JP2008227282A - Method of manufacturing organic solar cell, and organic solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、吸収した光に基づく光電変換によって発電する有機太陽電池の製造方法及び有機太陽電池に関する。 The present invention relates to a method for producing an organic solar cell that generates electric power by photoelectric conversion based on absorbed light, and an organic solar cell.
近年、環境保護活動が活発であり、環境に優しく無尽蔵に供給される太陽光を利用した太陽光発電の拡大が待望まれている。このような太陽光発電を行う太陽電池としては、コスト的に採用の難しいシリコン太陽電池の代わりとして有機太陽電池が有力視されている。この有機太陽電池の特長としては,シリコン太陽電池などよりもはるかに軽量で低コスト、しかも加工性が良く、いかなる形状や用途にも対応可能な点を挙げることができる。 In recent years, environmental protection activities have been active, and the expansion of photovoltaic power generation using sunlight that is supplied in an inexhaustible manner is desired. As a solar cell that performs such solar power generation, an organic solar cell is regarded as a promising alternative to a silicon solar cell that is difficult to adopt in terms of cost. The features of this organic solar cell are that it is much lighter, lower in cost and more workable than silicon solar cells, and can be used in any shape and application.
従来の有機太陽電池としては、一例として高分子バルクへテロ型の有機太陽電池を挙げることができる。この高分子バルクヘテロ型の有機太陽電池では、P型材料とN型材料を混ぜた溶液を、透明な第1電極を形成済みの基板に塗布して光電変換膜を形成した後、その上に第2電極を形成しただけという簡単な構成とすることができる。 As a conventional organic solar cell, a polymer bulk hetero type organic solar cell can be mentioned as an example. In this polymer bulk hetero type organic solar cell, a solution in which a P-type material and an N-type material are mixed is applied to a substrate on which a transparent first electrode has been formed to form a photoelectric conversion film. A simple configuration in which only two electrodes are formed can be achieved.
このような高分子バルクヘテロ型の有機太陽電池の製造方法においては、混合して形成した光電変換膜中のP型材料とN型材料との分布制御が困難であり、この分布状況次第では光電変換効率が大きく変わってしまう。そこで従来、有機太陽電池を製造した後にアニール処理を行うことで、特殊な材質を採用したP型材料とN型材料との層分離を利用した自己組織化により光電変換膜中の構造をある程度制御して光電変換効率を高めようとしている。 In such a method for producing a polymer bulk hetero type organic solar cell, it is difficult to control the distribution of the P-type material and the N-type material in the photoelectric conversion film formed by mixing. Efficiency will change dramatically. Therefore, conventionally, the structure in the photoelectric conversion film is controlled to some extent by self-organization using layer separation of P-type material and N-type material adopting a special material by annealing after manufacturing the organic solar cell Thus, the photoelectric conversion efficiency is being increased.
しかしながら、従来の有機太陽電池の製造方法では、上記アニール処理の結果次第でP型材料とN型材料との分布制御が左右される場合があり、それらの分布を完全に制御することができなかった。よって、製造された有機太陽電池は、一部については光電変換効率を高くすることができたものが存在する場合もあったが、その一方、不確実な電荷などの輸送経路が生じてしまい光電変換効率が低いものが存在してしまう場合もあった。これは、上述した有機太陽電池の製造方法では、一般的な材料を用いることができないという材料に起因する問題などが存在するためであり、製造された有機太陽電池における光電変換膜の光電変換効率は依然として低くなる傾向があった。 However, in the conventional method for manufacturing an organic solar cell, the distribution control of the P-type material and the N-type material may be affected depending on the result of the annealing treatment, and the distribution cannot be completely controlled. It was. Therefore, some of the manufactured organic solar cells have been able to increase the photoelectric conversion efficiency in some cases, but on the other hand, transport paths such as uncertain charges are generated, and the photoelectric solar cells are produced. Some of them have low conversion efficiency. This is because the above-described method for manufacturing an organic solar cell has a problem caused by a material that a general material cannot be used, and the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion film in the manufactured organic solar cell. Still tended to be lower.
本発明が解決しようとする課題には、上記した問題が一例として挙げられる。 The problem to be solved by the present invention includes the above-described problem as an example.
上記課題を解決するために、請求項1記載の発明は、基板上に透明な第1電極を形成する第1電極形成ステップと、前記第1電極上に、電界紡糸法によりP型材料及びN型材料の少なくとも一方を線状化して光電変換層を形成する光電変換層形成ステップと、前記光電変換層上に第2電極を形成する電極形成ステップとを有する。 In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 1 includes a first electrode forming step for forming a transparent first electrode on a substrate, and a P-type material and N on the first electrode by electrospinning. A photoelectric conversion layer forming step of forming a photoelectric conversion layer by linearizing at least one of the mold materials; and an electrode forming step of forming a second electrode on the photoelectric conversion layer.
上記課題を解決するために、請求項7記載の発明は、基板上に透明な第1電極を形成する第1電極形成ステップと、前記第1電極上に、電界紡糸法によりP型材料及びN型材料の少なくとも一方を線状化して光電変換層を形成する光電変換層形成ステップと、前記光電変換層上に第2電極を形成する電極形成ステップとを有する有機太陽電池の製造方法により製造されたことを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
上記課題を解決するために、請求項8記載の発明は、基板と、前記基板上に形成された透明な第1電極と、前記第1電極上に形成されており線状化したP型材料及びN型材料の少なくとも一方を含む光電変換層と、前記光電変換層上に形成された第2電極とを有する。 In order to solve the above-mentioned problems, an invention according to claim 8 is directed to a substrate, a transparent first electrode formed on the substrate, and a linear P-type material formed on the first electrode. And a photoelectric conversion layer containing at least one of the N-type material and a second electrode formed on the photoelectric conversion layer.
以下、本発明の一実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
<第1実施形態>
図1は、第1実施形態における有機太陽電池1の構成例を示す断面図である。
有機太陽電池1は、基板4、第1電極3、光電変換層5及び第2電極7を有する。
この基板4は、ガラスまたはフィルムなどの透明な部材である。この基板4上には透明な第1電極3が形成されている。この第1電極3上には光電変換層5が形成されている。この光電変換層5は、P型材料及びN型材料のうち少なくとも一方が線状化(以下「ナノファイバー化」ともいう)されたものが複雑に絡み合った構成となっている。このためこの光電変換層5においては、P型材料とN型材料との接触面積が広くなっている。この光電変換層5上には第2電極7が形成されている。この光電変換層5は、電子供与性材料及び電子受容性材料を有する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a configuration example of an organic solar cell 1 in the first embodiment.
The organic solar cell 1 has a
The
このような構成の有機太陽電池1は、その外部から入射した光(以下「外部光」という)Lが透明な基板4及び第1電極3を透過し、光電変換層5に到達する。この光電変換層5では、太陽光スペクトル領域に吸収スペクトルを持つ電子供与性材料または、電子受容性材料を用いることにより、太陽光スペクトル領域の光Lを吸収するようになる。
In the organic solar cell 1 having such a configuration, light L (hereinafter referred to as “external light”) L incident from the outside passes through the
たとえば電子供与性材料で光Lが吸収されると、励起子が生成され、P型材料とN型材料の接触界面で電荷分離を起こし電子と正孔(ホール)を発生させる。このうち電子は電子受容性材料に移動し、第2電極7から外部の電気回路を通って第1電極3に移動する。この第1電極3に移動した電子は、電子供与性材料に発生した正孔(ホール)と結合し、元の状態に戻る。このような電子の移動の繰り返しにより、有機太陽電池1は、その第1電極3及び第2電極7から電気エネルギーが取り出される。
For example, when the light L is absorbed by the electron donating material, excitons are generated, and charge separation occurs at the contact interface between the P-type material and the N-type material to generate electrons and holes. Among these, electrons move to the electron-accepting material, and move from the
図2は、図1に示す光電変換層5の一部を拡大して表した構成例を示す断面図である。
この光電変換層5は、P型材料及びN型材料として特別な材料を用いずに一般的な材料を用いている。この光電変換層5は、上述のように電子供与性材料及び電子受容性材料を有している。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration example in which a part of the
The
このうち電子供与性材料としては、例えばチオフェン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、フェニレン−ビニレン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、チエニレン−ビニレン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、カルバゾール及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ビニルカルバゾール及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ピロール及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、アセチレン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、イソチアナフェン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ヘプタジエン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマーなどの高分子、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン類およびそれらの誘導体、ジアミン類、フェニルジアミン類およびそれらの誘導体、ペンタセンなどのアセン類およびその誘導体、ポルフィリン、テトラメチルポルフィリン、テトラフェニルポルフィリン、テトラベンズポルフィリン、モノアゾテトラベンズポルフィリン、ジアゾテトラベンズポルフィン、トリアゾテトラベンズポルフィリン、オクタエチルポルフィリン、オクタアルキルチオポルフィラジン、オクタアルキルアミノポルフィラジン、ヘミポルフィラジン、クロロフィル等の無金属ポルフィリンや金属ポルフィリン及びそれらの誘導体、シアニン色素、メロシアニン色素、スクアリリウム色素、キナクリドン色素、アゾ色素、アントラキノン、ベンゾキノン、ナフトキノン等のキノン系色素などの低分子が利用されうる。金属フタロシアニンや金属ポルフィリンの中心金属としては、例えばマグネシウム、亜鉛、銅、銀、アルミニウム、ケイ素、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、スズ、白金、鉛などの金属、金属酸化物、金属ハロゲン化物が用いられる。なお、上記電子供与性材料としては、これらに限定されず、電子供与性のある材料であればいかなるものを採用しても良い。 Among these, as an electron-donating material, for example, an oligomer or a polymer having a skeleton of thiophene and a derivative thereof, an oligomer or a polymer having a skeleton of phenylene-vinylene and a derivative thereof, an oligomer or a polymer having a backbone of thienylene-vinylene and a derivative thereof, Oligomers and polymers having carbazole and its derivatives in the skeleton, oligomers and polymers having vinyl carbazole and its derivatives in the skeleton, oligomers and polymers having pyrrole and its derivatives in the skeleton, oligomers and polymers having acetylene and its derivatives in the skeleton, Oligomers and polymers having skeleton of anaphene and its derivatives, polymers such as oligomers and polymers having skeleton of heptadiene and its derivatives, metal-free phthalocyanines, metal phthalocyanines and derivatives thereof , Diamines, phenyldiamines and derivatives thereof, acenes such as pentacene and derivatives thereof, porphyrin, tetramethylporphyrin, tetraphenylporphyrin, tetrabenzporphyrin, monoazotetrabenzporphyrin, diazotetrabenzporphine, triazotetrabenz Metallic porphyrins such as porphyrin, octaethylporphyrin, octaalkylthioporphyrazine, octaalkylaminoporphyrazine, hemiporphyrazine, chlorophyll and metalloporphyrin and their derivatives, cyanine dyes, merocyanine dyes, squarylium dyes, quinacridone dyes, azo dyes, Low molecules such as quinone dyes such as anthraquinone, benzoquinone and naphthoquinone can be used. Examples of the central metal of metal phthalocyanine and metal porphyrin include magnesium, zinc, copper, silver, aluminum, silicon, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, tin, platinum, lead and other metals, metal oxides Metal halides are used. The electron donating material is not limited to these materials, and any material may be used as long as it is an electron donating material.
上記電子受容性材料としては、例えばピリジン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、キノリン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフェナンスロリン類およびその誘導体によるラダーポリマー、シアノ−ポリフェニレンビニレンなどの高分子、フッ素化無金属フタロシアニン、フッ素化金属フタロシアニン類及びその誘導体、ペリレン及びその誘導体(PTCDA、PTCDIなど)、ナフタレン誘導体(NTCDA、NTCDAなど)、バソキュプロイン及びその誘導体などの低分子が利用されうる。また、上記電子受容性材料としては、例えばPCBMなどのフラーレン誘導体、カーボンナノチューブの誘導体なども利用される。なお、上記電子受容性材料としては、これらに限定されず、電子受容性のある材料であればいかなるものを採用しても良い。 Examples of the electron-accepting material include oligomers and polymers having pyridine and derivatives thereof as skeletons, oligomers and polymers having quinoline and derivatives thereof as skeletons, ladder polymers using benzophenanthrolines and derivatives thereof, and cyano-polyphenylene vinylene. Small molecules such as polymers, fluorinated metal-free phthalocyanines, fluorinated metal phthalocyanines and derivatives thereof, perylene and derivatives thereof (PTCDA, PTCDI, etc.), naphthalene derivatives (NTCDA, NTCDA, etc.), bathocuproin and derivatives thereof sell. As the electron-accepting material, for example, fullerene derivatives such as PCBM, carbon nanotube derivatives, and the like are also used. The electron-accepting material is not limited to these materials, and any material having an electron-accepting material may be adopted.
この光電変換層5は、後述するようにP型材料及びN型材料の少なくとも一方が電界紡糸法(エレクトロスプレー法)により線状化されている。このため、この光電変換層5においては、P型材料とN型材料との接触面積が大きくなっている。
As will be described later, in the
従って、この光電変換層5では、吸収した光に基づいて発生させた電子及び正孔を、線状化されたP型材料とN型材料をキャリア輸送経路として、効率よく上記第1電極3などに供給することができる。よって、有機太陽電池1は、吸収した光Lに基づいて効率よく発電を行うことができる。
Therefore, in the
有機太陽電池1の構成については以上のようであり、次にこの有機太陽電池1の製造方法の一例について説明する。
図3〜図5は、それぞれ有機太陽電池1の製造方法の一例を示す断面図である。
図3に示すように基板4上には、ITO(Indium Tin Oxide)を材質とする第1電極3が形成されている。この第1電極3上には、必要に応じていわゆるPEDOTなどの図示しないバッファ層を塗布しても良い。
The configuration of the organic solar cell 1 is as described above. Next, an example of a method for manufacturing the organic solar cell 1 will be described.
3-5 is sectional drawing which shows an example of the manufacturing method of the organic solar cell 1, respectively.
As shown in FIG. 3, a
<電界紡糸法による光電変換層の形成>
このように第1電極3上には、光電変換層5が次のように電界紡糸法(エレクトロスプレー法)により形成される。この光電変換層5は、P型材料及びN型材料として、各々、例えばP3HT及びPCBMを採用している。
<Formation of photoelectric conversion layer by electrospinning>
As described above, the
この電界紡糸法においては、まず、図4に示すように第1電極3が形成済みの基板4を対向電極15上に配置しておく。この対向電極15の上部には、図示しない支持部によって支持されたキャピラリー11が配置されている。このキャピラリー11は、所定の溶媒に溶かしたP型材料11aを線状化(ナノファイバー化)して吐出する。電源14は、キャピラリー11と対向電極15との間に、それぞれ例えば5kV〜100KVの高電圧を印加する。
In this electrospinning method, first, the
この対向電極15は、第1電極3が形成された基板4が配置された状態で、例えば両キャピラリー11に対して相対的にR方向に回転する。ここで本実施形態では、キャピラリー11が、固定された対向電極15に対してR方向に回転しても良いし、対向電極15が、固定されたキャピラリー11に対してR方向に回転しても良い。本実施形態では、後者を採用して説明する。
The
キャピラリー11は、そのノズルから、所定の溶媒に溶かしたP型材料11aを線状化して、例えば1nl/分〜100nl/分の量を吹き出す。なお、高速成膜をする場合には、そのノズルの数を増やしても良い。すると、P型材料11aを含む溶媒は、線状化された状態で、電源15によって印加された電圧によって対向電極15に引き寄せられる。この対向電極15には、上述のように第1電極3が形成された基板4が配置されており、このように線状化されたP型材料11aを含む溶媒が、空中で揮発しつつ第1電極3の表面に付着する。
The capillary 11 linearizes the P-
このとき、上述したようにキャピラリー11が対向電極15に対して相対的にR方向に回転しているため、キャピラリー11から吐出されたP型材料11aを含む溶媒が空中で線状化した状態で複雑な形状となっていく。すると、この溶媒は空中で揮発するため、線状化されたP型材料11aが複雑な形状となったまま第1電極3の表面に所定の厚さとなるように積層される。
At this time, since the capillary 11 is rotating in the R direction relative to the
次に、例えば液体状のN型材料が、このように線状化されたP型材料11aの隙間を埋めるように塗布される。すると、この液体状のN型材料は、線状化されているP型材料の表面を覆うようになるため、P型材料11aとの接触面積が大きくなる。
Next, for example, a liquid N-type material is applied so as to fill a gap between the P-
従って、これらP型材料11a及びN型材料によって、図5に示すように光電変換層5が第1電極3上に形成される。このように光電変換層5が形成されると、次にこの光電変換層5上に酸化チタンなどを材質とするバッファ層を形成しても良い。以上のように光電変換層5が形成されると、この光電変換層5上には、図1に示すように第2電極7が形成される。このようにして有機太陽電池1が完成する。
Therefore, the
上記実施形態における有機太陽電池1の製造方法は、基板4上に透明な第1電極3を形成する第1電極形成ステップと、上記第1電極3上に、電界紡糸法によりP型材料及びN型材料の少なくとも一方を線状化(ナノファイバー化)して光電変換層5を形成する光電変換層形成ステップと、上記光電変換層5上に第2電極7を形成する電極形成ステップとを有する。本実施形態では、光電変換層5の形成にあたり、一例としてP型材料を含む溶媒を線状化してN型材料を塗布しているが、N型材料を含む溶媒を線状化してP型材料を塗布しても良い。
The manufacturing method of the organic solar cell 1 in the above embodiment includes a first electrode forming step of forming the transparent
つまり、この光電変換層5においては、P型材料及びN型材料が微細なナノレベルのファイバー状態で混ざり合うとともに密着して接触しているため、これらP型材料及びN型材料との接触面積が大きくなる。従って、光電変換層5が光を吸収して電荷分離しやすく、かつ電子とホールが、各電極まで到達するためのキャリア輸送経路を確実に確保できるため、各々、各電極に到達する前に再結合してしまうことがなくなり、各電極において確実に取り出すことができる。このため有機太陽電池1は、このような光電変換層5の作用によって光電変換効率が向上する。なお、本実施形態では、光電変換層5の材料として有機材料を例示しているが、この有機材料は、無機材料に比べて電子及び正孔の移動度が低いことが知られている。本実施形態は、有機材料でありながらP型材料及びN型材料の接触面積が大きい構成となっているため、このような有機材料の移動度の低さを補完し、光電変換効率を向上させることに貢献する。
That is, in the
ここで、このような電界紡糸法を用いると、P型材料(及びN型材料の少なくとも一方)が基板4の第1電極3が到達する時点では溶媒が揮発して固体状態で、光電変換層5を成膜することが可能となる。一般に塗布側太陽電池では、1層目を塗布した後、2層目を塗布すると、この2層目の溶媒が1層目を溶解させてしまい、好ましいPN接合界面を得ることが難しい場合もあった。しかしながら、このような電界紡糸法を用いると、溶媒が揮発した状態でP型材料が第1電極3に到達し、光電変換層5を成膜することができるため、好ましいPN接合界面を得ることが可能となる。よって、このような有機太陽電池1の製造方法によれば、光電変換層5に多数のPN接合界面を自由に形成でき、光電変換効率の良い有機太陽電池1を製造することができる。
Here, when such an electrospinning method is used, when the P-type material (and at least one of the N-type materials) reaches the
上記実施形態における有機太陽電池1の製造方法は、上記手法に加えてさらに、上記光電変換層形成ステップでは、上記電界紡糸法によって線状化した上記P型材料及び上記N型材料の少なくとも一方に対して上記基板4を相対的に回転させながら、これらP型材料及びN型材料の少なくとも一方を塗布する。
In addition to the above-described method, the method for manufacturing the organic solar cell 1 in the above-described embodiment further includes at least one of the P-type material and the N-type material linearized by the electrospinning method in the photoelectric conversion layer forming step. On the other hand, at least one of the P-type material and the N-type material is applied while the
このようにすると、線状化したP型材料及びN型材料が回転により互いにより複雑に絡み合うことになり、P型材料とN型材料との接触面積が大きくなる。すると、有機太陽電池1は、光を吸収した光電変換層5が放出した電子及び正孔を効率よく各第1電極3などに送り込むことができる。
In this way, the linearized P-type material and N-type material are intertwined with each other more complicatedly by rotation, and the contact area between the P-type material and the N-type material is increased. Then, the organic solar cell 1 can efficiently send electrons and holes emitted from the
上記実施形態における有機太陽電池1の製造方法は、上記基板4上に上記第1電極3を形成した後、上記光電変換層5を形成する前に、上記第1電極3上にP型材料を塗布して短絡防止層を形成する短絡防止形成ステップを有する。
In the method for manufacturing the organic solar cell 1 in the above embodiment, after forming the
このようにすると、光電変換層5を形成した後において第1電極3と第2電極7が短絡しないようにすることができる。
In this way, the
上記実施形態における有機太陽電池1は、基板4上に透明な第1電極3を形成する第1電極形成ステップと、上記第1電極3上に、電界紡糸法によりP型材料及びN型材料の少なくとも一方を線状化して光電変換層5を形成する光電変換層形成ステップと、上記光電変換層5上に第2電極7を形成する電極形成ステップとを有する有機太陽電池1の製造方法により製造されたことを特徴とする。
The organic solar cell 1 in the embodiment includes a first electrode forming step of forming a transparent
上記実施形態における有機太陽電池1は、基板4と、上記基板4上に形成された透明な第1電極3と、上記第1電極3上に形成されており線状化したP型材料及びN型材料の少なくとも一方により構成された光電変換層5と、上記光電変換層5上に形成された第2電極7とを有する。
The organic solar cell 1 in the above embodiment includes a
この光電変換層5においては、P型材料及びN型材料が微細なナノレベルのファイバー状態で接触しているため、これらP型材料及びN型材料との接触面積が大きくなる。従って、光電変換層5が光を吸収して電荷分離した電子とホールが、それぞれ各電極3などに到達する前に再結合してしまうことがなくなり、各電極3において確実に取り出すことができる。このため有機太陽電池1は、このような光電変換層5の作用によって光電変換効率が向上する。
In this
<第2実施形態>
図6は、第2実施形態における有機太陽電池1の製造方法の一部の変形例を示す断面図である。
第2実施形態における有機太陽電池1の製造方法は、第1実施形態における太陽電池1の製造方法とほぼ同様の手順でありほぼ同様の構成であることから、同一の手順及び構成については第1実施形態における図1乃至図5と同一の符号を用いるとともに、その説明を省略し、以下の説明では異なる点を中心として説明する。
Second Embodiment
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a modification of a part of the method for manufacturing the organic solar cell 1 in the second embodiment.
Since the manufacturing method of the organic solar cell 1 in the second embodiment has substantially the same procedure and the same configuration as the manufacturing method of the solar cell 1 in the first embodiment, the same procedure and configuration are the same for the first procedure. The same reference numerals as those in FIGS. 1 to 5 in the embodiment are used, and the description thereof is omitted. In the following description, different points are mainly described.
第1実施形態では、光電変換層5の形成にあたり、P型材料又はN型材料を電界紡糸法を用いて線状化して、その上からN型材料又はP型材料をコートする手法を例示したが、第2実施形態では、これらP型材料及びN型材料の両方を電界紡糸法で線状化して形成している。
In the first embodiment, in forming the
すなわち、第2実施形態では、上述した電界紡糸法を用いた光電変換層5の形成にあたり、図6に示すように一方のキャピラリー11がP型材料11aを含む溶媒を線状化して吐出している一方、他方のキャピラリー13がN型材料13aを含む溶媒を線状化して、例えば1nl/min〜100nl/minの量を吹き出す。なお、高速成膜をする場合には、そのノズルの数を増やしても良い。
That is, in the second embodiment, in forming the
他方のキャピラリー13は、所定の溶媒に溶かしたN型材料13aを線状化して吐出する。また電源17は、キャピラリー13と対向電極17との間に、それぞれ例えば5kV〜100KVの高電圧を印加している。この対向電極15は、第1電極3が形成された基板4が配置された状態で、例えば両キャピラリー11,13に対して相対的にR方向に回転する。
The
ここで本実施形態では、キャピラリー11,13が、固定された対向電極15に対してR方向に回転しても良いし、対向電極15が、固定されたキャピラリー11,13に対してR方向に回転しても良い。本実施形態では、後者を採用している。
In this embodiment, the
他のキャピラリー13は、キャピラリー11が第1実施形態のように所定の溶媒に溶かしたP型材料11aを線状化して吐出するのと並列して、所定の溶媒に溶かしたN型材料13aを線状化して吐出する。すると、N型材料13aを含む溶媒は、線状化された状態で、電源17によって印加された電圧によって対向電極15に引き寄せられる。この対向電極15には、上述のように第1電極3が形成された基板4が配置されており、このように線状化されたN型材料13aを含む溶媒が、空中で揮発しつつ第1電極3の表面に付着する。
The
このとき、上述のようにキャピラリー11,13が対向電極15に対して相対的にR方向に回転しているため、キャピラリー11,13から各々吐出されたP型材料11aを含む溶媒及びN型材料13aを含む溶媒が空中で複雑に絡み合う。すると、これら溶媒は空中で揮発しつつ複雑に絡み合うため、これらの溶媒が揮発した線状のP型材料11a及び線状のN型材料13aが、接触面積を増加させながら第1電極3の表面に所定の厚さとなるように積層される。
At this time, since the
上記実施形態における有機太陽電池1の製造方法は、上記光電変換層形成ステップでは、電界紡糸法(エレクトロスプレー法)により上記P型材料11a及び上記N型材料13aの両方を線状化して上記光電変換層5を形成している。
In the method for manufacturing the organic solar cell 1 in the above embodiment, in the photoelectric conversion layer forming step, both the P-
このようにすると、電界紡糸法によって線状化したP型材料11a及びN型材料13aを第1電極3上に形成することで光電変換層5が形成されている。このため、この光電変換層5の内部においては、これらP型材料11aとN型材料13aとが複雑に絡み合って接触面積が大きくなる。
Thus, the
すると、この光電変換層5は、光を吸収した際に電荷分離した電子及びホールは線状化したP型材料などを通って確実に各電極3などに向かうため、いわゆるバルクへテロ型の太陽電池のように電荷の通過経路(パス)の形成が不十分なために途中で再結合するようなことがなくなる。従って、このような光電変換層5を有する有機太陽電池1は光電変換効率が向上する。
Then, since this
<第3実施形態>
図7は、第3実施形態における有機太陽電池の製造方法によって製造された有機太陽電池1aの構成例を示す断面図である。
第3実施形態における有機太陽電池1の製造方法は、第1実施形態及び第2実施形態における太陽電池1の製造方法とほぼ同様の手順でありほぼ同様の構成であることから、同一の手順及び構成については第1実施形態及び第2実施形態における図1乃至図5と同一の符号を用いるとともに、その説明を省略し、以下の説明では異なる点を中心として説明する。
<Third Embodiment>
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration example of an organic
Since the manufacturing method of the organic solar cell 1 in the third embodiment is substantially the same procedure and substantially the same configuration as the manufacturing method of the solar cell 1 in the first and second embodiments, the same procedure and Regarding the configuration, the same reference numerals as those in FIGS. 1 to 5 in the first embodiment and the second embodiment are used, and the description thereof is omitted. In the following description, different points are mainly described.
この有機太陽電池1aは、上記各実施形態における有機太陽電池1とほぼ同様の構成であるが、第1電極3と光電変換層5との間にP型材料層6が形成されているとともに、この光電変換層5と第2電極7との間にN型材料層8が形成されている。なお、これらP型材料層6及びN型材料層8は、少なくとも一方が形成されている形態であっても良い。
This organic
<短絡防止層形成ステップ>
上記実施形態における有機太陽電池1aの製造方法は、上記各実施形態における有機太陽電池1の製造方法に加えてさらに、上記基板4上に上記第1電極を形成した後、上記光電変換層5を形成する前に、上記第1電極3上にP型材料を塗布して第1短絡防止層6(P型材料層)を形成する短絡防止形成ステップを有する。
<Short-circuit prevention layer forming step>
In addition to the manufacturing method of the organic solar cell 1 in each of the above embodiments, the method for manufacturing the organic
このようにすると、製造された有機太陽電池1aは、第1電極3と第2電極7が確実に直接的に接触しないようにすることができるため、第1電極3と第2電極7とが短絡しないようにすることができる。
If it does in this way, since the manufactured organic
<他の短絡防止層形成ステップ>
上記実施形態における有機太陽電池1aの製造方法は、上記有機太陽電池1aの製造方法に加えてさらに、上記光電変換層5を形成した後、上記第2電極7を形成する前に、上記光電変換層5上にN型材料を塗布して他の短絡防止層8(第2短絡防止層)を形成する他の短絡防止形成ステップを有する。
<Other short-circuit prevention layer forming steps>
In addition to the method for manufacturing the organic
このようにすると、製造された有機太陽電池1aは、第1電極3と第2電極7が確実に直接的に接触しないようにすることができるため、第1電極3と第2電極7とが短絡しないようにすることができる。
If it does in this way, since the manufactured organic
なお、本実施形態は、上記に限られず、種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を順を追って説明する。 In addition, this embodiment is not restricted above, A various deformation | transformation is possible. Hereinafter, such modifications will be described in order.
<電界紡糸法(スプレー法)による光電変換層の形成方法の変形例>
上記実施形態では、図4においてキャピラリー11,13から各々P型材料及びN型材料を含む溶媒を吐出しているが、これに代えて、これらのうち一方のみをキャピラリー11などから吐出し、他方をスピンコート法及びブレード法、印刷法などで第1電極3上に成膜するようにしてもよい。この場合、キャピラリー11などによて線状化する材料は、後からコートする溶媒に溶けにくい材料が望ましい。なお、このように線状化(ナノファイバー化)する材料は、仮に後からコートする溶媒に溶けたとしても、短時間であれば、ある程度のファイバー形状やドット形状を維持することができると考えられる。
<Modification of the method for forming a photoelectric conversion layer by electrospinning (spraying)>
In the above embodiment, the solvent containing the P-type material and the N-type material is discharged from the
上記実施形態では、光電変換層5の形成にあたり、線状化したP型材料などを用いているが、これに限られず、第1電極3上に微細なP型材料などのドットを形成するようにしても良い。つまり電界紡糸法は、線状化させつつ吹き出した後に空中で溶媒が揮発するため、基板4上の第1電極3に付着する時点でP型材料などが固体状態で付着するように制御することもできる。よって、このようなドットを形成する手法でP型材料とN型材料とを積層した場合には、両材料が混ざり合うことはなくP型材料とN型材料との積層構造となり、その積層構造の製造制御が容易となる。この場合、必要に応じて、光電変換層5の積層後にはアニール処理を施すことで、これらP型材料とN型材料との接触界面に混合層を形成するようにしても良い。
In the above embodiment, a linear P-type material or the like is used for forming the
また、上記第1実施形態では、第1電極3上に、線状化したP型材料を形成した後にN型材料を塗布しているが、これに限られず、線状化したN型材料を形成した後にP型材料を塗布しても良い。また、さらに第1実施形態では、第1電極3上に、N型材料を塗布した後に、線状化したP型材料を埋め込むようにしてもよい。同様に第1実施形態では、第1電極3上に、P型材料を塗布した後に、線状化したN型材料を埋め込むようにしても良い。
In the first embodiment, the N-type material is applied on the
図8は、上記各実施形態を応用して製造された有機太陽電池1bの構成例を示す断面図である。
この有機太陽電池1bは、第1実施形態における有機太陽電池1とほぼ同様の構成であるが、第1実施形態の光電変換層5とほぼ同様の構成である光電変換層5aにおけるP型材料及びN型材料の状態が異なっている。
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration example of an organic
This organic
すなわち、この光電変換層5aは、例えばP型材料及びN型材料を基板4に対して多数本垂直に(第1電極3及び第2電極7の配列方向に沿って)、紡糸した構成となっている(以下「垂直配向構造」という)。このような垂直配向構造を実現するには、第1電極3上に線状化したN型材料を形成しておき、その上からP型材料を成膜することで、P型材料とN型材料の垂直配向構造としてもよいし、第1電極3上に線状化したP型材料を形成しておき、その上から、N型材料を成膜するようにしてもよい。
That is, the
上記実施形態における有機太陽電池1の製造方法では、上記光電変換層形成ステップでは、上記第1電極3と上記第2電極7とが対向する向きに沿ってP型材料又はN型材料を線状化して形成する。
In the method for manufacturing the organic solar cell 1 in the above embodiment, in the photoelectric conversion layer forming step, the P-type material or the N-type material is linearly formed along the direction in which the
このようにすると、有機太陽電池1は、光電変換層5などが理想的な構造となり最も光電変換効率が良くなる。
If it does in this way, in the organic solar cell 1, the photoelectric converting
1 有機太陽電池
1a 有機太陽電池
3 第1電極
4 基板
5 光電変換層
5a 光電変換層
7 第2電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Organic
Claims (8)
前記第1電極上に、電界紡糸法によりP型材料及びN型材料の少なくとも一方を線状化して光電変換層を形成する光電変換層形成ステップと、
前記光電変換層上に第2電極を形成する電極形成ステップと
を有することを特徴とする有機太陽電池の製造方法。 A first electrode forming step of forming a transparent first electrode on the substrate;
A photoelectric conversion layer forming step of forming a photoelectric conversion layer by linearizing at least one of a P-type material and an N-type material by electrospinning on the first electrode;
And an electrode forming step of forming a second electrode on the photoelectric conversion layer.
前記光電変換層形成ステップでは、前記電界紡糸法により前記P型材料及び前記N型材料の両方を線状化して前記光電変換層を形成することを特徴とする有機太陽電池。 In the manufacturing method of the organic solar cell of Claim 1,
In the photoelectric conversion layer forming step, the photoelectric conversion layer is formed by linearizing both the P-type material and the N-type material by the electrospinning method.
前記光電変換層形成ステップでは、
前記電界紡糸法によって線状化した前記P型材料及び前記N型材料の少なくとも一方に対して前記基板を相対的に回転させながら、前記P型材料及び前記N型材料の少なくとも一方を塗布することを特徴とする有機太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the organic solar cell of Claim 1 or Claim 2,
In the photoelectric conversion layer forming step,
Applying at least one of the P-type material and the N-type material while rotating the substrate relative to at least one of the P-type material and the N-type material linearized by the electrospinning method. The manufacturing method of the organic solar cell characterized by these.
前記基板上に前記第1電極を形成した後、前記光電変換層を形成する前に、前記第1電極上にP型材料を塗布して短絡防止層を形成する短絡防止層形成ステップを有することを特徴とする有機太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the organic solar cell in any one of Claims 1 thru | or 3,
After forming the first electrode on the substrate and before forming the photoelectric conversion layer, the method includes a short-circuit preventing layer forming step of forming a short-circuit preventing layer by applying a P-type material on the first electrode. The manufacturing method of the organic solar cell characterized by these.
前記光電変換層を形成した後、前記第2電極を形成する前に、前記光電変換層上にN型材料を塗布して他の短絡防止層を形成する他の短絡防止形成ステップを有することを特徴とする有機太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the organic solar cell in any one of Claims 1 thru | or 4,
After forming the photoelectric conversion layer, before forming the second electrode, it has another short-circuit prevention forming step of forming another short-circuit prevention layer by applying an N-type material on the photoelectric conversion layer. A method for producing an organic solar cell.
前記光電変換層形成ステップでは、
前記第1電極と前記第2電極とが対向する向きに沿ってP型材料又はN型材料を線状化して形成することを特徴とする有機太陽電池の製造方法。 In the manufacturing method of the organic solar cell in any one of Claims 1 thru | or 5,
In the photoelectric conversion layer forming step,
A method for producing an organic solar cell, comprising forming a P-type material or an N-type material in a line along a direction in which the first electrode and the second electrode face each other.
前記第1電極上に、電界紡糸法によりP型材料及びN型材料の少なくとも一方を線状化して光電変換層を形成する光電変換層形成ステップと、
前記光電変換層上に第2電極を形成する電極形成ステップと
を有する有機太陽電池の製造方法により製造されたことを特徴とする有機太陽電池。 A first electrode forming step of forming a transparent first electrode on the substrate;
A photoelectric conversion layer forming step of forming a photoelectric conversion layer by linearizing at least one of a P-type material and an N-type material by electrospinning on the first electrode;
An organic solar cell produced by a method for producing an organic solar cell comprising an electrode forming step of forming a second electrode on the photoelectric conversion layer.
前記基板上に形成された透明な第1電極と、
前記第1電極上に形成されており線状化したP型材料及びN型材料の少なくとも一方を含む光電変換層と、
前記光電変換層上に形成された第2電極と
を有することを特徴とする有機太陽電池。 A substrate,
A transparent first electrode formed on the substrate;
A photoelectric conversion layer formed on the first electrode and including at least one of a linearized P-type material and N-type material;
An organic solar battery comprising: a second electrode formed on the photoelectric conversion layer.
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JP2007065288A JP2008227282A (en) | 2007-03-14 | 2007-03-14 | Method of manufacturing organic solar cell, and organic solar cell |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009251386A (en) * | 2008-04-08 | 2009-10-29 | Ricoh Co Ltd | Device, organic semiconductor nanofiber, discharged liquid, method for manufacturing device, and method for manufacturing photoreceptor |
JP2010238507A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Japan Vilene Co Ltd | Electrode for dye-sensitized solar cell and dye-sensitized solar cell |
CN103311438A (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-18 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | Carbon-based solar cell photosensitive film and preparation method thereof |
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2007
- 2007-03-14 JP JP2007065288A patent/JP2008227282A/en active Pending
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