JP2004356626A - Polymer thin film having interlaminated structure, and photoelectric element and solar cell using the film - Google Patents

Polymer thin film having interlaminated structure, and photoelectric element and solar cell using the film Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a molecular system using an organic polymer thin-film, which performs a series of processes of photoabsorption, electron transport (electron reception), and hole transport (electron donating) without requiring complicated synthesis or operation. <P>SOLUTION: The polymer thin film comprises a multilayer thin-film having at least one set of alternative absorption-films of a cation polymer and/or an anion polymer introduced at least partially with a photosensitization group, and has gradient in the highest occupied electronic level or the lowest unoccupied electronic level of each layer of the multilayer thin-film including the alternative absorption-films. A photoelectric element and a solar cell are prepared using the thin film. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、交互積層構造を有する高分子薄膜、これを用いた光電素子、及び太陽電池に関し、特に、光電変換機能を有する高分子薄膜に関する。   The present invention relates to a polymer thin film having an alternately laminated structure, a photoelectric device using the same, and a solar cell, and more particularly to a polymer thin film having a photoelectric conversion function.

一般に基板上に薄膜を形成する方法としては、大別してドライ方式とウエット方式との2種類がある。前者の手法としては、真空蒸着、スパッタリング、分子線ビームエピタキシーなどの方法が代表的な手法として知られている。これらの成膜方法は、膜厚の制御性に優れているが、高温、高真空を必要とするため、有機材料の薄膜化には不適である。また、大面積にわたった成膜が困難であり、製造コストが高騰するといった問題点がある。これに対して、後者の手法としては、溶液キャスト法、スピンコート法、ラングミュアブロジェット法などが代表的な手法として知られている。これらはいずれも常温、常圧で行うプロセスであるが、溶液キャスト法やスピンコート法は膜厚の制御性に欠けるという問題がある。また、スピンコート法では大面積化も困難である。ラングミュアブロジェット法は、膜厚の制御性には優れているが、扱える物質が限定され、薄膜の強度に欠けるといった別な問題点がある。このように、既存の成膜法にはそれぞれ一長一短があり、膜の用途やコストなどを考慮しながら、適宜、成膜方法を使い分けている。   Generally, methods for forming a thin film on a substrate are roughly classified into two types: a dry method and a wet method. As the former method, methods such as vacuum deposition, sputtering, and molecular beam epitaxy are known as typical methods. These film forming methods are excellent in controllability of the film thickness, but are unsuitable for thinning the organic material because they require high temperature and high vacuum. Further, there is a problem that it is difficult to form a film over a large area, and the production cost rises. On the other hand, as the latter method, a solution casting method, a spin coating method, a Langmuir-Blodgett method and the like are known as typical methods. All of these processes are performed at normal temperature and normal pressure, but the solution casting method and the spin coating method have a problem that the controllability of the film thickness is lacking. In addition, it is difficult to increase the area by the spin coating method. The Langmuir-Blodgett method is excellent in controllability of the film thickness, but has another problem that the material that can be handled is limited and the strength of the thin film is lacking. As described above, each of the existing film forming methods has advantages and disadvantages, and the film forming method is appropriately used in consideration of the use and cost of the film.

近年、正の荷電粒子を含む溶液と負の荷電粒子を含む溶液とを用意し、これらの溶液に基板を交互に浸漬させることにより、基板表面に正の荷電粒子に基づく層と負の荷電粒子に基づく層とを交互に形成してゆく交互吸着法(Layer-by-Layer Electrostatic Self-Assembly Process)が、1990年代初頭に提案された。交互吸着法は、水槽内に基板を浸漬させるウエット法の範疇に属する成膜方法であり、高温を用いないため、ドライ法に比べて有機材料の薄膜化に適している。また、ドライ法で必要とされる真空設備が不要である。したがって、大面積の膜を作製する場合にも、比較的低コストの設備で足りる。   In recent years, a solution containing positive charged particles and a solution containing negative charged particles are prepared, and the substrate is alternately immersed in these solutions to form a layer based on the positive charged particles and a negative charged particle on the substrate surface. In the early 1990s, an alternate adsorption method (Layer-by-Layer Electrostatic Self-Assembly Process) for alternately forming layers based on the method was proposed. The alternate adsorption method is a film formation method belonging to the category of a wet method in which a substrate is immersed in a water tank, and is suitable for thinning an organic material as compared with a dry method because a high temperature is not used. Further, vacuum equipment required by the dry method is not required. Therefore, even when a large-area film is manufactured, relatively low-cost equipment is sufficient.

1992年にDecherらが静電引力を利用した交互吸着法を発明した。この交互吸着法は、複合有機薄膜を作製するために交互吸着(Layer-by-Layer Electrostatic Self-Assembly)を利用することに着目した方法である。(下記非特許文献1)以来、合成高分子のみならず、生物材料、無機物質、金属粒子など様々な材料が積層薄膜となることが知られるようになった。   In 1992, Decher et al. Invented an alternate adsorption method utilizing electrostatic attraction. This alternate adsorption method is a method that focuses on using alternate adsorption (Layer-by-Layer Electrostatic Self-Assembly) to produce a composite organic thin film. Since (Non-Patent Document 1 below), it has become known that not only synthetic polymers but also various materials such as biological materials, inorganic substances, and metal particles become laminated thin films.

その後、色素を担持した高分子電解質の積層体層間での電子移動やエネルギー移動が(下記非特許文献2)、またITO電極上でのフラーレン積層膜の電子移動による酸化還元が報告されている(下記非特許文献3)。また、本発明者らも、電極上に積層したルテニウム錯体又はフェロセン基の酸化還元挙動を報告している。したがって交互吸着法を用いて高分子積層膜の中に光や電子機能基を単独成分として導入した積層体や2層に異なる機能基をもつ積層体を作るということは公知技術である。
このような交互吸着膜の作製方法についての詳細は、例えば、下記特許文献1などに開示されている。
Subsequently, electron transfer and energy transfer between the layers of the polymer electrolyte carrying the dye have been reported (Non-Patent Document 2 below), and redox due to electron transfer of the fullerene laminated film on the ITO electrode has been reported ( The following non-patent document 3). The present inventors have also reported the redox behavior of a ruthenium complex or a ferrocene group laminated on an electrode. Therefore, it is a known technique to produce a laminate in which a photo- or electronic functional group is introduced as a single component in a polymer laminated film or a laminate having two different functional groups in the polymer laminated film using the alternate adsorption method.
The details of the method for producing such an alternate adsorption film are disclosed in, for example, Patent Document 1 below.

一方、高効率の光電変換膜を有機系で実現するためには、光吸収、光誘起電子移動、電荷分離、電荷輸送の一連のプロセスを行う分子システムを作りあげる必要がある。このため、SAM法(Self Assembled Monolayer)やLB法を用いて、ナノメートルスケールの配置をもつ分子系が提案されてきた。しかしながら、各プロセスを受け持つ多種多様な機能団をその機能にしたがってナノスケールで配置するには、SAM法やLB法は余りにも煩雑な合成あるいは操作を必要とされるため、実用に至る系を実現することは困難であった。   On the other hand, in order to realize a highly efficient photoelectric conversion film in an organic system, it is necessary to create a molecular system that performs a series of processes of light absorption, photoinduced electron transfer, charge separation, and charge transport. For this reason, a molecular system having a nanometer-scale arrangement has been proposed using the SAM method (Self Assembled Monolayer) or the LB method. However, the SAM method and LB method require too complicated synthesis or operation to arrange the various functional groups responsible for each process at the nanoscale according to their functions, so that a system that can be put to practical use is realized. It was difficult to do.

国際公開公報WO00/13806号International Publication WO00 / 13806 Decher.G, Hong.J.D. J.Schmit: Thin Solid Films, 210/211, p.831(1992)Decher.G, Hong.J.D.J.Schmit: Thin Solid Films, 210/211, p.831 (1992) Mallouk: J.Am.Chem.Soc., 121, 3435(1999)Mallouk: J. Am. Chem. Soc., 121, 3435 (1999) Han, Langmuir, 16, 6777(2000)Han, Langmuir, 16, 6777 (2000) P. Bertrand, A. Jonas, A. Laschewsky, R. Legras, Macromol. Rapid Commun., 21, 319-348 (2000)P. Bertrand, A. Jonas, A. Laschewsky, R. Legras, Macromol. Rapid Commun., 21, 319-348 (2000) 堀江一之, 谷口彬雄, 光・電子機能有機材料ハンドブック, 朝倉出版(1995)Kazuyuki Horie, Akio Taniguchi, Handbook of Organic Materials for Optical and Electronic Functions, Asakura Publishing (1995)

多層化した有機高分子薄膜が、有用な光電素子として利用促進されるためには、内部ポテンシャル勾配を有する光吸収、電子輸送(電子受容)、正孔輸送(電子供与)の各層を、煩雑な合成あるいは操作を必要とせずに形成できる一連のプロセスの確立が課題である。
また、前記した従来の薄膜形成方法により光電素子を形成すると、前記した各層を構成する色素や電子機能基が凝集、あるいは、結晶化することにより、ポテンシャルに変動が生じ、励起子や正孔、電子等の移動特性が悪化する問題がある。
In order to promote the use of the multilayered organic polymer thin film as a useful photoelectric device, each layer of light absorption, electron transport (electron acceptance), and hole transport (electron donation) having an internal potential gradient is complicated. The challenge is to establish a series of processes that can be formed without the need for synthesis or manipulation.
In addition, when the photoelectric element is formed by the above-described conventional thin film forming method, the dye or the electronic functional group constituting each of the above-described layers aggregates or crystallizes, thereby causing a change in potential, causing excitons, holes, There is a problem that the transfer characteristics of electrons and the like deteriorate.

さらに、近年、発明者らは、光電素子を高効率で光電変換させるための条件として、光電素子を構成する光吸収層の最適膜厚が、1nm〜30nmの極めて薄い範囲内で設定されるべきことを見出した。さらに、発明者らは、この光電変換特性は、励起子の拡散距離に敏感に変動するため、この光吸収層の厚みは精密に制御して形成されるべきであるとの見解に達した。   Furthermore, in recent years, as conditions for performing photoelectric conversion of a photoelectric element with high efficiency, the inventors have to set the optimum thickness of the light absorption layer constituting the photoelectric element in an extremely thin range of 1 nm to 30 nm. I found that. Furthermore, the inventors have come to the opinion that since the photoelectric conversion characteristics fluctuate sensitively to the diffusion length of excitons, the thickness of the light absorbing layer should be formed with precise control.

しかし、前記した従来の真空蒸着法、溶液キャスト法、スピンコート法等の手法では、正孔輸送層及び電子輸送層に挟まれて配置される光吸収層を、前記した範囲内の膜厚で寸法精度良く形成し、かつ、安定して固定する事ができなかった。すなわち、前記した従来の手法で光吸収層を形成すると、加熱や時間経過により光吸収層の各機能基が隣接する各層(正孔輸送層及び電子輸送層)に拡散する問題があるからである。
このように、従来の薄膜形成方法により形成された光電素子は、一定の膜厚が得られないために、光電変換特性のバラツキが大きく、さらに経時的に劣化しやすい耐久性の課題を有していた。
However, in the conventional methods such as the vacuum evaporation method, the solution casting method, and the spin coating method, the light absorption layer disposed between the hole transport layer and the electron transport layer has a thickness within the above range. It could not be formed with high dimensional accuracy and stably fixed. That is, when the light absorbing layer is formed by the above-described conventional method, there is a problem that each functional group of the light absorbing layer diffuses into the adjacent layers (hole transport layer and electron transport layer) due to heating or passage of time. .
As described above, since the photoelectric element formed by the conventional thin film forming method cannot obtain a constant film thickness, there is a large variation in photoelectric conversion characteristics, and furthermore, there is a problem of durability that easily deteriorates with time. I was

本発明者らは、鋭意研究した結果、ITOや金属薄膜のような電極基板上に、電極を含む3種以上の機能基層を2層以上の多層にわたって交互吸着法を用いて累積し、かつポテンシャル勾配をこれら電極上あるいは薄膜中に形成させ、所望の電子移動、電荷分離とそれに続く電荷輸送を組織的に効率よく行わせることによって、有用な素子が製造されることを見出し本発明に到達した。   The present inventors have conducted intensive studies, and as a result, accumulated three or more types of functional base layers including electrodes over two or more multilayers on an electrode substrate such as ITO or a metal thin film using an alternate adsorption method, and obtained a potential. The inventors have found that a useful device can be produced by forming a gradient on these electrodes or in a thin film, and systematically and efficiently performing desired electron transfer, charge separation and subsequent charge transport, and arrived at the present invention. .

即ち、第1に、本発明は高分子薄膜の発明であり、少なくとも一部に光増感基を導入したカチオン高分子及び/またはアニオン高分子の交互吸着膜を少なくとも1層有する多層薄膜からなり、且つ該交互吸着膜を含む多層薄膜の各層の最高被占分子軌道準位、あるいは最低空分子軌道準位に勾配があることを特徴とする。   That is, first, the present invention is an invention of a polymer thin film, and comprises a multilayer thin film having at least one layer of an alternately adsorbed film of a cationic polymer and / or an anionic polymer having a photosensitizing group introduced into at least a part thereof. In addition, the highest occupied molecular orbital level or the lowest unoccupied molecular orbital level of each layer of the multilayer thin film including the alternating adsorption film has a gradient.

第2に、本発明は光電素子の発明であり、その第1の構造は、第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層からなる光電素子であって、前記正孔輸送層が電子供与性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子供与性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1組の前記カチオン高分子層と前記アニオン高分子層からなる多層構造であり、かつこれら第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、及び光吸収層の最高被占電子準位が、前記第1の電極層に近づくに従い向上していることを特徴とする。   Second, the present invention is an invention of a photoelectric device, the first structure of which includes a first electrode layer, a hole transporting (electron donating) layer, a light absorbing layer, an electron transporting (electron accepting) layer, and a 2. A photoelectric device comprising the two electrode layers, wherein the hole transport layer is formed of a cationic polymer and an anionic polymer into which an electron donating group is introduced, or an anionic polymer and a cationic polymer into which an electron donating group is introduced. An alternating adsorption film, wherein the alternate adsorption film has a multilayer structure comprising at least one pair of the cationic polymer layer and the anionic polymer layer, and the first electrode layer, the hole transport (electron donating) layer, And the highest occupied electron level of the light absorbing layer is improved as approaching the first electrode layer.

本発明の光電素子の第2の構造は、第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層からなる光電素子であって、前記電子輸送層が電子受容性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子受容性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1組の前記カチオン高分子と前記アニオン高分子からなる多層構造であり、かつこれら光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層の最低空電子準位が、前記第2の電極層に近づくに従い低下していることを特徴とする。   The second structure of the photoelectric device of the present invention is a photoelectric device comprising a first electrode layer, a hole transporting (electron donating) layer, a light absorbing layer, an electron transporting (electron accepting) layer, and a second electrode layer. The electron transport layer comprises an alternately adsorbed film of a cationic polymer and an anionic polymer into which an electron accepting group is introduced, or an anionic polymer and a cationic polymer into which an electron accepting group is introduced. Has a multilayer structure comprising at least one set of the cationic polymer and the anionic polymer, and the light absorbing layer, the electron transporting (electron accepting) layer, and the second electrode layer have a minimum vacancy level of It is characterized in that it decreases as it approaches the second electrode layer.

本発明の光電素子の第3の構造は、第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層からなる光電素子であって、前記正孔輸送層が電子供与性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子供与性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、かつ前記電子輸送層が電子受容性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子受容性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、前記正孔輸送層および電子輸送層を形成する交互吸着膜が、何れも少なくとも1組の前記カチオン高分子と前記アニオン高分子からなる多層構造であり、かつこれら第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、及び光吸収層の最高被占電子準位が、前記第1の電極層に近づくに従い向上し、さらに
光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層の最低空電子準位が、前記第2の電極層に近づくに従い低下していることを特徴とする。
A third structure of the photoelectric device of the present invention is a photoelectric device including a first electrode layer, a hole transport (electron donating) layer, a light absorbing layer, an electron transport (electron accepting) layer, and a second electrode layer. The hole transport layer is composed of an alternately adsorbed film of a cationic polymer and an anionic polymer having an electron donating group introduced therein, or an anionic polymer and a cationic polymer having an electron donating group introduced therein, and the electron transporting layer. The transport layer comprises an alternately adsorbed film of a cationic polymer and an anionic polymer having an electron-accepting group introduced therein, or an anionic polymer and a cationic polymer having an electron-accepting group introduced therein. Is a multilayer structure composed of at least one set of the cationic polymer and the anionic polymer, and the first electrode layer, the hole transport (electron donating) layer, and the light absorption layer. The highest occupied electron in the layer And the lowest vacancy level of the light absorbing layer, the electron transporting (electron accepting) layer, and the second electrode layer is closer to the second electrode layer. Characterized by the following:

本発明の光電素子の第4の構造は、第1の電極層、光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層からなる光電素子であって、前記電子輸送層が電子受容性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子受容性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1組の前記カチオン高分子と前記アニオン高分子からなる多層構造であり、かつこれら光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層の最低空電子準位が、前記第2の電極層に近づくに従い低下していることを特徴とする。   A fourth structure of the photoelectric device of the present invention is a photoelectric device comprising a first electrode layer, a light absorbing layer, an electron transport (electron accepting) layer, and a second electrode layer, wherein the electron transport layer is an electron transport layer. An alternately adsorbing film of a cationic polymer and an anionic polymer into which an accepting group is introduced, or an anionic polymer and a cationic polymer into which an electron accepting group is introduced, wherein the alternately adsorbing film comprises at least one set of the cationic polymer And the above-described anionic polymer, and the lowest vacancy level of the light absorbing layer, the electron transporting (electron accepting) layer, and the second electrode layer decreases as approaching the second electrode layer. It is characterized by doing.

本発明の光電素子の第5の構造は、第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、光吸収層、及び第2の電極層からなる光電素子であって、前記正孔輸送層が電子供与性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子供与性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1層の前記カチオン高分子と前記アニオン高分子からなる多層構造であり、かつこれら第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、及び光吸収層の最高被占電子準位が、前記第1の電極層に近づくに従い向上していることを特徴とする。   A fifth structure of the photoelectric device according to the present invention is a photoelectric device comprising a first electrode layer, a hole transport (electron donating) layer, a light absorbing layer, and a second electrode layer, wherein the hole transport layer Comprises an alternately adsorbed film of a cationic polymer and an anionic polymer into which an electron donating group is introduced, or an anionic polymer and an anionic polymer into which an electron donating group is introduced, wherein the alternately adsorbed film has at least one layer of the cation. The first electrode layer, the hole transport (electron donating) layer, and the highest occupied electron level of the light absorption layer are a multilayer structure composed of a polymer and the anion polymer. It is characterized in that it is improved as it approaches.

ここで,上記第2乃至5の構造の光電素子において、光吸収層が光増感基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または光増感基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1組の前記カチオン高分子と前記アニオン高分子からなる多層構造であることができる。   Here, in the photoelectric device having the second to fifth structures, the light absorbing layer may be made of a cationic polymer and an anionic polymer having a photosensitizing group introduced, or an anionic polymer and a cationic polymer having a photosensitizing group introduced therein. The alternate adsorption film may have a multilayer structure composed of at least one set of the cationic polymer and the anionic polymer.

本発明の光電素子においては、第1の電極層が正孔輸送層を兼ねていることができる。又、第2の電極層が電子輸送層を兼ねていることができる。
本発明の光電素子においては、光増感基として吸光係数が高く耐光性に優れたルテニウム錯体系化合物が好ましく例示される。又、電子供与性基としてチオフェン系化合物またはフェロセン系化合物が好ましく例示される。更に、電子受容基としてフラーレン誘導体が好ましく例示される。
In the photoelectric device of the present invention, the first electrode layer can also serve as a hole transport layer. Further, the second electrode layer can also serve as the electron transport layer.
In the photoelectric device of the present invention, a ruthenium complex-based compound having a high extinction coefficient and excellent light resistance as a photosensitizing group is preferably exemplified. Preferred examples of the electron donating group include thiophene compounds and ferrocene compounds. Further, a fullerene derivative is preferably exemplified as the electron accepting group.

第3に、本発明は太陽電池の発明であり、上記第2の発明の光電素子を用いて構成され、太陽光を電力へ変換する機能を有する。   Third, the present invention is a solar cell invention, which is configured using the photoelectric element of the second invention and has a function of converting sunlight into electric power.

本発明によれば、少なくとも一部に光増感基を導入したカチオン高分子及び/またはアニオン高分子の交互吸着膜を、少なくとも1層有する多層薄膜からなり、且つ該交互吸着膜を含む多層薄膜の各層の最高被占分子軌道準位、あるいは最低空分子軌道準位に勾配がある高分子薄膜を用いることにより、煩雑な合成あるいは操作を必要とせずに、光吸収、電子輸送(電子受容)、正孔輸送(電子供与)の一連のプロセスを行う分子システムを構築することができる。
さらに、多層薄膜の各層(正孔輸送層、光吸収層、電子輸送層等)が交互吸着法により形成されれば、これら各層はナノオーダで膜厚が制御される薄膜として構成されることができる。これにより、光電素子を構成する各層の膜厚を光電変換効率が最大となるように精密にコントロールして成膜することが可能となり、光電素子の性能を最大限に引き出すことが可能になる。
さらに、交互吸着法により形成された各層は、隣接する層と相互に干渉することもなく化学的に物理的に安定した状態で固定されることになる。これにより、長期間使用しても、性能の経時的な劣化の少ない品質の安定した光電素子を得ることが可能となる。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the multilayer thin film which consists of a multilayer thin film which has at least one layer of the alternating adsorption film of the cationic polymer and / or the anionic polymer which introduce | transduced the photosensitizing group in at least one part, and contains this alternate adsorption film By using a polymer thin film with a gradient in the highest occupied molecular orbital level or the lowest unoccupied molecular orbital level in each layer, light absorption and electron transport (electron acceptance) can be performed without complicated synthesis or manipulation. A molecular system that performs a series of hole transport (electron donation) processes can be constructed.
Furthermore, if each layer (a hole transport layer, a light absorption layer, an electron transport layer, etc.) of the multilayer thin film is formed by the alternate adsorption method, each of these layers can be configured as a thin film whose thickness is controlled on the order of nanometers. . This makes it possible to form a film by precisely controlling the thickness of each layer constituting the photoelectric element so that the photoelectric conversion efficiency is maximized, and to maximize the performance of the photoelectric element.
Further, each layer formed by the alternate adsorption method is fixed in a chemically physically stable state without interfering with an adjacent layer. This makes it possible to obtain a stable photoelectric element of low quality with little deterioration over time even after long-term use.

先ず、図12を参照して、本発明における光電素子の構成を例示して説明する。図12は、本発明における光電素子のうち少なくとも光吸収層が交互吸着法で形成されている場合の類型を示す概念図である。
なお、本発明にかかる光電素子の説明にあたり、特に、光吸収層が交互吸着法で形成されているものを取り上げているのは、前記したように、光電素子の光電変換特性において光吸収層の膜厚のコントロールが光電素子の性能上、特に重要であることによる。
従って、図面において記載がなくとも、光吸収層を除くいずれか一つの層が交互吸着法により形成されている場合も当然に、本発明において保護されるべき範疇に含まれると解されるべきである。
なお、図12において、符号に添字を付して例えば、符号501、502のように示す場合は、それぞれ図面上で示される個々のものを特定して指すこととし、例えば符号50のように添字を省略して示す場合は、省略された添字を含むもの(符号501、502、503…)を総括的に指すこととする。
First, with reference to FIG. 12, the configuration of the photoelectric device of the present invention will be described by way of example. FIG. 12 is a conceptual diagram showing a type in which at least the light absorbing layer of the photoelectric device of the present invention is formed by the alternate adsorption method.
In the description of the photoelectric device according to the present invention, in particular, the case where the light absorption layer is formed by the alternate adsorption method is taken up, as described above, in the photoelectric conversion characteristics of the photoelectric device. This is because the control of the film thickness is particularly important for the performance of the photoelectric device.
Therefore, even if not described in the drawings, it should be understood that the case where any one layer except the light absorbing layer is formed by the alternate adsorption method is also included in the category to be protected in the present invention. is there.
In FIG. 12, in the case where reference numerals are appended with a suffix, for example, as indicated by reference numerals 50 1 and 50 2 , the individual elements shown in the drawings are respectively specified and indicated. when a description omitted subscripts, those containing omitted index (code 50 1, 50 2, 50 3 ...) and that the generically refers to.

なお、図中、螺旋模様が付してある層は、後記する交互吸着法により形成された層を示す。すなわち、交互吸着法で形成された正孔輸送層P(P4,P5,P7,P11,P12,P14)は、電子供与性基(第1電子供与性基)を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子供与性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1組の前記カチオン高分子層と前記アニオン高分子層からなる多層構造を有するものである。なお、電子供与性基とは、官能基が電子を自らの側から押し出そうとする(供与する)性質を有するものである。 In the drawings, a layer with a spiral pattern indicates a layer formed by an alternate adsorption method described later. That is, the hole transport layer P (P 4 , P 5 , P 7 , P 11 , P 12 , P 14 ) formed by the alternate adsorption method has an electron donating group (first electron donating group) introduced. A layer comprising an alternating adsorption film of a cationic polymer and an anionic polymer, or an anionic polymer having introduced an electron donating group and a cationic polymer, wherein the alternating adsorption film comprises at least one pair of the cationic polymer layer and the anionic polymer It has a multilayer structure composed of layers. Note that the electron donating group has a property that a functional group tends to push out (donate) an electron from its own side.

そして、交互吸着法で形成された光吸収層A(A1〜A14)は、光増感基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または光増感基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1組の前記カチオン高分子層と前記アニオン高分子層からなる多層構造を有するものである。なお、光増感基とは、光エネルギーを吸収すると活性化する性質を有するものである。 The light absorbing layer A (A 1 to A 14 ) formed by the alternate adsorption method is composed of a cationic polymer and an anionic polymer having a photosensitizing group introduced therein, or a cationic polymer and an anionic polymer having a photosensitizing group introduced therein. It is composed of an alternating adsorption film of a polymer, and the alternate adsorption film has a multilayer structure composed of at least one set of the cationic polymer layer and the anionic polymer layer. The photosensitizing group has a property of being activated when light energy is absorbed.

また、交互吸着法で形成された電子輸送層N(N6,N7,N8,N13,N14)は、電子受容性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子受容性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1組の前記カチオン高分子層と前記アニオン高分子層からなる多層構造を有するものである。なお、電子受容性基とは、電子を自らの側に引き寄せようとする(受容する)性質を有するものである。 The electron transport layer N (N 6 , N 7 , N 8 , N 13 , N 14 ) formed by the alternating adsorption method is composed of a cationic polymer and an anionic polymer having an electron-accepting group introduced, or an electron-accepting polymer. The layer comprises an alternately adsorbed film of an anionic polymer and a cationic polymer into which a group is introduced, and the alternately adsorbed film has a multilayer structure composed of at least one pair of the cationic polymer layer and the anionic polymer layer. Note that the electron-accepting group has a property of trying to attract (accept) an electron to its own side.

ここで、光吸収層Aとは、光エネルギーを吸収するものである。
また、正孔輸送層Pとは、電子供与基が電子を供与することにより、光吸収により発生した正孔を隣接する電極(第1の電極層51)に引き渡す機能を有し、第1の電極層51、正孔輸送層P、光吸収層Aの最高被占電子準位が、前記第1の電極層51に近づくに従い向上するように構成されればかかる機能が実行されるものである。
Here, the light absorbing layer A absorbs light energy.
The hole transport layer P has a function of transferring holes generated by light absorption to an adjacent electrode (the first electrode layer 51) by the electron donating group donating an electron. Such a function is performed if the highest occupied electron level of the electrode layer 51, the hole transport layer P, and the light absorption layer A is configured to be improved as approaching the first electrode layer 51. .

そして、電子輸送層Nとは、光吸収により発生した電子を、電子受容基が受容することにより、隣接する電極(第2の電極層52)に引き渡す機能を有し、光吸収層A、電子輸送層N、第2の電極層52の最低空電子準位が、この第2の電極層52に近づくに従い低下するように構成されればかかる機能が実行されるものである。   The electron transport layer N has a function of transferring electrons generated by light absorption to an adjacent electrode (second electrode layer 52) by receiving an electron accepting group. Such a function is executed if the lowest vacancy level of the transport layer N and the second electrode layer 52 is configured to decrease as approaching the second electrode layer 52.

また、電子供与層Eは、正孔輸送層Pと光吸収層Aとの界面に配置され、正孔輸送層Pが有する第1電子供与性基よりも電子供与特性の高い、第2電子供与性基により構成されている。   The electron donating layer E is disposed at the interface between the hole transporting layer P and the light absorbing layer A, and has a higher electron donating property than the first electron donating group of the hole transporting layer P. It is composed of a functional group.

なお、図12(1)の光電素子501は、請求項13に対応する構成を有している。図12(2)の光電素子502は、請求項14に対応する構成を有している。図12(3)の光電素子503は、請求項15に対応する構成を有している。図12(4),(5)の光電素子504,505は、請求項16に対応する構成を有している。図12(6)〜(8)の光電素子506〜508は、請求項17に対応する構成を有している。図12(9)〜(14)の光電素子509〜5014は、請求項18,19に対応する構成を有している。 Note that the photoelectric element 50 1 in FIG. 12 (1) has a configuration corresponding to claim 13. 12 photoelectric element 50 2 (2) has a configuration corresponding to claim 14. 12 photoelectric device 50 3 (3) has a configuration corresponding to claim 15. The photoelectric elements 50 4 and 50 5 of FIGS. 12 (4) and 12 (5) have a configuration corresponding to claim 16. 12 (6) The photoelectric element 50 6-50 8 to (8) has a configuration corresponding to claim 17. 12 (9) The photoelectric element 50 9-50 14 - (14) has a configuration corresponding to claim 18 and 19.

図12(1)(4)(6)(7)に示す光電素子50(501、504、506、507)は、少なくとも光吸収層Aが交互吸着法で形成されたものであって、光吸収層A、正孔輸送層P、電子輸送層Nの3層から構成された薄膜層60(601、604、606、607)を一対の電極(第1の電極層51,第2の電極層52)が挟むようにして構成される。
そして、(4)の光電素子504では、光吸収層A4に加え、さらに正孔輸送層P4も交互吸着法で形成されている。(6)の光電素子506では、光吸収層A6に加え、さらに電子輸送層N6も交互吸着法で形成されている。(7)の光電素子507では、光吸収層A7に加え、さらに正孔輸送層P7及び電子輸送層N7も交互吸着法で形成されている。
12 (1) (4) (6) The photoelectric element 50 shown in (7) (50 1, 50 4, 50 6, 50 7) is of a type wherein at least a light-absorbing layer A is formed by the alternate adsorption method Te, the light-absorbing layer a, a hole transport layer P, an electron transport layer thin layer composed of three layers N 60 (60 1, 60 4 , 60 6, 60 7) a pair of electrodes (a first electrode layer 51, the second electrode layer 52).
In the photoelectric device 50 4 of (4), in addition to the light absorbing layer A 4 , the hole transport layer P 4 is further formed by the alternate adsorption method. In the photoelectric element 50 6 (6), in addition to the light-absorbing layer A 6, it is further also electron transport layer N 6 formed by alternate adsorption method. In the photoelectric element 50 7 (7), in addition to the light-absorbing layer A 7, it is further hole transport layer P 7 and the electron transporting layer N 7 also formed by alternate adsorption method.

次に、図12(2)(3)に示す光電素子50(502、503)は、それぞれ光電素子501に対し電子輸送層N1または正孔輸送層P1を省略した構成となっている。そして、図(5)に示す光電素子505は、(4)に示す光電素子504に対し電子輸送層N4を省略した構成となっている。
このように、光電素子50(502、503、505)は、光吸収層Aを必須の構成要素とすればいずれか存在する正孔輸送層P2,P5または電子輸送層N3の、正孔または電子の輸送作用により、光電素子50の光電変換作用が発揮されうる。
Next, FIG. 12 (2) photoelectric device 50 shown in (3) (50 2, 50 3), a configuration in which respect the photoelectric element 50 1 is omitted electron transport layer N 1 or the hole transport layer P 1 respectively ing. The photoelectric device 50 5 shown in FIG. 5 has a configuration omitting the electron transporting layer N 4 to the photoelectric element 50 4 shown in (4).
As described above, the photoelectric element 50 (50 2 , 50 3 , 50 5 ) has any of the hole transport layers P 2 , P 5 or the electron transport layer N 3 provided that the light absorption layer A is an essential component. Due to the hole or electron transport action, the photoelectric conversion action of the photoelectric element 50 can be exhibited.

次に、図12(9)〜(14)に示す光電素子50(509、5010、5011、5012、5013、5014)は、それぞれ前記した光電素子50(501、502、504、505、506、507)に対し、正孔輸送層Pと光吸収層Aとの界面に電子供与層Eが設けられたものであって、光吸収層A、正孔輸送層P、電子供与層E、電子輸送層Nの4層から構成された薄膜層609、6010、6011、6012、6013、6014)を一対の電極(第1の電極層51,第2の電極層52)が挟むようにして構成される。
なお、図中、電子供与層Eは、交互吸着法で形成されて示されているが、形成方法はこれに限定されるものではない。
Next, FIG. 12 (9) to the photoelectric element 50 shown in (14) (50 9, 50 10, 50 11, 50 12, 50 13, 50 14) includes a photoelectric device 50 described above, respectively (50 1, 50 2 , 50 4 , 50 5 , 50 6 , 50 7 ), in which an electron donating layer E is provided at the interface between the hole transporting layer P and the light absorbing layer A. A thin film layer 60 9 , 60 10 , 60 11 , 60 12 , 60 13 , 60 14 composed of four layers of a transport layer P, an electron donating layer E, and an electron transport layer N) is used as a pair of electrodes (first electrode layer). 51, the second electrode layer 52).
In the drawings, the electron donating layer E is formed by the alternate adsorption method, but the forming method is not limited to this.

このように、電子供与層Eが配置されることにより、光吸収層Aにおいて生成した正孔が第1の電極層51に輸送されるにあたり、この正孔の分離特性に優れる電子供与層Eと、この正孔の輸送特性に優れる正孔輸送層Pとがそれぞれ機能分担することとなり、高効率の光電素子60(609〜6014)が実現される。 By disposing the electron donating layer E in this manner, when the holes generated in the light absorbing layer A are transported to the first electrode layer 51, the electron donating layer E having excellent hole separation characteristics can be obtained. the positive hole hole transport layer P having excellent transport properties becomes possible to function sharing respectively, high efficiency of the photoelectric element 60 (60 9-60 14) is achieved.

ここで、交互吸着法で形成される光吸収層A(A1〜A14)は、例えば、図13で示されるルテニウム錯体(イ)で構成される。また、交互吸着法で形成される正孔輸送層P(P4,P5,P7)は、例えば、図13で示されるフェロセン含有高分子(ロ)、ホ゜リ(3,4-エチレンシ゛オキシチオフェン)/ホ゜リ(4-スチレンスルフォネート)(PEDOT/PSS)(ハ)で構成される。さらに、交互吸着法で形成される電子輸送層N(N6,N7,N8,N13,N14)は、例えば、図13で示されるフラーレン高分子錯体(ヌ)で構成されている。 Here, the light absorption layer A (A 1 to A 14 ) formed by the alternate adsorption method is composed of, for example, a ruthenium complex (a) shown in FIG. The hole transport layer P (P 4 , P 5 , P 7 ) formed by the alternate adsorption method is, for example, a ferrocene-containing polymer (b) shown in FIG. 13 and a poly (3,4-ethylenedioxy). (Thiophene) / poly (4-styrene sulfonate) (PEDOT / PSS) (c). Further, the electron transport layer N (N 6 , N 7 , N 8 , N 13 , N 14 ) formed by the alternate adsorption method is composed of, for example, a fullerene polymer complex (nu) shown in FIG. .

次に、交互吸着法以外の方法で形成される正孔輸送層P(P1,P2,P6)としては、例えば、第1の電極層51(511,512,516)または光吸収層A(A1,A2,A6)に対して、塗布して形成されるフェロセン含有高分子(ロ)、また、交互吸着法で形成される正孔輸送層P(P4,P5,P7)は、例えば、図13で示されるフェロセン含有高分子(ロ)、ホ゜リ(3,4-エチレンシ゛オキシチオフェン)/ホ゜リ(4-スチレンスルフォネート)(PEDOT/PSS)(ハ)で構成される。(ハ)、ポリヘキシルチオフェン(二)、ホ゜リ(2-メトキシ-5-(2'-エチルヘキシロキシ)-1,4-フェニレンヒ゛ニレン)(poly(2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene)(ホ)、または、液晶系の物質であるシ゛オクチルターチオフェン(dioctylterthiophene)(へ)、または、電解質系であるヨウ素/ヨウ化カリウムのアセトニトリル溶液(ト)、または、光吸収層Aに蒸着して形成されるセキシチオフェン(sexithiophene)(チ)、ペンタセン(リ)等の物質が挙げられる。 Next, as the hole transport layer P (P 1 , P 2 , P 6 ) formed by a method other than the alternate adsorption method, for example, the first electrode layer 51 (51 1 , 51 2 , 51 6 ) or The ferrocene-containing polymer (b) formed by coating the light absorbing layer A (A 1 , A 2 , A 6 ), and the hole transport layer P (P 4 , P 5 and P 7 ) are, for example, a ferrocene-containing polymer (b) shown in FIG. 13, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / poly (4-styrenesulfonate) (PEDOT / PSS) ( C). (C), polyhexylthiophene (2), poly (2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenephenylene) (poly (2-methoxy-5- (2'-ethylhexyloxy) -1,4-phenylenevinylene) (e), liquid crystal-based substance dioctylterthiophene (he), or electrolyte-based iodine / potassium iodide in acetonitrile (g), or light Substances such as sexithiophene (h) and pentacene (h) formed by vapor deposition on the absorption layer A are exemplified.

次に、交互吸着法以外の方法で形成される電子輸送層N(N1,N3,N4,N9,N11)としては、例えば、第2の電極層52(521,523,524,529,5211)または光吸収層A(A1,A3,A4,A9,A11)に対して、塗布して形成されるフラーレン高分子錯体(ヌ)、フラーレン/ポリスチレンブレンド膜(ル)、フラーレン/ポリビニルナフタレンブレンド膜(ヲ)、または、液晶系の物質であるヘキシロキシフェニルヘキシロキシヒ゛フェニルオキサシ゛アソ゛ール(hexyloxyphenyl-hexyloxybiphenyloxadiazole)(ワ)、または、電解質系の物質であるメチルビオロゲン(カ)、または、光吸収層Aに蒸着して形成されるフラーレン(ヨ)、8-ヒト゛ロキシキノリンアルミニウム塩(8-hydroxyquinoline, aluminium salt)(タ)、または、第2の電極層52を表面装飾して形成されるフラーレンカルボン酸(レ)等の物質が挙げられる。 Next, as the electron transporting layer N (N 1 , N 3 , N 4 , N 9 , N 11 ) formed by a method other than the alternate adsorption method, for example, the second electrode layer 52 (52 1 , 52 3) , 52 4 , 52 9 , 52 11 ) or the light absorbing layer A (A 1 , A 3 , A 4 , A 9 , A 11 ). / Polystyrene blend film ((), fullerene / polyvinyl naphthalene blend film (ヲ), or hexyloxyphenyl-hexyloxybiphenyloxadiazole (wa), which is a liquid crystal material, or an electrolyte material Methyl viologen (f), or fullerene (yo) formed by vapor deposition on the light absorbing layer A, 8-humanquinoxyline, aluminum salt (ta), or Substance such as the second electrode layer 52 fullerene carboxylic acid formed by the surface decor (Les) and the like.

前記した、(ヌ)(ル)(ヲ)(ヨ)(レ)に示されるフラーレン系の電子受容基は、SnO2などの金属酸化物を第2の電極層52として用いて、その微粒子に吸着させることができる。これらフラーレン系の電子受容基で形成された電子輸送層Nに、交互吸着法により光吸収層Aを形成すると、界面の接触面積が増大することにより、光吸収効率が向上する効果が引き出される。
また、電子輸送層Nが、フラーレン高分子錯体(ヌ)により交互吸着法で形成されれば、電子輸送層Nの膜厚制御と光吸収層Aとの接触界面の面積増大を同時に達成させることが可能になる。
The above-mentioned fullerene-based electron accepting groups shown in (nu), (le), (ヲ), (yo), and (re) are obtained by using a metal oxide such as SnO 2 as the second electrode layer 52, Can be adsorbed. When the light absorbing layer A is formed on the electron transporting layer N formed of these fullerene-based electron accepting groups by the alternate adsorption method, the effect of improving the light absorption efficiency is obtained by increasing the contact area at the interface.
When the electron transporting layer N is formed by the fullerene polymer complex (nu) by an alternate adsorption method, it is possible to simultaneously control the thickness of the electron transporting layer N and increase the area of the contact interface with the light absorbing layer A. Becomes possible.

また、図12(9)〜(14)に示すように、電子供与層Eを含む光電素子60(609〜6014)においては、電子供与層Eが正孔輸送層Pよりも電子供与性の高い電子供与基で構成されるように、正孔輸送層Pと電子供与層Eの組合せは、例えば図13に示すように、ホ゜リ(3,4-エチレンシ゛オキシチオフェン)/ホ゜リ(4-スチレンスルフォネート)(PEDOT/PSS)(ハ)とフェロセン含有高分子(ロ)、ポリヘキシルチオフェン(二)とフェロセン含有高分子(ロ)、ホ゜リ(2-メトキシ-5-(2'-エチルヘキシロキシ)-1,4-フェニレンヒ゛ニレン)(ホ)とフェロセン含有高分子(ロ)、シ゛オクチルターチオフェン(dioctylterthiophene)(ヘ)とフェロセン含有高分子(ロ)、ヨウ素/ヨウ化カリウムのアセトニトリル溶液(ト)とフェロセン含有高分子(ロ)、セキシチオフェン(sexithiophene)(チ)とフェロセン含有高分子(ロ)、ペンタセン(リ)とフェロセン含有高分子(ロ)の組合せが挙げられる。 Further, FIG. 12 (9), as shown in - (14), in the photoelectric element 60 that includes an electron donor layer E (60 9 to 60 14), electron-donating also electron donating layer E is than the hole-transporting layer P As shown in FIG. 13, for example, as shown in FIG. 13, the combination of the hole transport layer P and the electron donating layer E is composed of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / poly (4- Styrene sulfonate) (PEDOT / PSS) (c) and ferrocene-containing polymer (b), polyhexylthiophene (2) and ferrocene-containing polymer (b), poly (2-methoxy-5- (2'-ethyl) (Hexyloxy) -1,4-phenylene phenylene) (e) and ferrocene-containing polymer (b), dioctylterthiophene (f) and ferrocene-containing polymer (b), iodine / potassium iodide in acetonitrile ( G) and ferrocene-containing polymer ( ), Sexithiophene (Sexithiophene) (h) ferrocene-containing polymer (B), and a combination of pentacene (Li) ferrocene-containing polymer (b).

そして、第1の電極層51、及び第2の電極層52のいずれか一方は、透明電極で構成され、具体的には、ITO(インジウム・スズ酸化物)、SnO2が挙げられる。そして、他方の対向電極としては、具体的には、Al,Au,Pt等が挙げられる。 Then, one of the first electrode layer 51 and the second electrode layer 52 is formed of a transparent electrode, and specific examples thereof include ITO (indium tin oxide) and SnO 2 . As the other counter electrode, specifically, Al, Au, Pt, or the like can be given.

以上のべたような、光電素子50を構成する各層のうち少なくとも光吸収層Aが交互吸着法で形成されることとすれば、極めて簡便な方法により、光吸収層Aは膜厚が高精度に制御された薄膜として形成されることが可能になる。なお、光電素子50がその光電変換特性を最大に発揮しうる、光吸収層Aの最適の膜厚は、1nm〜30nmの範囲に含まれることが、省略する実験結果から明らかとなっている。この最適値より光吸収層Aの膜厚が厚いと、励起子(電子及び正孔の対)の移動距離が長くなりこの励起子が失活してしまい、逆に膜厚が薄いと励起子の発生量が少なくなり、いずれも光電変換特性の低下を招く事となる。このように、交互吸着法で形成された光吸収層Aを有する光電素子50は、高い光電変換特性が発揮され、さらにその特性が劣化することなく維持され、さらにこの優れた品質の光電素子50を安価に大量に供給させることが可能である。   As described above, if at least the light absorption layer A among the layers constituting the photoelectric element 50 is formed by the alternate adsorption method, the light absorption layer A can be formed with a highly accurate film thickness by an extremely simple method. It can be formed as a controlled thin film. It is clear from experimental results that the optimum thickness of the light absorption layer A, which allows the photoelectric element 50 to exhibit its photoelectric conversion characteristics to the maximum, is included in the range of 1 nm to 30 nm. If the thickness of the light absorption layer A is larger than this optimum value, the moving distance of the excitons (pairs of electrons and holes) becomes longer and the excitons are deactivated. Is reduced, resulting in a decrease in photoelectric conversion characteristics. As described above, the photoelectric device 50 having the light absorption layer A formed by the alternate adsorption method exhibits high photoelectric conversion characteristics, is maintained without deteriorating the characteristics, and has a further excellent quality. Can be supplied in large quantities at low cost.

図12(5)(7)(8)(12)(14)に示す光電素子50のように、製造の全工程が交互吸着法で行われる場合は、ウエットプロセスの利点である、安価で大量生産できる特性を最大限に発揮させることができ、さらに大面積の光電素子50の生産の対応をとることができる。   When all the manufacturing steps are performed by the alternate adsorption method as in the photoelectric device 50 shown in FIGS. 12 (5), (7), (8), (12), and (14), the advantages of the wet process are inexpensive and large. The characteristics that can be produced can be maximized, and the production of the photoelectric element 50 having a larger area can be handled.

そして、光電素子50の生産の工程の一部に、交互吸着法による以外の層形成方法として塗布による形成工程が含まれる場合は、水溶性高分子のみならず有機溶媒に可溶な高分子も適用することができる。   When a part of the production process of the photoelectric element 50 includes a coating process as a layer forming method other than the alternate adsorption process, not only a water-soluble polymer but also a polymer soluble in an organic solvent is used. Can be applied.

また、光電素子50の生産の工程の一部に、交互吸着法による以外による層形成方法として蒸着による形成工程が含まれる場合は、高密度な機能分子層を作製することが可能になる。   In addition, when a part of the production process of the photoelectric element 50 includes a formation process by vapor deposition as a layer formation method other than the alternate adsorption method, a high-density functional molecular layer can be manufactured.

そして、光電素子50の生産の工程の一部に、交互吸着法による以外による層形成方法として電解質による形成工程が含まれる場合は、隣接する電極(第1の電極層51)との界面における良好な接合が実現される。これにより、光電変換の高効率性が実現される。   When a part of the production process of the photoelectric element 50 includes a formation process using an electrolyte as a layer formation method other than by the alternate adsorption method, a favorable condition at the interface with the adjacent electrode (the first electrode layer 51) is obtained. A simple joining is realized. Thereby, high efficiency of photoelectric conversion is realized.

また、光電素子50の生成の工程の一部に、交互吸着法による以外による層形成方法として液晶系による形成工程が含まれる場合は、隣接する電極(第2の電極層52)との界面における良好な接合が実現されることに加え、不揮発性である性質を活かし、耐久性の優れた光電素子が実現される。   In addition, in the case where a part of the process of forming the photoelectric element 50 includes a liquid crystal forming step as a layer forming method other than the alternate adsorption method, the interface between the adjacent electrode (the second electrode layer 52) and the adjacent electrode (the second electrode layer 52) is formed. In addition to realizing good bonding, a photoelectric element having excellent durability is realized by taking advantage of the property of being non-volatile.

そして、光電素子50の生成の工程の一部に、交互吸着法による以外による層形成方法として電解質による形成工程が含まれる場合は、隣接する電極(第2の電極層52)との界面における良好な接合が実現される。これにより、光電変換の高効率性が実現される。   When a part of the step of forming the photoelectric element 50 includes a formation step using an electrolyte as a layer formation method other than by the alternate adsorption method, a favorable condition at the interface with the adjacent electrode (the second electrode layer 52) is obtained. A simple joining is realized. Thereby, high efficiency of photoelectric conversion is realized.

また、光電素子50の生成の工程の一部に、交互吸着法による以外による層形成方法として電極の表面修飾による形成工程が含まれる場合は、電子輸送特性の高いフラーレンをウエットプロセスにより高濃度で導入させることが可能になる。また、直接吸着では電子注入効率の向上が期待される。   In the case where a part of the step of forming the photoelectric element 50 includes a step of forming a layer by electrode modification as a layer forming method other than by the alternate adsorption method, fullerene having a high electron transporting property is formed at a high concentration by a wet process. It will be possible to introduce. The direct adsorption is expected to improve the electron injection efficiency.

次に、交互吸着法についての説明を行う。交互吸着法では、カチオン高分子水溶液と、アニオン高分子水溶液とを別々の容器に用意し、これらの容器に、初期表面電荷を与えた基板を交互に浸すことにより、基板上に多層構造を有する超薄膜である交互吸着膜を得ることができる。例えば、ITO基板の表面に、初期表面電荷として負の電荷を与える。そして、この表面が負に帯電したITO基板を、カチオン高分子を含む溶液に浸せば、クーロン力により、少なくとも表面電荷が中和されるまでカチオン高分子が表面に吸着し、1層の超薄膜が形成される。こうして形成された超薄膜の表面部分は、正に帯電していることになる。そこで、今度はこの基板をアニオン高分子を含む溶液に浸せば、クーロン力によりアニオン高分子が吸着し、1層の超薄膜が形成されることになる。このようにして、基板を二つの容器に交互に浸すことにより、カチオン高分子からなる超薄膜層とアニオン高分子からなる超薄膜層とを交互に成膜することができ、多層構造をもった複合薄膜を形成することができる。   Next, the alternate adsorption method will be described. In the alternate adsorption method, a cationic polymer aqueous solution and an anionic polymer aqueous solution are prepared in separate containers, and a substrate having an initial surface charge is alternately immersed in these containers to have a multilayer structure on the substrate. An alternately adsorbed film that is an ultrathin film can be obtained. For example, a negative charge is given to the surface of the ITO substrate as an initial surface charge. Then, if the ITO substrate whose surface is negatively charged is immersed in a solution containing a cationic polymer, the cationic polymer is adsorbed to the surface by Coulomb force until at least the surface charge is neutralized. Is formed. The surface portion of the ultra-thin film thus formed is positively charged. Then, when this substrate is immersed in a solution containing an anionic polymer, the anionic polymer is adsorbed by Coulomb force, and a single-layer ultrathin film is formed. In this way, by alternately immersing the substrate in the two containers, an ultra-thin layer made of a cationic polymer and an ultra-thin layer made of an anionic polymer could be formed alternately, and a multilayer structure was obtained. A composite thin film can be formed.

図1は、一般的な交互吸着膜の製造原理を示す概念図である。図1において、第1の槽(2)には、カチオン高分子の水溶液が入れられており、第2の槽(3)には、アニオン高分子の水溶液が入れられている。ここで、表面に正または負の初期表面電荷を有する基板(1)、例えばITO基板を用意する。図2(a)は、ITO基板表面をオゾンクリーニング処理したことにより、ITO表面が負に帯電した状態を示す概念図である。この、負に帯電した基板(1)を第1の槽(2)に入れると基板1の表面にカチオン高分子(4)がクーロン力により吸着する。カチオン高分子(4)には電子供与性基(5)が導入されている。この状態を模式的に表したのが図2(b)である。続いて、図2(b)の状態の基板を第2の槽(3)に入れる。すると、カチオン高分子表面にアニオン高分子(6)が
クーロン力により吸着することになる。この状態を模式的に示したのが図2(c)である。このように基板(1)を第1の槽(2)と第2の槽(3)とに交互に浸漬させていけば、カチオン高分子からなる層とアニオン高分子からなる層とが交互に吸着して成膜され、電子供与性基(5)を含む多層構造からなる正孔輸送(電子供与)層が形成される。この層数は吸着操作の回数により、1層以上で自由に設定できる。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing a manufacturing principle of a general alternating adsorption film. In FIG. 1, a first tank (2) contains an aqueous solution of a cationic polymer, and a second tank (3) contains an aqueous solution of an anionic polymer. Here, a substrate (1) having a positive or negative initial surface charge on its surface, for example, an ITO substrate is prepared. FIG. 2A is a conceptual diagram showing a state in which the ITO surface is negatively charged by performing the ozone cleaning treatment on the ITO substrate surface. When the negatively charged substrate (1) is put into the first tank (2), the cationic polymer (4) is adsorbed on the surface of the substrate 1 by Coulomb force. An electron-donating group (5) is introduced into the cationic polymer (4). FIG. 2B schematically shows this state. Subsequently, the substrate in the state shown in FIG. 2B is put in the second tank (3). Then, the anionic polymer (6) is adsorbed on the surface of the cationic polymer by Coulomb force. FIG. 2C schematically shows this state. As described above, if the substrate (1) is alternately immersed in the first tank (2) and the second tank (3), the layer composed of the cationic polymer and the layer composed of the anionic polymer are alternately formed. A hole transporting (electron donating) layer having a multilayer structure containing the electron donating group (5) is formed by adsorption. This number of layers can be set freely in one or more layers by the number of adsorption operations.

また、所定の回数交互吸着を行った後、電子供与性基(5)が導入されたカチオン高分子(4)に代えて、別の種類の電子供与性基または光増感基(7)が導入されたカチオン高分子(4)を用いることにより、図3に示されるように、正孔輸送(電子供与)層の内部、あるいは隣接する光吸収(光増感)層に電子供与性基(5)とは異なる最高被占電子準位を与えることができる。ここで、電子供与性基(5)や別種の電子供与性基または光増感基(7)をITOの準位と比較して適切に選択することにより、これらの電子供与性基(5)や光増感基(7)の基の最高被占電子準位が、ITOに近づくに従い順次向上している構造が形成される。
以上の例ではカチオン高分子に電子供与性基(5)や別種の基(7)が導入されて場合について述べたが、アニオン高分子に導入することも可能である。
After the predetermined number of times of alternate adsorption, another type of electron donating group or photosensitizing group (7) is replaced with the cationic polymer (4) into which the electron donating group (5) is introduced. By using the introduced cationic polymer (4), as shown in FIG. 3, an electron donating group (in the hole transporting (electron donating) layer) or in the adjacent light absorbing (photosensitizing) layer is formed. The highest occupied electron level different from 5) can be provided. Here, by appropriately selecting the electron donating group (5) or another kind of electron donating group or photosensitizing group (7) in comparison with the level of ITO, these electron donating groups (5) A structure is formed in which the highest occupied electron level of the group of the photosensitizing group (7) is gradually improved as approaching ITO.
In the above example, the case where the electron-donating group (5) or another type of group (7) is introduced into the cationic polymer has been described, but it is also possible to introduce the electron-donating group (5) into the anionic polymer.

なお、この吸着処理に用いる電解質ポリマーの濃度やpH値、吸着時間などの条件によって、ポリマー分子内のセグメント間のクーロン力による反発が大きくなったり小さくなったり変化するため、分子の充填密度は、これらの条件に左右されることになる。したがって、これらの条件の設定次第によって、非常に薄い膜を形成することも、比較的厚い膜を形成することも可能になる。   The repulsion due to the Coulomb force between the segments in the polymer molecule increases or decreases depending on conditions such as the concentration, pH value, and adsorption time of the electrolyte polymer used in the adsorption treatment. It will depend on these conditions. Therefore, depending on the setting of these conditions, it is possible to form a very thin film or a relatively thick film.

上述したように、ある程度の厚みに達すると、電気的中和によりクーロン力が作用しなくなるため吸着は飽和点を迎えることになるが、この飽和点に至るまでは、浸漬時間が長ければ長いほど膜厚は厚くなる。
なお、与えた条件により変動するが、一回の基板の浸漬により表面に吸着される吸着層の膜厚は、1nm〜数十nmの範囲でコントロールすることができる。そして、カチオン高分子液とアニオン高分子水溶液とを交互に浸漬することにより、この吸着層の層数を積み増して、全体の膜厚を、前記した一層分の膜厚を単位に1nmから1μmの間で定量的にコントロールすることができる。
As described above, when a certain thickness is reached, the Coulomb force does not act due to electrical neutralization, so adsorption will reach a saturation point, but until reaching this saturation point, the longer the immersion time, the longer the immersion time The film thickness increases.
The thickness of the adsorption layer adsorbed on the surface by one immersion of the substrate can be controlled in the range of 1 nm to several tens nm, although it varies depending on the given conditions. Then, by alternately immersing the cationic polymer solution and the anionic polymer aqueous solution, the number of layers of the adsorption layer is increased, and the total film thickness is reduced from 1 nm to 1 μm in units of the film thickness of one layer. Quantitative control can be performed.

図1では、交互吸着法の原理を説明するため、二つの水槽(2)、(3)を用いる例を示したが、実用上は、このような二つの水槽(2)、(3)に基板(1)を交互に浸漬させる処理を行うと、基板を一方の水槽から引き上げて他方の水槽に入れる際に、もとの水槽の液が表面に付着しているため、両水槽の液が次第に混じってきてしまうことになる。そこで、実際には、洗浄槽を用意し、リンス浴が行われるようにするのが好ましい。   FIG. 1 shows an example in which two water tanks (2) and (3) are used to explain the principle of the alternate adsorption method. However, in practice, the two water tanks (2) and (3) are used. When a process of alternately immersing the substrates (1) is performed, when the substrate is pulled up from one water tank and put into the other water tank, the liquid in the original water tank adheres to the surface. It will gradually become mixed. Therefore, in practice, it is preferable to prepare a cleaning tank and perform a rinsing bath.

本発明において、交互吸着膜を構成するアニオン高分子とカチオン高分子としては、特に制限されない。アニオン高分子としては、カルボン酸を有する高分子とスルホン酸を有する高分子が好ましく挙げられる。具体的には、カルボン酸を有するアニオン高分子としては、ポリアクリル酸、ポリアクリル酸メチル、ポリ(チオフェン−3−酢酸)等が挙げられる。スルホン酸を有するアニオン高分子としては、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルスルホン酸、ポリメタクリル酸−3−スルホプロピル、ポリアニリンスルホン酸、ポリ(3−チオフェンアルカンスルホン酸)等が挙げられる。   In the present invention, the anionic polymer and the cationic polymer constituting the alternating adsorption film are not particularly limited. Preferred examples of the anionic polymer include a polymer having a carboxylic acid and a polymer having a sulfonic acid. Specifically, examples of the anionic polymer having a carboxylic acid include polyacrylic acid, polymethyl acrylate, and poly (thiophen-3-acetic acid). Examples of the anionic polymer having sulfonic acid include polystyrenesulfonic acid, polyvinylsulfonic acid, poly-3-methacrylic acid-3-sulfopropyl, polyanilinesulfonic acid, and poly (3-thiophenealkanesulfonic acid).

カチオン高分子としては、アンモニウム基を有する高分子とピリジル基を有する高分子が好ましく挙げられる。具体的には、アンモニウム基を有するカチオン高分子として、ポリエチレンイミン、ポリアミルアミン、ポリメタクリル酸コリンなどが挙げられる。ピリジル基を有するカチオン高分子としては、ポリビニルピリジン、ポリビニルエチルピリジン、ポリ(パラ−メチルピリジニウムビニレン)等が挙げられる。
これらアニオン高分子とカチオン高分子は、上記非特許文献4に詳細に開示されている。
Preferable examples of the cationic polymer include a polymer having an ammonium group and a polymer having a pyridyl group. Specifically, examples of the cationic polymer having an ammonium group include polyethyleneimine, polyamylamine, and polycholine methacrylate. Examples of the cationic polymer having a pyridyl group include polyvinyl pyridine, polyvinyl ethyl pyridine, and poly (para-methylpyridinium vinylene).
These anionic polymer and cationic polymer are disclosed in detail in Non-Patent Document 4 described above.

本発明において、アニオン高分子及び/又はカチオン高分子に導入される光増感基としては、各種増感色素が好ましく用いられる。具体的には、増感色素としては、吸光係数ならびに光耐性の高いルテニウム錯体系化合物(図13(イ)参照)が最も有望である。ルテニウム錯体には配位子の違いにより各種化合物が存在する。例えば、トリス(2,2’−ビピリジン)ルテニウム(II)錯体、グレッツェルセルに用いられるN3色素やブラックダイなどが挙げられる。この他にポルフィリン系色素、フタロシアニン系色素が挙げられる。   In the present invention, various sensitizing dyes are preferably used as the photosensitizing group introduced into the anionic polymer and / or the cationic polymer. Specifically, as the sensitizing dye, a ruthenium complex-based compound having a high extinction coefficient and high light resistance (see FIG. 13A) is most promising. Various compounds exist in the ruthenium complex depending on the ligand. For example, a tris (2,2'-bipyridine) ruthenium (II) complex, an N3 dye used in a Gretzell cell, a black dye, and the like can be mentioned. Other examples include porphyrin-based dyes and phthalocyanine-based dyes.

この他にも、多種多様な色素を用いることができ、上記非特許文献5に詳細に開示されている。具体的には、スピロ化合物、フェロセン、フルオレノン、フルギド、イミダゾール、ペリレン、フェナジン、フェノチアジン、ポリエン(カロテン、マレイン酸誘導体、ピラゾロン、スチルベン)、アゾ化合物(ジチゾン、ホルマザン)、キノン(アクリドン、アントアントロン、インダントレン、ピレンジオン、ビオラントロン)、インジゴ(インジルビン、オキシインジゴ、チオインジゴ)、ジフェニルメタン、トリフェニルメタン(フルオラン、フルオレセイン、ローダミン)、ポリメチン(シアニン、ピリジニウム、ピリリウム、キノリニウム、ローダニン)、アクリジン、アクリジノン、カルボスチリル、クマリン、ジフェニルアミン、キナクリドン、キノフタロン、フェノキサジン、フタロペリノン、ポルフィン、クロロフィル、フタロシアニン、クラウン、スクアリリウム、チアフルバレン等が挙げられる。
これら色素を光増感基としてアニオン高分子及び/又はカチオン高分子に導入
する方法は特に制限されず、公知の方法を用いることができる。
In addition, a wide variety of dyes can be used, which is disclosed in detail in Non-Patent Document 5 described above. Specifically, spiro compounds, ferrocene, fluorenone, fulgide, imidazole, perylene, phenazine, phenothiazine, polyene (carotene, maleic acid derivative, pyrazolone, stilbene), azo compounds (dithizone, formazan), quinones (acridone, anthrone, Indantrene, pyrylene dione, biolanthrone), indigo (indirubin, oxyindigo, thioindigo), diphenylmethane, triphenylmethane (fluorane, fluorescein, rhodamine), polymethine (cyanine, pyridinium, pyrylium, quinolinium, rhodamine), acridine, acridinone, carbostyril , Coumarin, diphenylamine, quinacridone, quinophthalone, phenoxazine, phthaloperinone, porphine, chlorophyll Phthalocyanine, crown, squarylium, tetrathiafulvalene, and the like.
The method for introducing these dyes as a photosensitizing group into an anionic polymer and / or a cationic polymer is not particularly limited, and a known method can be used.

本発明において、正孔輸送(電子供与)層には、アニオン高分子及び/又はカチオン高分子に正孔輸送材料としてイオン化ポテンシャルの低い電子供与性の化合物を導入したものが好ましく用いられる。この正孔輸送材料としては、図13に挙げられた化合物も含め、アミン系化合物や芳香族化合物、ヘテロ芳香族化合物などが好ましく挙げられる。具体例としては、チオフェン系化合物、フェロセン誘導体、カルバゾール誘導体、ピロール系化合物、アニリン系化合物、テトラチアフルバレン誘導体、ジアミン系化合物、フタロシアニン系化合物、ヒドラゾン系化合物、等が挙げられる。
上記非特許文献5には、これら正孔輸送材料の詳細と、そのイオン化ポテンシャルが記載されている。
In the present invention, as the hole transporting (electron donating) layer, a layer obtained by introducing an electron donating compound having a low ionization potential as a hole transporting material into an anionic polymer and / or a cationic polymer is preferably used. Preferred examples of the hole transport material include amine compounds, aromatic compounds, and heteroaromatic compounds, including the compounds shown in FIG. Specific examples include thiophene compounds, ferrocene derivatives, carbazole derivatives, pyrrole compounds, aniline compounds, tetrathiafulvalene derivatives, diamine compounds, phthalocyanine compounds, hydrazone compounds, and the like.
Non-Patent Document 5 describes the details of these hole transport materials and their ionization potentials.

本発明において、電子輸送(電子受容)層には、アニオン高分子及び/又はカチオン高分子に電子輸送材料として電子親和性の高い電子受容性の化合物を導入したものが好ましく用いられる。この電子輸送材料としては、図13に挙げられた化合物も含め、主として電子吸引基を有する芳香族化合物、フラーレン誘導体などが好ましく挙げられる。具体例としては、フラーレン誘導体、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、ペリレン誘導体、ナフタレン誘導体、金属錯体等が挙げられる。
上記非特許文献5には、これら電子輸送材料の詳細と、その電子親和力が記載されている。
In the present invention, the electron transporting (electron accepting) layer is preferably formed by introducing an electron accepting compound having a high electron affinity as an electron transporting material into an anionic polymer and / or a cationic polymer. Preferred examples of the electron transport material include aromatic compounds mainly having an electron withdrawing group, fullerene derivatives, and the like, including the compounds shown in FIG. Specific examples include fullerene derivatives, oxadiazole derivatives, oxazole derivatives, perylene derivatives, naphthalene derivatives, metal complexes, and the like.
Non-Patent Document 5 describes details of these electron transport materials and their electron affinities.

図4は、本発明の光電素子のエネルギー準位を示す模式図である。以下、図4を用いて本発明の光電素子の動作を説明する。
図4(a) は、第1の電極層(11)、正孔輸送層(12)、光吸収層(13)、電子輸送層(14)、及び第2の電極層(15)からなる光電素子(10)である。これら各層の少なくとも1層は、カチオン高分子及び/又はアニオン高分子の少なくとも一部が機能基で修飾されたカチオン高分子及びアニオン高分子が交互吸着法により形成された交互吸着膜からなる。
FIG. 4 is a schematic diagram showing the energy levels of the photoelectric device of the present invention. Hereinafter, the operation of the photoelectric device of the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 4 (a) shows a photoelectric structure including a first electrode layer (11), a hole transport layer (12), a light absorption layer (13), an electron transport layer (14), and a second electrode layer (15). Element (10). At least one of these layers is composed of an alternate adsorption film formed by an alternate adsorption method of a cationic polymer and / or anionic polymer in which at least a part of a cationic polymer and / or an anionic polymer is modified with a functional group.

且つ、これら第1の電極層(11)、正孔輸送層(12)、光吸収層(13)、電子輸送層(14)、及び第2の電極層(15)のエネルギー準位がポテンシャル勾配を有している。例えば、第1の電極層(11)、正孔輸送層(12)、光吸収層(13)では、第1の電極層(11)に向かうに従い、最高被占電子準位が向上している。このようなポテンシャルの勾配は正孔輸送層(12)を構成する交互吸着膜の各層に導入されている電子供与性基の化学構造を調整することによりつけることができる。また、光吸収層(13)、電子輸送層(14)、及び第2の電極層(15)では、第2の電極層(15)に向かうに従い最低空電子準位が低下している。このようなポテンシャル勾配は電子輸送層(14)を構成する交互吸着膜の各層に導入されている電子受容基の化学構造を調整することで達成できる。   In addition, the energy levels of the first electrode layer (11), the hole transport layer (12), the light absorption layer (13), the electron transport layer (14), and the second electrode layer (15) have a potential gradient. have. For example, in the first electrode layer (11), the hole transport layer (12), and the light absorption layer (13), the highest occupied electron level increases toward the first electrode layer (11). . Such a potential gradient can be provided by adjusting the chemical structure of the electron donating group introduced into each layer of the alternating adsorption film constituting the hole transport layer (12). In the light absorption layer (13), the electron transport layer (14), and the second electrode layer (15), the lowest vacancy level decreases toward the second electrode layer (15). Such a potential gradient can be achieved by adjusting the chemical structure of the electron-accepting group introduced into each layer of the alternating adsorption film constituting the electron transporting layer (14).

入射光のエネルギーによって、光吸収層(13)において、正孔(ホール)と電子に分離される。正孔(ホール)は、正孔輸送層(12)中を移動し、第1の電極層(11)に達する。電子は、電子輸送層(14)中を移動し、第2の電極層(15)に達する。その結果、第1の電極層(11)と第2の電極層(15)間に電位差が生じる。このような正孔あるいは電子のスムーズな移動は、前述したような、正孔輸送層を介した光吸収層と第1の電極層との最高被占電子準位の勾配、あるいは電子輸送層を介した光吸収層と第2の電極層との最低空電子準位の勾配により達成される。   The light is separated into holes and electrons in the light absorbing layer (13) by the energy of the incident light. The holes move in the hole transport layer (12) and reach the first electrode layer (11). The electrons move in the electron transport layer (14) and reach the second electrode layer (15). As a result, a potential difference occurs between the first electrode layer (11) and the second electrode layer (15). Such smooth movement of holes or electrons is caused by the gradient of the highest occupied electron level between the light absorption layer and the first electrode layer via the hole transport layer or the electron transport layer as described above. This is achieved by the lowest vacancy level gradient between the light absorbing layer and the second electrode layer.

図4(b) は、第1の電極層(11)、光吸収層(13)、電子輸送層(14)、及び第2の電極層(15)からなる光電素子(10)である。これら各層の少なくとも1層は、カチオン高分子及び/又はアニオン高分子の少なくとも一部が機能基が導入されたカチオン高分子及びアニオン高分子が交互吸着法により形成された交互吸着膜からなる。且つ、第1の電極層(11)、光吸収層(13)、電子輸送層(14)、及び第2の電極層(15)のエネルギー準位がポテンシャル勾配を有している。例えば、第1の電極層(11)と光吸収層(13)では、第1の電極層(11)の準位に比べ光吸収層(13)の最高被占電子準位が低くなっている。また、光吸収層(13)、電子輸送層(14)、及び第2の電極層(15)では、第2の電極層(15)に向かうに従い最低空電子準位が低下している。   FIG. 4B shows a photoelectric device (10) including a first electrode layer (11), a light absorption layer (13), an electron transport layer (14), and a second electrode layer (15). At least one of these layers is composed of an alternating adsorption film in which at least a part of a cationic polymer and / or an anionic polymer has a functional group introduced therein, and a cationic polymer and an anionic polymer are formed by an alternate adsorption method. In addition, the energy levels of the first electrode layer (11), the light absorbing layer (13), the electron transport layer (14), and the second electrode layer (15) have a potential gradient. For example, in the first electrode layer (11) and the light absorbing layer (13), the highest occupied electron level of the light absorbing layer (13) is lower than the level of the first electrode layer (11). . In the light absorption layer (13), the electron transport layer (14), and the second electrode layer (15), the lowest vacancy level decreases toward the second electrode layer (15).

入射光のエネルギーによって、光吸収層(13)において、正孔(ホール)と電子に分離される。正孔(ホール)は、第1の電極層(11)に達する。電子は、電子輸送層(14)中を移動し、第2の電極層(15)に達する。その結果、第1の電極層(11)と第2の電極層(15)間に電位差が生じる。   The light is separated into holes and electrons in the light absorbing layer (13) by the energy of the incident light. The holes reach the first electrode layer (11). The electrons move in the electron transport layer (14) and reach the second electrode layer (15). As a result, a potential difference occurs between the first electrode layer (11) and the second electrode layer (15).

図4(c) は、第1の電極層(11)、正孔輸送層(12)、光吸収層(13)、及び第2の電極層(15)からなる光電素子(10)である。これら各層の少なくとも1層は、カチオン高分子及び/又はアニオン高分子の少なくとも一部に機能基が導入されたカチオン高分子及びアニオン高分子が交互吸着法により形成された交互吸着膜からなる。且つ、第1の電極層(11)、正孔輸送層(12)、光吸収層(13)、及び第2の電極層(15)のエネルギー準位がポテンシャル勾配を有している。例えば、第2の電極層(15)と光吸収層(13)では、第2の電極層(15)の準位に比べ光吸収層(13)の最低空電子準位が高くなっている。また、光吸収層(13)、正孔輸送層(12)、及び第1の電極層(11)では、第1の電極層(11)に向かうに従い最高被占電子準位が向上している。   FIG. 4C shows a photoelectric device (10) including a first electrode layer (11), a hole transport layer (12), a light absorbing layer (13), and a second electrode layer (15). At least one of these layers is composed of an alternating adsorption film in which a cationic polymer and / or anionic polymer having a functional group introduced into at least a part of a cationic polymer and / or an anionic polymer is formed by an alternate adsorption method. In addition, the energy levels of the first electrode layer (11), the hole transport layer (12), the light absorbing layer (13), and the second electrode layer (15) have a potential gradient. For example, in the second electrode layer (15) and the light absorbing layer (13), the lowest vacancy level of the light absorbing layer (13) is higher than the level of the second electrode layer (15). Further, in the light absorption layer (13), the hole transport layer (12), and the first electrode layer (11), the highest occupied electron level increases toward the first electrode layer (11). .

入射光のエネルギーによって、光吸収層(13)において、正孔(ホール)と電子に分離される。正孔(ホール)は、正孔輸送層(12)中を移動し、第1の電極層(11)に達する。電子は、第2の電極層(15)に達する。その結果、第1の電極層(11)と第2の電極層(15)間に電位が生じる。
次に、太陽電池に代表される光電変換デバイスの一例を示す。
The light is separated into holes and electrons in the light absorbing layer (13) by the energy of the incident light. The holes move in the hole transport layer (12) and reach the first electrode layer (11). The electrons reach the second electrode layer (15). As a result, a potential is generated between the first electrode layer (11) and the second electrode layer (15).
Next, an example of a photoelectric conversion device represented by a solar cell will be described.

図5は、本発明による光電変換デバイスの一例を示す断面模式図である。以下、該光電変換デバイスを電子輸送層(電子供与層)から積層する例を説明するが、順番を逆に正孔輸送層(電子受容層)から積層する構造も可能である。ガラス基板(21)上に第1の電極層である透明導電膜(22)が形成されている。この導電膜はITOと呼ばれるIn4Sn35に代表される導電膜が一般的に用いられる。その他インジウムを含有した亜鉛酸化物等を用いることができる。透明導電膜の上面には電子供与体からなる電子供与層(23)が形成されている。電子供与体としては、例えばコリンメタクリル酸クロライド(Choline methacrylate chloride)とビニルフェロセン(vinylferrocene)の共重合体を用いることができる。透明電極上面に先ず、この共重合体とポリアクリル酸(Poly(acrylic acid))とを繰り返し積層した薄膜層を形成し、電子供与層(23)とする。この電子供与層は単層の電子供与体薄膜を含む2層膜でも良いし、共重合体とポリアクリル酸(Poly(acrylic acid))とを繰り返し積層した多層構造でも良い。この場合、透明電極膜(22)と光吸収層(24)が直接接触した部分が多数存在すると光電変換効率が低下すると考えられるため、電子供与体層としては透明導電膜の露出部分が無視できる程度まで多層化することが望ましい。 FIG. 5 is a schematic sectional view showing an example of the photoelectric conversion device according to the present invention. Hereinafter, an example in which the photoelectric conversion device is stacked from the electron transport layer (electron donating layer) will be described, but a structure in which the photoelectric conversion device is stacked from the hole transport layer (electron accepting layer) in reverse order is also possible. A transparent conductive film (22) as a first electrode layer is formed on a glass substrate (21). As this conductive film, a conductive film typified by In 4 Sn 3 O 5 called ITO is generally used. In addition, zinc oxide containing indium or the like can be used. An electron donating layer (23) made of an electron donor is formed on the upper surface of the transparent conductive film. As the electron donor, for example, a copolymer of choline methacrylate chloride and vinylferrocene can be used. First, a thin-film layer in which this copolymer and polyacrylic acid (Poly (acrylic acid)) are repeatedly laminated is formed on the upper surface of the transparent electrode to form an electron donating layer (23). The electron donating layer may be a two-layer film including a single-layer electron donor thin film, or may have a multilayer structure in which a copolymer and poly (acrylic acid) are repeatedly laminated. In this case, if there are many portions where the transparent electrode film (22) and the light absorbing layer (24) are in direct contact, it is considered that the photoelectric conversion efficiency is reduced. Therefore, the exposed portion of the transparent conductive film can be ignored as the electron donor layer. It is desirable to have a multilayer structure to the extent.

光吸収層(24)は図6に示したように、アニオン高分子(31)とカチオン高分子(32)の交互吸着により多層化することができる。この場合、多層化することで光が通過する見かけの表面積あたりの光増感基量を増加させることができ、光の吸収量を増大させることができる。光吸収量の増大は光電変換効率の向上につなげることが可能である。吸着条件や吸着層数を変化させることで全体の膜厚は1nmから1μmの範囲で作製される。図6は光吸収層(24)を多層化した例を示したものである。光吸収層としては様々な色素を側鎖にもつポリカチオンとポリアニオンの交互積層膜を用いることができる。この部分は、そのままで、例えばトリス−(2,2’−ビピリジル)ルテニウム(tris(2,2'-bipyridyl)ruthenium)錯体誘導体を側鎖に持つポリカチオン層(32)とポリアニオン
層(31)であるポリアクリル酸(Poly(acrylic acid))を交互に積層した多層膜を用いることができる。
As shown in FIG. 6, the light absorbing layer (24) can be multilayered by alternately adsorbing the anionic polymer (31) and the cationic polymer (32). In this case, by forming a multilayer, the amount of photosensitizing group per apparent surface area through which light passes can be increased, and the amount of light absorbed can be increased. An increase in the amount of light absorption can lead to an improvement in photoelectric conversion efficiency. By changing the adsorption conditions and the number of adsorption layers, the entire film thickness is formed in the range of 1 nm to 1 μm. FIG. 6 shows an example in which the light absorbing layer (24) is multi-layered. As the light absorbing layer, an alternately laminated film of a polycation and a polyanion having various dyes in their side chains can be used. This portion is left as it is, for example, a polycation layer (32) and a polyanion layer (31) each having a tris (2,2'-bipyridyl) ruthenium complex derivative in a side chain. Polyacrylic acid (Poly (acrylic acid)) which is alternately laminated can be used.

図7は、透明導電膜(22)下にグリッド配線(29)を形成した構造の光電変換デバイスを示す模式図である。図7(a)は断面図、図7(b)は上面図を示している。透明導電膜(22)は、一般的に電気抵抗が高い材料であるため、電子供与層への電子の受け渡しの抵抗成分を上昇させ、光電変換効率を低下させる場合がある。グリッド配線(29)を透明導電膜の下に形成することで透明導電膜上を移動する電子の移動距離を短縮させることが可能となり、電気抵抗を低下させ、光電変換効率を高める効果を有する。グリッド配線には、銅、銀、はんだ、アルミニウム、金等の金属配線を適用可能である。   FIG. 7 is a schematic diagram showing a photoelectric conversion device having a structure in which a grid wiring (29) is formed under a transparent conductive film (22). FIG. 7A is a sectional view, and FIG. 7B is a top view. Since the transparent conductive film (22) is generally a material having a high electric resistance, the resistance component for transferring electrons to the electron donating layer may be increased and the photoelectric conversion efficiency may be reduced. By forming the grid wiring (29) under the transparent conductive film, it is possible to reduce the moving distance of the electrons moving on the transparent conductive film, and to reduce the electric resistance and increase the photoelectric conversion efficiency. Metal wiring such as copper, silver, solder, aluminum, and gold can be applied to the grid wiring.

なお、グリッド配線は透明導電膜(22)の上に形成しても良い。その場合、グリッド配線と電子供与層(23)が直接接触することを防止する目的で、グリッド配線の表面は絶縁層等で覆うと良い。   The grid wiring may be formed on the transparent conductive film (22). In this case, the surface of the grid wiring may be covered with an insulating layer or the like in order to prevent the grid wiring from directly contacting the electron donating layer (23).

電子受容層(25)としては、フラーレン等の電子受容能の高い材料を用いると良い。電子受容層も電子供与層と同様単層膜でも良いし多層膜を用いることもできる。   As the electron accepting layer (25), a material having a high electron accepting ability such as fullerene is preferably used. The electron accepting layer may be a single layer film or a multilayer film as in the case of the electron donating layer.

第2の電極層である電極(26)はアルミニウムやマグネシウム、金、白金等を用いることができる。一般的にこれら電極用金属膜は蒸着法等により形成する。   The electrode (26) serving as the second electrode layer can be made of aluminum, magnesium, gold, platinum, or the like. Generally, these metal films for electrodes are formed by a vapor deposition method or the like.

光電変換反応により発生した電気は、導線(28)により外部に取り出す。導線(28)は銀ペーストやはんだ等の接点用材料を用いて端子接点(27)のような構造で透明導電膜(22)及び電極(26)に接続されている。   Electricity generated by the photoelectric conversion reaction is taken out to the outside by the conducting wire (28). The conductive wire (28) is connected to the transparent conductive film (22) and the electrode (26) in a structure like a terminal contact (27) using a contact material such as silver paste or solder.

以上、本発明を光電素子、特に太陽電池を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。本発明の交互積層構造を有する高分子薄膜は、その光電変換機能を利用して、光薄膜トランジスタ、光メモリ等の光−電子回路用素子、光センサ、発光ダイード、複写機用ドラム膜等への応用も可能である。   As described above, the present invention has been described by taking the photoelectric element, particularly the solar cell as an example, but the present invention is not limited to this. The polymer thin film having an alternating laminated structure of the present invention is applied to an element for an optical-electronic circuit such as an optical thin film transistor, an optical memory, an optical sensor, a light emitting diode, a drum film for a copying machine, etc. by utilizing its photoelectric conversion function. Is also possible.

以下、本発明の高分子薄膜の製造例を説明する。
[実施例1]
下記化学式1のような電子供与化合物であるフェロセンを有するカチオン高分子(Fc)、光増感化合物であるカルバゾールを有するカチオン高分子(Cz)、ならびにアニオン高分子(PAA)の三種類の高分子電解質を用いた。
Hereinafter, a production example of the polymer thin film of the present invention will be described.
[Example 1]
Three types of polymers such as a cationic polymer (Fc) having ferrocene as an electron donating compound, a cation polymer (Cz) having carbazole as a photosensitizing compound, and an anionic polymer (PAA) as shown in the following chemical formula 1. An electrolyte was used.

0.01MのFc水溶液ならびにPAA水溶液に、親水処理を施したITO基板を交互に浸すことにより、Fc/PAA層を三層積層した。続いて、0.01MのCz水溶液ならびにPAA水溶液に親水処理を施したITO基板を交互に浸すことにより、Cz/PAA層を三層積層した。作製した交互吸着膜を作用電極に、Ptを対極に、Ag/AgClを参照電極に用いて三極素子を構成した。電解質に、電子アクセプターとしてメチルビオロゲン(MV2+)を所定の濃度加えた。 Three layers of Fc / PAA layers were laminated by alternately immersing the hydrophilically treated ITO substrates in a 0.01 M Fc aqueous solution and a PAA aqueous solution. Subsequently, three Cz / PAA layers were stacked by alternately immersing the hydrophilically treated ITO substrates in a 0.01 M Cz aqueous solution and a PAA aqueous solution. A triode was formed using the prepared alternately adsorbed film as a working electrode, Pt as a counter electrode, and Ag / AgCl as a reference electrode. A predetermined concentration of methyl viologen (MV 2+ ) was added to the electrolyte as an electron acceptor.

作製した光電機能高分子薄膜の各機能層の電位を図8に示す。この交互積層膜では、ITO、Fc、Cz、Cz*、MV2+の各層に対して順次電位勾配を持たせることにより、Czの光励起にともなうITOからMV2+へのカソード電流が発生するように膜構造を設計している。 FIG. 8 shows the potential of each functional layer of the produced photoelectrically functional polymer thin film. In this alternately laminated film, a cathode current is generated from ITO to MV 2+ due to the photoexcitation of Cz by sequentially giving potential gradients to the respective layers of ITO, Fc, Cz, Cz * and MV 2+. The membrane structure is designed.

作製した三極素子に対して、光電流測定を実施した。光源には、500Wのキセノンランプを用い、各種光学フィルターを用いて増感化合物の吸収帯である300−400nmに分光して照射した。分光後の光強度は、およそ10mW・cm-2であった。測定結果を図9に示す。下方の線はITOのみの結果であり、光電流はほとんど観測されなかった。これに対して、光電機能高分子薄膜では、上方の線に示す光電流の発生が観測された。縦軸のマイナス符号はカソード電流を表わしており、上述した電位勾配にしたがって光電流が発生していることを示している。このように、交互積層構造を有する光電機能高分子薄膜を構築することにより、設計した電位勾配にしたがって光電流を得ることができることを実証している。 Photocurrent measurement was performed on the manufactured triode. A 500 W xenon lamp was used as a light source, and the light was spectrally irradiated to 300 to 400 nm, which is the absorption band of the sensitizing compound, using various optical filters. The light intensity after the spectroscopy was about 10 mW · cm −2 . FIG. 9 shows the measurement results. The lower line is the result of only ITO, and almost no photocurrent was observed. On the other hand, in the photoelectrically functional polymer thin film, generation of a photocurrent indicated by the upper line was observed. A minus sign on the vertical axis indicates a cathode current, and indicates that a photocurrent is generated according to the above-described potential gradient. As described above, it has been demonstrated that by constructing a photoelectric functional polymer thin film having an alternately laminated structure, a photocurrent can be obtained according to a designed potential gradient.

[実施例2]
また、上記カルバゾールカチオン高分子(Cz)に換えて、下記化学式2に示すルテニウム含有カチオン高分子(Ru)を用いても同様の光電流が発生した。
[Example 2]
A similar photocurrent was generated when a ruthenium-containing cationic polymer (Ru) represented by the following chemical formula 2 was used instead of the carbazole cationic polymer (Cz).

[実施例3]
上記の他にも、下記化学式3に示す光電機能高分子電解質を用いて交互積層光
電機能薄膜を構築し、光電流測定の実施を行った。
[Example 3]
In addition to the above, an alternately laminated photoelectrically functional thin film was constructed using a photoelectrically functional polymer electrolyte represented by the following chemical formula 3, and photocurrent measurement was performed.

更に、以下の構造を構築し、同様の光電変換効果を得た。
ITO/PEDOT/Ru
ITO/PEDOT/Ru/C60
ITO/PPV/Ru
ITO/PPV/Ru/C60
図10は、ITO/PEDOT/Ru/C60/Alの層構造からなる光電素子の光電流測定の結果である。光源として500Wキセノンランプを用い、モノクロメータにより460 nmの単色光とした。分光後の光強度は、およそ10 mW cm-2であった。
Further, the following structure was constructed, and a similar photoelectric conversion effect was obtained.
ITO / PEDOT / Ru
ITO / PEDOT / Ru / C60
ITO / PPV / Ru
ITO / PPV / Ru / C60
FIG. 10 shows the results of photocurrent measurement of a photoelectric device having a layer structure of ITO / PEDOT / Ru / C60 / Al. A 500 W xenon lamp was used as a light source, and monochromatic light of 460 nm was converted by a monochromator. The light intensity after the spectroscopy was about 10 mW cm -2 .

[実施例4]
更に、以下の構造を製造した。
増感色素には光吸収係数ならびに光耐性の高いルテニウム錯体を用い、光増感効率を最大とするように適切な厚さを設定した。増感分子からの電荷分離を効率よく実現するとともに電荷再結合を抑制するため、増感層の両側に電子供与層と電子受容層を配置した。光電流を得るには、電子供与層ならびに電子受容層はそれぞれ正孔輸送層ならびに電子輸送層としても機能する必要がある。これらの層は膜厚の増大とともに電荷輸送効率が低下するのでできるだけ薄くする必要があるが、素子を構成するには少なくとも一方が10nmから1μmの厚さを有する必要がある。電子輸送に対する移動度は正孔輸送に比べ低いので、電子輸送層の厚さをできるだけ薄くし、正孔輸送層を厚膜に設計した。したがって、正孔輸送に対して電荷再結合の確率が増大するため、再結合を抑制するため正孔輸送層は
二種以上の材料を用いることが望ましい。以上の用件を満たす構造として図11のような系を構築し、同様の光電変換効果を得た。
[Example 4]
Further, the following structures were manufactured.
As the sensitizing dye, a ruthenium complex having a high light absorption coefficient and high light resistance was used, and an appropriate thickness was set so as to maximize the photosensitizing efficiency. An electron-donating layer and an electron-accepting layer were disposed on both sides of the sensitizing layer in order to efficiently realize charge separation from the sensitizing molecule and suppress charge recombination. In order to obtain a photocurrent, the electron donating layer and the electron accepting layer must also function as a hole transport layer and an electron transport layer, respectively. These layers need to be made as thin as possible because charge transport efficiency decreases as the film thickness increases. However, at least one of the layers needs to have a thickness of 10 nm to 1 μm in order to constitute an element. Since the mobility for electron transport is lower than that for hole transport, the thickness of the electron transport layer was made as thin as possible, and the hole transport layer was designed to be thick. Therefore, since the probability of charge recombination increases with respect to hole transport, it is desirable to use two or more materials for the hole transport layer in order to suppress recombination. A system as shown in FIG. 11 was constructed as a structure satisfying the above requirements, and a similar photoelectric conversion effect was obtained.

[実施例5]
次に、3成分吸着系である図12(7)に示す光電素子507の形成方法について示す。なお、ここで正孔輸送層P7は、フェロセン含有高分子(ロ)、光吸収層A7は、ルテニウム錯体含有高分子(イ)、電子輸送層N7はフラーレン高分子錯体(ヌ)から構成されることとした。
[Example 5]
Next, the photoelectric element 50 7 forming method shown in FIG. 12 (7) 3-component adsorption system. Here, the hole transport layer P 7 is made of a ferrocene-containing polymer (b), the light absorption layer A 7 is made of a ruthenium complex-containing polymer (a), and the electron transport layer N 7 is made of a fullerene polymer complex (nu). It was decided to be composed.

(透明電極の親水処理)
ITO基板等の透明電極(第1電極層517)は、トルエン、アセトン、エタノール溶液を用いて各20分間超音波処理を行った後、アルカリ性のピラニア溶液(蒸留水:30%過酸化水素水:25%濃アンモニア水 = 5 : 1 :1)中80℃で15分間煮沸することにより、基板表面を負に帯電させた。ピラニア溶液の代わりに、オゾンクリーナを用いて1時間UV−オゾン処理を行うことによっても基板表面を親水性とすることができる。
(Hydrophilic treatment of transparent electrode)
A transparent electrode (first electrode layer 51 7 ) such as an ITO substrate is subjected to ultrasonic treatment for 20 minutes using a toluene, acetone or ethanol solution, and then an alkaline piranha solution (distilled water: 30% hydrogen peroxide solution). : 25% concentrated aqueous ammonia = 5: 1: 1) The substrate surface was negatively charged by boiling at 80 ° C for 15 minutes. The substrate surface can also be made hydrophilic by performing UV-ozone treatment for one hour using an ozone cleaner instead of the piranha solution.

(光増感ポリカチオン(Ru)溶液の調製)
メタクリル酸コリン(choline methacrylate)とメタクリル酸ビピリジル(4-(methacryloylmethyl)-4'- methyl-2,2'-bipyridine)をエタノール中にてラジカル共重合し、共重合体を得た。良溶媒としてエタノール貧溶媒としてアセトンを用いて再沈殿精製後、ビス2,2'-ビピリジルジクロロルテニウム(II)錯体との配位子交換反応によりルテニウム錯体を側鎖に有するポリカチオンを合成した。錯化後に、良溶媒としてエタノール貧溶媒として塩化メチレンを用いた再沈殿により精製した。この高分子を超純水に溶解し、10 mM水溶液(光増感ポリカチオン)とした。
(Preparation of photosensitized polycation (Ru) solution)
Choline methacrylate (choline methacrylate) and bipyridyl methacrylate (4- (methacryloylmethyl) -4'-methyl-2,2'-bipyridine) were radically copolymerized in ethanol to obtain a copolymer. After reprecipitation purification using ethanol as a good solvent and acetone as a poor solvent, a polycation having a ruthenium complex in the side chain was synthesized by a ligand exchange reaction with a bis-2,2'-bipyridyldichlororuthenium (II) complex. After complexation, purification was carried out by reprecipitation using ethanol as a good solvent and methylene chloride as a poor solvent. This polymer was dissolved in ultrapure water to obtain a 10 mM aqueous solution (photosensitized polycation).

(電子供与性ポリカチオン(Fc)溶液の調製)
メタクリル酸コリンとビニルフェロセンをエタノール中にてラジカル共重合し、フェロセンを側鎖に有するポリカチオンを得た。良溶媒にてエタノール貧溶媒としてアセトンを用いて再沈殿精製した後、アセトニトリルによる洗浄を行った。この高分子を超純水に溶解し、10 mM水溶液(電子供与性ポリカチオン)とした。
(Preparation of electron-donating polycation (Fc) solution)
Radical copolymerization of choline methacrylate and vinyl ferrocene in ethanol yielded a polycation having ferrocene in the side chain. After reprecipitation and purification using acetone as a poor solvent and ethanol as a good solvent, washing with acetonitrile was performed. This polymer was dissolved in ultrapure water to obtain a 10 mM aqueous solution (electron-donating polycation).

(電子受容性ポリカチオン(C60)溶液の調製)
4 mgのC60C(COOH)2をポリエチレンイミンメタノール溶液(2.326 mM)21 mLに加え攪拌した。エバポレータを用いてこのメタノール溶液を5 mLに濃縮し、超純水45 mLを加えた。超音波処理を6分行い、分散性を高めた。
(Preparation of electron accepting polycation (C60) solution)
4 mg of C 60 C (COOH) 2 was added to 21 mL of a polyethyleneimine methanol solution (2.326 mM) and stirred. This methanol solution was concentrated to 5 mL using an evaporator, and 45 mL of ultrapure water was added. Ultrasonic treatment was performed for 6 minutes to enhance dispersibility.

(ポリアニオン(PAA)溶液の調製)
水酸化ナトリウム水溶液を適当量加えてpH = 6.5に調製した35wt%のポリアクリル酸水溶液(ポリアニオン)を調製した。
(すすぎ溶液)
イオン交換水を蒸留し、超純水作製装置(Barnstead II)を通して、超純水を作製した。
(Preparation of polyanion (PAA) solution)
An aqueous solution of sodium hydroxide was added in an appropriate amount to prepare a 35 wt% polyacrylic acid aqueous solution (polyanion) adjusted to pH = 6.5.
(Rinse solution)
The ion-exchanged water was distilled, and ultrapure water was produced through an ultrapure water production apparatus (Barnstead II).

(交互吸着膜の作製)
交互吸着膜の作製は、基板表面を親水処理した後、1)ポリカチオン溶液(吸着)、2)乾燥、3)超純水(すすぎ)、4)乾燥、5)ポリアニオン溶液(吸着)、6)乾燥、7)超純水(すすぎ)、8)乾燥、からなる一連の吸着操作を所定の回数繰り返す。
具体的には、各高分子電解質水溶液および超純水30 mLをそれぞれ50 ( 50 mmの秤量瓶に加え、ターンテーブル上に所定の順序に配置した。吸着条件は、浸漬時間5分、すすぎ時間3分、乾燥時間2分、温度21−24℃、湿度50−60%に設定した。基板の引き上げ、引き下げはステッピングモータを用いて毎秒0.6 mmの速度にて行った。
(Preparation of alternate adsorption film)
After making the substrate surface hydrophilic, 1) polycation solution (adsorption), 2) drying, 3) ultrapure water (rinsing), 4) drying, 5) polyanion solution (adsorption), 6 A series of adsorption operations consisting of)) drying, 7) ultrapure water (rinse), and 8) drying are repeated a predetermined number of times.
Specifically, 30 mL of each of the polymer electrolyte aqueous solution and ultrapure water were added to 50 (50 mm) weighing bottles, respectively, and placed on a turntable in a predetermined order. The adsorption conditions were immersion time of 5 minutes and rinsing time. The drying time was set at 3 minutes, the drying time was 2 minutes, the temperature was 21-24 ° C., and the humidity was 50-60%, and the substrate was pulled up and down at a rate of 0.6 mm / s using a stepping motor.

まず、親水処理したITO基板を、Fc溶液に5分間浸漬し、引き上げ後2分間乾燥し、超純水に3分間浸漬し、引き上げ後2分間乾燥した。続いて、PAA溶液に5分間浸漬し、引き上げ後2分間乾燥し、超純水に3分間浸漬し、引き上げ後2分間乾燥した。これによりITO基板上に、FcとPAAの一対膜が形成される。この操作をn回繰り返すことにより、n対のFc/PAA膜が作製される。以降、この膜をFc(電子供与)膜とよぶ。   First, the hydrophilically treated ITO substrate was immersed in the Fc solution for 5 minutes, pulled up, dried for 2 minutes, immersed in ultrapure water for 3 minutes, and then dried for 2 minutes. Subsequently, it was immersed in a PAA solution for 5 minutes, pulled up, dried for 2 minutes, immersed in ultrapure water for 3 minutes, and dried for 2 minutes after pulling up. As a result, a pair of Fc and PAA films is formed on the ITO substrate. By repeating this operation n times, n pairs of Fc / PAA films are produced. Hereinafter, this film is referred to as an Fc (electron donating) film.

次に、Fc溶液をRu溶液に換えて同様の操作をm回繰り返すことにより、m対のRu/PAA膜が作製できる。続いて、Fc溶液をC60溶液に換えて同様の操作をl回繰り返すことにより、l対のC60/PAA膜が作製できる。これにより、ITO/Fc(n対膜)/Ru(m対膜)/C60(l対膜)が作製できる。ここでは、n=4,m=4,l=4のITO/Fc/Ru/C60の交互吸着膜を作製した。   Next, the same operation is repeated m times by changing the Fc solution to the Ru solution, whereby m pairs of Ru / PAA films can be produced. Subsequently, the same operation is repeated once while changing the Fc solution to the C60 solution, whereby one pair of C60 / PAA films can be produced. Thus, ITO / Fc (n-membrane) / Ru (m-membrane) / C60 (l-membrane) can be produced. Here, an alternate adsorption film of ITO / Fc / Ru / C60 with n = 4, m = 4, l = 4 was prepared.

(対向電極(第2電極層527)の作製)
真空蒸着装置を用いて、上記交互吸着膜に対向電極(第2電極層527)としてアルミニウムを蒸着した。2 nm/sの蒸着速度にて50秒間蒸着を行い、厚さ100 nmのアルミニウム電極を得た。光電流測定の結果、同様の光電変換効果を得た。
(Preparation of Counter Electrode (Second Electrode Layer 52 7 ))
Aluminum was vapor-deposited on the alternately adsorbed film as a counter electrode (second electrode layer 52 7 ) using a vacuum vapor deposition apparatus. Evaporation was performed at an evaporation speed of 2 nm / s for 50 seconds to obtain an aluminum electrode having a thickness of 100 nm. As a result of the photocurrent measurement, a similar photoelectric conversion effect was obtained.

[実施例6]
次に、図12(4)に示す光電素子504であって、塗布による電子輸送層Nの形成工程を含む場合について示す。なお、ここで正孔輸送層P4はフェロセン(ロ)、光吸収層A4はルテニウム錯体(イ)として上述と同様にして、ITO/Fc/Ru膜を交互吸着法により作製した。そして、この作製した基板上に電子輸送層Nとして、0.2wt%ポリスチレンおよび0.6wt%C60を溶解したオルトジクロロベンゼン溶液(ル)をスピンキャストした。
その後、デシケータ中にて真空乾燥した後、対向電極(第2の電極層524)としてアルミニウムを上記の作製法により蒸着し光電素子504を得た。光電流測定の結果、同様の光電変換効果を得た。
[Example 6]
Next, a photoelectric device 50 4 shown in FIG. 12 (4) shows the case of including a step of forming the electron-transporting layer N by coating. Here, the hole transport layer P 4 was made of ferrocene (b), and the light absorbing layer A 4 was made of a ruthenium complex (a), and an ITO / Fc / Ru film was produced by an alternate adsorption method in the same manner as described above. Then, as the electron transport layer N, an orthodichlorobenzene solution (() in which 0.2 wt% of polystyrene and 0.6 wt% of C60 were dissolved was spin-cast on the substrate.
Then, after vacuum dried in a desiccator, aluminum was obtained a photoelectric element 50 4 is deposited by a method of producing the as the counter electrode (the second electrode layer 52 4). As a result of the photocurrent measurement, a similar photoelectric conversion effect was obtained.

[実施例7]
次に、図12(4)に示す光電素子504であって、電解質系による電子輸送層Nの形成工程を含む場合について示す。
上述と同様にして作製した、ITO/Fc/Ru膜の光吸収層A(Ru膜)の表面に、白金ネットの対向電極を隣接して配置する。そして、支持電解質として塩化カリウムを用い、アクセプター分子としてメチルビオロゲンを含む水溶液を用いた。光電流測定の結果、同様の光電変換効果を得た。
[Example 7]
Next, a photoelectric device 50 4 shown in FIG. 12 (4) shows the case where by the electrolyte system comprises a step of forming the electron-transporting layer N.
On the surface of the light absorption layer A (Ru film) of the ITO / Fc / Ru film produced in the same manner as described above, a counter electrode of a platinum net is arranged adjacently. Then, potassium chloride was used as a supporting electrolyte, and an aqueous solution containing methyl viologen as an acceptor molecule was used. As a result of the photocurrent measurement, a similar photoelectric conversion effect was obtained.

[実施例8]
次に、図12(4)に示す光電素子504であって、蒸着系による電子輸送層Nの形成工程を含む場合について示す。
上述と同様にして作製した、ITO/Fc/Ru膜の光吸収層A(Ru膜)の表面にC60を真空蒸着法によりコートし、これを電子輸送層Nとする。さらに、この電子輸送層Nの上に第2の電極層52としてアルミニウムを上記の作製法により蒸着して光電素子504を得た。光電流測定の結果、同様の光電変換効果を得た。
[Example 8]
Next, a photoelectric device 50 4 shown in FIG. 12 (4) shows the case where due to deposition system comprising the step of forming the electron-transporting layer N.
Was prepared in a similar manner as described above, the C 60 to the surface of the ITO / Fc / Ru film of the light-absorbing layer A (Ru film) was coated by vacuum deposition, which is an electron transporting layer N. Furthermore, to obtain a photoelectric element 50 4 aluminum as the second electrode layer 52 on the electron transport layer N was deposited by manufacturing methods described above. As a result of the photocurrent measurement, a similar photoelectric conversion effect was obtained.

[実施例9]
次に、図12(4)に示す光電素子504であって、液晶系による電子輸送層Nの形成工程を含む場合について示す。
上述と同様にして作製した、ITO/Fc/Ru膜の光吸収層A(Ru膜)の表面に導電性液晶ヘキシロキシフェニルヘキシロキシヒ゛フェニルオキサシ゛アソ゛ール(hexyloxyphenyl-hexyloxybiphenyloxadiazole)を配置し、これを電子輸送層Nとする。さらに、この電子輸送層Nの上に第2の電極層52として白金板を配置して光電素子504を得た。光電流測定の結果、同様の光電変換効果を得た。
[Example 9]
Next, a photoelectric device 50 4 shown in FIG. 12 (4) shows the case of including a step of forming the electron-transporting layer N by the liquid crystal system.
A conductive liquid crystal hexyloxyphenyl-hexyloxybiphenyloxadiazole was disposed on the surface of the light absorption layer A (Ru film) of the ITO / Fc / Ru film prepared in the same manner as described above, and this was used as an electron. This is the transport layer N. Furthermore, to obtain a photoelectric element 50 4 by placing a platinum plate on the electron transport layer N as a second electrode layer 52. As a result of the photocurrent measurement, a similar photoelectric conversion effect was obtained.

[実施例10]
(酸化スズ透明電極の作製)
透明電極としてSnO2(酸化スズ)を用いる場合について記す。ここでは、図12(4)に示す光電素子504の類型に属し、2成分吸着系+1成分表面装飾系である形成方法について示す。なお、ここで電子輸送層N4はフラーレンカルボン酸(C60C(COOH)2)(レ)から構成されることとした。
[Example 10]
(Preparation of tin oxide transparent electrode)
The case where SnO 2 (tin oxide) is used as the transparent electrode will be described. Here, belonging to the types of the photoelectric element 50 4 shown in FIG. 12 (4), shows a method for forming a two-component adsorption system +1 component surface decoration system. Here, the electron transporting layer N 4 is made of fullerene carboxylic acid (C 60 C (COOH) 2 ) (d).

まず、前記した方法により洗浄したITO電極上に、SnO2微粒子(〜15 nm)15wt%コロイド懸濁水溶液(安定剤としてカリウムイオンを含有)をキャストし、ホットプレート上にて乾操する。乾操した基板を、電気炉を用いて400℃にて1時間アニールし、SnO2透明電極を得る。 First, a 15 wt% aqueous colloidal suspension (containing potassium ions as a stabilizer) of SnO 2 fine particles (安定 15 nm) is cast on the ITO electrode washed by the above method, and dried on a hot plate. The dried substrate is annealed at 400 ° C. for 1 hour using an electric furnace to obtain a SnO 2 transparent electrode.

(フラーレンカルボン酸 C60C(COOH)2の固定化)
次に、前記した、ITO電極上へのシランカップリング反応と同様の方法により、SnO2透明電極上に、3-アミノフ゜ロヒ゜ルトリエトキシシラン(3-aminopropyltriethoxysilane)を固定化する。基板はトルエン、アセトン溶液を用いて洗浄した後、それぞれ1 mMのC60C(COOH)2およびヘ゛ンソ゛トリアソ゛ール-1-オール(1H-benzotriazol-1-o1)を含むブロモベンゼン(bromobenzene)溶液に浸漬し、0℃に冷却した後シ゛シクロヘキシルカルホ゛シ゛イミト゛(dicyclohexylcarbodiimide)を加え、室温で撹拌しながら固定化を行う。C60C(COOH)2の固定化量は、浸漬時間を変えることにより任意に制御することが可能である。また、C60C(COOH)2の固定化はシランカップリング剤を用いることなく直接SnO2透明電極基板に対して行うことも可能である。
(Immobilization of fullerene carboxylic acid C 60 C (COOH) 2 )
Next, 3-aminopropyltriethoxysilane (3-aminopropyltriethoxysilane) is immobilized on the SnO 2 transparent electrode by the same method as the above-described silane coupling reaction on the ITO electrode. The substrate was washed with a toluene and acetone solution and then immersed in a bromobenzene solution containing 1 mM C 60 C (COOH) 2 and 1H-benzotriazol-1-ol (1H-benzotriazol-1-o1), respectively. Then, after cooling to 0 ° C., dicyclohexylcarbodiimide is added, and the mixture is fixed at room temperature with stirring. The amount of C 60 C (COOH) 2 immobilized can be arbitrarily controlled by changing the immersion time. The immobilization of C 60 C (COOH) 2 can also be performed directly on the SnO 2 transparent electrode substrate without using a silane coupling agent.

このように、SnO2透明電極(第2の電極層52)の表面にフラーレンカルボン酸(レ)が装飾されてなる電子輸送層N4の表面に、記載は省略するが、交互吸着法によりSnO2/C60/Ru/Fc膜を順次作製した後、対向電極(第1の電極層514)として金を蒸着して光電素子504を得た。光電流測定の結果、同様の光電変換効果を得た。
なお、記載は省略するが、前記したFc層(フェロセン含有高分子(ロ))に代え、正孔輸送能の高いPEDOT/PSS層(PEDOT/PSS(ハ))をスピンコートあるいは交互吸着により付加して正孔輸送層Pとする構造も可能である。また、図12(14)の類型に示すように、Fc層(電子供与層E)と、正極となるITOあるいは金、白金などの電極(第1の電極層51)との間にPEDOT/PSS層を挿入して正孔輸送効率を向上させることも可能である。
As described above, although not described, the SnO 2 transparent electrode (the second electrode layer 52) is decorated with the fullerene carboxylic acid (レ) on the surface of the electron transport layer N 4. were sequentially prepared 2 / C60 / Ru / Fc film, to obtain a photoelectric element 50 4 gold was vapor-deposited as a counter electrode (first electrode layer 51 4). As a result of the photocurrent measurement, a similar photoelectric conversion effect was obtained.
Although not described, a PEDOT / PSS layer (PEDOT / PSS (c)) having a high hole transporting ability is added by spin coating or alternate adsorption instead of the Fc layer (ferrocene-containing polymer (b)). Then, a structure in which the hole transport layer P is formed is also possible. As shown in the type of FIG. 12 (14), PEDOT / PSS is provided between the Fc layer (electron donating layer E) and an electrode (first electrode layer 51) such as ITO or gold or platinum serving as a positive electrode. It is also possible to increase the hole transport efficiency by inserting a layer.

交互吸着膜の製造原理を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the manufacturing principle of an alternate adsorption film. 交互吸着膜の製造工程を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the manufacturing process of an alternate adsorption film. 交互吸着膜の他の構造を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the other structure of an alternate adsorption film. 本発明の光電素子のエネルギー準位を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the energy level of the photoelectric element of this invention. 本発明による光電変換デバイスの一例を示す断面模式図である。It is a cross section showing an example of the photoelectric conversion device by the present invention. 本発明による光電変換デバイスの他の例を示す断面模式図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing another example of the photoelectric conversion device according to the present invention. 透明導電膜22下にグリッド配線29を形成した構造の光電変換デバイスの構造を示す模式図である。図7(a)は断面図、図7(b)は上面図を示している。FIG. 3 is a schematic diagram showing a structure of a photoelectric conversion device having a structure in which a grid wiring 29 is formed under a transparent conductive film 22. FIG. 7A is a sectional view, and FIG. 7B is a top view. 光電機能高分子薄膜の各機能層の電位を示す。The potential of each functional layer of the photoelectric functional polymer thin film is shown. 光電流測定結果。Photocurrent measurement results. 光電流測定結果。Photocurrent measurement results. 本発明による光電変換デバイスの他の例を示す断面模式図である。FIG. 4 is a schematic sectional view showing another example of the photoelectric conversion device according to the present invention. 本発明における光電素子のうち、少なくとも光吸収層が交互吸着法で形成されている場合の類型を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the type when at least a light absorption layer is formed by the alternate adsorption method among the photoelectric elements in this invention. 本発明における光電素子を構成する各層の電子機能基を例示的に示す図である。It is a figure which shows the electronic functional group of each layer which comprises the photoelectric element in this invention exemplarily.

符号の説明Explanation of reference numerals

1 基板
2 第1の水槽
3 第2の水槽
4 カチオン高分子
5 電子供与性基
6 アニオン高分子
7 光増感基
10 光電素子
11 第1の電極層
12 正孔輸送層
13 光吸収層
14 電子輸送層
15 第2の電極層
21 ガラス基板
22 透明導電膜
23 電子供与層
24 光吸収層
25 電子受容層
26 電極
27 端子接点
28 導線
29 グリッド線
31 アニオン高分子
32 カチオン高分子
50(501、502、…) 光電素子
51(511、512、…) 第1電極層
52(521、522、…) 第2電極層
60(601、602、…) 薄膜層
P(P1、P2、…) 正孔輸送層
E(E1、E2、…) 電子供与層
A(A1、A2、…) 光吸収層
N(N1、N2、…) 電子輸送層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 1st water tank 3 2nd water tank 4 Cationic polymer 5 Electron-donating group 6 Anionic polymer 7 Photosensitizing group 10 Photoelectric element 11 1st electrode layer 12 Hole transport layer 13 Light absorption layer 14 Electron Transport layer 15 Second electrode layer 21 Glass substrate 22 Transparent conductive film 23 Electron donating layer 24 Light absorbing layer 25 Electron accepting layer 26 Electrode 27 Terminal contact 28 Conducting wire 29 Grid line 31 Anionic polymer 32 Cationic polymer 50 (50 1 , 50 2, ...) the photoelectric element 51 (51 1, 51 2, ...) the first electrode layer 52 (52 1, 52 2, ...) second electrode layer 60 (60 1, 60 2, ...) thin layer P (P 1 , P 2 ,...) Hole transport layer E (E 1 , E 2 ,...) Electron donating layer A (A 1 , A 2 ,...) Light absorbing layer N (N 1 , N 2 ,...) Electron transport layer

Claims (21)

少なくとも一部に光増感基を導入したカチオン高分子及び/またはアニオン高分子の交互吸着膜を少なくとも1組有する多層薄膜からなり、且つ該交互吸着膜を含む多層薄膜の各層の最高被占電子準位、あるいは最低空電子準位に勾配があることを特徴とする高分子薄膜。   A multi-layered thin film having at least one pair of an alternating adsorption film of a cationic polymer and / or an anionic polymer having a photosensitizing group introduced into at least a part thereof, and the highest occupied electron of each layer of the multilayer thin film including the alternating adsorption film A polymer thin film characterized in that the level or the lowest vacancy level has a gradient. 第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層からなる光電素子であって、前記正孔輸送層が電子供与性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子供与性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1組の前記カチオン高分子層と前記アニオン高分子層からなる多層構造であり、かつこれら第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、及び光吸収層の最高被占電子準位が、前記第1の電極層に近づくに従い向上していることを特徴とする光電素子。   A photoelectric device comprising a first electrode layer, a hole transporting (electron donating) layer, a light absorbing layer, an electron transporting (electron accepting) layer, and a second electrode layer, wherein the hole transporting layer has an electron donating property. A cationic polymer having an introduced group and an anionic polymer, or an alternately adsorbed film of an anionic polymer and a cationic polymer having introduced an electron donating group, wherein the alternately adsorbed film has at least one set of the cationic polymer layer. The first electrode layer, the hole transport (electron donating) layer, and the highest occupied electron level of the light absorbing layer are close to the first electrode layer. The photoelectric element characterized in that the photoelectric element is improved according to the following. 第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層からなる光電素子であって、前記電子輸送層が電子受容性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子受容性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1組の前記カチオン高分子と前記アニオン高分子からなる多層構造であり、かつこれら光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層の最低空電子準位が、前記第2の電極層に近づくに従い低下していることを特徴とする光電素子。   A photoelectric device comprising a first electrode layer, a hole transporting (electron donating) layer, a light absorbing layer, an electron transporting (electron accepting) layer, and a second electrode layer, wherein the electron transporting layer has an electron accepting group. Comprising an alternately adsorbed film of a cation polymer and an anion polymer having introduced thereinto, or an anion polymer and a cation polymer having introduced an electron accepting group, wherein the alternately adsorbed film comprises at least one pair of the cation polymer and the anion. It has a multilayer structure composed of a polymer, and the lowest vacancy levels of the light absorbing layer, the electron transporting (electron accepting) layer, and the second electrode layer decrease as approaching the second electrode layer. An optoelectronic device comprising: 第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層からなる光電素子であって、前記正孔輸送層が電子供与性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子供与性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、かつ前記電子輸送層が電子受容性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子受容性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、前記正孔輸送層および電子輸送層を形成する交互吸着膜が、何れも少なくとも1組の前記カチオン高分子と前記アニオン高分子からなる多層構造であり
、かつこれら第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、及び光吸収層の最高被占電子準位が、前記第1の電極層に近づくに従い向上し、さらに光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層の最低空電子準位が、前記第2の電極層に近づくに従い低下していることを特徴とする光電素子。
A photoelectric device comprising a first electrode layer, a hole transporting (electron donating) layer, a light absorbing layer, an electron transporting (electron accepting) layer, and a second electrode layer, wherein the hole transporting layer has an electron donating property. A cationic polymer having an introduced group and an anionic polymer, or an alternately adsorbed film of an anionic polymer having introduced an electron donating group and a cationic polymer, and wherein the electron transporting layer has a high cation having an electron accepting group. A layer comprising an alternately adsorbed film of a molecule and an anionic polymer, or an anionic polymer and a cationic polymer into which an electron-accepting group is introduced, wherein at least one of the alternately adsorbed films forming the hole transport layer and the electron transport layer is formed. The first electrode layer, the hole transport (electron donating) layer, and the highest occupied electron level of the light absorbing layer are the multilayer structure composed of the set of the cationic polymer and the anionic polymer. Approach the first electrode layer Accordingly, the lowest vacancy level of the light absorbing layer, the electron transporting (electron accepting) layer, and the second electrode layer decreases as approaching the second electrode layer. element.
第1の電極層、光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層からなる光電素子であって、前記電子輸送層が電子受容性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子受容性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1組の前記カチオン高分子と前記アニオン高分子からなる多層構造であり、かつこれら光吸収層、電子輸送(電子受容)層、及び第2の電極層の最低空電子準位が、前記第2の電極層に近づくに従い低下していることを特徴とする光電素子。   An optoelectronic device comprising a first electrode layer, a light absorbing layer, an electron transporting (electron accepting) layer, and a second electrode layer, wherein the electron transporting layer has a cationic polymer into which an electron accepting group is introduced and an anion high. Molecule, or an alternately adsorbed film of an anion polymer and a cation polymer into which an electron accepting group is introduced, wherein the alternately adsorbed film has a multilayer structure including at least one set of the cation polymer and the anion polymer, A photoelectric device, wherein the lowest vacancy levels of the light absorbing layer, the electron transporting (electron accepting) layer, and the second electrode layer decrease as approaching the second electrode layer. 第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、光吸収層、及び第2の電極層からなる光電素子であって、前記正孔輸送層が電子供与性基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または電子供与性基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1層の前記カチオン高分子と前記アニオン高分子からなる多層構造であり、かつこれら第1の電極層、正孔輸送(電子供与)層、及び光吸収層の最高被占電子準位が、前記第1の電極層に近づくに従い向上していることを特徴とする光電素子。   An optoelectronic device comprising a first electrode layer, a hole transport (electron donating) layer, a light absorbing layer, and a second electrode layer, wherein the hole transport layer comprises a cationic polymer having an electron donating group introduced therein. An anionic polymer, or an alternately adsorbed film of an anionic polymer and a cationic polymer into which an electron-donating group is introduced, wherein the alternately adsorbed film has a multilayer structure comprising at least one layer of the cationic polymer and the anionic polymer. And the highest occupied electron levels of the first electrode layer, the hole transporting (electron donating) layer, and the light absorbing layer are improved as approaching the first electrode layer. Photoelectric element. 請求項2乃至6のいずれかに記載の光電素子において、光吸収層が光増感基を導入したカチオン高分子とアニオン高分子、または光増感基を導入したアニオン高分子とカチオン高分子との交互吸着膜からなり、当該交互吸着膜が少なくとも1組の前記カチオン高分子と前記アニオン高分子からなる多層構造であることを特徴とする光電素子。   The photoelectric device according to any one of claims 2 to 6, wherein the light-absorbing layer comprises a cationic polymer and an anionic polymer having a photosensitized group introduced therein, or an anionic polymer and a cationic polymer having a photosensitized group introduced therein. Wherein the alternating adsorption film has a multilayer structure comprising at least one pair of the cationic polymer and the anionic polymer. 請求項2,3,4,6,7のいずれかに記載の光電素子において、第1の電極層が正孔輸送層を兼ねていることを特徴とする光電素子。   The photoelectric device according to any one of claims 2, 3, 4, 6, and 7, wherein the first electrode layer also serves as a hole transport layer. 請求項2,3,4,5,7のいずれかに記載の光電素子において、第2の電極層が電子輸送層を兼ねていることを特徴とする光電素子。   The photoelectric device according to any one of claims 2, 3, 4, 5, and 7, wherein the second electrode layer also serves as an electron transport layer. 請求項7に記載の光電素子において、光増感基がルテニウム錯体系化合物からなることを特徴とする光電素子。   The photoelectric device according to claim 7, wherein the photosensitizing group comprises a ruthenium complex compound. 請求項2,3,4,6,7,8,9,10のいずれかに記載の光電素子において、電子供与性基がチオフェン系化合物またはフェロセン系化合物からなることを特徴とする光電素子。   The photoelectric device according to any one of claims 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9, and 10, wherein the electron donating group comprises a thiophene compound or a ferrocene compound. 請求項3,4,5,7,8,9、10,11のいずれかに記載の光電素子において、電子受容基がフラーレン誘導体からなることを特徴とする光電素子。   The photoelectric device according to any one of claims 3, 4, 5, 7, 8, 9, 10, and 11, wherein the electron accepting group comprises a fullerene derivative. 薄膜層と、この薄膜層の両面に配置した第1の電極層および第2の電極層とを有する光電素子であって、
前記薄膜層は、
光エネルギを光吸収する光吸収層と、
第1電子供与基が電子を供与することにより、前記光吸収により発生した正孔を前記第1の電極層に引き渡す正孔輸送層と、
前記光吸収により発生した電子を、電子受容基が受容することにより、前記第2の電極層に引き渡す電子輸送層と、を少なくとも含み、
前記光吸収層は、
光増感基が導入された高分子が、交互吸着法により積層して形成されることを特徴とする光電素子。
A photoelectric element having a thin film layer and a first electrode layer and a second electrode layer disposed on both surfaces of the thin film layer,
The thin film layer,
A light absorbing layer that absorbs light energy,
A first electron donating group that donates an electron, thereby transferring a hole generated by the light absorption to the first electrode layer;
An electron transporting layer that transfers electrons generated by the light absorption to the second electrode layer by receiving an electron accepting group,
The light absorbing layer,
An optoelectronic device, wherein a polymer having a photosensitizing group introduced therein is formed by lamination by an alternate adsorption method.
薄膜層と、この薄膜層の両面に配置した第1の電極層および第2の電極層とを有する光電素子であって、
前記薄膜層は、
光エネルギを光吸収する光吸収層と、
第1電子供与基が電子を供与することにより、前記光吸収により発生した正孔を前記第1の電極層に引き渡す正孔輸送層と、を少なくとも含み、
前記光吸収層は、
光増感基が導入された高分子が、交互吸着法により積層して形成されることを特徴とする光電素子。
A photoelectric element having a thin film layer and a first electrode layer and a second electrode layer disposed on both surfaces of the thin film layer,
The thin film layer,
A light absorbing layer that absorbs light energy,
A hole transport layer that transfers holes generated by the light absorption to the first electrode layer by the first electron donating group donating an electron,
The light absorbing layer,
An optoelectronic device, wherein a polymer having a photosensitizing group introduced therein is formed by lamination by an alternate adsorption method.
薄膜層と、この薄膜層の両面に配置した第1の電極層および第2の電極層とを有する光電素子であって、
前記薄膜層は、
光エネルギを光吸収する光吸収層と、
この光吸収により発生した電子を、電子受容基が受容することにより、前記第2の電極層に引き渡す電子輸送層と、を少なくとも含み、
前記光吸収層は、
光増感基が導入された高分子が、交互吸着法により積層して形成されることを特徴とする光電素子。
A photoelectric element having a thin film layer and a first electrode layer and a second electrode layer disposed on both surfaces of the thin film layer,
The thin film layer,
A light absorbing layer that absorbs light energy,
An electron transport layer that delivers electrons generated by the light absorption to the second electrode layer by receiving the electrons by an electron accepting group,
The light absorbing layer,
An optoelectronic device, wherein a polymer having a photosensitizing group introduced therein is formed by lamination by an alternate adsorption method.
請求項13,14のいずれかに記載の光電素子において、
前記正孔輸送層は、
前記第1電子供与性基が導入された高分子が、交互吸着法により積層して形成されることを特徴とする光電素子。
The photoelectric device according to any one of claims 13 and 14,
The hole transport layer,
A photoelectric device, wherein the polymer having the first electron-donating group introduced therein is formed by stacking by an alternate adsorption method.
請求項13,15,16のいずれかに記載の光電素子において、
前記電子輸送層は、
前記電子受容基が導入された高分子が、交互吸着法により積層して形成されることを特徴とする光電素子。
The photoelectric device according to any one of claims 13, 15, and 16,
The electron transport layer,
A photoelectric device, wherein the polymer having the electron-accepting group introduced therein is formed by lamination by an alternate adsorption method.
請求項13,14,16,17のいずれかに記載の光電素子において、
前記正孔輸送層と前記光吸収層との界面には、前記第1電子供与性基よりも電子供与性の高い第2電子供与性基を有する電子供与層が設けられていることを特徴とする光電素子。
The photoelectric device according to any one of claims 13, 14, 16, and 17,
An electron donating layer having a second electron donating group having a higher electron donating property than the first electron donating group is provided at an interface between the hole transport layer and the light absorbing layer. Photoelectric element.
請求項18に記載の光電素子において、
前記電子供与層は、前記第2電子供与性基が導入された高分子が、交互吸着法により積層して形成されることを特徴とする光電素子。
The photoelectric device according to claim 18,
The photoelectric element, wherein the electron donating layer is formed by laminating polymers into which the second electron donating groups are introduced by an alternate adsorption method.
請求項13乃至19のいずれかの光電素子において、
前記光吸収層は、膜厚が1nmから30nmであることを特徴とする光電素子。
The photoelectric device according to any one of claims 13 to 19,
The light-absorbing layer has a thickness of 1 nm to 30 nm.
請求項2乃至20のいずれかに記載の光電素子を用い、光エネルギーを電気エネルギーに変換し、電力として外部に取り出す機能を有することを特徴とする太陽電池。   A solar cell using the photoelectric device according to any one of claims 2 to 20, having a function of converting light energy into electric energy and extracting it as electric power.
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