JP2005011841A - Vertical junction organic photovoltaic device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は有機光エレクトロニクスデバイスに関し、特に光伝導性を持つ有機半導体を用いたpn接合型光起電力装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
有機半導体を用いたpn接合型光起電力装置は有機太陽電池と呼ばれ、pn接合で生成させた光キャリアを電流として取り出している。典型的な例は、図13に示されるものであり、p型有機半導体層2としてのフタロシアニンH2Pcと、n型有機半導体層4としてのペリレン誘導体Me−PTCとが積層されてpn接合5を形成しており、電極6,8間に挟み込まれている。10は支持基板としての透明ガラス基板である。p型有機半導体層2に接する電極6としては金(Au)電極が使用され、n型有機半導体層4に接する電極8としてはITO(酸化インジウム錫)透明電極が使用されている。光は透明電極8を通してpn接合5に入射する(非特許文献1参照。)。
【0003】
しかし、このように、光照射される光照射面に対してpn接合5が平行になるように配置されているタイプの有機太陽電池は、光キャリア生成の活性領域厚さが非常に薄く、pn接合5の両側に数十nmあるにすぎないだけでなく、素子の内部抵抗が非常に高いといった特性から、光電エネルギー変換効率は1%以下であり、実用化にはほど遠い値であった。
また、pn接合セルを2個以上積層したタンデム化セルの試みもある(非特許文献2参照。)が、変換効率の大幅な向上には結びついていなかった。
【0004】
【非特許文献1】
C. W. Tang, Appl. Phys.Lett., 48, 183 (1986).
【非特許文献2】
M. Hiramoto, M. Suezaki, M. Yokoyama, Chem. Lett.,1990, 327 (1990).
【非特許文献3】
M.Hiramoto, H. Fukusumi, M. Yokoyama, Appl. Phys. Lett., 61, 2580 (1992).
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
有機太陽電池の効率が悪い大きな原因は、先に述べたように、(1)光キャリア生成の活性領域厚さが非常に薄いことと、(2)内部抵抗が非常に高いことである。上記のことが図13の構造のセル特性に対して引き起こす深刻な影響を列挙すると、次の通りである。
【0006】
▲1▼pn接合近傍のみが光活性なため、活性層幅よりも厚い膜を作製すると、余分の厚い部分はすべて、光を吸収しても光電流を発生しない不活性層となり、光は不活性層でかなり吸収されてしまい、光電流を発生できる活性なpn接合には少しの光しか到達しない。これをマスキング効果と呼ぶ。そのため、小さな光電流しか流れない。
【0007】
▲2▼上記のマスキング効果を避けるためにセルを薄くして、例えば有機半導体層2,4を数十nmというような非常に薄い膜厚とすると、容易にセルの導通(上下の電極6,8が接触してしまうこと)が起こり、太陽電池として機能しなくなる。
【0008】
▲3▼また、セルを薄くできたとしても、入射光のかなりの部分が薄い活性層では吸収されずにセルを透過して逃げてしまい、光電変換効率が上がらない。
▲4▼有機半導体層が厚い場合、吸収によって光が侵入できない膜の奥の部分は暗状態である。有機半導体は暗状態では絶縁体に近く、セルを厚くして入射光をすべて吸収させようとすると、内部抵抗が非常に高くなる。一方、光電流はその高抵抗部分を通過しないと電極に到達できない。その結果、光電流密度、曲線因子(FF:フィルファクター)、光起電圧の極端な低下をもたらす。
【0009】
これらの問題を根本的に解決するには、照射した光がpn接合近傍の活性域で多く吸収され、かつ、内部抵抗が低くなるセルを実現する必要がある。
本発明は、これらの要請を満たす太陽電池セル構造を提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機光起電力装置は、光起電力層としてp型有機半導体層とn型有機半導体層とからなるpn接合を備え、かつそのpn接合は光照射面に端辺を有し光照射面に対し垂直方向に形成されていることを特徴とする垂直接合型有機光起電力装置である。
【0011】
図1に示されるように、p型有機半導体層12とn型有機半導体層14とからなるpn接合15は、光照射面12a,14aに端辺を有し光照射面12a,14aに対し垂直方向に形成されている。16,18は電極である。
pn接合15は光照射面に対して垂直になっているので、pn接合近傍(pn接合を中央に挟んで100nm程度より狭い幅の領域)では有機半導体層中に侵入していった光全てが不活性層による吸収、すなわちマスキング効果による損失なしにすべて吸収されて光電流発生に寄与する。pn接合は有機半導体薄膜の積層体により実現することができ、その場合には有機半導体薄膜の端面に光を照射しているわけであるから、照射面から奥の方向は1mm又はそれ以上の高さで直立した有機膜が続いている状態にすることができ、吸収係数の小さな波長域でも事実上すべての光が吸収されてしまうことになる。
【0012】
また、このような縦型のpn接合15を、図2に示されるように、例えば100nm間隔で形成して複数の接合を有する垂直接合型有機光起電力電池を構成すれば、光照射面全てが活性層として働き、光の損失が本質的になく、入射したすべての光による光電流を有効に利用できる。この太陽電池セルの構造は、Pt/H2Pc層(厚さ50nm)/Me−PTC層(厚さ50nm)/Au層(厚さ1nm)/H2Pc層(厚さ50nm)/Me−PTC層(厚さ50nm)/Au層(厚さ1nm)/……H2Pc/Me−PTC/In/Agとなっている。なお、pn/pn/……/pnと多数接合したときにできるpn接合間の界面での逆方向np接合は、後述するように、金属の超薄膜(1nm程度)を挿入することで、なくすことができる。すなわち、本発明のセル構造とすることによって、上記の問題(1)を根本的に解決できる。
【0013】
また、図1に示されるように、pn接合近傍で発生した正負キャリアは全て光のあたっているセル表層部分(表面から光が侵入できる厚さ部分)12a,14aを通って左右の電極16,18に収集される。光照射下での伝導度、つまり光伝導度は、暗状態下の伝導度、つまり暗伝導度よりはるかに大きい、すなわち、抵抗がはるかに低い。その結果、セルの内部抵抗を根本的に低減できることになる。この現象は、図2のようにpn接合を複数段積層した場合でも同じである。すなわち、本発明のセル構造とすることによって、上記の問題(2)を根本的に解決できる。
このように、本発明の垂直接合型有機光起電力電池は、これまでの図13の構造のセルの大きな問題点を根本的に解決できる。
【0014】
pn接合を複数備え、それらのpn接合は互いに平行になるように金属層を介して積層されているpn接合の直列接続構造とすることができる。
p型有機半導体層は例えばフタロシアニン類及びキナクリドンからなる群から選ばれたものであり、n型有機半導体層は例えばペリレン誘導体、ナフタレン誘導体及びフラーレンからなる群から選ばれたものとすることができる。
【0015】
金属電極は、p型有機半導体と接触する電極の仕事関数が大きく、n型有機半導体と接触する電極の仕事関数が小さくなるように材質が選択されていることが好ましい。仕事関数の大きい金属としては例えばPt、仕事関数の小さい金属としては例えばInを挙げることができる。
p型有機半導体層及びn型有機半導体層の少なくとも一方は、階段エネルギー構造を作るようにバンド構造の異なる有機半導体層を積層した積層体としたり、光吸収特性の異なる有機半導体層を積層した積層体としてもよい。
【0016】
本発明の垂直接合型有機太陽電池を作製する本発明の製造方法は、基板上に第1の金属電極層を形成する工程と、第1の金属電極層上にp型又はn型の有機半導体薄膜とそれとは反対導電型の有機半導体薄膜とを積層させてなるpn接合体層を形成する工程と、pn接合体層上に第2の金属電極層を形成する工程と、これらの工程により形成された積層体を膜面に対して垂直方向に切断して光照射面を形成する工程とを備えている。
【0017】
pn接合体層を形成する工程は、p型又はn型の有機半導体薄膜とそれとは反対導電型の有機半導体薄膜とを積層させた後、金属層及びその上のpn接合体層を形成する工程を少なくとも1つ含むようにしてもよい。
【0018】
基板上の積層体を切断する1つの方法は、ミクロトームにより行なう方法である。その場合、基板として樹脂基板を用いるのが好ましい。また、第2の金属電極層上に、少なくとも樹脂基板上の積層体を切断する位置では積層体よりも広い領域にわたるように積層体を被う保護層を形成する工程を含んでいることが好ましい。
【0019】
ミクロトーム以外の方法により切断することもできる。また、基板としてガラス基板を用い、同様に電極、有機pn層、電極を蒸着法などにより形成した後、ガラス基板を切断して積層体の端面を露出させて作製することもできる。この場合は、有機保護層はなくてもよい。
p型有機半導体薄膜及びn型有機半導体薄膜の少なくとも一方は種類の異なる有機半導体薄膜を積層する工程を含んだものとすることができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する。
本発明の太陽電池セル構造の有効性を確かめるため、まず、図1に示されるように、1つの垂直pn接合を有するセルを作製した。
【0021】
このセルは次の手順で作製した。まず、表面が平坦なエポキシ樹脂基板上に金属電極層16として白金(Pt)を2000nmの厚さに真空蒸着により形成する。その上にp型有機半導体層12として無金属フタロシアニン(H2Pc)を250nmの厚さに真空蒸着により形成する。さらにその上にn型有機半導体層14としてペリレン顔料(Me−PTC)を250nmの厚さに真空蒸着により形成する。さらにその上に金属電極層18として、厚さが100nmのインジウム(In)膜とその上の厚さが100nmの銀(Ag)膜とからなる積層膜(In/Ag)を真空蒸着により形成する。さらにその上に、保護層としてIm−PTCを750nmの厚さに真空蒸着により形成する。保護層は、後でミクロトームなどによるスライス(切断)時に電極と有機半導体層の間の界面が剥離するのを防ぐ上で有効である。
【0022】
保護層としてIm−PTCを使っているが、このIm−PTC層は2枚の電極で挟まれていないので半導体としては機能せず、単なる有機保護膜である。保護層としては、種々の有機叉は無機の薄膜材料を用いることができる。
次に、ミクロトームを用いて蒸着面に垂直にスライスし、端面を出す。この端面が図1の光照射面12a,14aとなる。
【0023】
図3に、ミクロトームでスライスして得た接合部端面のSEM(走査型電子顕微鏡)像を示す。金属層(Pt)/有機半導体層(H2Pc/Me−PTC)/金属層(In/Ag)が積層されているのが明瞭にわかる。このような、きれいな端面を得るにはミクロトームでダイヤモンドナイフを使用することが必要である。
【0024】
pn接合で発生した光電流を効率よく外部に取り出すためには、金属層と有機半導体層の間の接合は、オーミックであることが必要である。そのため、p型半導体であるH2Pc層に接触する電極層には仕事関数の大きなPt、n型半導体であるMe−PTCに接触する電極層には仕事関数の小さなInを用いた。
【0025】
2つの金属電極16,18に電気的コンタクトをとって外部リード線につなげるため、蒸着により積層体を図4のパターンに形成し、2つの電極16,18が重なっている部分で、スライスを行なった。これを具体的に説明すると、図4は得られた積層体をスライスした状態の平面図である。11はエポキシ樹脂基板であり、その上に電極のPt層16をL字形に形成し、その上にH2Pc層12とMe−PTC層14とからなる有機半導体層13を形成する。このとき、Pt層16の一部が有機半導体層13から露出するように有機半導体層13のパターンを設定する。その有機半導体層13上に他方の電極である(In/Ag)層18をI形に形成する。このとき、(In/Ag)層18の一部が有機半導体層13からはみ出すように(In/Ag)層18のパターンを設定する。有機半導体層13からはみ出した電極層16,18にそれぞれ銀ペースト22,26によりリード線24,28を接続する。その後、少なくともその後のスライスを行なう切断位置ではこの積層体を被う領域に保護層を形成する。保護層は例えば基板11の全面を被うように形成する。スライスは図のように2つの電極16,18が重なっている部分で行なう。20aはスライスにより切り離された部分を示しており、リード線24,28が接続されている部分がこの発明の太陽電池セルとなる。ライスした部分に切断面(光照射面)が露出し、その切断面が図3に示されたような積層構造になっている。太陽電池として機能するのは、上下のPt電極16とIn/Ag電極18が重なっている部分となる。
【0026】
p型とn型の有機半導体の代表的なものを図7に示し、それらの吸収スペクトルを図8に示す。図8で、横軸は波長、縦軸は任意単位で示した吸光度である。p型には無金属フタロシアニン(H2Pc)及びTiOPcなどの金属置換フタロシアニン(MPc)を含むフタロシアニン類、並びにキナクリドン(DQ)などがある。n型にはペリレン誘導体(Me−PTC,Im−PTCなど)、ナフタレン誘導体(NTCDAなど)及びフラーレン(C60)などがある。しかしこれらに限ったものではない。pn接合はこれらのp型とn型の有機半導体を組み合わせて得ることができる。
【0027】
また、有機半導体薄膜の作製方法は、蒸着法やスパッタリング法などの堆積法に限らず、材料に応じてスピンコートのような湿式法を用いてもよい。湿式法で形成できる有機半導体薄膜としては、ポリマー系の太陽電池系で使用されるような、PPV(ポリパラフェニレンにC60の誘導体を分散させた系などを挙げることができる。
【0028】
有機半導体薄膜としては、有機半導体を樹脂に分散させた樹脂分散有機半導体膜を使用することもできる。有機半導体を分散させる樹脂としては、ポリカーボネート、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール、ポリスチレン、ポリメタクリル酸メチルなどの汎用ポリマー、ポリビニルカルバゾール、ポリメチルフェニルシラン、ポリジメチルシランなどの導電性ポリマーを挙げることができる。これらの樹脂のうちのいくつかの化学式を図12に示した。
【0029】
樹脂分散有機半導体膜は、有機半導体と樹脂を溶媒中で混合した液を電極基板上にスピンコート法やバーコート法(基板上に塗布した分散液を、溝のついた金属棒によって薄く引き延ばす方法)によって塗布して成膜することにより形成することができる。樹脂分散有機半導体膜は大面積化を図る際に好都合である。
【0030】
図5に図1に示したセルの示す電流−電圧(I−V)特性を示す。光は100mW/cm2(AM1.5)の擬似太陽光を照射している。左縦軸は光電流絶対値、右縦軸は光照射面積(1.25×10−6cm2)で光電流絶対値を割った1cm2あたりの光電流密度である。白丸は光照射時、黒丸は暗時である。有機半導体層12,14の合計幅が500nmとかなり大きいにもかかわらず、良好なフィルファクター(FF:0.46)、開放端電圧(Voc:0.3V)を観測した。FFがよいのは、光生成キャリアが光照射部分のみを通って電極に収集されるため、セルの内部抵抗が低いことが大きく寄与している。この結果は、問題点(2)を本発明で解決できることを意味している。同じ膜厚で図13の従来構造のセルとすると、FFは非常に悪くなる。
【0031】
観測された短絡光電流(Isc)は20nAである(縦軸左プロット)。絶対値では小さいが、このセルの面積は、光があたっている面積(図1の光照射面(12a,14a))[(有機半導体層12,14の幅:500nm)×(有機半導体層長さ)]で定義され、本セルでは1.25×10−6cm2となる。そのため、短絡光電流密度(Jsc)は、16mA/cm2と非常に大きな値となる(縦軸右プロット)。このような大きな光電流密度は、有機系太陽電池でこれまで観測されたことはない。また、この光電流密度は、無機系太陽電池と比較すると、アモルファスシリコンよりも大きく、多結晶シリコンに匹敵し、CdS/CdTe系にも近いものであるところから、通常の無機系太陽電池に充分匹敵する大きさである。なお、この時の光電エネルギー変換効率は、2.2%である。後述するように、この値は、pn接合を多数接合することで、大きく向上できる。
【0032】
図6に、Jscの波長依存性を黒四角ドットで示す。Me−PTCとH2Pcの吸収スペクトルもあわせて示してある。このように、Me−PTCとH2Pcの双方の吸収領域で光電流が発生し可視域全体に感度を持つことが分かる。図13の従来のセル構造では、H2Pc(250nm)/Me−PTC(250nm)の膜厚では、マスキング効果のため、照射面の反対側の、片方の有機半導体の吸収領域でしか光電流が発生しない。図6の結果は、垂直pn接合を持つセルにおいては、前述のマスキング効果が本質的にないことを意味している。直立したpn接合近傍では、不活性層がないため、吸収された光は損失されずに光電流に寄与する。さらに、吸収係数が低い波長領域(吸収スペクトルのすそなど)であっても、有機半導体層は光照射面から奥に向かって1mm又はそれ以上の厚さで存在しているため、照射された光は事実上すべて吸収されているといってよい(1μmの有機半導体層があれば有機半導体の吸収係数から考えて、光はほとんど吸収されてしまう。)。さらに、吸収された光は全て照射最表面層と同じように、照射面に対して垂直に立った電極に収集されるわけであるから、全て光電流発生に寄与することができる。
【0033】
以上のように、本発明の太陽電池セルは、光の利用効率が非常に高いため、16mA/cm2というこれまでにない大きなJscが得られたと云える。この結果は、問題点(1)を本発明のセル構造で解決できることを意味している。
【0034】
上記の光電流密度は、大きいけれども、まだ最適化された値ではない。その理由は、pn接合近傍(pn接合を挟んでその左右にそれぞれ50nm、合計で100nm程度の厚さの領域)でしか光電流を発生しておらず、図1のセルの例であれば、有機半導体層12,14の合計幅500nmのうち400nmは、光キャリヤ生成に寄与せず、キャリアが流れているに過ぎないからである。そのためセル膜厚を100nmまで薄くできれば、これよりもかなり大きなJscが得られると予想できる。なお、これまでに、有機半導体層幅の合計が1000nm(キャリア生成しない幅が900nm)のものでは、4mA/cm2、500nm(キャリア生成しない幅が400nm)のものでは上記で述べたように、16mA/cm2が得られている。すなわち、光照射面積は半分に減っているにもかかわらず、発生する光電流量の絶対値(面積で割った光電流密度ではない)は、2倍になっていることを意味する。光照射面積(有機半導体層の幅が1/2になっているので)が1/2になるにともない短絡光電流が4倍に増大していることが分かる。この結果から、100nm幅ではかなり光電流密度が増大すると考えられる。
【0035】
本発明の太陽電池セル構造において、これまで述べた以外の、注目すべき特長を述べる。
(1)図2に示されるように、多数のpn接合を直列につなげば、大きな電圧を取り出だせる。
仮に1つのpn接合セルの厚さを100nmとし、そのpn接合を5つ直列につないだセルを考える。pn/pn/pn/pn/pnという接合となるが、スラッシュ(/)に逆方向のpn接合ができて光起電圧を打ち消さないように、金属の超薄膜を挿入する。具体的には、pn接合の直列構造では、非常に薄い金属層(例えば、膜厚が1nm程度のAu、Agなどの薄膜)を挿入するだけで、逆方向の起電圧がなくなり、得られる全体の開放端電圧(Voc)が、pn接合の数と1つのpn接合が示すVocの積で表されることが分かっている(非特許文献2参照。)。図5のVocは0.3Vであるので、5つのpn接合をつなげば、同じ面積で0.3V×5=1.5Vの電圧が得られる。この構造では、いくつpn接合を接続してもかまわず、限度がない。図13の従来のセルにおいては、pn接合を重ねる(タンデム型)と、光照射側のpn接合の吸収によって、その後ろ側のpn接合まで届く光が減少するので、pn接合を重ねるにしても2,3個が限度である。変換効率としては5%程度が可能と考えられる。
【0036】
(2)太陽光スペクトルのほとんど又は全波長領域にわたって吸収して光電流発生できる。
本発明の太陽電池セル構造では、異なった吸収波長域を持つ有機半導体を積層すると、原理的に太陽光スペクトルの全域をカバーできる。図8のスペクトルからわかるように、上に示したMe−PTC/H2Pcの組合わせで可視光のほぼ全てをカバーしているが、例えば、赤外光に感度のあるTiOPcやIm−PTCを加えれば、太陽光スペクトルのほぼ全領域を吸収できる。これまで、有機系太陽電池の特質として、種々の吸収波長を持つ有機半導体の組み合わせで太陽光スペクトルを全て吸収できることがいわれてきたが、前述の2つの問題点(1),(2)によってそのような特長は帳消しにされてしまい、実際にその特長がセル特性としてあらわになったことはほとんどない。しかし、本発明の太陽電池セル構造ではその特長が明確に現れる。図6に示したように、マスキング効果のない波長依存性はその証拠である。これは本発明の構造の大きな利点である。
【0037】
無機半導体においては、そのバンドギャップ(例えば結晶シリコンでは1.1eV)よりも小さいエネルギーの光は吸収できない。これが、光電エネルギー変換効率の理論的限界を決めてしまうが、本発明の太陽電池セル構造ではその限界をこえる効率が得られる可能性もある。
【0038】
また、図9に示されるように、有機半導体のバンド構造を適切に組み合わせて、階段エネルギー構造を作り、光電流を生ずる量子効率をさらに向上させることも可能である(非特許文献3参照。)。階段エネルギー構造によって、光生成した電子とホールの分離が促進される。
【0039】
なお、有機半導体層中にこれらの半導体層を積層する時、各半導体層の膜幅はたとえ数十nmとかなり薄くても、太陽光の波長はそれよりもはるかに長い(300nm〜1800nm)ので、そのような薄い膜幅を識別することはできない(波長限界:波長よりも小さな構造、物体は識別できない)。例えば、図10に概略的に示すように、有機半導体層幅の合計を1μm(1000nm)とし、その幅内に特定の波長域を吸収する50nm膜幅の有機半導体層が数層あれば、それ以外の層にその波長域を吸収する半導体層が全くないとしても、1μm幅にきたその特定波長域の光はすべて吸収される。これは、量子的な集光効果と言ってもよい。というのは、上記の性質は、光は伝搬するときは波としてふるまい、半導体に吸収されるときは1つのフォトンとしてふるまう、粒子−波動二重性に由来するためである。
【0040】
(3)集光条件下での駆動が適する。
集光下では、光伝導度が上昇し、内部抵抗の影響が小さくなり大電流が流せる可能性がある。後述するように、この特長は大面積化するときに、威力を発揮する。
【0041】
(4)大面積化の方法:
本発明の太陽電池セルの面積は膜端面を利用しているため小さいが、多数のpn接合を積層して全膜厚を10μm程度まで厚くすれば、図11に示されるように、各セル30の端面部分をシリンドリカルレンズ32の末端にのせ、光を集めて発電することが可能になり、大面積化の問題も解決できる。
【0042】
本発明の垂直接合型有機光起電力電池は、太陽光スペクトル全域の有効利用という観点から、無機系太陽電池も凌駕する可能性を持つ。また、多数のpn接合の直列接合で、非常に大きな電圧を取り出せる(1000個つなげば、0.3×1000=300V。このとき有機層幅は100nm×1000=10μm。)。
【0043】
本発明により、少なくとも5%以上の光電エネルギー変換効率が得られる。実際、実施例では16mW/cm2ものこれまで有機系では観測し得なかった大きな光電流密度を得ている。大面積化もレンズによる集光を考えることで解決できる。本発明は、これまで困難であった、有機半導体による光電エネルギー変換、すなわち5%以上の実用的効率の有機系太陽電池を提供できるものである。
【0044】
【発明の効果】
本発明の有機光起電力装置は、光起電力層としてp型有機半導体層とn型有機半導体層とからなるpn接合を備え、かつそのpn接合は光照射面に端辺を有し光照射面に対し垂直方向に形成されているものであるので、従来の有機半導体太陽電池に比べて大きな光電エネルギー変換効率を達成することができる。
pn接合を複数備え、それらのpn接合は互いに平行になるように金属層を介して積層されているpn接合の直列接続構造とすれば、大きな電圧を取り出すことができ、またこれまでの有機半導体では不可能とされてきた10%以上の光電エネルギー変換効率も実現できるようになる。
金属電極は、p型有機半導体と接触する電極の仕事関数が大きく、n型有機半導体と接触する電極の仕事関数が小さくなるように電極の金属材料を選択すれば、金属層と有機半導体層の間の接合をオーミックにすることができ、pn接合で発生した光電流を効率よく外部に取り出すことができるようになる。
p型有機半導体層及びn型有機半導体層の少なくとも一方は、階段エネルギー構造を作るようにバンド構造の異なる有機半導体層を積層した積層体とすれば、光電流を生ずる量子効率をさらに向上させることができるようになる。
p型有機半導体層及びn型有機半導体層の少なくとも一方は光吸収特性の異なる有機半導体層を積層した積層体とすれば、太陽光スペクトルのほとんど又は全波長領域にわたって吸収して光電流を発生できるようにすることができる。
本発明の製造方法は、基板上に第1の金属電極層を形成する工程と、第1の金属電極層上にp型又はn型の有機半導体薄膜とそれとは反対導電型の有機半導体薄膜とを積層させてなるpn接合体層を形成する工程と、pn接合体層上に第2の金属電極層を形成する工程と、これらの工程により形成された積層体を膜面に対して垂直方向に切断して光照射面を形成する工程とを備えており、既存の技術の組合せで本発明の有機光起電力装置を製造することができる。
pn接合体層を形成する工程は、p型又はn型の有機半導体薄膜とそれとは反対導電型の有機半導体薄膜とを積層させた後、金属層及びその上のpn接合体層を形成する工程を少なくとも1つ含むようにすれば、pn接合の直列接続構造を形成することができる。
第2の金属電極層上に、少なくとも樹脂基板上の積層体を切断する位置では積層体よりも広い領域にわたるように積層体を被う保護層を形成する工程を含むようにすれば、その保護層により積層体を切断するときに電極と有機半導体層の間の界面が剥離するのを効果的に防ぐことができる。
p型有機半導体薄膜及びn型有機半導体薄膜の少なくとも一方は種類の異なる有機半導体薄膜を積層する工程を含んだものとすれば、光電流を生ずる量子効率をさらに向上させたり、太陽光スペクトルのほとんど又は全波長領域にわたって吸収して光電流を発生できるようにすることのできる太陽電池セルを作成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】1つのpn接合を持つ一実施例の垂直接合型有機光起電力電池セルの構造を概略的に示す斜視図である。
【図2】図1のセル構造をさらに発展させたてpn接合を多数につないだ太陽電池セルの構造を示す斜視図である。
【図3】接合端面のSEM像である。
【図4】金属電極と有機半導体層のパターンを示す平面図である。
【図5】1つの垂直pn接合を持つ一実施例の垂直接合型有機光起電力電池セルの示す電流−電圧(I−V)特性である。
【図6】短絡光電流(Jsc)の波長依存性(黒四角のプロット)をMe−PTCとH2Pcの吸収スペクトル(点線)とともに示す図である。
【図7】主な有機半導体を示す化学構造式である。
【図8】図7に示されている有機半導体の吸収スペクトルを示す図である。
【図9】多段階エネルギー構造による光キャリア生成の原理を示す図である。
【図10】量子的集光効果を示す図である。
【図11】シリンドリカルレンズアレイに、一実施例の太陽電池セルの光照射端面を接続した、大面積化のためのレンズ系を示す図である。
【図12】本発明で有機半導体層を樹脂分散有機半導体膜とする場合に有機半導体を分散させるのに使用される樹脂のいくつかの例を示す化学式である。
【図13】光照射面に対して平行に配置されたpn接合をもつ従来の通常の有機光起電力装置を示す概略断面図である。
【符号の説明】
12 p型有機半導体層
14 n型有機半導体層
12a,14a 光照射面
15 pn接合
16,18 電極[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic optoelectronic device, and more particularly to a pn-junction photovoltaic device using a photoconductive organic semiconductor.
[0002]
[Prior art]
A pn junction type photovoltaic device using an organic semiconductor is called an organic solar cell, and takes out photocarriers generated at the pn junction as a current. A typical example is shown in FIG. 13, and phthalocyanine H as the p-type
[0003]
However, the organic solar cell of the type in which the
There is also an attempt of a tandem cell in which two or more pn junction cells are stacked (see Non-Patent Document 2), but it has not led to a significant improvement in conversion efficiency.
[0004]
[Non-Patent Document 1]
C. W. Tang, Appl. Phys. Lett. , 48, 183 (1986).
[Non-Patent Document 2]
M.M. Hiramoto, M.M. Suezaki, M .; Yokoyama, Chem. Lett. , 1990, 327 (1990).
[Non-Patent Document 3]
M.M. Hiramoto, H.M. Fukusumi, M.M. Yokoyama, Appl. Phys. Lett. 61, 2580 (1992).
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The major causes of the poor efficiency of organic solar cells are (1) the thickness of the active region for generating photocarriers is very thin and (2) the internal resistance is very high, as described above. The serious effects of the above on the cell characteristics of the structure of FIG. 13 are listed as follows.
[0006]
(1) Since only the vicinity of the pn junction is photoactive, when a film thicker than the active layer width is produced, all of the extra thick portions become inactive layers that do not generate photocurrent even if they absorb light, and light is not The active layer is considerably absorbed and only a little light reaches the active pn junction that can generate a photocurrent. This is called a masking effect. Therefore, only a small photocurrent flows.
[0007]
(2) If the cell is made thin in order to avoid the above masking effect and the
[0008]
(3) Even if the cell can be made thin, a considerable portion of incident light is not absorbed by the thin active layer but passes through the cell and escapes, so that the photoelectric conversion efficiency does not increase.
{Circle around (4)} When the organic semiconductor layer is thick, the back portion of the film where light cannot enter due to absorption is in a dark state. An organic semiconductor is close to an insulator in a dark state, and if the cell is made thick to absorb all incident light, the internal resistance becomes very high. On the other hand, the photocurrent cannot reach the electrode unless it passes through the high resistance portion. As a result, the photocurrent density, fill factor (FF: fill factor), and photovoltaic voltage are drastically reduced.
[0009]
In order to fundamentally solve these problems, it is necessary to realize a cell in which a large amount of irradiated light is absorbed in the active region near the pn junction and the internal resistance is lowered.
The object of the present invention is to provide a solar cell structure that satisfies these requirements.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The organic photovoltaic device of the present invention includes a pn junction composed of a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer as a photovoltaic layer, and the pn junction has an edge on the light irradiation surface and is irradiated with light. A vertical junction organic photovoltaic device characterized in that it is formed in a direction perpendicular to the surface.
[0011]
As shown in FIG. 1, a
Since the
[0012]
Further, as shown in FIG. 2, if a vertical junction type organic photovoltaic cell having a plurality of junctions is formed by forming such
[0013]
Further, as shown in FIG. 1, positive and negative carriers generated in the vicinity of the pn junction are all exposed to cell surface layer portions (thickness portions where light can enter from the surface) 12a, 14a, and the left and
Thus, the vertical junction organic photovoltaic cell of the present invention can fundamentally solve the major problems of the cell having the structure shown in FIG.
[0014]
A plurality of pn junctions may be provided, and the pn junctions may have a series connection structure of pn junctions stacked via a metal layer so as to be parallel to each other.
For example, the p-type organic semiconductor layer may be selected from the group consisting of phthalocyanines and quinacridone, and the n-type organic semiconductor layer may be selected from the group consisting of perylene derivatives, naphthalene derivatives and fullerenes.
[0015]
The material of the metal electrode is preferably selected so that the work function of the electrode in contact with the p-type organic semiconductor is large and the work function of the electrode in contact with the n-type organic semiconductor is small. An example of the metal having a high work function is Pt, and an example of the metal having a low work function is In.
At least one of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer is a laminate in which organic semiconductor layers having different band structures are laminated so as to form a staircase energy structure, or a laminate in which organic semiconductor layers having different light absorption characteristics are laminated. It may be a body.
[0016]
The manufacturing method of the present invention for producing the vertical junction type organic solar cell of the present invention includes a step of forming a first metal electrode layer on a substrate, and a p-type or n-type organic semiconductor on the first metal electrode layer. A step of forming a pn junction layer formed by laminating a thin film and an organic semiconductor thin film of the opposite conductivity type, a step of forming a second metal electrode layer on the pn junction layer, and formation by these steps Cutting the laminated body in a direction perpendicular to the film surface to form a light irradiation surface.
[0017]
The step of forming the pn junction layer is a step of forming a metal layer and a pn junction layer thereon after laminating a p-type or n-type organic semiconductor thin film and an organic semiconductor thin film of the opposite conductivity type. May be included.
[0018]
One method of cutting the laminate on the substrate is a method performed by a microtome. In that case, it is preferable to use a resin substrate as the substrate. In addition, it is preferable to include a step of forming a protective layer covering the laminated body over the second metal electrode layer so as to cover a wider area than the laminated body at least at a position where the laminated body on the resin substrate is cut. .
[0019]
It can also cut | disconnect by methods other than a microtome. Alternatively, a glass substrate can be used as the substrate, and after similarly forming an electrode, an organic pn layer, and an electrode by a vapor deposition method or the like, the glass substrate can be cut to expose the end face of the laminate. In this case, the organic protective layer may be omitted.
At least one of the p-type organic semiconductor thin film and the n-type organic semiconductor thin film may include a step of stacking different types of organic semiconductor thin films.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In order to confirm the effectiveness of the solar cell structure of the present invention, first, a cell having one vertical pn junction was fabricated as shown in FIG.
[0021]
This cell was produced by the following procedure. First, platinum (Pt) is formed as a
[0022]
Im-PTC is used as a protective layer, but this Im-PTC layer does not function as a semiconductor because it is not sandwiched between two electrodes, and is merely an organic protective film. As the protective layer, various organic or inorganic thin film materials can be used.
Next, it slices perpendicularly | vertically to a vapor deposition surface using a microtome, and takes out an end surface. These end surfaces become the light irradiation surfaces 12a and 14a of FIG.
[0023]
FIG. 3 shows an SEM (scanning electron microscope) image of the joint end face obtained by slicing with a microtome. Metal layer (Pt) / Organic semiconductor layer (H 2 It can be clearly seen that Pc / Me-PTC) / metal layer (In / Ag) is laminated. In order to obtain such a clean end face, it is necessary to use a diamond knife with a microtome.
[0024]
In order to efficiently extract the photocurrent generated at the pn junction to the outside, the junction between the metal layer and the organic semiconductor layer needs to be ohmic. Therefore, H, which is a p-type semiconductor 2 Pt having a large work function was used for the electrode layer in contact with the Pc layer, and In having a small work function was used for the electrode layer in contact with Me-PTC which is an n-type semiconductor.
[0025]
In order to make electrical contact with the two
[0026]
Typical examples of p-type and n-type organic semiconductors are shown in FIG. 7, and their absorption spectra are shown in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents wavelength, and the vertical axis represents absorbance in arbitrary units. The p-type has no metal phthalocyanine (H 2 There are phthalocyanines including metal-substituted phthalocyanines (MPc) such as Pc) and TiOPc, and quinacridone (DQ). The n-type includes perylene derivatives (Me-PTC, Im-PTC, etc.), naphthalene derivatives (NTCDA, etc.) and fullerenes (C60). However, it is not limited to these. A pn junction can be obtained by combining these p-type and n-type organic semiconductors.
[0027]
In addition, a method for manufacturing the organic semiconductor thin film is not limited to a deposition method such as an evaporation method or a sputtering method, and a wet method such as spin coating may be used depending on the material. As an organic semiconductor thin film that can be formed by a wet method, PPV (polyparaphenylene and C is used in polymer solar cell systems). 60 And a system in which a derivative thereof is dispersed.
[0028]
As the organic semiconductor thin film, a resin-dispersed organic semiconductor film in which an organic semiconductor is dispersed in a resin can also be used. Examples of the resin for dispersing the organic semiconductor include general-purpose polymers such as polycarbonate, polyvinyl butyral, polyvinyl alcohol, polystyrene, and polymethyl methacrylate, and conductive polymers such as polyvinyl carbazole, polymethylphenylsilane, and polydimethylsilane. Some chemical formulas of these resins are shown in FIG.
[0029]
Resin-dispersed organic semiconductor films are prepared by spin-coating or bar-coating a mixture of an organic semiconductor and a resin in a solvent on the electrode substrate (a method in which the dispersion applied on the substrate is thinly stretched with a metal rod with grooves. ) To form a film. The resin-dispersed organic semiconductor film is convenient for increasing the area.
[0030]
FIG. 5 shows current-voltage (IV) characteristics of the cell shown in FIG. Light is 100mW / cm 2 (AM1.5) simulated sunlight is irradiated. The left vertical axis is the absolute value of photocurrent, and the right vertical axis is the light irradiation area (1.25 × 10 -6 cm 2 1cm divided by the absolute value of photocurrent 2 Per photocurrent density. The white circle is when light is irradiated, and the black circle is when dark. Although the total width of the organic semiconductor layers 12 and 14 was as large as 500 nm, a good fill factor (FF: 0.46) and open-circuit voltage (Voc: 0.3 V) were observed. FF is good because photogenerated carriers are collected on the electrode through only the light irradiated portion, and the low internal resistance of the cell contributes greatly. This result means that the problem (2) can be solved by the present invention. If the cells having the same film thickness and the conventional structure shown in FIG. 13 are used, the FF becomes very bad.
[0031]
The observed short-circuit photocurrent (Isc) is 20 nA (vertical axis left plot). Although the absolute value is small, the area of this cell is the area exposed to light (light irradiation surface (12a, 14a) in FIG. 1) [(width of organic semiconductor layers 12, 14: 500 nm) × (organic semiconductor layer length). In this cell, 1.25 × 10 -6 cm 2 It becomes. Therefore, the short circuit photocurrent density (Jsc) is 16 mA / cm. 2 And a very large value (vertical plot on the right). Such a large photocurrent density has never been observed in organic solar cells. Further, this photocurrent density is larger than that of amorphous silicon, comparable to that of polycrystalline silicon, and close to that of CdS / CdTe, so that it is sufficient for ordinary inorganic solar cells. The size is comparable. The photoelectric energy conversion efficiency at this time is 2.2%. As will be described later, this value can be greatly improved by joining many pn junctions.
[0032]
FIG. 6 shows the wavelength dependence of Jsc by black square dots. Me-PTC and H 2 The absorption spectrum of Pc is also shown. Thus, Me-PTC and H 2 It can be seen that a photocurrent is generated in both absorption regions of Pc and has sensitivity in the entire visible region. In the conventional cell structure of FIG. 2 With a film thickness of Pc (250 nm) / Me-PTC (250 nm), a photocurrent is generated only in the absorption region of one organic semiconductor on the opposite side of the irradiated surface due to the masking effect. The result of FIG. 6 means that the above-described masking effect is essentially absent in a cell having a vertical pn junction. In the vicinity of the upright pn junction, since there is no inactive layer, the absorbed light is not lost and contributes to the photocurrent. Furthermore, even in a wavelength region where the absorption coefficient is low (such as the bottom of the absorption spectrum), the organic semiconductor layer exists with a thickness of 1 mm or more from the light irradiation surface toward the back, so that the irradiated light It can be said that substantially all of the light is absorbed (if there is a 1 μm organic semiconductor layer, light is almost absorbed in view of the absorption coefficient of the organic semiconductor). Further, since all absorbed light is collected by the electrode standing perpendicular to the irradiated surface, as in the case of the outermost surface layer, all of the light can contribute to the generation of photocurrent.
[0033]
As described above, since the solar battery cell of the present invention has a very high light utilization efficiency, it is 16 mA / cm. 2 It can be said that an unprecedented large Jsc was obtained. This result means that the problem (1) can be solved by the cell structure of the present invention.
[0034]
Although the above photocurrent density is large, it is not yet optimized. The reason is that photocurrent is generated only in the vicinity of the pn junction (50 nm on each side of the pn junction and a total thickness of about 100 nm). This is because 400 nm of the
[0035]
In the solar cell structure of the present invention, the remarkable features other than those described so far will be described.
(1) As shown in FIG. 2, a large voltage can be taken out by connecting a large number of pn junctions in series.
Let us consider a cell in which the thickness of one pn junction cell is 100 nm and five pn junctions are connected in series. A pn / pn / pn / pn / pn junction is formed, but an ultrathin metal film is inserted so that a pn junction in the reverse direction is formed at the slash (/) and the photovoltage is not canceled. Specifically, in the pn junction series structure, the insertion of a very thin metal layer (for example, a thin film such as Au or Ag having a film thickness of about 1 nm) eliminates an electromotive voltage in the reverse direction, and the entire obtained structure. It is known that the open-circuit voltage (Voc) is expressed by the product of the number of pn junctions and Voc indicated by one pn junction (see Non-Patent Document 2). Since Voc in FIG. 5 is 0.3V, if five pn junctions are connected, a voltage of 0.3V × 5 = 1.5V can be obtained with the same area. In this structure, any number of pn junctions can be connected and there is no limit. In the conventional cell of FIG. 13, when the pn junction is overlapped (tandem type), light reaching the pn junction on the rear side is reduced by absorption of the pn junction on the light irradiation side. Two or three is the limit. A conversion efficiency of about 5% is considered possible.
[0036]
(2) Photocurrent can be generated by absorption over most or the entire wavelength region of the sunlight spectrum.
In the solar cell structure of the present invention, when organic semiconductors having different absorption wavelength ranges are stacked, the entire solar spectrum can be covered in principle. As can be seen from the spectrum of FIG. 8, the Me-PTC / H shown above. 2 The combination of Pc covers almost all visible light. For example, if TiOPc or Im-PTC sensitive to infrared light is added, almost the entire solar spectrum can be absorbed. So far, it has been said that the organic solar cell can absorb all the solar spectrum with a combination of organic semiconductors having various absorption wavelengths. However, the above two problems (1) and (2) Such a feature has been erased, and the feature has hardly been revealed as a cell characteristic in practice. However, the features of the solar cell structure of the present invention clearly appear. As shown in FIG. 6, the wavelength dependence without the masking effect is evidence. This is a great advantage of the structure of the present invention.
[0037]
An inorganic semiconductor cannot absorb light having an energy smaller than its band gap (for example, 1.1 eV in crystalline silicon). This determines the theoretical limit of photoelectric energy conversion efficiency, but the solar cell structure of the present invention may possibly achieve an efficiency exceeding the limit.
[0038]
In addition, as shown in FIG. 9, it is possible to further improve the quantum efficiency of generating a photocurrent by appropriately combining organic semiconductor band structures to create a staircase energy structure (see Non-Patent Document 3). . The staircase energy structure facilitates the separation of photogenerated electrons and holes.
[0039]
In addition, when laminating these semiconductor layers in the organic semiconductor layer, the wavelength of sunlight is much longer (300 nm to 1800 nm) even if the film width of each semiconductor layer is as thin as several tens of nm. , Such thin film width cannot be identified (wavelength limit: structures smaller than wavelength, objects cannot be identified). For example, as schematically shown in FIG. 10, if the total width of the organic semiconductor layers is 1 μm (1000 nm) and there are several organic semiconductor layers with a 50 nm film width that absorb a specific wavelength region within the width, Even if there is no semiconductor layer that absorbs the wavelength region in any other layer, all the light in the specific wavelength region having a width of 1 μm is absorbed. This may be called a quantum light condensing effect. This is because the above properties are derived from particle-wave duality, where light behaves as a wave when propagating and behaves as a single photon when absorbed by a semiconductor.
[0040]
(3) Driving under condensing conditions is suitable.
Under condensing, the photoconductivity increases, the influence of internal resistance is reduced, and a large current may flow. As will be described later, this feature is effective when the area is increased.
[0041]
(4) Large area method:
Although the area of the solar battery cell of the present invention is small because it uses the film end face, if a large number of pn junctions are stacked and the total film thickness is increased to about 10 μm, each
[0042]
The vertical junction type organic photovoltaic cell of the present invention has the potential to surpass inorganic solar cells from the viewpoint of effective use of the entire solar spectrum. In addition, a very large voltage can be taken out by connecting a large number of pn junctions in series (when 1000 pieces are connected, 0.3 × 1000 = 300 V. At this time, the organic layer width is 100 nm × 1000 = 10 μm).
[0043]
According to the present invention, a photoelectric energy conversion efficiency of at least 5% or more can be obtained. Actually, in the example, 16 mW / cm 2 However, a large photocurrent density that could not be observed in organic systems has been obtained. Larger areas can also be solved by considering light collection with a lens. The present invention can provide a photoelectric energy conversion by an organic semiconductor, that is, an organic solar cell having a practical efficiency of 5% or more, which has been difficult until now.
[0044]
【The invention's effect】
The organic photovoltaic device of the present invention includes a pn junction composed of a p-type organic semiconductor layer and an n-type organic semiconductor layer as a photovoltaic layer, and the pn junction has an edge on the light irradiation surface and is irradiated with light. Since it is formed in a direction perpendicular to the surface, it is possible to achieve a higher photoelectric energy conversion efficiency than conventional organic semiconductor solar cells.
If a pn junction is connected in series with a plurality of pn junctions and these pn junctions are stacked via a metal layer so as to be parallel to each other, a large voltage can be taken out, and the conventional organic semiconductor Thus, photoelectric energy conversion efficiency of 10% or more, which has been considered impossible, can be realized.
If the metal electrode is selected so that the work function of the electrode in contact with the p-type organic semiconductor is large and the work function of the electrode in contact with the n-type organic semiconductor is small, the metal layer and the organic semiconductor layer The junction between them can be made ohmic, and the photocurrent generated at the pn junction can be efficiently extracted to the outside.
If at least one of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer is a stacked body in which organic semiconductor layers having different band structures are stacked so as to form a staircase energy structure, quantum efficiency for generating a photocurrent can be further improved. Will be able to.
If at least one of the p-type organic semiconductor layer and the n-type organic semiconductor layer is a laminate in which organic semiconductor layers having different light absorption characteristics are laminated, a photocurrent can be generated by absorption over most or the entire wavelength region of the solar spectrum. Can be.
The manufacturing method of the present invention includes a step of forming a first metal electrode layer on a substrate, a p-type or n-type organic semiconductor thin film on the first metal electrode layer, and an organic semiconductor thin film having a conductivity type opposite thereto. Forming a pn junction layer formed by laminating layers, forming a second metal electrode layer on the pn junction layer, and forming the laminate formed by these steps in a direction perpendicular to the film surface And forming the light irradiation surface, and the organic photovoltaic device of the present invention can be manufactured by a combination of existing techniques.
The step of forming the pn junction layer is a step of forming a metal layer and a pn junction layer thereon after laminating a p-type or n-type organic semiconductor thin film and an organic semiconductor thin film of the opposite conductivity type. If at least one of them is included, a pn junction series connection structure can be formed.
On the second metal electrode layer, at least at the position where the laminate on the resin substrate is cut, a protection layer covering the laminate is formed so as to cover a wider area than the laminate. It is possible to effectively prevent the interface between the electrode and the organic semiconductor layer from peeling when the laminate is cut by the layer.
If at least one of the p-type organic semiconductor thin film and the n-type organic semiconductor thin film includes a step of laminating different types of organic semiconductor thin films, the quantum efficiency for generating a photocurrent can be further improved, or most of the solar spectrum can be obtained. Alternatively, a solar battery cell that can absorb the entire wavelength region and generate a photocurrent can be created.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of a vertical junction organic photovoltaic battery cell of one embodiment having one pn junction.
2 is a perspective view showing a structure of a solar battery cell in which a large number of pn junctions are connected by further developing the cell structure of FIG. 1. FIG.
FIG. 3 is an SEM image of a joining end face.
FIG. 4 is a plan view showing a pattern of a metal electrode and an organic semiconductor layer.
FIG. 5 is a current-voltage (IV) characteristic of a vertical junction type organic photovoltaic cell having one vertical pn junction.
FIG. 6 shows the wavelength dependence (black square plot) of the short-circuit photocurrent (Jsc) with Me-PTC and H 2 It is a figure shown with the absorption spectrum (dotted line) of Pc.
FIG. 7 is a chemical structural formula showing main organic semiconductors.
FIG. 8 is a diagram showing an absorption spectrum of the organic semiconductor shown in FIG.
FIG. 9 is a diagram showing the principle of optical carrier generation by a multistage energy structure.
FIG. 10 is a diagram showing a quantum light condensing effect.
FIG. 11 is a diagram showing a lens system for increasing the area by connecting a light irradiation end face of a solar battery cell of one embodiment to a cylindrical lens array.
12 is a chemical formula showing some examples of resins used for dispersing an organic semiconductor when the organic semiconductor layer is a resin-dispersed organic semiconductor film in the present invention. FIG.
FIG. 13 is a schematic cross-sectional view showing a conventional ordinary organic photovoltaic device having a pn junction arranged in parallel to the light irradiation surface.
[Explanation of symbols]
12 p-type organic semiconductor layer
14 n-type organic semiconductor layer
12a, 14a Light irradiation surface
15 pn junction
16, 18 electrodes
Claims (10)
前記第1の金属電極層上にp型又はn型の有機半導体薄膜とそれとは反対導電型の有機半導体薄膜とを積層させてなるpn接合体層を形成する工程と、
前記pn接合体層上に第2の金属電極層を形成する工程と、
これらの工程により形成された積層体を膜面に対して垂直方向に切断して光照射面を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする垂直接合型有機光起電力装置の製造方法。Forming a first metal electrode layer on the substrate;
Forming a pn junction layer by laminating a p-type or n-type organic semiconductor thin film and an organic semiconductor thin film of the opposite conductivity type on the first metal electrode layer;
Forming a second metal electrode layer on the pn junction layer;
Cutting the laminate formed by these steps in a direction perpendicular to the film surface to form a light irradiation surface;
A method of manufacturing a vertical junction organic photovoltaic device, comprising:
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