JP2005175131A - Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof, electronic apparatus and manufacturing method thereof, and light emitting element and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoelectric conversion element capable of utilizing emitted light effectively to the utmost so as to obtain a high photoelectric conversion efficiency and to provide a simple manufacturing method thereof. <P>SOLUTION: A plurality of linear organic semiconductor layers 11 are arranged in parallel within a plane at a prescribed interval in parallel, and a common electrode layer 12 and a transparent common electrode layer 13 are provided to an upper part and a lower part of the organic semiconductor layers 11 as entire electrodes. Electrodes 14, 15 are respectively provided to one side face and the other side face of each organic semiconductor layer 11. The lower end of the electrode 14 is electrically connected to the common electrode layer 12, an insulation layer 16 is provided to the upper end and electrically isolated from the transparent common electrode layer 13. The upper end of the electrode 15 is electrically connected to the transparent common electrode layer 13 and the lower end is provided with an insulation layer 17, which is electrically isolated from the common electrode layer 12. A transparent protection layer 19 is provided onto the transparent common electrode layer 13. Light is emitted from the transparent protection layer 19 to the organic semiconductor layers 11. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、光電変換素子およびその製造方法ならびに電子装置およびその製造方法ならびに発光素子およびその製造方法に関し、例えば、有機半導体を用いた有機太陽電池に適用して好適なものである。   The present invention relates to a photoelectric conversion element, a manufacturing method thereof, an electronic device, a manufacturing method thereof, a light emitting element and a manufacturing method thereof, and is suitable for application to an organic solar cell using an organic semiconductor, for example.

有機太陽電池は、有機化合物からなる有機半導体を光電変換材料に用いた太陽電池である。この有機太陽電池は、シリコン系太陽電池に比べて大きな吸光係数や吸収波長の制御の容易さから、注目を集めてきた。   An organic solar cell is a solar cell using an organic semiconductor made of an organic compound as a photoelectric conversion material. This organic solar cell has attracted attention because of its ease of control of a large extinction coefficient and absorption wavelength compared to a silicon-based solar cell.

有機太陽電池としては、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体とからなる共蒸着複合膜をｐ型有機半導体膜とｎ型有機半導体膜とで挟んでサンドイッチ状の積層体を構成し、ｐ型有機半導体膜上に金属電極、ｎ型有機半導体膜上に透明電極を付けた構造のものが提案されている（特許文献１）。また、二種類の有機半導体層を透明電極と金属電極とで挟み込んだ構造とし、一方の有機半導体層を結晶微粒子状、他方の有機半導体層をアモルファス状態にすることで異種有機半導体層界面での電子移動効果などにより大きな光電流を生じるようにして光電変換能力の向上を図る有機太陽電池も提案されている（特許文献２）。
特開２００２−１００７９３号公報 特開２００２−７６３９１号公報 なお、特許文献３には、有機半導体層の材料として、ペリレン−フタロシアニンからなる系が報告されている。 特許第３４２３２７９号明細書 As an organic solar cell, a sandwich-type laminate is formed by sandwiching a co-evaporated composite film composed of a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor between the p-type organic semiconductor film and the n-type organic semiconductor film, and the p-type organic A structure having a metal electrode on a semiconductor film and a transparent electrode on an n-type organic semiconductor film has been proposed (Patent Document 1). In addition, a structure in which two types of organic semiconductor layers are sandwiched between a transparent electrode and a metal electrode, one organic semiconductor layer is in the form of crystal fine particles, and the other organic semiconductor layer is in an amorphous state, so that the interface between different organic semiconductor layers There has also been proposed an organic solar cell that improves the photoelectric conversion capability by generating a large photocurrent due to an electron transfer effect or the like (Patent Document 2).
JP 2002-1000079 A JP, 2002-76391, A In patent documents 3, the system which consists of perylene phthalocyanine is reported as a material of an organic semiconductor layer. Japanese Patent No. 3423279

しかしながら、一般に有機化合物は大きな電気抵抗を示し、また電荷の移動度も大きくない。そのため、できるだけ有機半導体層を薄くする必要があるが、そうすると吸収することができる光が減少するというジレンマがあった。また、ｐ型有機半導体膜とｎ型有機半導体膜とを接合したヘテロジャンクション型太陽電池では、その電荷分離に有効な界面は非常に薄い領域でしかなく、大部分の光は有効に利用することができない。その欠点を解消する方法として、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との接触界面を増大させたバルクヘテロジャンクション型太陽電池があるが、この場合には確かに接触界面は増大するものの、有機半導体層の電気抵抗が大きいことに変わりなく、有機半導体層の厚さを大きくすることができないので、層全体として吸収することができる光の量は限られている。   However, in general, an organic compound exhibits a large electric resistance and does not have a large charge mobility. Therefore, it is necessary to make the organic semiconductor layer as thin as possible. However, there is a dilemma that light that can be absorbed is reduced. In addition, in a heterojunction solar cell in which a p-type organic semiconductor film and an n-type organic semiconductor film are joined, the interface effective for charge separation is only a very thin region, and most of the light should be used effectively. I can't. As a method for solving the disadvantage, there is a bulk heterojunction type solar cell in which the contact interface between the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor is increased. In this case, the contact interface increases, but the organic semiconductor layer Since the thickness of the organic semiconductor layer cannot be increased, the amount of light that can be absorbed as a whole layer is limited.

したがって、この発明が解決しようとする課題は、照射された光を最大限有効に利用することができ、高い光電変換効率を得ることができる光電変換素子およびそのような光電変換素子を簡便に製造することができる光電変換素子の製造方法を提供することにある。
この発明が解決しようとする課題は、より一般的には、照射された光を最大限有効に利用することができ、高い光電変換効率を得ることができる電子装置およびそのような電子装置を簡便に製造することができる電子装置の製造方法を提供することにある。
この発明が解決しようとする他の課題は、発光効率が高く高輝度の発光素子およびそのような発光素子を簡便に製造することができる発光素子の製造方法を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is that a photoelectric conversion element capable of making the most effective use of irradiated light and obtaining high photoelectric conversion efficiency, and easily manufacturing such a photoelectric conversion element It is in providing the manufacturing method of the photoelectric conversion element which can do.
More generally, the problem to be solved by the present invention is that an electronic device capable of making the most effective use of irradiated light and obtaining high photoelectric conversion efficiency, and such an electronic device can be simplified. Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electronic device that can be manufactured.
Another problem to be solved by the present invention is to provide a light-emitting element with high luminous efficiency and high luminance, and a method for manufacturing a light-emitting element that can easily manufacture such a light-emitting element.

上記課題を解決するために、この発明の第１の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極とを有する
ことを特徴とする光電変換素子である。 In order to solve the above problems, the first invention of the present invention is:
A plurality of thin-line organic semiconductor layers arranged in parallel and separated from each other in one surface;
A photoelectric conversion element having a first electrode and a second electrode provided on one side surface and the other side surface of an organic semiconductor layer, respectively.

上記の一面は、典型的には平面であるが、必ずしも平面である必要はなく、曲面であってもよい。有機半導体層の長手方向に垂直な断面形状は、典型的には、その一対の辺が上記一面に平行な長方形であるが、他の形状であってもよい。第１の電極および第２の電極は、好適には互いに仕事関数が異なる金属からなり、具体例を挙げると、その一方がアルミニウムからなり、他方が金からなる。典型的には、複数の有機半導体層の第１の電極同士は互いに電気的に接続され、同様に、第２の電極同士も互いに電気的に接続される。このために、具体的には、これらの複数の有機半導体層を挟むように第１の共通電極層および第２の共通電極層が設けられる。この場合、外部から有機半導体層への光の入射を可能とするため、第１の共通電極層および第２の共通電極層のうちの一方は透明とする。有機半導体層は、ｐ型有機半導体膜とｎ型有機半導体膜とを接合したヘテロジャンクション型の構造であってもよいし、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体とが互いに入り組んで互いに接触した微細構造を有し、それらの接触界面にｐｎ接合が形成されたバルクヘテロジャンクション型の構造であってもよい。   The one surface is typically a flat surface, but is not necessarily a flat surface and may be a curved surface. The cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the organic semiconductor layer is typically a rectangle having a pair of sides parallel to the one surface, but may be another shape. The first electrode and the second electrode are preferably made of metals having different work functions, and specifically, one of them is made of aluminum and the other is made of gold. Typically, the first electrodes of the plurality of organic semiconductor layers are electrically connected to each other, and similarly, the second electrodes are also electrically connected to each other. For this purpose, specifically, a first common electrode layer and a second common electrode layer are provided so as to sandwich the plurality of organic semiconductor layers. In this case, one of the first common electrode layer and the second common electrode layer is transparent in order to allow light to enter the organic semiconductor layer from the outside. The organic semiconductor layer may have a heterojunction structure in which a p-type organic semiconductor film and an n-type organic semiconductor film are joined, or a fine structure in which a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor are in contact with each other. It may be a bulk heterojunction type structure having a structure and a pn junction formed at the contact interface between them.

この発明の第２の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極とを有する光電変換素子の製造方法であって、
順次積層された第１の支持層、第１の導電層、有機半導体層、第２の導電層および第２の支持層からなる積層体を形成する工程と、
積層体を延伸する工程と、
延伸された積層体を複数に分割する工程とを有する
ことを特徴とするものである。 The second invention of this invention is:
A plurality of thin-line organic semiconductor layers arranged in parallel and separated from each other in one surface;
A method for producing a photoelectric conversion element having a first electrode and a second electrode provided on one side surface and the other side surface of an organic semiconductor layer, respectively,
Forming a laminate composed of a first support layer, a first conductive layer, an organic semiconductor layer, a second conductive layer, and a second support layer, which are sequentially stacked;
Stretching the laminate,
And a step of dividing the stretched laminate into a plurality of parts.

この光電変換素子の製造方法は、典型的には、複数に分割された積層体のうちの少なくとも二つを重層する工程と、重層された積層体を延伸する工程と、延伸された重層された積層体を複数に分割する工程とをさらに有し、必要に応じてこれらの工程を繰り返す。また、典型的には、延伸された積層体を複数に分割したものの両面にそれぞれ第３の導電層および第４の導電層を形成する工程、あるいは、延伸された重層された積層体を複数に分割したものの両面にそれぞれ第３の導電層および第４の導電層を形成する工程をさらに有する。   This method of manufacturing a photoelectric conversion element typically includes a step of overlaying at least two of a plurality of laminated bodies, a step of stretching a laminated body, and a stretched multilayer. A step of dividing the laminate into a plurality of steps, and repeating these steps as necessary. Typically, a step of forming the third conductive layer and the fourth conductive layer on both sides of the stretched laminate divided into a plurality of layers, or a plurality of stretched stacked laminates. The method further includes forming a third conductive layer and a fourth conductive layer on both sides of the divided one.

第１の導電層および第２の導電層は、上記の第１の電極および第２の電極を形成するためのものであり、好適には互いに仕事関数が異なる金属からなり、具体例を挙げると、その一方がアルミニウムからなり、他方が金からなる。また、第１の支持層および第２の支持層は、例えば熱可塑性樹脂からなる。第３の導電層および第４の導電層は、上記の第１の共通電極層および第２の共通電極層を形成するためのものであり、具体例を挙げると、その一方がアルミニウムからなり、他方が金やインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）や導電性高分子からなる。
光電変換素子は、最も典型的には太陽電池であるが、そのほかに各種の光センサーも含まれる。 The first conductive layer and the second conductive layer are for forming the first electrode and the second electrode, and are preferably made of metals having different work functions. One of them is made of aluminum and the other is made of gold. Further, the first support layer and the second support layer are made of, for example, a thermoplastic resin. The third conductive layer and the fourth conductive layer are for forming the first common electrode layer and the second common electrode layer, and one specific example is aluminum, The other is made of gold, indium-tin oxide (ITO), or a conductive polymer.
The photoelectric conversion element is most typically a solar cell, but also includes various types of optical sensors.

上記の第１および第２の発明の構造および手法は、光電変換素子単体のみならず、光電変換部を有する集積回路などの各種の電子装置に適用することができるものである。
そこで、この発明の第３の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極とを有する
ことを特徴とする電子装置である。 The structures and methods of the first and second inventions described above can be applied not only to a single photoelectric conversion element but also to various electronic devices such as an integrated circuit having a photoelectric conversion unit.
Therefore, the third invention of the present invention is:
A plurality of thin-line organic semiconductor layers arranged in parallel and separated from each other in one surface;
An electronic device comprising: a first electrode and a second electrode provided on one side surface and the other side surface of the organic semiconductor layer, respectively.

この発明の第４の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極とを有する電子装置の製造方法であって、
順次積層された第１の支持層、第１の導電層、有機半導体層、第２の導電層および第２の支持層からなる積層体を形成する工程と、
積層体を延伸する工程と、
延伸された積層体を複数に分割する工程とを有する
ことを特徴とするものである。
第３および第４の発明においては、その性質に反しない限り、第１および第２の発明に関連して述べたことが成立する。 The fourth invention of the present invention is:
A plurality of thin-line organic semiconductor layers arranged in parallel and separated from each other in one surface;
A method of manufacturing an electronic device having a first electrode and a second electrode respectively provided on one side surface and the other side surface of an organic semiconductor layer,
Forming a laminate composed of a first support layer, a first conductive layer, an organic semiconductor layer, a second conductive layer, and a second support layer, which are sequentially stacked;
Stretching the laminate,
And a step of dividing the stretched laminate into a plurality of parts.
In the third and fourth inventions, what has been described in relation to the first and second inventions is valid as long as it is not contrary to the nature thereof.

上記の第１および第２の発明の構造および手法は光電変換素子に関するものであるが、同様な構造および手法は、有機半導体層を発光層として用いる発光素子に適用することも可能である。
そこで、この発明の第５の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体発光層と、
有機半導体発光層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極とを有する
ことを特徴とする発光素子である。 Although the structures and methods of the first and second inventions described above relate to photoelectric conversion elements, similar structures and methods can also be applied to light-emitting elements that use an organic semiconductor layer as a light-emitting layer.
Therefore, the fifth invention of the present invention is:
A plurality of thin-line organic semiconductor light-emitting layers arranged in parallel and separated from each other in one surface;
A light emitting device comprising: a first electrode and a second electrode provided on one side surface and the other side surface of an organic semiconductor light emitting layer, respectively.

この発明の第６の発明は、
一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体発光層と、
有機半導体発光層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極とを有する発光素子の製造方法であって、
順次積層された第１の支持層、第１の導電層、有機半導体発光層、第２の導電層および第２の支持層からなる積層体を形成する工程と、
積層体を延伸する工程と、
延伸された積層体を複数に分割する工程とを有する
ことを特徴とするものである。 The sixth invention of the present invention is:
A plurality of thin-line organic semiconductor light-emitting layers arranged in parallel and separated from each other in one surface;
A method of manufacturing a light emitting device having a first electrode and a second electrode provided on one side surface and the other side surface of an organic semiconductor light emitting layer, respectively,
Forming a laminate comprising a first support layer, a first conductive layer, an organic semiconductor light emitting layer, a second conductive layer, and a second support layer, which are sequentially stacked;
Stretching the laminate,
And a step of dividing the stretched laminate into a plurality of parts.

上述のように構成されたこの発明によれば、一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ第１の電極および第２の電極を設けることにより、細線状の有機半導体層が第１の電極と第２の電極との間に挟まれた構造が上記の一面内に並列配置した構造が得られる。このため、例えば上記の一面に対して垂直方向から光が入射する場合を考えると、有機半導体層がヘテロジャンクション型、バルクヘテロジャンクション型のいずれの構造であっても、この有機半導体層に含まれるｐｎ接合界面の、光の入射方向の長さを実質的に大きくすることができ、入射光子の捕捉効率を高くすることができる。さらに、この場合、第１の電極と第２の電極との間に挟まれた有機半導体層の厚さは十分に小さくすることができるので、光の照射により有機半導体層中に発生した電荷の第１の電極または第２の電極までの移動距離を短くすることができ、有機半導体層の電気抵抗は問題とならない。   According to the present invention configured as described above, the first electrode and the second electrode are respectively provided on one side surface and the other side surface of the plurality of fine-line organic semiconductor layers arranged in parallel and separated from each other in one surface. By providing the electrode, a structure in which a thin organic semiconductor layer sandwiched between the first electrode and the second electrode is arranged in parallel in the one surface is obtained. Therefore, for example, considering the case where light is incident on the one surface from the vertical direction, the pn included in the organic semiconductor layer is used regardless of whether the organic semiconductor layer has a heterojunction type or bulk heterojunction type structure. The length of the bonding interface in the light incident direction can be substantially increased, and the incident photon capturing efficiency can be increased. Furthermore, in this case, since the thickness of the organic semiconductor layer sandwiched between the first electrode and the second electrode can be sufficiently reduced, the charge generated in the organic semiconductor layer due to light irradiation can be reduced. The moving distance to the first electrode or the second electrode can be shortened, and the electric resistance of the organic semiconductor layer does not matter.

また、一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体発光層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ第１の電極および第２の電極を設けることにより、細線状の有機半導体発光層が第１の電極と第２の電極との間に挟まれた構造が上記の一面内に並列配置した構造が得られる。このため、有機半導体発光層がヘテロジャンクション型、バルクヘテロジャンクション型のいずれの構造であっても、この有機半導体発光層に含まれるｐｎ接合界面の長さを実質的に大きくすることができ、発光効率を高くすることができる。また、この場合、第１の電極と第２の電極との間に挟まれた有機半導体発光層の厚さは十分に小さくすることができるので、第１の電極または第２の電極からｐｎ接合界面までの電荷の移動距離を短くすることができ、有機半導体発光層の電気抵抗は問題とならず、発光効率をより高くすることができる。
さらに、積層体の形成、延伸、分割などの工程は既に確立された技術により容易に実行することができる。 Further, by providing a first electrode and a second electrode on one side surface and the other side surface of a plurality of fine line-shaped organic semiconductor light emitting layers arranged in parallel and separated from each other in one surface, a thin-line organic A structure is obtained in which the structure in which the semiconductor light emitting layer is sandwiched between the first electrode and the second electrode is arranged in parallel in the one surface. Therefore, regardless of whether the organic semiconductor light emitting layer has a heterojunction type or bulk heterojunction type structure, the length of the pn junction interface included in the organic semiconductor light emitting layer can be substantially increased, and the luminous efficiency can be increased. Can be high. Further, in this case, since the thickness of the organic semiconductor light emitting layer sandwiched between the first electrode and the second electrode can be made sufficiently small, a pn junction is formed from the first electrode or the second electrode. The moving distance of the charge to the interface can be shortened, the electric resistance of the organic semiconductor light emitting layer is not a problem, and the light emission efficiency can be increased.
Furthermore, steps such as formation, stretching, and division of the laminate can be easily performed by an already established technique.

この発明によれば、光の照射により有機半導体層中に発生した電荷の第１の電極または第２の電極までの移動距離を短く保ったまま、有機半導体層における光吸収領域を増大させることができるので、照射された光、特に太陽光を最大限有効に利用することができ、光電変換効率が高い光電変換素子あるいは電子装置を実現することができる。
また、第１の電極または第２の電極からｐｎ接合界面までの電荷の移動距離を短く保ったまま、有機半導体層における発光領域を増大させることができるので、発光効率が高く高輝度の発光素子を実現することができる。
さらに、積層体の形成、延伸、分割などの工程により、これらの光電変換素子、電子装置および発光素子を簡便に製造することができる。 According to the present invention, it is possible to increase the light absorption region in the organic semiconductor layer while keeping the movement distance of the charges generated in the organic semiconductor layer by the light irradiation to the first electrode or the second electrode short. Therefore, the irradiated light, particularly sunlight, can be used as effectively as possible, and a photoelectric conversion element or electronic device with high photoelectric conversion efficiency can be realized.
In addition, since the light emitting region in the organic semiconductor layer can be increased while keeping the charge transfer distance from the first electrode or the second electrode to the pn junction interface short, the light emitting element with high luminous efficiency and high luminance can be obtained. Can be realized.
Furthermore, these photoelectric conversion elements, electronic devices, and light-emitting elements can be easily produced by steps such as formation, stretching, and division of the laminate.

以下、この発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、実施形態の全図において、同一または対応する部分には同一の符号を付す。
図１はこの発明の一実施形態による垂直型セル構造の有機太陽電池を示す。
図１に示すように、この有機太陽電池においては、一平面内に複数の直線状の有機半導体層１１が互いに平行にかつ所定の間隔で並列配置されており、これらの有機半導体層１１の上下にこれらを挟むように共通電極層１２および透明共通電極層１３が全面電極として設けられている。この場合、各有機半導体層１１の長手方向に垂直な断面形状は、上記一平面に垂直方向に細長い長方形である。また、各有機半導体層１１の一方の側面および他方の側面にはそれぞれ電極１４および電極１５が接触して設けられている。ここで、電極１４の下端は共通電極層１２と接触して電気的に接続されているが、上端側には絶縁層１６が設けられていて透明共通電極層１３と電気的に絶縁されている。また、電極１５の上端は透明共通電極層１３と接触して電気的に接続されているが、下端側には絶縁層１７が設けられていて共通電極層１２と電気的に絶縁されている。互いに対向する電極１４と電極１５との間の部分には絶縁層１８が埋め込まれている。さらに、透明共通電極層１３上には透明保護層１９が設けられている。この場合、この透明保護層１９側から有機半導体層１１に光があたる構造となっている。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In all the drawings of the embodiments, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals.
FIG. 1 shows an organic solar battery having a vertical cell structure according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, in this organic solar cell, a plurality of linear organic semiconductor layers 11 are arranged in parallel with each other at a predetermined interval in one plane. The common electrode layer 12 and the transparent common electrode layer 13 are provided as full-surface electrodes so as to sandwich them. In this case, the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of each organic semiconductor layer 11 is a rectangle elongated in the perpendicular direction to the one plane. In addition, an electrode 14 and an electrode 15 are provided in contact with one side surface and the other side surface of each organic semiconductor layer 11, respectively. Here, the lower end of the electrode 14 is in contact with and electrically connected to the common electrode layer 12, but an insulating layer 16 is provided on the upper end side to be electrically insulated from the transparent common electrode layer 13. . The upper end of the electrode 15 is in contact with and electrically connected to the transparent common electrode layer 13, but an insulating layer 17 is provided on the lower end side to be electrically insulated from the common electrode layer 12. An insulating layer 18 is embedded in a portion between the electrodes 14 and 15 facing each other. Further, a transparent protective layer 19 is provided on the transparent common electrode layer 13. In this case, light is applied to the organic semiconductor layer 11 from the transparent protective layer 19 side.

有機半導体層１１はヘテロジャンクション型あるいはバルクヘテロジャンクション型の構造を有する。ヘテロジャンクション型構造の有機半導体層１１においては、ｐ型有機半導体膜とｎ型有機半導体膜とを、それらの接合界面が上記一平面に対して垂直になるように接合する。バルクヘテロジャンクション型構造の有機半導体層１１は、ｐ型有機半導体分子とｎ型有機半導体分子との混合物からなり、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体とが互いに入り組んで互いに接触した微細構造を有する。有機半導体層１１の材料としては、ある程度の延性があれば基本的にはどのような材料を用いてもよく、有機太陽電池の材料として一般的に報告されているものは全て用いることができるが、具体的には、導電性高分子＋フラーレン誘導体の系や特許文献３のペリレン−フタロシアニンからなる系などを用いることができる。前者の系の導電性高分子としてはポリチオフェン誘導体やポリピロール誘導体がある。ポリチオフェン誘導体では、ＭＤＭＯ−ＰＰＶやＭＥＨ−ＰＰＶが用いられるが、この長鎖アルキル基の構造としてはほかにベンゼン環を含むものやアルキル基の長さが違うものなど多種用いられる。ポリチオフェン誘導体としては例えばＰ３ＯＴが用いられるが、これもほかにベンゼン環を含むものやアルキル基の長さが違うものなど多種用いられる。一方、電子受容体となるフラーレン誘導体については、例えばＰＣＢＭを用いることができるほか、その置換基を色々変えたものを用いることもできる。また、フラーレンの代わりに、イミド化合物（ピロメリットジアミドなど）やペリレン化合物を用いることもできる。   The organic semiconductor layer 11 has a heterojunction type or bulk heterojunction type structure. In the organic semiconductor layer 11 having the heterojunction type structure, the p-type organic semiconductor film and the n-type organic semiconductor film are bonded so that their bonding interfaces are perpendicular to the one plane. The organic semiconductor layer 11 having a bulk heterojunction structure is made of a mixture of p-type organic semiconductor molecules and n-type organic semiconductor molecules, and has a fine structure in which the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor are intertwined with each other. As the material of the organic semiconductor layer 11, basically any material may be used as long as it has a certain degree of ductility, and all materials generally reported as organic solar cell materials can be used. Specifically, a system of conductive polymer + fullerene derivative, a system of perylene-phthalocyanine described in Patent Document 3, and the like can be used. Examples of the former conductive polymer include polythiophene derivatives and polypyrrole derivatives. As the polythiophene derivative, MDMO-PPV and MEH-PPV are used, and various structures such as those containing a benzene ring and those having different alkyl group lengths are used as the structure of this long-chain alkyl group. For example, P3OT is used as the polythiophene derivative, and various other compounds including those containing a benzene ring and those having different alkyl group lengths are also used. On the other hand, as a fullerene derivative serving as an electron acceptor, for example, PCBM can be used, and various substituents can be used. Further, imide compounds (such as pyromellitic diamide) and perylene compounds can be used instead of fullerenes.

共通電極層１２は例えばＡｌのような金属からなる。透明共通電極層１３は、例えば、金、ＩＴＯなどの透明酸化物材料、ポリエチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ）：ポリスチレンスルホン酸（ＰＳＳ）などの透明導電性高分子あるいはそれらの混合物からなる。電極１４、１５は互いに仕事関数が異なる金属からなり、具体的には、例えば、電極１４はアルミニウムからなり、電極１５は金からなる。絶縁層１６は例えば酸化アルミニウムなどからなり、絶縁層１７は例えばアルカンチオールなどからなる。絶縁層１８としては、延性に優れるものであれば基本的にはどのようなものを用いることもできるが、具体的には、可塑性のポリマーフィルム（ポリビニルアルコールフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアクリレートフィルムなど）が用いられる。また、透明保護層１９としては、透明でガスバリアー性に優れているものであれば基本的にはどのようなものを用いることもできるが、具体的には、ポリビニルアルコールフィルム（この場合は吸湿保護層が必要）、ポリ塩化ビニリデン系（ＰＶＤＣ）フィルム、ポリアクリロニトリル系（ＰＡＮ）フィルム、ポリエチレンテレフタレート系（ＰＥＴ）フィルム、ナイロン系（Ｎｙ）フィルムなどが用いられる。   The common electrode layer 12 is made of a metal such as Al. The transparent common electrode layer 13 is made of, for example, a transparent oxide material such as gold or ITO, a transparent conductive polymer such as polyethylenedioxythiophene (PEDOT): polystyrene sulfonic acid (PSS), or a mixture thereof. The electrodes 14 and 15 are made of metals having different work functions. Specifically, for example, the electrode 14 is made of aluminum, and the electrode 15 is made of gold. The insulating layer 16 is made of, for example, aluminum oxide, and the insulating layer 17 is made of, for example, alkanethiol. As the insulating layer 18, basically any material can be used as long as it has excellent ductility, but specifically, a plastic polymer film (polyvinyl alcohol film, polycarbonate film, polyacrylate film, etc.). Is used. Further, as the transparent protective layer 19, basically any material can be used as long as it is transparent and excellent in gas barrier properties. Specifically, a polyvinyl alcohol film (in this case, moisture absorption) can be used. A protective layer is necessary), a polyvinylidene chloride (PVDC) film, a polyacrylonitrile (PAN) film, a polyethylene terephthalate (PET) film, a nylon (Ny) film, or the like.

この有機太陽電池の各部の寸法の例を挙げると次のとおりである。例えば、有機半導体層１１の厚さｔ1 は７０〜１００ｎｍ、高さｈは２〜３μｍ、共通電極層１２の厚さｔ2 および透明共通電極層１３の厚さｔ3 はそれぞれ１００ｎｍ程度、電極１４の厚さｔ4 および電極１５の厚さｔ5 はそれぞれ５０ｎｍ程度、絶縁層１６の厚さｔ6 および絶縁層１７の厚さｔ7 はそれぞれ１〜３０ｎｍ程度、絶縁層１８の厚さｔ8 は１００ｎｍ程度、透明保護層１９の厚さｔ9 は１５０μｍ程度である。 Examples of dimensions of each part of the organic solar cell are as follows. For example, the thickness t 1 of the organic semiconductor layer 11 is 70 to 100 nm, the height h is 2 to 3 [mu] m, respectively the thickness t 3 of the thickness t 2 and the transparent common electrode layer 13 of the common electrode layer 12 100 nm approximately, the electrode the thickness t 5 respectively 50nm thickness on the order of t 4 and the electrode 15 of 14, respectively, the thickness t 7 of the thickness t 6 and the insulating layer 17 of insulating layer 16 approximately 1 to 30 nm, the thickness t of the insulating layer 18 8 is about 100 nm, and the thickness t 9 of the transparent protective layer 19 is about 150 μm.

次に、上述のように構成された有機太陽電池の製造方法について説明する。
図２Ａに示すように、まず、例えば熱可塑性の高分子フィルム２１、２２上に互いに仕事関数の異なる金属を蒸着（もしくはスパッタリング）してそれぞれ金属膜２３、２４を形成したものを二枚用意した後、それらの上にそれぞれｐ型有機半導体およびｎ型有機半導体を塗布するか（ヘテロジャンクション型）、あるいは、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体との混合物を塗布（バルクヘテロジャンクション型）し、これらを圧着することにより、高分子フィルム２１、金属膜２３、有機半導体層１１、金属膜２４および高分子フィルム２２からなるシート状の積層体フィルムを形成する。ただし、これらの方法に代えて、多層フィルムの作製に良く用いられる押し出し法を用いて積層体フィルムを形成してもよい。このようにして得られた積層体フィルムは通常の有機太陽電池と同様のものである。 Next, the manufacturing method of the organic solar cell comprised as mentioned above is demonstrated.
As shown in FIG. 2A, first, for example, two sheets of metal films 23 and 24 were prepared by vapor-depositing (or sputtering) metals having different work functions on thermoplastic polymer films 21 and 22, respectively. After that, p-type organic semiconductor and n-type organic semiconductor are coated on each of them (heterojunction type), or a mixture of p-type organic semiconductor and n-type organic semiconductor (bulk heterojunction type). Is pressed to form a sheet-like laminate film composed of the polymer film 21, the metal film 23, the organic semiconductor layer 11, the metal film 24, and the polymer film 22. However, it may replace with these methods and may form a laminated body film using the extrusion method often used for preparation of a multilayer film. The laminate film thus obtained is the same as a normal organic solar cell.

次に、図２Ｂに示すように、この積層体フィルムを延伸し、図中一点鎖線で示す切断線に沿って切断することで２分割する。さらに、図３Ａに示すように、この２分割した積層体フィルムを重層し、圧着することで太陽電池セルが２層積層された積層体フィルムを得る。この作業をｎ回（ｎは２以上の整数）繰り返すと、図３Ｂに示すように、２n 層の太陽電池セルからなる積層体フィルムが得られる。そして、この積層体フィルムがある程度の厚みになったところで、図中一点鎖線で示す切断線に沿って、例えばマイクロトームのような鋭い刃でこの積層体フィルムを薄く裁断する。これによって、図４に示すように、金属膜２３、２４が分割されてそれぞれ電極１４、１５が形成され、細線状の有機半導体層１１がこれらの電極１４、１５の間に挟まれた構造が上記の切断面に平行な方向に並列配置し、また、高分子フィルム２１、２２により絶縁層１８が形成された積層体フィルムが得られる。 Next, as shown to FIG. 2B, this laminated body film is extended | stretched, and it divides | segments into 2 by cut | disconnecting along the cutting line shown with a dashed-dotted line in a figure. Further, as shown in FIG. 3A, the laminated film divided into two is overlaid and pressure-bonded to obtain a laminated film in which two solar cells are laminated. When this operation is repeated n times (n is an integer of 2 or more), a laminate film composed of 2 n layers of solar cells is obtained as shown in FIG. 3B. And when this laminated body film becomes a certain amount of thickness, this laminated body film is cut thinly with a sharp blade such as a microtome, for example, along a cutting line shown by a one-dot chain line in the figure. As a result, as shown in FIG. 4, the metal films 23 and 24 are divided to form the electrodes 14 and 15, respectively, and the thin-line organic semiconductor layer 11 is sandwiched between the electrodes 14 and 15. A laminated film in which the insulating layer 18 is formed by the polymer films 21 and 22 arranged in parallel in the direction parallel to the cut surface is obtained.

次に、図５に示すように、一方の切断面（図５中、下面）に露出した電極１４、１５の端面のうち電極１５の端面に絶縁層１７を形成した後、この切断面上に共通電極層１２として導電膜を形成する。また、他方の切断面（図５中、上面）に露出した電極１４、１５の端面のうち電極１４の端面に絶縁層１６を形成した後、この切断面上に透明共通電極層１３として透明導電膜を形成する。具体的には、例えば金属膜２３としてアルミニウム膜を用い、金属膜２４として金膜を用いた場合には、上記一方の切断面に露出した金からなる電極１５の端面をアルカンチオールで処理することにより絶縁層１７を形成した後、この切断面上に共通電極層１２としてアルミニウム膜を形成する。これにより、積層体フィルム中のアルミニウムからなる電極１４のみを共通電極層１２と電気的に接続することができる。一方、上記他方の切断面に露出したアルミウニムからなる電極１４の端面を短時間酸素プラズマで処理することにより酸化アルミニウム層を形成して絶縁層１６を形成した後、この切断面上に例えば金を薄く蒸着するか、ＩＴＯ膜を形成するか、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳをスピンコートすることにより透明共通電極層１３となる透明導電膜を形成する。これにより、積層体フィルム中の金からなる電極１５のみを透明共通電極層１３と電気的に接続することができる。   Next, as shown in FIG. 5, an insulating layer 17 is formed on the end face of the electrode 15 among the end faces of the electrodes 14 and 15 exposed on one cut face (the lower face in FIG. 5), and then on this cut face. A conductive film is formed as the common electrode layer 12. Moreover, after forming the insulating layer 16 on the end surface of the electrode 14 among the end surfaces of the electrodes 14 and 15 exposed on the other cut surface (the upper surface in FIG. 5), the transparent conductive electrode 13 is formed on the cut surface as a transparent common electrode layer 13 A film is formed. Specifically, for example, when an aluminum film is used as the metal film 23 and a gold film is used as the metal film 24, the end face of the electrode 15 made of gold exposed on the one cut surface is treated with alkanethiol. After the insulating layer 17 is formed by this, an aluminum film is formed as the common electrode layer 12 on the cut surface. Thereby, only the electrode 14 made of aluminum in the laminate film can be electrically connected to the common electrode layer 12. On the other hand, the end face of the electrode 14 made of aluminum unimer exposed on the other cut surface is treated with oxygen plasma for a short time to form an aluminum oxide layer to form the insulating layer 16, and then, for example, gold is deposited on the cut surface. A transparent conductive film to be the transparent common electrode layer 13 is formed by thinly depositing, forming an ITO film, or spin-coating PEDOT: PSS. Thereby, only the electrode 15 made of gold in the laminate film can be electrically connected to the transparent common electrode layer 13.

次に、図１に示すように、透明共通電極層１３上に透明保護層１９としてＩＴＯフィルム、あるいは単なる高分子フィルムを乗せ、熱処理することで透明共通電極層１３と密着させ、フィルム型有機太陽電池を得る。透明保護層１９としてＩＴＯフィルムを用いることにより、電気抵抗が小さくなる。   Next, as shown in FIG. 1, an ITO film or a simple polymer film is placed on the transparent common electrode layer 13 as the transparent protective layer 19 and is heat-treated to be in close contact with the transparent common electrode layer 13 to form a film-type organic solar. Get a battery. By using an ITO film as the transparent protective layer 19, the electrical resistance is reduced.

以上のように、この一実施形態によれば、光の入射方向に対して垂直方向に有機半導体層１１を挟むように電極１４、１５が並列配置した構造としているので、これらの電極１４、１５の間の距離を短く保ったまま、有機半導体層１１の光吸収領域を増大させることができる。このため、光電変換効率が高く、しかもフレキシブルで意匠性にも富む有機太陽電池を実現することができる。   As described above, according to this embodiment, the electrodes 14 and 15 are arranged in parallel so as to sandwich the organic semiconductor layer 11 in the direction perpendicular to the incident direction of light. The light absorption region of the organic semiconductor layer 11 can be increased while keeping the distance between them short. Therefore, it is possible to realize an organic solar cell that has high photoelectric conversion efficiency, is flexible, and is rich in design.

以上、この発明の一実施形態について具体的に説明したが、この発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構造、形状、材料、原料、プロセスなどはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料、原料、プロセスなどを用いてもよい。 Although one embodiment of the present invention has been specifically described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications based on the technical idea of the present invention are possible.
For example, the numerical values, structures, shapes, materials, raw materials, processes, and the like given in the above-described embodiments are merely examples, and numerical values, structures, shapes, materials, raw materials, processes, etc. different from these are used as necessary. Also good.

この発明の一実施形態による有機太陽電池の要部の断面図である。It is sectional drawing of the principal part of the organic solar cell by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による有機太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the organic solar cell by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による有機太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the organic solar cell by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による有機太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the organic solar cell by one Embodiment of this invention. この発明の一実施形態による有機太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the manufacturing method of the organic solar cell by one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１１…有機半導体層、１２…共通電極層、１３…透明共通電極層、１４、１５…電極、１６、１７…絶縁層、１８…絶縁層、１９…透明保護層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Organic semiconductor layer, 12 ... Common electrode layer, 13 ... Transparent common electrode layer, 14, 15 ... Electrode, 16, 17 ... Insulating layer, 18 ... Insulating layer, 19 ... Transparent protective layer

Claims (14)

一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
上記有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極とを有する
ことを特徴とする光電変換素子。 A plurality of thin-line organic semiconductor layers arranged in parallel and separated from each other in one surface;
A photoelectric conversion element comprising: a first electrode and a second electrode provided on one side surface and the other side surface of the organic semiconductor layer, respectively. 上記有機半導体層の長手方向に垂直な断面形状はその一対の辺が上記一面に平行な長方形であることを特徴とする請求項１記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the cross-sectional shape perpendicular to the longitudinal direction of the organic semiconductor layer is a rectangle having a pair of sides parallel to the one surface. 上記有機半導体層の上記第１の電極同士が互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the first electrodes of the organic semiconductor layer are electrically connected to each other. 上記有機半導体層の上記第２の電極同士が互いに電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the second electrodes of the organic semiconductor layer are electrically connected to each other. 上記有機半導体層を挟むように第１の共通電極層および第２の共通電極層が設けられており、上記第１の共通電極層および上記第２の共通電極層のうちの一方は透明であることを特徴とする請求項１記載の光電変換素子。   A first common electrode layer and a second common electrode layer are provided so as to sandwich the organic semiconductor layer, and one of the first common electrode layer and the second common electrode layer is transparent. The photoelectric conversion element according to claim 1. 上記有機半導体層はヘテロジャンクション型またはバルクヘテロジャンクション型の構造を有することを特徴とする請求項１記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the organic semiconductor layer has a heterojunction type or bulk heterojunction type structure. 一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
上記有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極とを有する光電変換素子の製造方法であって、
順次積層された第１の支持層、第１の導電層、有機半導体層、第２の導電層および第２の支持層からなる積層体を形成する工程と、
上記積層体を延伸する工程と、
上記延伸された上記積層体を複数に分割する工程とを有する
ことを特徴とする光電変換素子の製造方法。 A plurality of thin-line organic semiconductor layers arranged in parallel and separated from each other in one surface;
A method for producing a photoelectric conversion element having a first electrode and a second electrode provided on one side surface and the other side surface of the organic semiconductor layer, respectively,
Forming a laminate composed of a first support layer, a first conductive layer, an organic semiconductor layer, a second conductive layer, and a second support layer, which are sequentially stacked;
Stretching the laminate, and
And a step of dividing the stretched laminate into a plurality. A method for producing a photoelectric conversion element, comprising: 上記複数に分割された上記積層体のうちの少なくとも二つを重層する工程と、
上記重層された上記積層体を延伸する工程と、
上記延伸された上記重層された上記積層体を複数に分割する工程とをさらに有することを特徴とする請求項７記載の光電変換素子の製造方法。 A step of layering at least two of the laminates divided into the plurality;
Stretching the laminated layered product, and
The method for producing a photoelectric conversion element according to claim 7, further comprising a step of dividing the stretched stacked layered laminate into a plurality of layers. 上記延伸された上記積層体を複数に分割したものの両面にそれぞれ第３の導電層および第４の導電層を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項７記載の光電変換素子の製造方法。   8. The method of manufacturing a photoelectric conversion element according to claim 7, further comprising a step of forming a third conductive layer and a fourth conductive layer respectively on both sides of the stretched laminate obtained by dividing the laminate. . 上記延伸された上記重層された上記積層体を複数に分割したものの両面にそれぞれ第３の導電層および第４の導電層を形成する工程をさらに有することを特徴とする請求項８記載の光電変換素子の製造方法。   9. The photoelectric conversion according to claim 8, further comprising a step of forming a third conductive layer and a fourth conductive layer on both sides of the stretched multi-layered laminate which has been divided into a plurality of parts. Device manufacturing method. 一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
上記有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極とを有する
ことを特徴とする電子装置。 A plurality of thin-line organic semiconductor layers arranged in parallel and separated from each other in one surface;
An electronic device comprising: a first electrode and a second electrode provided on one side surface and the other side surface of the organic semiconductor layer, respectively. 一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体層と、
上記有機半導体層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極とを有する電子装置の製造方法であって、
順次積層された第１の支持層、第１の導電層、有機半導体層、第２の導電層および第２の支持層からなる積層体を形成する工程と、
上記積層体を延伸する工程と、
上記延伸された上記積層体を複数に分割する工程とを有する
ことを特徴とする電子装置の製造方法。 A plurality of thin-line organic semiconductor layers arranged in parallel and separated from each other in one surface;
A method of manufacturing an electronic device having a first electrode and a second electrode provided on one side surface and the other side surface of the organic semiconductor layer, respectively,
Forming a laminate composed of a first support layer, a first conductive layer, an organic semiconductor layer, a second conductive layer, and a second support layer, which are sequentially stacked;
Stretching the laminate, and
And a step of dividing the stretched laminate into a plurality of parts. A method for manufacturing an electronic device. 一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体発光層と、
上記有機半導体発光層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極とを有する
ことを特徴とする発光素子。 A plurality of thin-line organic semiconductor light-emitting layers arranged in parallel and separated from each other in one surface;
A light emitting device comprising: a first electrode and a second electrode provided on one side surface and the other side surface of the organic semiconductor light emitting layer, respectively. 一面内に互いに分離して並列配置された複数の細線状の有機半導体発光層と、
上記有機半導体発光層の一方の側面および他方の側面にそれぞれ設けられた第１の電極および第２の電極とを有する発光素子の製造方法であって、
順次積層された第１の支持層、第１の導電層、有機半導体発光層、第２の導電層および第２の支持層からなる積層体を形成する工程と、
上記積層体を延伸する工程と、
上記延伸された上記積層体を複数に分割する工程とを有する
ことを特徴とする発光素子の製造方法。
A plurality of thin-line organic semiconductor light-emitting layers arranged in parallel and separated from each other in one surface;
A method of manufacturing a light emitting device having a first electrode and a second electrode respectively provided on one side surface and the other side surface of the organic semiconductor light emitting layer,
Forming a laminate comprising a first support layer, a first conductive layer, an organic semiconductor light emitting layer, a second conductive layer, and a second support layer, which are sequentially stacked;
Stretching the laminate, and
And a step of dividing the stretched laminate into a plurality of parts. A method for manufacturing a light-emitting element.
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