8は、いずれも1×10-6
orr以下の真空中で連続して蒸着するとよく、これに
より、大気中の酸素や水分により、有機化合物や金属の
酸化反応を抑えることができ、その結果、素子の特性を
向上させることができる。
The hole conduction layer 4, charge generation layer 5, electron conduction layers 6, 7, and metal electrode 8 are all 1 × 10 -6 T
It is preferable to perform vapor deposition continuously in a vacuum of orr or less, whereby an oxidation reaction of an organic compound or a metal can be suppressed by oxygen or moisture in the air, and as a result, characteristics of the element can be improved.

【0049】かくして本発明の有機太陽電池によれば、
ガラス基板2の上に透明電極3と、トリフェニレン誘導
体からなるホール伝導層4と、フタロシアニン誘導体か
らなる電荷生成層5と、ペリレン誘導体からなる電子伝
導層6と、ヘキサアザトリフェニレン誘導体からなる電
子伝導層7と、金属電極8とを順次積層した素子構成に
したことで、トリフェニレン誘導体がエキサイトンを拡
散せず、ホールのみに対し導電性を有することで、従来
のpn接合型有機太陽電池のように電荷生成層であるフ
タロシアニン誘導体中で生成したエキサイトンが透明電
極に達して再結合することがなく、しかも、ヘキサアザ
トリフェニレン誘導体がエキサイトンを拡散せず、電子
のみに対し導電性を有することで、従来のpn接合型有
機太陽電池のように、ペリレン中で生成したエキサイト
ンが金属電極に達して再結合することがなくなり、さら
にトリフェニレン誘導体、フタロシアニン誘導体、ペリ
レン誘導体、ヘキサアザトリフェニレン誘導体がいずれ
も類似性の高い共役した分子構造をもつことで、分子同
士の重なりがよくなる。
Thus, according to the organic solar cell of the present invention,
On a glass substrate 2, a transparent electrode 3, a hole conductive layer 4 made of a triphenylene derivative, a charge generation layer 5 made of a phthalocyanine derivative, an electron conductive layer 6 made of a perylene derivative, and an electron conductive layer made of a hexaazatriphenylene derivative 7 and a metal electrode 8 are sequentially stacked, so that the triphenylene derivative does not diffuse excitene and has conductivity only for holes, thereby providing a similar effect to a conventional pn junction type organic solar cell. Excitane generated in the phthalocyanine derivative, which is a charge generation layer, does not reach the transparent electrode and recombine, and the hexaazatriphenylene derivative does not diffuse excitene and has conductivity only for electrons. Excitons generated in perylene reach metal electrodes, as in conventional pn junction type organic solar cells. Prevents the recombination Te, further triphenylene derivative, a phthalocyanine derivative, also perylene derivatives, hexaazatriphenylene derivative either by having a high conjugated molecular structure similarity, better overlap between molecules.

【0050】その上、これら誘導体が真空蒸着法により
平面状に薄膜形成されるため、接触のよい界面構造を有
し、したがって、色素を担持したナノポーラスなTiO
2焼結体とポリピロールとを用いた有機太陽電池のよう
に、電荷分離のための界面が途切れることがなくなり、
かかる各構成を備えることで、フタロシアニン誘導体が
太陽光を吸収することにより生成したエキサイトンから
の電荷分離が効果的におこなわれ、変換効率が著しく高
められる。
In addition, since these derivatives are formed into a thin film in a planar shape by a vacuum evaporation method, they have an interface structure with good contact, and therefore, a nanoporous TiO 2 carrying a dye.
(2 ) Unlike an organic solar cell using a sintered body and polypyrrole, the interface for charge separation is not interrupted,
With such a configuration, charge separation from exciten generated by the phthalocyanine derivative absorbing sunlight is effectively performed, and the conversion efficiency is significantly increased.

【0051】[0051]

【実施例】次に本発明の有機太陽電池について具体例を
説明する。
Next, specific examples of the organic solar cell of the present invention will be described.

【0052】〔実施例1〕まず、ガラス基板2の背面に
表面コート層1であるTiO2膜(厚さ150nm)を
形成し、その他面に透明電極3であるITO膜(厚さ1
50nm、抵抗7Ω/cm2)を成膜したものを、蒸着
でもってホール伝導層4を被覆した。
Example 1 First, a TiO 2 film (150 nm thick) as the surface coat layer 1 was formed on the back surface of the glass substrate 2, and an ITO film (thickness 1) as the transparent electrode 3 was formed on the other surface.
A film having a thickness of 50 nm and a resistance of 7 Ω / cm 2 ) was coated with the hole conductive layer 4 by vapor deposition.

【0053】すなわち、基板温度を150℃に保ち、8
×10-7Torrの真空中において1nm/sの成膜速
度で化1(化5)で表されるトリフェニレン誘導体(R=
CH 3)を15nmの厚さに蒸着した。
That is, keeping the substrate temperature at 150 ° C.
× 10-71 nm / s deposition rate in Torr vacuum
The triphenylene derivative (R =
CH Three) Was deposited to a thickness of 15 nm.

【0054】次に、8×10-7Torrの真空中におい
て1nm/sの成膜速度で化2(化6)で表されるフタ
ロシアニン誘導体を50nmの厚さに蒸着し、電荷生成
層5を形成した。
Next, a phthalocyanine derivative represented by Chemical Formula 2 is deposited to a thickness of 50 nm at a film forming rate of 1 nm / s in a vacuum of 8 × 10 -7 Torr to form a charge generating layer 5. Formed.

【0055】そして、8×10-7Torrの真空中にお
いて1nm/sの成膜速度で化3(化7)で表されるペ
リレン誘導体を15nmの厚さに蒸着し、電子伝導層6
を形成した。
Then, a perylene derivative represented by Chemical Formula 3 is vapor-deposited in a vacuum of 8 × 10 -7 Torr at a film formation rate of 1 nm / s to a thickness of 15 nm to form an electron conductive layer 6.
Was formed.

【0056】続いて、8×10-7Torrの真空中にお
いて1nm/sの成膜速度で化4(化8)で表されるヘ
キサアザトリフェニレン誘導体(X=CON(C
32)を15nmの厚さに蒸着し、電子伝導層7を形
成した。
Subsequently, a hexaazatriphenylene derivative (X = CON (C) represented by Chemical Formula 4 (Formula 8) at a deposition rate of 1 nm / s in a vacuum of 8 × 10 -7 Torr.
H 3 ) 2 ) was deposited to a thickness of 15 nm to form an electron conductive layer 7.

【0057】最後に、8×10-7Torrの真空中にお
いて0.1nm/sの成膜速度でAgを150nmの厚
さに蒸着し、金属電極8を設けた。かくして有効面積
0.1cm2の有機太陽電池Aを得た。
Finally, in a vacuum of 8 × 10 −7 Torr, Ag was deposited to a thickness of 150 nm at a film formation rate of 0.1 nm / s to provide a metal electrode 8. Thus, an organic solar cell A having an effective area of 0.1 cm 2 was obtained.

【0058】なお、いずれの有機化合物も、99.9%
以上の純度の試薬を、使用直前に真空蒸着により精製し
たものを用いた。
Each of the organic compounds was 99.9%
The reagent having the above purity was purified by vacuum evaporation immediately before use.

【0059】上記の各膜厚は水晶発振式の成膜コントロ
ーラーでモニターした。 〔比較例1〕本例においては、前記有機太陽電池Aを作
製するに当り、トリフェニレン誘導体からなるホール伝
導層とヘキサアザトリフェニレン誘導体からなる電子伝
導層を成膜しないで、その他の構成を同一にして、有機
太陽電池Bを得た。 〔比較例2〕本例においては、前記有機太陽電池Aを作
製するに当り、表面コート層1であるTiO2膜を形成
していないこと以外は、実施例1と同一構成にして、有
機太陽電池Cを得た。
Each of the above film thicknesses was monitored by a crystal oscillation type film forming controller. [Comparative Example 1] In this example, in manufacturing the organic solar cell A, the hole conductive layer made of a triphenylene derivative and the electron conductive layer made of a hexaazatriphenylene derivative were not formed, and the other configurations were the same. Thus, an organic solar cell B was obtained. [Comparative Example 2] In this example, the organic solar cell A was manufactured in the same manner as in Example 1 except that the TiO 2 film serving as the surface coat layer 1 was not formed. Battery C was obtained.

【0060】そして、これらの有機太陽電池の特性評価
を下記のようにおこなった。ハロゲンタングステンラン
プからの白色光(強度100mW/cm2)を照射し、
ファンクションジェネレーターで電位をかけながらエレ
クトロメーターで電流値を測定して得られる電流−電位
曲線より各特性を求めた。すなわち、電流−電位曲線よ
り、開放光起電力(VOC)、短絡光電流密度(JSC)、
フィルファクター(FF)、入射した光に対する光電変
換効率(η)を求めたところ、表1に示すような結果が
得られた。尚、同表中の試料A、B、Cはそれぞれ有機
太陽電池A、B、Cである。
The characteristics of these organic solar cells were evaluated as follows. Irradiate white light (intensity 100 mW / cm 2 ) from a halogen tungsten lamp,
Each characteristic was determined from a current-potential curve obtained by measuring a current value with an electrometer while applying a potential with a function generator. That is, according to the current-potential curve, the open photovoltage (V OC ), the short-circuit photocurrent density (J SC ),
When the fill factor (FF) and the photoelectric conversion efficiency (η) with respect to the incident light were determined, the results shown in Table 1 were obtained. Samples A, B, and C in the table are organic solar cells A, B, and C, respectively.

【0061】[0061]

【表1】 [Table 1]

【0062】この表から明らかなとおり、本発明の有機
太陽電池Aは、エネルギー変換効率、24時間連続運転
時の耐久性共に、最も優れていることがわかる。
As is clear from this table, it is understood that the organic solar cell A of the present invention is the most excellent in both the energy conversion efficiency and the durability during continuous operation for 24 hours.

【0063】しかるに、有機太陽電池Bにおいては、エ
ネルギー変換効率が有機太陽電池Aの半分程度と低く、
有機太陽電池Cにおいては、初期のエネルギー変換効率
は有機太陽電池Aに劣らないものの、24時間連続運転
時の耐久性は大幅に劣っている。これは、有機太陽電池
Bがトリフェニレン誘導体からなるホール伝導層を形成
していないため、フタロシアニン誘導体中で生成したエ
キサイトンが透明電極との界面にまで拡散し、再結合を
起こしたことであると考える。
However, the energy conversion efficiency of the organic solar cell B is as low as about half that of the organic solar cell A,
In the organic solar cell C, the initial energy conversion efficiency is not inferior to that of the organic solar cell A, but the durability during continuous operation for 24 hours is significantly inferior. This is because the organic solar cell B did not form a hole conductive layer composed of a triphenylene derivative, and thus excite generated in the phthalocyanine derivative diffused to the interface with the transparent electrode and caused recombination. Think.

【0064】また、有機太陽電池Cについては、ガラス
基板の背面に紫外線を吸収するTiO2膜を形成してい
ないため、紫外線により有機化合物が光劣化したことが
原因だと推測する。
In the case of the organic solar cell C, since the TiO 2 film for absorbing ultraviolet light is not formed on the back surface of the glass substrate, it is presumed that the cause is that the organic compound is photo-degraded by the ultraviolet light.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上のように、本発明の有機太陽電池に
よれば、透明基板上に透明電極と、トリフェニレン誘導
体からなるホール伝導層と、フタロシアニン誘導体から
なる電荷生成層と、ペリレン誘導体からなる電子伝導層
と、ヘキサアザトリフェニレン誘導体からなる他の電子
伝導層と、金属電極とを順次積層した素子からなること
により、トリフェニレン誘導体がエキサイトンを拡散せ
ず、ホールのみに対し導電性を有するため、従来のpn
接合型有機太陽電池のように電荷生成層であるフタロシ
アニン誘導体中で生成したエキサイトンが透明電極に達
して再結合することがなく、また、ヘキサアザトリフェ
ニレン誘導体がエキサイトンを拡散せず、電子のみに対
し導電性を有するため、従来のpn接合型有機太陽電池
のように、ペリレン中で生成したエキサイトンが金属電
極に達して再結合することがなく、さらにトリフェニレ
ン誘導体、フタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、ヘ
キサアザトリフェニレン誘導体がいずれも類似性の高い
共役した分子構造を持つことにより、分子同士の重なり
がよく、また、これらが真空蒸着法により平面状に薄膜
形成されるため、接触の良い界面構造をもち、したがっ
て、色素を担持したナノポーラスなTiO2焼結体とポ
リピロールとを用いた有機太陽電池のように、電荷分離
のための界面が途切れることがなく、その結果、フタロ
シアニン誘導体が太陽光を吸収することにより生成した
エキサイトンからの電荷分離が効果的におこなわれるた
め、例えば、家庭用電源や、腕時計あるいは小型電子計
算機等の電源に使用される有機太陽電池を、従来品より
高効率なものとすることができた。
As described above, according to the organic solar cell of the present invention, a transparent electrode, a hole conductive layer made of a triphenylene derivative, a charge generation layer made of a phthalocyanine derivative, and a perylene derivative are formed on a transparent substrate. Since the electron conductive layer, the other electron conductive layer made of a hexaazatriphenylene derivative, and an element in which a metal electrode is sequentially laminated, the triphenylene derivative does not diffuse excitene and has conductivity only for holes. , Conventional pn
Excites generated in the phthalocyanine derivative, which is the charge generation layer, as in the junction type organic solar cell, do not reach the transparent electrode and recombine, and the hexaazatriphenylene derivative does not diffuse the excitene, only electrons. Since it has conductivity, unlike conventional pn junction type organic solar cells, the excite generated in perylene does not reach the metal electrode and recombine, and further, a triphenylene derivative, a phthalocyanine derivative, a perylene derivative, Since all hexaazatriphenylene derivatives have a conjugated molecular structure with high similarity, the molecules are well overlapped with each other, and since these are formed into a thin film in a planar shape by a vacuum deposition method, an interface structure with good contact can be obtained. use has, therefore, a nanoporous TiO 2 sintered body and polypyrrole carrying a dye As in the case of an organic solar cell, the interface for charge separation is not interrupted, and as a result, charge separation from excite generated by absorption of sunlight by the phthalocyanine derivative is effectively performed, for example, In addition, the organic solar cell used for a household power supply, a power supply for a wristwatch, a small computer, or the like can be made more efficient than a conventional product.

【0066】また、本発明においては、透明基板の背面
に、紫外線を吸収する層を設けたことで、有機化合物の
紫外線による分解を防ぐことができた。
In the present invention, by providing a layer for absorbing ultraviolet light on the back surface of the transparent substrate, it was possible to prevent the organic compound from being decomposed by ultraviolet light.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の有機太陽電池の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an organic solar cell of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:表面コート層、2:ガラス基板、3:透明電極、
4:ホール伝導層、5:電荷生成層、6、7:電子伝導
層、8:金属電極
1: surface coating layer, 2: glass substrate, 3: transparent electrode,
4: hole conduction layer, 5: charge generation layer, 6, 7: electron conduction layer, 8: metal electrode

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】透明基板上に透明電極と、トリフェニレン
誘導体からなるホール伝導層と、フタロシアニン誘導体
からなる電荷生成層と、ペリレン誘導体からなる電子伝
導層と、ヘキサアザトリフェニレン誘導体からなる他の
電子伝導層と、金属電極とを順次積層したことを特徴と
する有機太陽電池。
1. A transparent electrode on a transparent substrate, a hole conductive layer composed of a triphenylene derivative, a charge generation layer composed of a phthalocyanine derivative, an electron conductive layer composed of a perylene derivative, and another electron conductive layer composed of a hexaazatriphenylene derivative. An organic solar cell, characterized in that a layer and a metal electrode are sequentially laminated.
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