JP2005158972A - Organic solar cell - Google Patents

Organic solar cell Download PDF

Info

Publication number
JP2005158972A
JP2005158972A JP2003394665A JP2003394665A JP2005158972A JP 2005158972 A JP2005158972 A JP 2005158972A JP 2003394665 A JP2003394665 A JP 2003394665A JP 2003394665 A JP2003394665 A JP 2003394665A JP 2005158972 A JP2005158972 A JP 2005158972A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fullerene
organic
polymer
active layer
solar cell
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2003394665A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Nakamura
将啓 中村
Mitsuo Yaguchi
充雄 矢口
Nobuhiro Ito
宜弘 伊藤
Kenji Kono
謙司 河野
Atsushi Sakai
淳 阪井
Junji Adachi
淳治 安達
Taisuke Nishimori
泰輔 西森
Susumu Kajita
進 梶田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP2003394665A priority Critical patent/JP2005158972A/en
Publication of JP2005158972A publication Critical patent/JP2005158972A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic solar cell wherein an active layer containing an organic electron donor and an electron acceptor is provided between electrodes and its photoelectric conversion characteristic is improved. <P>SOLUTION: The organic solar cell is provided with an active layer 4 including an organic electron donor and an electron acceptor between electrodes 2 and 5. The electron acceptor uses a fullerene polymer, so that a distance between fullerene structures can be kept contact in the active layer 4 to improve the mobility of electron therebetween and the conversion efficiency can be improved. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電子供与体と電子受容体とを含有する活性層を電極間に設けた有機太陽電池に関するものである。   The present invention relates to an organic solar cell in which an active layer containing an electron donor and an electron acceptor is provided between electrodes.

近年、産業の発展に伴いエネルギー使用量が飛躍的に増大しており、その中で地球環境に負荷を与えず、且つ経済的で高性能な新しいクリーンなエネルギー源の開発が求められている。このような新しいエネルギー源として期待されているもののうち、太陽電池は無限にあるといってよい太陽光を利用することから注目されている。   In recent years, the amount of energy used has increased dramatically with the development of industry, and there has been a demand for the development of a new clean energy source that does not put a burden on the global environment and is economical and has high performance. Of those expected as a new energy source, solar cells are attracting attention because they use sunlight, which can be said to be infinite.

このような太陽電池のうち、現在までに実用化されているものの大部分は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン等を用いたシリコン系の無機太陽電池である。しかし、これらの無機シリコン系太陽電池は、その製造プロセスが複雑でコストが高いといった欠点を有しているため、一般家庭に広く普及するには至っていない。   Among such solar cells, most of those that have been put into practical use to date are silicon-based inorganic solar cells using single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, or the like. However, these inorganic silicon solar cells have the disadvantages that their manufacturing process is complicated and expensive, so that they have not been widely used in general households.

そこで、このような無機太陽電池の欠点を解消するために、有機材料を用いた有機太陽電池の研究が盛んになってきている。この有機太陽電池は、簡単なプロセスで短時間に多量に製造することができ、且つ低コスト化・大面積化が可能であるという利点を有している。   Therefore, in order to eliminate the disadvantages of such inorganic solar cells, research on organic solar cells using organic materials has become active. This organic solar cell has an advantage that it can be manufactured in a large amount in a short time by a simple process and can be reduced in cost and increased in area.

しかし、有機太陽電池に用いられる有機材料は、シリコン等の無機材料とは異なり、光励起により生成した電子−正孔対の解離度やキャリア移動度が低い等の欠点も有している。   However, an organic material used for an organic solar cell has disadvantages such as a low degree of dissociation of electron-hole pairs generated by photoexcitation and carrier mobility, unlike an inorganic material such as silicon.

このような問題を克服するためのものとして、最近、電子供与体である導電性高分子と、電子受容体であるフラーレンとを混合した活性層を有する有機太陽電池が、非特許文献１等で提案されている。   In order to overcome such a problem, an organic solar cell having an active layer in which a conductive polymer that is an electron donor and a fullerene that is an electron acceptor has recently been disclosed in Non-Patent Document 1, etc. Proposed.

この非特許文献１には、例えばＩＴＯ電極上に正孔輸送剤であるＰＥＤＯＴをスピンキャスト法にて成膜し、その上に同じくスピンキャスト法により、溶媒に分散させた導電性高分子であるＭＤＭＯ−ＰＰＶとフラーレン誘導体であるＰＣＢＭを成膜し、更に、ＬｉＦ、Ａｌを真空蒸着により積層して太陽電池セルを作製している。このような有機太陽電池としては、ＡＭ１．５光照射で、短絡電流〜５ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧７８０〜８２０ｍＶ、変換効率２．５％のものが得られている。
C.J.Brabec，S.E.Shaheen，T.Fromherz，F.Padinger，J.C.hummelen，A.Dhanabalan，R.A.J.Janssen，N.S.Sariciftci，“Synthetic Metals”，2001年，第121巻，p.1517-1520 In Non-Patent Document 1, for example, PEDOT, which is a hole transport agent, is formed on an ITO electrode by a spin casting method, and the conductive polymer is dispersed in a solvent by the same spin casting method. MDMO-PPV and PCBM which is a fullerene derivative are formed into a film, and LiF and Al are further laminated by vacuum vapor deposition to produce a solar battery cell. As such an organic solar cell, those having a short-circuit current of 5 mA / cm 2 , an open-circuit voltage of 780 to 820 mV, and a conversion efficiency of 2.5% are obtained by irradiation with AM 1.5 light.
CJBrabec, SEShaheen, T.Fromherz, F.Padinger, JChummelen, A.Dhanabalan, RAJJanssen, NSSariciftci, “Synthetic Metals”, 2001, Vol. 121, p.1517-1520

上記の通り、有機電子供与体として導電性高分子等を用いると共に電子受容体としてフラーレンを用いた活性層を有する有機太陽電池は有望である。しかし、これまでのところは、変換効率はシリコン系太陽電池と比べれば未だかなり低いものであり、未だ有用な有機太陽電池の開発には至っていない。   As described above, organic solar cells having an active layer using a conductive polymer or the like as an organic electron donor and using fullerene as an electron acceptor are promising. However, so far, the conversion efficiency is still considerably lower than that of silicon solar cells, and a useful organic solar cell has not yet been developed.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、光電変換特性を向上した有機太陽電池を提供することを目的とするものである。   This invention is made | formed in view of said point, and it aims at providing the organic solar cell which improved the photoelectric conversion characteristic.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を行った結果、フラーレン重合体、特にフラーレン構造を側鎖あるいは主鎖に導入した有機高分子型のフラーレン重合体を、活性層における電子受容体として用いることにより、光電変換効率を向上することができることを見出して、本発明の完成に至ったものである。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that fullerene polymers, particularly organic polymer type fullerene polymers having fullerene structures introduced in the side chains or main chains, in the active layer. It has been found that the photoelectric conversion efficiency can be improved by using it as a receptor, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明に係る有機太陽電池は、有機電子供与体と電子受容体とを含有する活性層４を電極２，５間に設けた有機太陽電池において、前記電子受容体としてフラーレン重合体が用いられていることを特徴とする。   That is, in the organic solar cell according to the present invention, a fullerene polymer is used as the electron acceptor in the organic solar cell in which the active layer 4 containing the organic electron donor and the electron acceptor is provided between the electrodes 2 and 5. It is characterized by being.

上記フラーレン重合体は、高分子鎖を介してフラーレン構造同士が結合した構造を有するものであることが好ましい。   The fullerene polymer preferably has a structure in which fullerene structures are bonded to each other through a polymer chain.

また、上記フラーレン重合体は、有機電子供与体に対して親和性を有する基がフラーレン構造部分に導入された構造を有するものであることも好ましい。   The fullerene polymer preferably has a structure in which a group having affinity for an organic electron donor is introduced into a fullerene structure portion.

また、上記フラーレン重合体は、活性層４作製時に用いられる溶媒に対して親和性を有する基がフラーレン構造部分に導入された構造を有することが好ましい。   In addition, the fullerene polymer preferably has a structure in which a group having an affinity for the solvent used in the preparation of the active layer 4 is introduced into the fullerene structure portion.

本発明によれば、活性層中に電子受容体としてフラーレン重合体を含有することで、活性層中におけるフラーレン構造間の距離を一定に保ち、フラーレン構造間の電子移動度を高めることができて、光電変換効率の向上を図ることができるものである。   According to the present invention, by containing a fullerene polymer as an electron acceptor in the active layer, the distance between the fullerene structures in the active layer can be kept constant, and the electron mobility between the fullerene structures can be increased. It is possible to improve the photoelectric conversion efficiency.

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

図１は有機太陽電池の一例を示す。図示の例では基板１の表面上に透明導電膜等により電極（正極２）を形成し、この正極２の表面上にホール輸送層３を介して、有機電子供与体とフラーレン重合体とを含有する活性層４を積層し、更にこの活性層４の上に透明導電材料等からなる電極（負極５）を積層して、有機太陽電池セル６が構成されている。尚、図示のものは有機太陽電池セル６の基本的な構成を示すものであり、このような構成以外にも従来公知の適宜の構成を採用することができる。このとき、正極２と負極５のうち少なくとも一方の電極を透明電極にて形成し、この透明電極を介して活性層４に光が入射されるようにすることが好ましい。   FIG. 1 shows an example of an organic solar cell. In the illustrated example, an electrode (positive electrode 2) is formed on the surface of the substrate 1 by a transparent conductive film or the like, and an organic electron donor and a fullerene polymer are contained on the surface of the positive electrode 2 via a hole transport layer 3. The organic solar cell 6 is configured by laminating the active layer 4 to be laminated and further laminating an electrode (negative electrode 5) made of a transparent conductive material or the like on the active layer 4. In addition, the thing of illustration shows the basic composition of the organic photovoltaic cell 6, and conventionally well-known appropriate structures other than such a structure are employable. At this time, it is preferable that at least one of the positive electrode 2 and the negative electrode 5 is formed of a transparent electrode, and light is incident on the active layer 4 through the transparent electrode.

上記の活性層４中には、電子供与体と電子受容体を含有させるものであり、本発明ではこの活性層４中に好ましくは電子供与体と電子受容体が互いに混合・分散されるように含有される。そして、電子供与体として有機電子供与体を含有させると共に、電子受容体としてはフラーレン重合体を含有させるものである。   The active layer 4 contains an electron donor and an electron acceptor. In the present invention, the electron donor and the electron acceptor are preferably mixed and dispersed in the active layer 4. Contained. And while containing an organic electron donor as an electron donor, a fullerene polymer is contained as an electron acceptor.

本発明ではこのように有機太陽電池セル６の活性層４に、有機電子供与体と共に、電子受容体としてフラーレン重合体（L.Xiao，H.Shimotani，M.Ozawa，J.Li，N.Dragoe，K.Saigo，K.Kitazawa，“Journal of Polymer Science，Part A，Polymer Chemistry”，1999年，第37巻，p.3632-3637）が含有されていることから、活性層４に光が入射されると、有機電子供与体とフラーレン重合体との界面において電荷分離が生じる。このとき生じた正孔は有機電子供与体間を受け渡しされて正極２まで達し、電子はフラーレン構造間を受け渡しされて負極５に達する。このときフラーレン構造間の距離は電子移動度の重要なファクターの一つとなるものであり、重合体でないフラーレンを活性層４に含有させる場合と比べて、フラーレン重合体を用いると、同一重合体内ではフラーレン構造間で一定距離を保証されているため、電子移動度が向上する。これにより、本発明では、より変換効率の優れた太陽電池を作製することが可能となるものである。   In the present invention, fullerene polymers (L. Xiao, H. Shimotani, M. Ozawa, J. Li, N. Dragoe) as an electron acceptor are formed on the active layer 4 of the organic solar battery cell 6 as described above. , K. Saigo, K. Kitazawa, “Journal of Polymer Science, Part A, Polymer Chemistry”, 1999, Vol. 37, p.3632-3637), so that light is incident on the active layer 4 Then, charge separation occurs at the interface between the organic electron donor and the fullerene polymer. The holes generated at this time are transferred between the organic electron donors and reach the positive electrode 2, and the electrons are transferred between the fullerene structures and reach the negative electrode 5. At this time, the distance between the fullerene structures is one of the important factors of the electron mobility. Compared with the case where the active layer 4 contains fullerene which is not a polymer, when the fullerene polymer is used, Since a certain distance is guaranteed between fullerene structures, electron mobility is improved. Thereby, in this invention, it becomes possible to produce the solar cell which was more excellent in conversion efficiency.

以下、本発明の有機太陽電池を構成する部材について述べる。   Hereinafter, the member which comprises the organic solar cell of this invention is described.

基板１は、光透過性を有するものであり、無色透明のもののほか、多少着色されているものであっても、またすりガラス状等の半透明のものでも良い。例えばソーダライムガラスや無アルカリガラス等の透明ガラス基板や、透明プラスチック基板などを用いることができる。尚、光を負極５側から入射する場合には、光透過性はなくても良い。   The substrate 1 is light-transmitting and may be slightly colored or semi-transparent, such as frosted glass, in addition to being colorless and transparent. For example, a transparent glass substrate such as soda lime glass or non-alkali glass, a transparent plastic substrate, or the like can be used. In addition, when light enters from the negative electrode 5 side, there is no need for light transmittance.

正極２は正極２と負極５との間で発生した正孔を効率よく収集するための電極であり、仕事関数の大きい金属、合金、電気伝導性化合物、あるいはこれらの混合物からなる電極材料を用いることが好ましく、特に仕事関数が４ｅＶ以上のものを用いることが好ましい。このような電極材料としては、例えばＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、ＳｎＯ2、ＡＺＯ、ＩＺＯ、ＧＺＯ等の導電性透明材料が挙げられる。正極２は、例えばこれらの電極材料を基板１の表面に真空蒸着法、イオンプレーティング法、スパッタリング法等の方法で薄膜に形成することによって作製することができる。 The positive electrode 2 is an electrode for efficiently collecting holes generated between the positive electrode 2 and the negative electrode 5, and an electrode material made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, or a mixture thereof having a high work function is used. It is preferable to use a material having a work function of 4 eV or more. Examples of such an electrode material include conductive transparent materials such as ITO (indium tin oxide), SnO 2 , AZO, IZO, and GZO. The positive electrode 2 can be produced, for example, by forming these electrode materials on the surface of the substrate 1 into a thin film by a method such as vacuum deposition, ion plating, or sputtering.

また負極５は、活性層４中に発生した電子を効率よく収集するための電極であり、仕事関数の小さい金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物からなる電極材料で形成することが好ましく、特に仕事関数が５ｅＶ以下のものを用いることが望ましい。このような負極５の電極材料としては、Ａｌ、Ｃａ等に代表される金属電極材料が挙げられる。負極５は、例えばこれらの電極材料を用い、真空蒸着法やスパッタリング法等の方法により薄膜に形成することができる。   The negative electrode 5 is an electrode for efficiently collecting electrons generated in the active layer 4, and is preferably formed of an electrode material made of a metal, an alloy, an electrically conductive compound, and a mixture thereof having a low work function. In particular, it is desirable to use a work function of 5 eV or less. Examples of the electrode material of the negative electrode 5 include metal electrode materials typified by Al, Ca and the like. The negative electrode 5 can be formed into a thin film by a method such as a vacuum deposition method or a sputtering method using these electrode materials, for example.

またホール輸送層３を形成するホール輸送材料としては、正孔を輸送する能力を有し、更に電子のホール輸送層３への移動を防止し、且つ薄膜形成能力に優れた化合物を挙げることができる。具体的にはフタロシアニン誘導体、ナフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、Ｎ，Ｎ’−ビス（３−メチルフェニル）−（１，１’−ビフェニル）−４，４’−ジアミン（ＴＰＤ）や４，４’−ビス［Ｎ−（ナフチル）−Ｎ−フェニル−アミノ］ビフェニル（α−ＮＰＤ）等の芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、４，４’，４”−トリス（Ｎ−（３−メチルフェニル）Ｎ−フェニルアミノ）トリフェニルアミン（ｍ−ＭＴＤＡＴＡ）、及びポリビニルカルバゾール、ポリシラン、ポリエチレンジオキシチオフェン：ポリスチレンスルフォネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）等の導電性高分子などの高分子材料を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。   Further, examples of the hole transport material for forming the hole transport layer 3 include compounds having the ability to transport holes, further preventing the movement of electrons to the hole transport layer 3, and being excellent in thin film forming ability. it can. Specifically, phthalocyanine derivatives, naphthalocyanine derivatives, porphyrin derivatives, N, N′-bis (3-methylphenyl)-(1,1′-biphenyl) -4,4′-diamine (TPD) and 4,4 ′ -Aromatic diamine compounds such as bis [N- (naphthyl) -N-phenyl-amino] biphenyl (α-NPD), oxazole, oxadiazole, triazole, imidazole, imidazolone, stilbene derivative, pyrazoline derivative, tetrahydroimidazole, poly Arylalkane, butadiene, 4,4 ′, 4 ″ -tris (N- (3-methylphenyl) N-phenylamino) triphenylamine (m-MTDATA), and polyvinylcarbazole, polysilane, polyethylenedioxythiophene: polystyrene Phonate (PEDOT It can be given a polymer material such as a conductive polymer PSS), etc., but is not limited thereto.

また活性層４に用いる有機電子供与体としては、フタロシアニン系顔料、インジゴ、チオインジゴ系顔料、キナクリドン系顔料、メロシアニン化合物、シアニン化合物、スクアリウム化合物や、また有機電子写真感光体に用いられる電荷移動剤、電気伝導性有機電荷移動錯体などを挙げることができ、更には導電性高分子を挙げることができる。   Examples of the organic electron donor used in the active layer 4 include phthalocyanine pigments, indigo, thioindigo pigments, quinacridone pigments, merocyanine compounds, cyanine compounds, squalium compounds, and charge transfer agents used in organic electrophotographic photoreceptors, Examples thereof include electroconductive organic charge transfer complexes, and further examples include conductive polymers.

上記のフタロシアニン系顔料としては、中心金属がＣｕ，Ｚｎ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｐｂ，Ｐｔ，Ｆｅ，Ｍｇ等の２価のもの、無金属フタロシアニン、アルミニウムクロロフタロシアニン、インジウムクロロフタロシアニン、ガリウムクロロフタロシアニン等のハロゲン原子が配位した３価金属のフタロシアニン、その他バナジルフタロシアニン、チタニルフタロシアニン等の酸素が配位したフタロシアニン等があるが、特にこれに限定されるものではない。   Examples of the phthalocyanine pigment include divalent pigments such as Cu, Zn, Co, Ni, Pb, Pt, Fe, and Mg, metal-free phthalocyanine, aluminum chlorophthalocyanine, indium chlorophthalocyanine, and gallium chlorophthalocyanine. Examples of trivalent metal phthalocyanine coordinated with a halogen atom, phthalocyanine coordinated with oxygen such as vanadyl phthalocyanine, titanyl phthalocyanine, and the like are not particularly limited thereto.

上記の電荷移動剤としては、ヒドラジン化合物、ピラゾリン化合物、トリフェニルメタン化合物、トリフェニルアミン化合物等があるが、特にこれらに限定されるものではない。   Examples of the charge transfer agent include, but are not limited to, hydrazine compounds, pyrazoline compounds, triphenylmethane compounds, and triphenylamine compounds.

上記電気伝導性有機電荷移動錯体としては、テトラチオフルバレン、テトラフェニルテトラチオフラバレン等があるが特にこれに限定されるものではない。   Examples of the electroconductive organic charge transfer complex include tetrathiofulvalene and tetraphenyltetrathioflavalene, but are not particularly limited thereto.

上記導電性高分子としては、特に制限されるものではないが、特にポリ（３−アルキルチオフェン）等のポリチオフェン誘導体、（２−メトキシ−５−（３’，７’−ジメチルオクチルオキシ）−１，４−フェニレン−ビニレン）（ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）等のポリ（ｐ−フェニレン）−ビニレン誘導体などのようにトルエン等の有機溶媒に可溶なものが挙げられる。有機電子供与体として特にこのような導電性高分子を用いると、フラーレン重合体との界面面積が増大し、電荷分離が生じやすくなる。また導電性高分子を用いる場合には、特にポリ（ｐ−フェニレン）−ビニレン誘導体及びポリチオフェン誘導体から選択される少なくとも一種のもの用いることが好ましく、この場合はエネルギー準位により、電荷分離が生じやすくなる。   The conductive polymer is not particularly limited, but is particularly a polythiophene derivative such as poly (3-alkylthiophene), (2-methoxy-5- (3 ′, 7′-dimethyloctyloxy) -1 , 4-phenylene-vinylene) (MDMO-PPV) and the like, and those soluble in an organic solvent such as toluene. In particular, when such a conductive polymer is used as the organic electron donor, the interface area with the fullerene polymer is increased, and charge separation tends to occur. In the case of using a conductive polymer, it is preferable to use at least one selected from poly (p-phenylene) -vinylene derivatives and polythiophene derivatives, and in this case, charge separation is likely to occur due to energy levels. Become.

活性層４を形成するにあたっては、例えば上記の有機電子供与体とフラーレン重合体とを所定の比率でピリジン−クロロフォルム溶液等の適宜の溶媒中に分散・混合した混合液をスピンコート法等により塗布した後、溶媒を揮散させることにより成膜することで形成することができるが、特にこのような手法に限られない。   In forming the active layer 4, for example, a mixed solution in which the above organic electron donor and fullerene polymer are dispersed and mixed in an appropriate solvent such as a pyridine-chloroform solution at a predetermined ratio is applied by a spin coating method or the like. Then, the film can be formed by evaporating the solvent to form a film, but the method is not particularly limited thereto.

また活性層４中における有機電子供与体とフラーレン重合体との含有比率は、有機電子供与体及びフラーレン重合体の種類等に応じ、所望の光電変換特性を発揮するように適宜設定すれば良いが、好ましくは有機電子供与体の含有重量に対するフラーレン重合体の重量比率が７５〜８０％となるように含有させることが好ましい。   Further, the content ratio of the organic electron donor and the fullerene polymer in the active layer 4 may be appropriately set so as to exhibit desired photoelectric conversion characteristics according to the types of the organic electron donor and the fullerene polymer. The fullerene polymer is preferably contained in a weight ratio of 75 to 80% with respect to the content of the organic electron donor.

ところで、フラーレン重合体は、１分子中に複数のフラーレン構造を含む高分子化合物であり、フラーレンの単量体同士が結合して多量体化した構造を有するポリマー相フラーレン結晶と、高分子鎖を介してフラーレン同士が結合した構造を有する有機高分子型のものとが挙げられる。ポリマー相フラーレン結晶としては−（−Ｃ60−）n−等を挙げることができる。また、有機高分子型のフラーレン重合体は、有機高分子化合物の主鎖又は側鎖にフラーレン構造を導入した構造を有するものであり、例えばポリ（４，４’−カルボニルビスフェニレンｔｒａｎｓ−２−［６０］フラーレノビスアセトアミド）等が挙げられる。 By the way, a fullerene polymer is a polymer compound containing a plurality of fullerene structures in one molecule, and a polymer phase fullerene crystal having a structure in which fullerene monomers are combined to form a multimer and a polymer chain. Organic polymer type having a structure in which fullerenes are bonded to each other. The polymer phase fullerene crystals - (- C 60 -) n - , and the like. The organic polymer type fullerene polymer has a structure in which a fullerene structure is introduced into the main chain or side chain of the organic polymer compound. For example, poly (4,4′-carbonylbisphenylene trans-2- [60] fullerenobisacetamide) and the like.

このうち、特に有機高分子型のフラーレン重合体は有機溶媒に可溶であるため、活性層４の作製時における溶媒への分散・混合性が向上し、これにより有機電子供与体とフラーレン重合体とが十分に分散・混合された活性層４を形成することができる。   Among these, the organic polymer type fullerene polymer is particularly soluble in an organic solvent, so that the dispersibility / mixability in the solvent during the production of the active layer 4 is improved, whereby the organic electron donor and the fullerene polymer are improved. Can be formed in which the active layer 4 is sufficiently dispersed and mixed.

また、このフラーレン重合体としては、活性層４の作製時に用いられる溶媒に対して親和性を有する基がフラーレン構造部分に導入された構造を有するものを用いることが好ましく、この場合、活性層４の作製時における溶媒への溶解性が特に向上して、有機電子供与体とフラーレン重合体とが更に十分に分散・混合された活性層４を形成することができる。例えば溶媒としてヘキサン、トルエン等の無極性溶媒のようなものを用いる場合に、フラーレン重合体としては、フラーレン構造部分にブチル基、ヘキシル基、ドデシル基等の炭化水素鎖が導入されたフラーレン重合体を用いることが好ましい。例えばヘキシル基を導入したものとして、下記の化学式に示すものを挙げることができる。尚、式中では球状のフラーレン構造のうち一方の半球部分のみを示し、他方の半球部分の構造を省略して示している。   Further, as the fullerene polymer, it is preferable to use a polymer having a structure in which a group having an affinity for the solvent used in the preparation of the active layer 4 is introduced into the fullerene structure portion. In particular, the solubility in a solvent at the time of preparation of the active layer 4 can be improved, and the active layer 4 in which the organic electron donor and the fullerene polymer are further sufficiently dispersed and mixed can be formed. For example, when a solvent such as a non-polar solvent such as hexane or toluene is used, the fullerene polymer is a fullerene polymer in which hydrocarbon chains such as butyl, hexyl, and dodecyl groups are introduced into the fullerene structure. Is preferably used. For example, those having a hexyl group introduced may be those represented by the following chemical formula. In the formula, only one hemispherical portion of the spherical fullerene structure is shown, and the structure of the other hemispherical portion is omitted.

Figure 2005158972
Figure 2005158972

また、フラーレン重合体としては、活性層を形成するために併用される有機電子供与体に対して親和性を有する基が、フラーレン構造部分に導入された構造を有するものを用いることによって、有機電子供与体とフラーレン重合体との分散・混合性を向上することもできる。例えば有機電子供与体としてポリ（３−ヘキシルチオフェン）のようなものを用いる場合に、フラーレン重合体としては、フラーレン構造部分にブチル基が導入されたフラーレン重合体などを用いることが好ましい。   In addition, as a fullerene polymer, an organic electron can be obtained by using a polymer having a structure in which a group having an affinity for an organic electron donor used together to form an active layer is introduced into a fullerene structure portion. The dispersibility / mixability of the donor and the fullerene polymer can also be improved. For example, when a material such as poly (3-hexylthiophene) is used as the organic electron donor, it is preferable to use a fullerene polymer in which a butyl group is introduced into the fullerene structure portion.

以下に本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES The present invention will be described more specifically with reference to examples below, but the present invention is not limited to these examples.

（実施例１）
厚み０．７ｍｍのガラス基板（基板１）上に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）をスパッタしてシート抵抗７Ω／□の正極２を形成したＩＴＯガラス（三容真空社製）を用い、これをアセトン、イソプロピルアルコールで１５分間超音波洗浄した後、乾燥させた。 (Example 1)
Using ITO glass (manufactured by Sanyo Vacuum Co., Ltd.) on which a positive electrode 2 having a sheet resistance of 7Ω / □ was formed by sputtering ITO (indium tin oxide) on a glass substrate (substrate 1) having a thickness of 0.7 mm. After ultrasonic cleaning with acetone and isopropyl alcohol for 15 minutes, it was dried.

この正極２の面上にホール輸送層３としてポリエチレンジオキシチオフェン：ポリスチレンスルフォネート（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）をスピンコート法により１００ｎｍの厚みに成膜した。   Polyethylene dioxythiophene: polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS) was formed as a hole transport layer 3 on the surface of the positive electrode 2 to a thickness of 100 nm by a spin coating method.

次に、活性層４として、１重量部のポリ（２−メトキシ−５−（３’，７’−ジメチルオクチルオキシ）−１，４−フェニレン−ビニレン）（ＭＤＭＯ−ＰＰＶ）と、４重量部のフラーレン重合体（ポリ（４，４’−カルボニルビスフェニレンｔｒａｎｓ−２−［６０］−フラーレノビスアセトアミド））とを混合したクロロベンゼン溶液を、スピンコート法により１００ｎｍの厚みに成膜した。   Next, as the active layer 4, 1 part by weight of poly (2-methoxy-5- (3 ', 7'-dimethyloctyloxy) -1,4-phenylene-vinylene) (MDMO-PPV) and 4 parts by weight A chlorobenzene solution mixed with a fullerene polymer (poly (4,4′-carbonylbisphenylene trans-2- [60] -fullerenobisacetamide)) was formed to a thickness of 100 nm by spin coating.

更にこの活性層４の表面上に負極５として、真空蒸着によりＬｉＦ膜、アルミニウム膜を順次成膜し、有機太陽電池を得た。   Further, an LiF film and an aluminum film were sequentially formed as a negative electrode 5 on the surface of the active layer 4 by vacuum vapor deposition to obtain an organic solar cell.

（実施例２）
実施例１において、活性層４を作製するにあたり、ＭＤＭＯ−ＰＰＶに代えてポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ）を用いた。それ以外は実施例１と同様にして、有機太陽電池を得た。 (Example 2)
In Example 1, in producing the active layer 4, poly (3-hexylthiophene) (P3HT) was used instead of MDMO-PPV. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the organic solar cell.

（実施例３）
実施例１において、活性層４を作製するにあたり、溶媒としてクロロベンゼンに代えてヘキサンを使用した。それ以外は実施例１と同様にして、有機太陽電池を得た。 (Example 3)
In Example 1, hexane was used in place of chlorobenzene as the solvent in producing the active layer 4. Other than that was carried out similarly to Example 1, and obtained the organic solar cell.

（実施例４）
実施例１において、活性層４を作製するにあたり、溶媒としてクロロベンゼンに代えてヘキサンを使用し、且つ、フラーレン重合体として（ポリ（４，４’−カルボニルビスフェニレンｔｒａｎｓ−２−［６０］−フラーレノビスアセトアミド））に代えて、この（ポリ（４，４’−カルボニルビスフェニレンｔｒａｎｓ−２−［６０］−フラーレノビスアセトアミド））にヘキシル基を（溶媒及び電子供与体と親和性のある基として）導入したものを用いた。 Example 4
In Example 1, in preparing the active layer 4, hexane was used instead of chlorobenzene as a solvent, and poly (4,4′-carbonylbisphenylene trans-2- [60] -fullerene was used as a fullerene polymer. (Nobisacetamido)) instead of (poly (4,4′-carbonylbisphenylene trans-2- [60] -fullerenobisacetamido)) with a hexyl group as a group having an affinity for the solvent and the electron donor. ) The introduced one was used.

（比較例１）
フラーレン重合体に代えて、フラーレン誘導体である［６，６］−ＰＣＢＭを用いた以外は、実施例１と同様にして有機太陽電池を作製した。 (Comparative Example 1)
An organic solar cell was produced in the same manner as in Example 1 except that [6,6] -PCBM, which is a fullerene derivative, was used instead of the fullerene polymer.

（評価）
上記の実施例１及び比較例１で得られた各有機太陽電池を、電流計（ＫＥＹＴＨＬＥＹ社製、２３６モデル）に接続し、１００ｍＷ／ｃｍ2の強度のソーラーシミュレータ（山下電装社製）を用いて、有機太陽電池の変換効率を測定し、比較例１の変換効率を１．００として規格化した。 (Evaluation)
Each organic solar cell obtained in Example 1 and Comparative Example 1 was connected to an ammeter (manufactured by KEYTHLEY, 236 model), and a solar simulator (manufactured by Yamashita Denso Co., Ltd.) having an intensity of 100 mW / cm 2 was used. Then, the conversion efficiency of the organic solar cell was measured, and the conversion efficiency of Comparative Example 1 was normalized as 1.00.

その結果、実施例１は１．０８、実施例２は１．０６、実施例３は１．０８、実施例４は１．１０となり、比較例の変換効率１．００に対して、いずれの実施例も高い変換効率が得られた。   As a result, Example 1 was 1.08, Example 2 was 1.06, Example 3 was 1.08, and Example 4 was 1.10. Also in the examples, high conversion efficiency was obtained.

本発明の実施の形態の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

２ 正極
４ 活性層
５ 負極 2 Positive electrode 4 Active layer 5 Negative electrode

Claims (5)

有機電子供与体と電子受容体とを含有する活性層を電極間に設けた有機太陽電池において、前記電子受容体としてフラーレン重合体が用いられていることを特徴とする有機太陽電池。   In the organic solar cell in which an active layer containing an organic electron donor and an electron acceptor is provided between electrodes, a fullerene polymer is used as the electron acceptor. 上記フラーレン重合体が、高分子鎖を介してフラーレン構造同士が結合した構造を有するものであることを特徴とする請求項１に記載の有機太陽電池。   The organic solar cell according to claim 1, wherein the fullerene polymer has a structure in which fullerene structures are bonded to each other via a polymer chain. 上記フラーレン重合体が、有機電子供与体に対して親和性を有する基がフラーレン構造部分に導入された構造を有するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の有機太陽電池。   The organic solar cell according to claim 1 or 2, wherein the fullerene polymer has a structure in which a group having an affinity for an organic electron donor is introduced into a fullerene structure portion. 上記フラーレン重合体が、活性層作製時に用いられる溶媒に対して親和性を有する基がフラーレン構造部分に導入された構造を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の有機太陽電池。   The organic sun according to any one of claims 1 to 3, wherein the fullerene polymer has a structure in which a group having an affinity for a solvent used in preparing an active layer is introduced into a fullerene structure portion. battery. 上記有機電子供与体が、導電性ポリマーからなるものであることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の有機太陽電池。
The organic solar cell according to any one of claims 1 to 4, wherein the organic electron donor is made of a conductive polymer.
JP2003394665A 2003-11-25 2003-11-25 Organic solar cell Withdrawn JP2005158972A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003394665A JP2005158972A (en) 2003-11-25 2003-11-25 Organic solar cell

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003394665A JP2005158972A (en) 2003-11-25 2003-11-25 Organic solar cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2005158972A true JP2005158972A (en) 2005-06-16

Family

ID=34720666

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003394665A Withdrawn JP2005158972A (en) 2003-11-25 2003-11-25 Organic solar cell

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2005158972A (en)

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007029750A1 (en) * 2005-09-06 2007-03-15 Kyoto University Organic thin film photoelectric converter and method for manufacturing same
JP2007095782A (en) * 2005-09-27 2007-04-12 Matsushita Electric Works Ltd Method of manufacturing organic solar cell
JP2009132674A (en) * 2007-10-31 2009-06-18 Idemitsu Kosan Co Ltd Photoelectric converter material composed of acenaphthofluoranthene compound and photoelectric converter using the same
WO2010140187A1 (en) * 2009-06-02 2010-12-09 パイオニア株式会社 Photoelectric conversion element and method for manufacturing the same
KR101025240B1 (en) * 2008-10-24 2011-03-29 재단법인대구경북과학기술원 Organic Solar Cell
KR101038469B1 (en) 2009-04-13 2011-06-01 광주과학기술원 Tandem organic solar cell having polymer electrolyte layer and method of fabricating the same
WO2011105624A1 (en) * 2010-02-25 2011-09-01 Fujifilm Corporation Photoelectric conversion device, imaging device and production methods thereof
KR101078149B1 (en) * 2008-12-04 2011-10-28 네이셔널 치아오 텅 유니버시티 Method for fabricating an organic optoelectronic component
JP2011222556A (en) * 2010-04-02 2011-11-04 Idemitsu Kosan Co Ltd Quinoxaline compound and organic thin film solar cell prepared using the same
KR101085101B1 (en) * 2009-12-24 2011-11-21 한국기계연구원 P-type Metal oxide-carbon nanotube composite film for organic solar cell, the method for preparation of P-type metal oxide-carbon nanotube composite film and organic solar cell with enhanced light to electric energy conversion using thereof
KR101098792B1 (en) 2010-02-26 2011-12-26 재단법인대구경북과학기술원 Organic Solar Cells with biphenyl compounds
JP2012169566A (en) * 2011-02-16 2012-09-06 Ricoh Co Ltd Organic thin-film solar cell
KR101251447B1 (en) 2010-10-28 2013-04-05 재단법인대구경북과학기술원 Heterocyclic Compounds and Organic Solar Cell Including the same
US8729387B2 (en) 2008-08-22 2014-05-20 Konica Minolta Holdings, Inc. Organic photoelectric conversion element, solar cell and optical sensor array
CN104253217A (en) * 2013-06-27 2014-12-31 海洋王照明科技股份有限公司 Solar cell device and method for manufacturing same

Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8012530B2 (en) 2005-09-06 2011-09-06 Kyoto University Organic thin-film photoelectric conversion element and method of manufacturing the same
WO2007029750A1 (en) * 2005-09-06 2007-03-15 Kyoto University Organic thin film photoelectric converter and method for manufacturing same
JP2007095782A (en) * 2005-09-27 2007-04-12 Matsushita Electric Works Ltd Method of manufacturing organic solar cell
JP4534930B2 (en) * 2005-09-27 2010-09-01 パナソニック電工株式会社 Manufacturing method of organic solar cell
JP2009132674A (en) * 2007-10-31 2009-06-18 Idemitsu Kosan Co Ltd Photoelectric converter material composed of acenaphthofluoranthene compound and photoelectric converter using the same
US8729387B2 (en) 2008-08-22 2014-05-20 Konica Minolta Holdings, Inc. Organic photoelectric conversion element, solar cell and optical sensor array
KR101025240B1 (en) * 2008-10-24 2011-03-29 재단법인대구경북과학기술원 Organic Solar Cell
KR101078149B1 (en) * 2008-12-04 2011-10-28 네이셔널 치아오 텅 유니버시티 Method for fabricating an organic optoelectronic component
KR101038469B1 (en) 2009-04-13 2011-06-01 광주과학기술원 Tandem organic solar cell having polymer electrolyte layer and method of fabricating the same
WO2010140187A1 (en) * 2009-06-02 2010-12-09 パイオニア株式会社 Photoelectric conversion element and method for manufacturing the same
KR101085101B1 (en) * 2009-12-24 2011-11-21 한국기계연구원 P-type Metal oxide-carbon nanotube composite film for organic solar cell, the method for preparation of P-type metal oxide-carbon nanotube composite film and organic solar cell with enhanced light to electric energy conversion using thereof
US8686408B2 (en) 2010-02-25 2014-04-01 Fujifilm Corporation Photoelectric conversion device, imaging device and production methods thereof
JP2011199253A (en) * 2010-02-25 2011-10-06 Fujifilm Corp Photoelectric conversion device, imaging device, and manufacturing method thereof
WO2011105624A1 (en) * 2010-02-25 2011-09-01 Fujifilm Corporation Photoelectric conversion device, imaging device and production methods thereof
KR101577858B1 (en) 2010-02-25 2015-12-28 후지필름 가부시키가이샤 Photoelectric conversion device, imaging device and production methods thereof
KR20130009953A (en) * 2010-02-25 2013-01-24 후지필름 가부시키가이샤 Photoelectric conversion device, imaging device and production methods thereof
KR101098792B1 (en) 2010-02-26 2011-12-26 재단법인대구경북과학기술원 Organic Solar Cells with biphenyl compounds
JP2011222556A (en) * 2010-04-02 2011-11-04 Idemitsu Kosan Co Ltd Quinoxaline compound and organic thin film solar cell prepared using the same
KR101251447B1 (en) 2010-10-28 2013-04-05 재단법인대구경북과학기술원 Heterocyclic Compounds and Organic Solar Cell Including the same
JP2012169566A (en) * 2011-02-16 2012-09-06 Ricoh Co Ltd Organic thin-film solar cell
CN104253217A (en) * 2013-06-27 2014-12-31 海洋王照明科技股份有限公司 Solar cell device and method for manufacturing same

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ragoussi et al. New generation solar cells: concepts, trends and perspectives
Heremans et al. Strategies for increasing the efficiency of heterojunction organic solar cells: material selection and device architecture
EP1855323A1 (en) Multilayer organic solar cell
US11329241B2 (en) Exciton-blocking treatments for buffer layers in organic photovoltaics
JP5580976B2 (en) Organic thin film solar cell
JP5583809B2 (en) Organic solar cell
CN104137287A (en) Materials for controlling the epitaxial growth of photoactive layers in photovoltaic devices
JP2007035893A (en) Organic power generation element
JP2005158972A (en) Organic solar cell
US20210288261A1 (en) Polymer photovoltaics employing a squaraine donor additive
JP2004165516A (en) Organic solar cell
US20120247557A1 (en) Organic solar cell
KR20150091102A (en) Hybrid planar-graded heterojunction for organic photovoltaics
CN104854720A (en) Organic optoelectronics with electrode buffer layers
JP5118296B2 (en) Stacked organic solar cell
JP4120362B2 (en) Organic solar cells
TW201411900A (en) Multijunction organic photovoltaics incorporating solution and vacuum deposited active layers
JP2011124567A (en) Organic solar cell
KR20150087367A (en) Hybrid planar-mixed heterojunction for organic photovoltaics
JP2007173636A (en) Manufacturing method for organic solar cell
WO2012160911A1 (en) Organic photoelectric conversion element
JP2004207401A (en) Organic solar cell and its manufacturing method
JP2004349657A (en) Organic solar cell
JP2006279011A (en) Stacked organic solar cell
JP2004356229A (en) Organic photoelectric conversion device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20070206