JP2012099592A - Organic photoelectric conversion element, solar cell and method for manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a bulk hetero junction type organic photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency and durability, a method for manufacturing the organic photoelectric conversion element, and a solar cell using the organic photoelectric conversion element.SOLUTION: The organic photoelectric conversion element comprises at least a first electrode; an organic photoelectric conversion layer containing a p-type organic semiconductor material with electron-donating properties, an n-type organic semiconductor material with electron-receptive properties, and metal oxide fine particles; and a second electrode on a substrate. The method for manufacturing the organic photoelectric conversion element includes an organic photoelectric conversion layer forming step that a coating liquid which contains the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material and in which the metal oxide fine particles are dispersed, is applied to the electrode to form a layer, then it is heat-treated at 90°C or higher to eccentrically dispose the metal oxide fine particles in the normal direction to the organic photoelectric conversion layer surface and to increase a concentration of the metal oxide fine particles in the vicinity of at least one surface.

Description

本発明は、有機光電変換素子、太陽電池に関し、さらに詳しくは、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子、この有機光電変換素子を用いた太陽電池およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an organic photoelectric conversion element and a solar cell, and more particularly to a bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element, a solar cell using the organic photoelectric conversion element, and a method for manufacturing the same.

近年の化石エネルギーの高騰によって、自然エネルギーから直接電力を発電できるシステムが求められており、単結晶、多結晶あるいはアモルファスのSiを用いた太陽電池、GaAsやCIGSなどの化合物系の太陽電池、あるいは色素増感型光電変換素子(グレッツェルセル)などが開発され実用化されている。   Due to the recent rise in fossil energy, there is a demand for a system that can generate electric power directly from natural energy. A solar cell using single crystal, polycrystalline or amorphous Si, a compound solar cell such as GaAs or CIGS, or Dye-sensitized photoelectric conversion elements (Gretzel cells) and the like have been developed and put into practical use.

しかしながら、これらの太陽電池で発電するコストは、未だ化石燃料を用いて発電し送電される電気の価格よりも高いものとなっており、普及の妨げとなっていた。また、基板に重いガラスを用いなければならないため、設置時に補強工事が必要であり、これらも発電コストが高くなる一因であった。   However, the cost of generating electricity with these solar cells is still higher than the price of electricity generated and transmitted using fossil fuels, which has hindered widespread use. In addition, since heavy glass must be used for the substrate, reinforcement work is required at the time of installation, which is one of the causes that increase the power generation cost.

このような状況に対し、化石燃料による発電コストよりも低コストを達成しうる太陽電池として、透明電極と対電極との間に電子供与体層(p型半導体層)と電子受容体層(n型半導体層)とが混合された光電変換層を挟んだバルクヘテロジャンクション型光電変換素子が提案されている(例えば、非特許文献1および特許文献1参照)。   For such a situation, as a solar cell that can achieve a lower cost than the power generation cost of fossil fuel, an electron donor layer (p-type semiconductor layer) and an electron acceptor layer (n A bulk heterojunction photoelectric conversion element is proposed in which a photoelectric conversion layer mixed with a semiconductor layer is mixed (see, for example, Non-Patent Document 1 and Patent Document 1).

これらのバルクヘテロジャンクション型太陽電池においては、陽極と陰極以外は塗布プロセスで形成されているため、高速且つ安価な製造が可能であると期待され、従来の高発電コストの課題を解決できる可能性がある。更に、従来のSi系太陽電池や化合物半導体系太陽電池或いは色素増感太陽電池などと異なり、160℃より高温のプロセスがないため、安価且つ軽量なプラスチック基板上への形成も可能であると期待される。   Since these bulk heterojunction solar cells are formed by a coating process other than the anode and the cathode, it is expected that they can be manufactured at high speed and at low cost, and there is a possibility that the problems of conventional high power generation costs can be solved. is there. Furthermore, unlike conventional Si-based solar cells, compound semiconductor-based solar cells, or dye-sensitized solar cells, there is no process at a temperature higher than 160 ° C., so that it can be formed on a cheap and lightweight plastic substrate. Is done.

例えば非特許文献1記載の発明では、5%を超える変換効率を達成するにいたっているが、これはチオフェン環とベンゾチアジアゾール環との間の分子内電荷移動を利用することで、非常な長波長(〜900nm)までの幅広い太陽光を吸収することが可能となったためである。   For example, in the invention described in Non-Patent Document 1, conversion efficiency exceeding 5% has been achieved. This is achieved by utilizing intramolecular charge transfer between a thiophene ring and a benzothiadiazole ring, which is extremely long. This is because it has become possible to absorb a wide range of sunlight up to the wavelength (˜900 nm).

又、太陽電池には耐久性も要求されるが、未だ有機薄膜太陽電池の耐久性は不十分なものであった。上記材料を用いた非特許文献2では、100時間で光電変換効率が約40%低下したと報告されている。   Moreover, although durability is also required for the solar cell, the durability of the organic thin-film solar cell is still insufficient. In Non-Patent Document 2 using the above materials, it is reported that the photoelectric conversion efficiency is reduced by about 40% in 100 hours.

このような課題に対して、通常の有機薄膜太陽電池と逆の順番に積層し、透明電極側から電子をとりだし、仕事関数の深い安定な金属電極側から正孔を取りだす、いわゆる逆層構成の有機薄膜太陽電池が提案されている(特許文献2)。   In order to deal with such problems, the layers are stacked in the reverse order of normal organic thin-film solar cells, the electrons are taken out from the transparent electrode side, and the holes are taken out from the stable metal electrode side having a deep work function. An organic thin film solar cell has been proposed (Patent Document 2).

このような構成にすることで、電極に不安定で酸化されやすい浅い仕事関数の金属を使用する必要がなくなり、電極に起因する劣化が抑制され、大幅に寿命を向上できることが開示されている。   It has been disclosed that such a configuration eliminates the need to use a metal having a shallow work function that is unstable and easily oxidized in the electrode, suppresses deterioration due to the electrode, and can greatly improve the life.

このような逆層構成では、電子輸送層上に光電変換層を塗布積層する必要があるため、電子輸送層に用いられる材料としては、塗布製膜可能でかつ光電変換層を塗布する溶媒に不溶である材料が求められる。しかしこのような電子輸送材料の報告例は少なく、塗布プロセスで成膜できる電子輸送材料としてTiOが開示されているが(特許文献2)、TiO層は水分とチタニウムアルコキシドを反応させて形成させるため、水分により劣化が起きる有機光電変換素子においては好ましい素材であるとはいえず、また量産規模で安定な膜が形成できないといった問題があった。 In such a reverse layer configuration, since it is necessary to coat and laminate a photoelectric conversion layer on the electron transport layer, the material used for the electron transport layer can be formed into a coating and is insoluble in the solvent for coating the photoelectric conversion layer. A material is required. However, there are few reports of such electron transport materials, and TiO x is disclosed as an electron transport material that can be formed by a coating process (Patent Document 2), but the TiO x layer is formed by reacting moisture with titanium alkoxide. Therefore, it cannot be said that it is a preferable material for an organic photoelectric conversion element that is deteriorated by moisture, and there is a problem that a stable film cannot be formed on a mass production scale.

また、順層においても光電変換層上に塗布プロセスで成膜できる電子輸送材料としてTiOxが開示されているが(特許文献3)、前記同様、水分による劣化が起きる有機光電変換素子においては好ましい素材であるとはいえず、また量産規模で安定な膜が形成できないといった問題があった。   Moreover, although TiOx is disclosed as an electron transport material that can be formed on the photoelectric conversion layer by a coating process in the normal layer (Patent Document 3), as described above, a preferable material for an organic photoelectric conversion element in which deterioration due to moisture occurs. However, there is a problem that a stable film cannot be formed on a mass production scale.

一方、光電変換効率を向上するために、光電変換層に無機ナノ粒子を含有させ、無機ナノ粒子を正極もしくは負極の平面から法線方向に対して、濃度分布を持たせて電荷の取り出し効率を向上させる方法が提案されている(特許文献4)。しかしながら、この発明では濃度分布を持たせるために多層塗布のプロセスが必要であり、工程負荷が大きかった。また、光電変換層が多層塗布であるため経時よる光電変換層同士の界面接触の変動があり耐久性に問題があった。   On the other hand, in order to improve the photoelectric conversion efficiency, the photoelectric conversion layer contains inorganic nanoparticles, and the inorganic nanoparticles have a concentration distribution in the normal direction from the plane of the positive electrode or the negative electrode, thereby improving the charge extraction efficiency. A method for improving this has been proposed (Patent Document 4). However, in the present invention, in order to have a concentration distribution, a multi-layer coating process is necessary, and the process load is large. Further, since the photoelectric conversion layer is a multi-layer coating, there is a problem in durability because the interface contact between the photoelectric conversion layers varies with time.

特表平8−500701号公報JP-T 8-500701 特開2009−146981号公報JP 2009-146981 A 特表2009−522818号公報Special table 2009-522818 特開2009−158730号公報JP 2009-158730 A

Nature Mat.,vol.6(2007),p497、A.Heeger etc.Nature Mat. , Vol. 6 (2007), p497, A.I. Heeger etc. Science_317_2007_p222Science_317_2007_p222

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、本発明の目的は、高い光電変換効率及び耐久性を有するバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子とその製造方法、それを用いた太陽電池を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a bulk heterojunction organic photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency and durability, a method for producing the same, and a solar cell using the same. There is to do.

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。   The above object of the present invention can be achieved by the following constitution.

(1)
少なくとも、基板上に第1の電極、電子供与性を有するp型有機半導体材料と電子受容性を有するn型有機半導体材料および金属酸化物微粒子を含有する有機光電変換層、および第2の電極を有する有機光電変換素子の製造方法において、
該有機光電変換層を形成する工程が、前記p型有機半導体材料と前記n型有機半導体材料を含みかつ金属酸化物微粒子を分散させた塗布液を、前記電極上に塗布して層を形成した後、90℃以上で加熱処理を行うことにより、該金属酸化物微粒子を、該有機光電変換層面に対する法線方向に偏在させて、少なくとも一方の表面近傍の該金属酸化物微粒子の濃度を高めることを特徴とする有機光電変換素子の製造方法。
(1)
At least a first electrode on the substrate, an organic photoelectric conversion layer containing a p-type organic semiconductor material having an electron donating property, an n-type organic semiconductor material having an electron accepting property, and metal oxide fine particles, and a second electrode In the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element having,
In the step of forming the organic photoelectric conversion layer, a coating liquid containing the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material and in which metal oxide fine particles are dispersed is applied onto the electrode to form a layer. Thereafter, the metal oxide fine particles are unevenly distributed in the normal direction with respect to the surface of the organic photoelectric conversion layer by performing a heat treatment at 90 ° C. or higher to increase the concentration of the metal oxide fine particles in the vicinity of at least one surface. The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element characterized by these.

(2)
前記有機光電変換層を形成する工程が、前記p型有機半導体材料と前記n型有機半導体材料を含みかつ金属酸化物微粒子を分散させた塗布液を、前記電極上に塗布した後、90℃以上の温度で乾燥して層を形成することを特徴とする、(1)記載の有機光電変換素子の製造方法。
(2)
The step of forming the organic photoelectric conversion layer is performed at 90 ° C. or higher after applying a coating liquid containing the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material and in which metal oxide fine particles are dispersed on the electrode. The method for producing an organic photoelectric conversion device according to (1), wherein the layer is formed by drying at a temperature of 5 ° C.

(3)
前記金属酸化物微粒子が、前記有機光電変換層の両方の表面近傍に偏在していることを特徴とする(1)又は(2)に記載の有機光電変換素子。
(3)
The organic photoelectric conversion element according to (1) or (2), wherein the metal oxide fine particles are unevenly distributed in the vicinity of both surfaces of the organic photoelectric conversion layer.

(4)
前記金属酸化物微粒子の平均1次粒径が、光電変換層の膜厚に対して30%以下であることを特徴とする(2)又は(3)に記載の有機光電変換素子。
(4)
The average primary particle diameter of the metal oxide fine particles is 30% or less with respect to the film thickness of the photoelectric conversion layer. The organic photoelectric conversion element according to (2) or (3),

(5)
前記金属酸化物微粒子の含有量が、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料の合計に対して、0.5質量%以上、10質量%以下であることを特徴とする(3)又は(4)に記載の有機光電変換素子。
(5)
The content of the metal oxide fine particles is 0.5% by mass or more and 10% by mass or less based on the total of the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material (3) or ( The organic photoelectric conversion element as described in 4).

(6)
(3)〜(5)の何れか1項に記載の有機光電変換素子からなることを特徴とする太陽電池。
(6)
A solar cell comprising the organic photoelectric conversion device according to any one of (3) to (5).

本発明によれば、高い光電変換効率及び耐久性を有するバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子とその製造方法、それを用いた太陽電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element which has high photoelectric conversion efficiency and durability, its manufacturing method, and a solar cell using the same can be provided.

順層構成の有機光電変換素子からなる太陽電池を示す断面図。Sectional drawing which shows the solar cell which consists of an organic photoelectric conversion element of a normal layer structure. 逆層構成の有機光電変換素子からなる太陽電池を示す断面図。Sectional drawing which shows the solar cell which consists of an organic photoelectric conversion element of a reverse layer structure. タンデム型の光電変換層を備える有機光電変換素子からなる太陽電池を示す断面図。Sectional drawing which shows the solar cell which consists of an organic photoelectric conversion element provided with a tandem-type photoelectric conversion layer. 本発明の有機光電変換層の断面TEM画像の一例。An example of the cross-sectional TEM image of the organic photoelectric converting layer of this invention. 本発明の有機光電変換層の断面TEM画像の一例。An example of the cross-sectional TEM image of the organic photoelectric converting layer of this invention.

以下、本発明を実施するための代表的な形態について説明するが、本発明はこれらに限定されるわけではない。   Hereinafter, although the typical form for implementing this invention is demonstrated, this invention is not necessarily limited to these.

本発明者らは、上記課題に対して鋭意検討したところ、p型有機半導体材料と電子受容性を有するn型有機半導体材料が混合されたバルクヘテロジャンクション型光電変換層塗布液に、金属酸化物微粒子を含有させて塗布すると、層形成後の熱処理温度あるいは塗布液を乾燥させる温度により、金属酸化物微粒子が光電変換層中で分散した状態ではなく、正極または負極の平面から法線方向にいずれか一方または両方の表面近傍に偏在することを見出し、上記課題を達成できることを見出した。   As a result of diligent investigations on the above problems, the inventors of the present invention applied metal oxide fine particles to a bulk heterojunction photoelectric conversion layer coating liquid in which a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material having electron acceptability were mixed. When the coating is applied, the metal oxide fine particles are not dispersed in the photoelectric conversion layer depending on the heat treatment temperature after layer formation or the temperature at which the coating solution is dried, but either from the plane of the positive electrode or the negative electrode in the normal direction. It was found that it is unevenly distributed in the vicinity of one or both surfaces, and that the above-mentioned problems can be achieved.

p型有機半導体材料とn型有機半導体材料が混合されたバルクヘテロジャンクション型光電変換層に光が入射されると、p型有機半導体材料の電子が最高被占軌道(以下、「HOMO」という)から最低空軌道(以下、「LUMO」と言う)に励起され、この電子はn型有機半導体材料の伝導帯に移動した後、外部回路を経由してp型共役高分子の伝導帯に移動する。そして、p型共役高分子の伝導帯で生じた電子は、LUMOのレベルに移動する。   When light is incident on a bulk heterojunction photoelectric conversion layer in which a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material are mixed, electrons from the p-type organic semiconductor material start from the highest occupied orbit (hereinafter referred to as “HOMO”). Excited in the lowest unoccupied orbit (hereinafter referred to as “LUMO”), the electrons move to the conduction band of the n-type organic semiconductor material, and then move to the conduction band of the p-type conjugated polymer via an external circuit. Electrons generated in the conduction band of the p-type conjugated polymer move to the LUMO level.

一方、光が入射されると、p型有機半導体材料のHOMOのレベルに発生した正孔は、外部回路を経由してn型半導体の価電子帯に移動する。こうしてバルクヘテロジャンクション型光電変換層おいて光電流が流れる。このような光電荷分離はp型有機半導体材料とn型半導体材料の接触界面が大きいほど促進されると考えられている。   On the other hand, when light is incident, holes generated at the HOMO level of the p-type organic semiconductor material move to the valence band of the n-type semiconductor via the external circuit. Thus, a photocurrent flows in the bulk heterojunction photoelectric conversion layer. It is considered that such photocharge separation is promoted as the contact interface between the p-type organic semiconductor material and the n-type semiconductor material increases.

p型有機半導体材料とn型有機半導体材料が混合されたバルクヘテロジャンクション型光電変換層は混合液を塗布し層形成した後、熱によるアニール処理を行うとp型有機半導体材料の結晶性が促進されミクロ相分離構造を形成し、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料の接触界面が増大し、変換効率が向上することが知られている。   A bulk heterojunction photoelectric conversion layer in which a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material are mixed is coated with a mixed solution, and then annealed by heat to promote the crystallinity of the p-type organic semiconductor material. It is known that a microphase separation structure is formed, the contact interface between the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material is increased, and the conversion efficiency is improved.

本発明者らは、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料と金属酸化物微粒子が混合されたバルクヘテロジャンクション型光電変換層塗布液を塗布し層形成した後90℃以上の加熱処理を行うことにより、または、塗布液を塗布した後90℃以上の温度で乾燥し層を形成することにより、金属酸化物微粒子は光電変換層中で分散した状態ではなく、正極もしくは負極の平面から法線方向に、いずれか一方または両方の表面近傍に偏在することを見出した。特開2009−158730号公報では混合塗布液を塗布後、80℃の真空恒温槽で60分乾燥を実施し、膜厚方向に濃度分布を設けた例を記載されている。しかしながら、本発明の方法によれば、従来にないより優れた光電変換効率及び耐久性を示している。これは、本発明の方法により少なくとも金属酸化物微粒子の配向性が確実に、かつ明確に進んでいるためと思われる。   The present inventors apply a bulk heterojunction photoelectric conversion layer coating liquid in which a p-type organic semiconductor material, an n-type organic semiconductor material, and metal oxide fine particles are mixed to form a layer, and then perform a heat treatment at 90 ° C. or higher. Or by applying a coating liquid and drying at a temperature of 90 ° C. or more to form a layer, the metal oxide fine particles are not dispersed in the photoelectric conversion layer, but are normal to the plane of the positive electrode or the negative electrode And found that it is unevenly distributed in the vicinity of one or both surfaces. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-158730 describes an example in which, after applying a mixed coating solution, drying is performed in a vacuum thermostat at 80 ° C. for 60 minutes, and a concentration distribution is provided in the film thickness direction. However, according to the method of the present invention, the photoelectric conversion efficiency and durability superior to those of the prior art are exhibited. This seems to be because at least the orientation of the metal oxide fine particles is surely and clearly advanced by the method of the present invention.

これについて本発明者らは、混合塗布液を塗布後90℃以上の加熱処理を行うことにより、または、塗布液を塗布した後90℃以上の温度で乾燥し層を形成することによりp型有機半導体材料の結晶性が促進されミクロ相分離構造を形成する過程において金属酸化物微粒子が押し出されて正極もしくは負極の平面からなる法線方向のいずれか一方または両方の表面近傍に偏在したものと考えている。   In this regard, the present inventors have performed p-type organic by performing a heat treatment at 90 ° C. or higher after coating the mixed coating liquid, or by drying at a temperature of 90 ° C. or higher after coating the coating liquid to form a layer. In the process of promoting the crystallinity of the semiconductor material and forming the micro phase separation structure, the metal oxide fine particles are pushed out and are considered to be unevenly distributed near the surface of one or both of the normal directions consisting of the plane of the positive electrode or the negative electrode. ing.

本発明では、金属酸化物微粒子が正極もしくは負極の平面からなる法線方向にいずれか一方の表面近傍に偏在することにより、その仕事関数により電子受容性が上がり電子を効率よく取り出す、または正孔受容性が上がり正孔を効率よく取り出すことが出来る。   In the present invention, the metal oxide fine particles are unevenly distributed in the vicinity of one surface in the normal direction consisting of the plane of the positive electrode or the negative electrode, so that the electron acceptability is increased by the work function, or electrons are efficiently taken out. The acceptability increases and holes can be taken out efficiently.

金属酸化物微粒子が正極もしくは負極の平面から法線方向に両方の表面近傍に偏在すると、電子または正孔の取り出しを阻害してしまうと考えられたが、驚くべきことに阻害作用はないことを見出した。その理由は、偏在しているだけでは金属酸化物微粒子が平面方向に連続した層を形成しているのではないためp型有機半導体材料およびn型有機半導体材料からの電子または正孔の取り出しを妨げないものと本発明者らは考えている。   It was thought that metal oxide fine particles were unevenly distributed in the vicinity of both surfaces in the normal direction from the plane of the positive electrode or negative electrode. I found it. The reason for this is that the metal oxide fine particles do not form a continuous layer in the plane direction only by being unevenly distributed, so that electrons or holes are taken out from the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material. The present inventors consider that this is not disturbed.

また、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料と金属酸化物微粒子が混合された液を塗布することで金属酸化物微粒子を正極もしくは負極の平面からなる法線方向にいずれか一方または両方の表面近傍に偏在させることで耐久性が向上するのは、多層塗布で形成された金属酸化物微粒子を偏在させた光電変換層とは異なり、光電変換層間の界面が存在しないため光電変換層内のミクロ層分離構造が変化しないこと、また、製造段階で安定な位置に偏在しているため、金属酸化物微粒子の光電変換層内での流動変化を抑制しているためと本発明者らは考えている。   In addition, by applying a liquid in which a p-type organic semiconductor material, an n-type organic semiconductor material, and metal oxide fine particles are mixed, the metal oxide fine particles are placed in one or both of the normal directions of the positive or negative electrode planes. Unlike the photoelectric conversion layer in which metal oxide fine particles formed by multi-layer coating are unevenly distributed, durability is improved by uneven distribution in the vicinity of the surface, because there is no interface between the photoelectric conversion layers. The present inventors consider that the microlayer separation structure does not change, and that the flow of metal oxide fine particles in the photoelectric conversion layer is suppressed because the microlayer separation structure is unevenly distributed at the manufacturing stage. ing.

以下、本発明に係る各構成要素の詳細について、順次説明する。   Hereinafter, details of each component according to the present invention will be sequentially described.

〔有機光電変換素子及び太陽電池の構成〕
図1は、順層型のバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子を示す断面図の一例である。図1において、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子10は、基板11の面上に、透明電極(一般に陽極)12、正孔輸送層17、光電変換層14、電子輸送層18及び対極(一般に陰極)13が順次積層されている。
[Configuration of organic photoelectric conversion element and solar cell]
FIG. 1 is an example of a cross-sectional view showing a normal layer type bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element. In FIG. 1, a bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element 10 includes a transparent electrode (generally an anode) 12, a hole transport layer 17, a photoelectric conversion layer 14, an electron transport layer 18 and a counter electrode (generally a cathode) on the surface of a substrate 11. ) 13 are sequentially stacked.

基板11は、順次積層された透明電極12、光電変換層14及び対極13を保持する部材である。本実施形態では、基板11側から光電変換される光が入射するので、基板11は、この光電変換される光を透過させることが可能な、即ちこの光電変換すべき光の波長に対して透明な部材である。基板11は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が用いられる。この基板11は必須ではなく、例えば、光電変換層14の両面に透明電極12及び対極13を形成することで、バルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子10が構成されてもよい。   The substrate 11 is a member that holds the transparent electrode 12, the photoelectric conversion layer 14, and the counter electrode 13 that are sequentially stacked. In the present embodiment, since light photoelectrically converted enters from the substrate 11 side, the substrate 11 can transmit the light subjected to photoelectric conversion, that is, transparent to the wavelength of the light to be photoelectrically converted. It is an important member. As the substrate 11, for example, a glass substrate or a resin substrate is used. The substrate 11 is not essential. For example, the bulk heterojunction type organic photoelectric conversion element 10 may be configured by forming the transparent electrode 12 and the counter electrode 13 on both surfaces of the photoelectric conversion layer 14.

光電変換層14は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料とを一様に混合し構成される。p型有機半導体材料は、相対的に電子供与体(ドナー)として機能し、n型有機半導体材料は、相対的に電子受容体(アクセプタ)として機能する。   The photoelectric conversion layer 14 is a layer that converts light energy into electric energy, and is configured by uniformly mixing a p-type organic semiconductor material and an n-type organic semiconductor material. The p-type organic semiconductor material functions relatively as an electron donor (donor), and the n-type organic semiconductor material functions relatively as an electron acceptor (acceptor).

ここで、電子供与体及び電子受容体は、“光を吸収した際に、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)を形成する電子供与体及び電子受容体”であり、電極のように単に電子を供与あるいは受容するものではなく、光反応によって、電子を供与あるいは受容するものである。   Here, the electron donor and the electron acceptor are “an electron donor in which, when light is absorbed, electrons move from the electron donor to the electron acceptor to form a hole-electron pair (charge separation state)”. And an electron acceptor ”, which does not simply donate or accept electrons like an electrode, but donates or accepts electrons by a photoreaction.

図1において、基板11を介して透明電極12から入射された光は、光電変換層14の光電変換層における電子受容体あるいは電子供与体で吸収され、電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)が形成される。発生した電荷は内部電界、例えば、透明電極12と対極13の仕事関数が異なる場合では透明電極12と対極13との電位差によって、電子は電子受容体間を通り、また正孔は電子供与体間を通り、それぞれ異なる電極へ運ばれ、光電流が検出される。   In FIG. 1, light incident from the transparent electrode 12 through the substrate 11 is absorbed by the electron acceptor or electron donor in the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion layer 14, and electrons move from the electron donor to the electron acceptor. Thus, a hole-electron pair (charge separation state) is formed. In the case where the generated electric charges have different internal electric fields, for example, when the work functions of the transparent electrode 12 and the counter electrode 13 are different, the electrons pass between the electron acceptors and the holes are between the electron donors due to the potential difference between the transparent electrode 12 and the counter electrode 13. And is carried to different electrodes, and photocurrent is detected.

ここで、通常透明電極12の仕事関数は対極13の仕事関数よりも大きいため、正孔は透明電極12へ、電子は対極13へ輸送される。   Here, since the work function of the transparent electrode 12 is usually larger than that of the counter electrode 13, holes are transported to the transparent electrode 12 and electrons are transported to the counter electrode 13.

なお、仕事関数の大小が逆転すれば電子と正孔は、これとは逆方向に輸送される逆層構成となる。   If the work function is reversed, electrons and holes are transported in the opposite direction to the reverse layer configuration.

図2は、逆層型のバルクヘテロジャンクション型の有機光電変換素子を示す断面図の一例である。前述のように仕事関数の関係を逆転させ、さらに図1における正孔輸送層17と電子輸送層18の位置を入れ替えている。   FIG. 2 is an example of a cross-sectional view showing an inverted layer bulk heterojunction organic photoelectric conversion element. As described above, the work function relationship is reversed, and the positions of the hole transport layer 17 and the electron transport layer 18 in FIG.

なお、図1、図2には記載していないが、正孔ブロック層、電子ブロック層、電子注入層、正孔注入層、あるいは平滑化層等の他の層を有していてもよい。   Although not shown in FIGS. 1 and 2, other layers such as a hole blocking layer, an electron blocking layer, an electron injection layer, a hole injection layer, or a smoothing layer may be included.

更に、太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、このような光電変換素子を積層した、タンデム型の構成としてもよい。図3は、タンデム型の光電変換層を備える有機光電変換素子を示す断面図の一例である。   Furthermore, it is good also as a tandem-type structure which laminated | stacked such a photoelectric conversion element for the purpose of the improvement of sunlight utilization factor (photoelectric conversion efficiency). FIG. 3 is an example of a cross-sectional view illustrating an organic photoelectric conversion element including a tandem photoelectric conversion layer.

タンデム型構成の場合、基板11上に順次透明電極12、電子輸送層18、第1の光電変換層14′を積層した後、電荷再結合層15を積層した後、第2の光電変換層16、次いで対電極13を積層することで、タンデム型の構成とすることができる。第2の光電変換層16は、第1の光電変換層14′の吸収スペクトルと同じスペクトルを吸収する層でもよいし、異なるスペクトルを吸収する層でもよいが、好ましくは異なるスペクトルを吸収する層である。また、第1の光電変換層14′、第2の光電変換層16と各電極の間には、正孔輸送層17を有していても良い。   In the case of the tandem configuration, the transparent electrode 12, the electron transport layer 18, and the first photoelectric conversion layer 14 ′ are sequentially stacked on the substrate 11, the charge recombination layer 15 is stacked, and then the second photoelectric conversion layer 16. Then, by stacking the counter electrode 13, a tandem configuration can be obtained. The second photoelectric conversion layer 16 may be a layer that absorbs the same spectrum as the absorption spectrum of the first photoelectric conversion layer 14 'or may be a layer that absorbs a different spectrum, but is preferably a layer that absorbs a different spectrum. is there. Moreover, you may have the positive hole transport layer 17 between 1st photoelectric converting layer 14 ', 2nd photoelectric converting layer 16, and each electrode.

本発明では、光電変換層がp型有機半導体材料とn型有機半導体材料と金属酸化物微粒子の混合溶液を塗布することにより形成され、かつ、金属酸化物微粒子が有機光電変換層中で正極もしくは負極の平面からなる法線方向に対していずれか一方または両方の表面近傍に偏在している。よって前述のように光電変換層内で光反応で発生した電荷をより効率よく電極または隣接した層に輸送することが出来る。   In the present invention, the photoelectric conversion layer is formed by applying a mixed solution of a p-type organic semiconductor material, an n-type organic semiconductor material, and metal oxide fine particles, and the metal oxide fine particles are positive or It is unevenly distributed in the vicinity of one or both surfaces with respect to the normal direction composed of the plane of the negative electrode. Therefore, as described above, the charge generated by the photoreaction in the photoelectric conversion layer can be more efficiently transported to the electrode or an adjacent layer.

以下に、これらの層を構成する材料について述べる。   Below, the material which comprises these layers is described.

〔金属酸化物微粒子〕
本発明の金属酸化物微粒子について説明する。
[Metal oxide fine particles]
The metal oxide fine particles of the present invention will be described.

金属酸化物微粒子の金属酸化物としては、例えばTi、Zn、Ge、Zr、Hf、Si、Sn、Mn、Ga、Mo、In、Sb、Ta、V、Y、Al、Ni及びNbから選択される少なくとも1種の金属酸化物、又はこれらの金属の2種以上を組み合わせてなる複合金属酸化物が挙げられ、前記金属酸化物微粒子は、前記金属酸化物、又は前記複合金属酸化物を含有することが好ましい。   The metal oxide of the metal oxide fine particles is selected from, for example, Ti, Zn, Ge, Zr, Hf, Si, Sn, Mn, Ga, Mo, In, Sb, Ta, V, Y, Al, Ni, and Nb. At least one kind of metal oxide, or a composite metal oxide obtained by combining two or more of these metals, and the metal oxide fine particles contain the metal oxide or the composite metal oxide. It is preferable.

前記金属酸化物としては、例えばZnO、GeO、TiO、ZrO、HfO、SiO、SnO、SnO、SnO、Mn、Ga、Mo、In、Sb、Ta、V、Y、Al、NiO、Ni、Nbなどが挙げられる。 Examples of the metal oxide include ZnO, GeO 2 , TiO 2 , ZrO 2 , HfO 2 , SiO 2 , SnO, SnO 2 , SnO 3 , Mn 2 O 3 , Ga 2 O 3 , Mo 2 O 3 , In 2. Examples include O 3 , Sb 2 O 3 , Ta 2 O 5 , V 2 O 5 , Y 2 O 3 , Al 2 O 3 , NiO, Ni 2 O 3 , and Nb 2 O 5 .

前記複合金属酸化物としては、例えばチタンとジルコニウムの複合酸化物、チタンとジルコニアとハフニウムの複合酸化物、チタンとバリウムの複合酸化物、チタンとケイ素の複合酸化物、チタンとジルコニウムとケイ素の複合酸化物、チタンと錫の複合酸化物、チタンとジルコニアと錫の複合酸化物、AZO(AlをドープしたZnO)、酸化インジウム錫(ITO)、酸化アンチモン錫(ATO)、GZO(GaをドープしたZnO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)などが挙げられる。   Examples of the composite metal oxide include a composite oxide of titanium and zirconium, a composite oxide of titanium, zirconia and hafnium, a composite oxide of titanium and barium, a composite oxide of titanium and silicon, and a composite of titanium, zirconium and silicon. Oxides, composite oxides of titanium and tin, composite oxides of titanium, zirconia and tin, AZO (Al doped ZnO), indium tin oxide (ITO), antimony tin oxide (ATO), GZO (Ga doped) ZnO), indium zinc oxide (IZO), and the like.

このような金属酸化物としては、TiO、SnO、ZrO、SiO、AZO、GZOが好ましく、TiO、SnOが更に好ましい。TiOの結晶構造としてはアナターゼ型(正方晶)、ルチル型(正方晶)、ブルサイト型(斜方晶)のいずれでも良いが、ルチル型が好ましく、ナターゼ型、ブルサイト型が混在していても良い。 As such a metal oxide, TiO 2 , SnO 2 , ZrO 2 , SiO 2 , AZO, and GZO are preferable, and TiO 2 and SnO 2 are more preferable. The crystal structure of TiO 2 may be any one of anatase type (tetragonal), rutile type (tetragonal), and brucite type (orthorhombic), but rutile type is preferable, and both natase type and brucite type are mixed. May be.

前記金属酸化物微粒子の製造方法としては、特に限定されるものではなく、公知のいずれの方法も用いることができる。例えば、金属塩や金属アルコキシドを原料に用い、水を含有する反応系において加水分解することにより、所望の酸化物微粒子を得ることができる。   The method for producing the metal oxide fine particles is not particularly limited, and any known method can be used. For example, desired oxide fine particles can be obtained by using a metal salt or metal alkoxide as a raw material and hydrolyzing in a reaction system containing water.

本発明の金属酸化物微粒子は平均1次粒径が光電変換層の膜厚に対して30%以下であることが好ましい。平均1次粒径が光電変換層の膜厚に対して30%以下であると、正極もしくは負極の平面からなる法線方向に対していずれか一方または両方の表面近傍に偏在が容易であり、膜厚を均一化しやすく、また電池の短絡等の発生を抑制する。通常バルクヘテロジャンクション型光電変換層の膜厚は、50nmから400nmであり、より好ましくは80nmから300nmの範囲であるため、金属酸化物微粒子の平均1次粒径としては1nm以上、90nm以下が好ましい。また平均1次粒径が1nmより小さな金属酸化物微粒子を得ることは一般的に困難である。また、平均1次粒径が小さすぎると金属酸化物微粒子が平面方向に連続した層を形成してしまい本発明の効果が得られにくくなる。金属酸化物微粒子の平均1次粒径は好ましくは2nm以上であり、より好ましくは3nm以上である。   The metal oxide fine particles of the present invention preferably have an average primary particle size of 30% or less with respect to the film thickness of the photoelectric conversion layer. When the average primary particle size is 30% or less with respect to the film thickness of the photoelectric conversion layer, it is easy to be unevenly distributed in the vicinity of one or both surfaces with respect to the normal direction composed of the plane of the positive electrode or the negative electrode, It is easy to make the film thickness uniform and suppresses the occurrence of short circuit of the battery. Usually, the film thickness of the bulk heterojunction photoelectric conversion layer is from 50 nm to 400 nm, more preferably from 80 nm to 300 nm. Therefore, the average primary particle diameter of the metal oxide fine particles is preferably 1 nm or more and 90 nm or less. Moreover, it is generally difficult to obtain metal oxide fine particles having an average primary particle size smaller than 1 nm. On the other hand, if the average primary particle size is too small, the metal oxide fine particles form a continuous layer in the plane direction, making it difficult to obtain the effects of the present invention. The average primary particle size of the metal oxide fine particles is preferably 2 nm or more, more preferably 3 nm or more.

金属酸化物微粒子の平均1次粒径の測定は当該分野で知られた方法によりそれを行うことができ、例えば、TEM、吸着法、光散乱法、SAXS、X線回折(XRD)装置などにより測定できる。TEMでは電子顕微鏡で観察するが、粒子径分布が広い場合には、視野内に入った粒子が全粒子を代表しているか否かに注意を払う必要がある。吸着法は、N2吸着などによりBET表面積を評価するものである。   The average primary particle size of the metal oxide fine particles can be measured by a method known in the art, for example, by TEM, adsorption method, light scattering method, SAXS, X-ray diffraction (XRD) apparatus or the like. It can be measured. In TEM, observation is performed with an electron microscope. When the particle size distribution is wide, it is necessary to pay attention to whether or not the particles entering the field of view represent all particles. In the adsorption method, the BET surface area is evaluated by N2 adsorption or the like.

本発明の金属酸化物微粒子の含有量はp型有機半導体材料と電子受容性を有するn型有機半導体材料の合計に対して0.5から10質量%であることが好ましい。この範囲とすることにより正極もしくは負極の平面からなる法線方向に対していずれか一方または両方の表面近傍に金属酸化物微粒子を偏在させやすく、膜厚を均一化しやすく、また電池の短絡等の発生を抑制する。より好ましくは1質量%から5質量%である。   The content of the metal oxide fine particles of the present invention is preferably 0.5 to 10% by mass with respect to the total of the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material having electron accepting properties. By setting this range, the metal oxide fine particles are likely to be unevenly distributed in the vicinity of one or both surfaces with respect to the normal direction consisting of the plane of the positive electrode or the negative electrode, the film thickness can be easily made uniform, and the battery can be short-circuited. Suppresses the occurrence. More preferably, it is 1 mass% to 5 mass%.

本発明の金属酸化物微粒子はあらかじめ溶液に分散された状態で使用することが望ましい。分散溶液としては、後述するバルクヘテロジャンクション層の形成方法に使用する溶媒が好ましく、またバルクヘテロジャンクション層の形成方法に使用する溶媒に混合した時に金属酸化物微粒子が凝集または沈降しない溶媒が好ましい。分散溶液には界面活性剤等の分散剤を含有しても良い。   The metal oxide fine particles of the present invention are desirably used in a state of being dispersed in a solution in advance. As the dispersion solution, a solvent used in a method for forming a bulk heterojunction layer described later is preferable, and a solvent in which metal oxide fine particles do not aggregate or settle when mixed with a solvent used in a method for forming a bulk heterojunction layer is preferable. The dispersion solution may contain a dispersant such as a surfactant.

〔p型有機半導体材料〕
本発明の光電変換層(バルクヘテロジャンクション層)に用いられるp型有機半導体材料としては、種々の縮合多環芳香族低分子化合物や共役ポリマーが挙げられる。
[P-type organic semiconductor materials]
Examples of the p-type organic semiconductor material used for the photoelectric conversion layer (bulk heterojunction layer) of the present invention include various condensed polycyclic aromatic low molecular compounds and conjugated polymers.

縮合多環芳香族化合物としては、例えば、オリゴチオフェン、オリゴパラフェニレン、フルオレン、カルバゾール、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、チエノチオフェン、ベンゾジチオフェン、シクロペンタジチオフェン、ジチエノピロール、ジチエノシロール、ジチエノナフタレン、ベンゾチオフェノベンゾチオフェン、アントラジチオフェン、チエノピラジン、ベンゾチアジアゾール、ジケトピロロピロール、ピラゾロトリアゾール等の化合物、ポルフィリンや銅フタロシアニン、テトラチアフルバレン(TTF)−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)、ビスエチレンジチアテトラチアフルバレン(BEDTTTF)、およびこれらの誘導体等を挙げることができる。   Examples of the condensed polycyclic aromatic compound include oligothiophene, oligoparaphenylene, fluorene, carbazole, anthracene, tetracene, pentacene, hexacene, heptacene, chrysene, picene, fluorene, pyrene, peropyrene, perylene, terylene, quaterylene, coronene, Ovalene, circumcamanthracene, bisanthene, zestrene, heptazethrene, pyranthrene, violanthene, isoviolanthene, cacobiphenyl, thienothiophene, benzodithiophene, cyclopentadithiophene, dithienopyrrole, dithienosilole, dithienonaphthalene, benzothiophenobenzothiophene Compounds such as tradithiophene, thienopyrazine, benzothiadiazole, diketopyrrolopyrrole, pyrazolotriazole, Firin or copper phthalocyanine, tetrathiafulvalene (TTF) - tetracyanoquinodimethane (TCNQ), bis-ethylenedioxy-thia tetrathiafulvalene (BEDTTTF), and the like, and these derivatives.

なお、本発明において低分子化合物とは、化合物の分子量に分布のない、単一分子であることを意味する。他方、高分子化合物とは、所定のモノマーを反応させることによって一定の分子量分布を有する化合物の集合体であることを意味する。しかし、実用上分子量によって定義をする際には、好ましくは分子量が5000以上の化合物を高分子化合物と区分する。より好ましくは10000以上、さらに好ましくは30000以上である。他方、高分子量になるほど溶解性が低下するため、分子量は100万以下、より好ましくは10万以下であることが好ましい。なお、分子量はゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で測定することができる。また、分子量に応じた精製も分取用のゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)で精製することができる。   In the present invention, the low molecular weight compound means a single molecule having no distribution in the molecular weight of the compound. On the other hand, the polymer compound means an aggregate of compounds having a certain molecular weight distribution by reacting a predetermined monomer. However, in practical terms, when defining by molecular weight, a compound having a molecular weight of 5000 or more is preferably classified as a polymer compound. More preferably, it is 10,000 or more, More preferably, it is 30000 or more. On the other hand, since the solubility decreases as the molecular weight increases, the molecular weight is preferably 1,000,000 or less, more preferably 100,000 or less. The molecular weight can be measured by gel permeation chromatography (GPC). Purification according to molecular weight can also be performed by preparative gel permeation chromatography (GPC).

より好ましいp型半導体材料としては、分子構造に共役二重結合を有する共役高分子半導体材料であり、共役高分子半導体材料としては、公知の共役高分子材料が使用できる。   A more preferable p-type semiconductor material is a conjugated polymer semiconductor material having a conjugated double bond in the molecular structure, and a known conjugated polymer material can be used as the conjugated polymer semiconductor material.

共役系高分子としては、例えば、ポリ3−ヘキシルチオフェン(P3HT)等のポリチオフェン及びそのオリゴマー、またはTechnical Digest of the International PVSEC−17,Fukuoka,Japan,2007,P1225に記載の重合性基を有するようなポリチオフェン、Nature Material,(2006)vol.5,p328に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、国際公開第08/000664号パンフレットに記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv.Mater.,2007,p4160に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体,Nature Mat.vol.6(2007),p497に記載のPCPDTBT等のようなポリチオフェン共重合体、ポリピロール及びそのオリゴマー、ポリアニリン、ポリフェニレン及びそのオリゴマー、ポリフェニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリチエニレンビニレン及びそのオリゴマー、ポリアセチレン、ポリジアセチレン、ポリシラン、ポリゲルマン等のσ共役系ポリマー、等のポリマー材料が挙げられる。なかでもポリ3−ヘキシルチオフェン(P3HT)、PCPDTBT等のようなポリチオフェン共重合体が特に好ましい。   As the conjugated polymer, for example, a polythiophene such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) and an oligomer thereof, or a technical group described in Technical Digest of the International PVSEC-17, Fukuoka, Japan, 2007, P1225. Polythiophene, Nature Material, (2006) vol. 5, p328, polythiophene-thienothiophene copolymer, polythiophene-diketopyrrolopyrrole copolymer described in WO08 / 000664, Adv. Mater. , 2007, p4160, a polythiophene-thiazolothiazole copolymer, Nature Mat. vol. 6 (2007), p497 described in PCPDTBT, polypyrrole and its oligomer, polyaniline, polyphenylene and its oligomer, polyphenylene vinylene and its oligomer, polythienylene vinylene and its oligomer, polyacetylene, polydiacetylene, Examples thereof include polymer materials such as σ-conjugated polymers such as polysilane and polygermane. Of these, polythiophene copolymers such as poly-3-hexylthiophene (P3HT) and PCPDTBT are particularly preferred.

また、縮合多環芳香族低分子化合物および、共役高分子を併用しても良い。更に公知のオリゴマー材料を併用しても良い。   Moreover, you may use together a condensed polycyclic aromatic low molecular weight compound and a conjugated polymer. Further, a known oligomer material may be used in combination.

オリゴマー材料としては、チオフェン6量体であるα−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−セクシチオフェン、α,ω−ジヘキシル−α−キンケチオフェン、α,ω−ビス(3−ブトキシプロピル)−α−セクシチオフェン、等のオリゴマーを好適に用いることができる。   As the oligomer material, α-sexual thiophene, α, ω-dihexyl-α-sexual thiophene, α, ω-dihexyl-α-kinkethiophene, α, ω-bis (3-butoxypropyl)-, which are thiophene hexamers, are used. Oligomers such as α-sexithiophene can be preferably used.

〔n型有機半導体材料〕
本発明のバルクヘテロジャンクション層に用いられるn型有機半導体材料としては、特に限定されないが、例えば、フラーレン、オクタアザポルフィリン等、p型半導体の水素原子をフッ素原子に置換したパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物を骨格として含む高分子化合物等を挙げることができる。
[N-type organic semiconductor materials]
The n-type organic semiconductor material used for the bulk heterojunction layer of the present invention is not particularly limited. For example, a perfluoro compound (perfluoropentacene) in which hydrogen atoms of a p-type semiconductor such as fullerene and octaazaporphyrin are substituted with fluorine atoms. And perfluorophthalocyanine), naphthalenetetracarboxylic acid anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide and other aromatic carboxylic acid anhydrides and imidized polymers thereof as a skeleton A compound etc. can be mentioned.

しかし、各種のp型有機半導体材料と高速(〜50fs)かつ効率的に電荷分離を行うことができる、フラーレン誘導体が好ましい。フラーレン誘導体としては、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC84、フラーレンC240、フラーレンC540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ、多層ナノチューブ、単層ナノチューブ、ナノホーン(円錐型)等、及びこれらの一部が水素原子、ハロゲン原子、置換または無置換のアルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、ヘテロアリール基、シクロアルキル基、シリル基、エーテル基、チオエーテル基、アミノ基、シリル基等によって置換されたフラーレン誘導体を挙げることができる。   However, fullerene derivatives that can perform charge separation with various p-type organic semiconductor materials at high speed (up to 50 fs) and efficiently are preferable. Fullerene derivatives include fullerene C60, fullerene C70, fullerene C76, fullerene C78, fullerene C84, fullerene C240, fullerene C540, mixed fullerene, fullerene nanotubes, multi-walled nanotubes, single-walled nanotubes, nanohorns (conical), etc. Partially by hydrogen atom, halogen atom, substituted or unsubstituted alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, aryl group, heteroaryl group, cycloalkyl group, silyl group, ether group, thioether group, amino group, silyl group, etc. Examples thereof include substituted fullerene derivatives.

中でも、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッドメチルエステル(略称PCBM)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nブチルエステル(PCBnB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−イソブチルエステル(PCBiB)、[6,6]−フェニルC61−ブチリックアシッド−nヘキシルエステル(PCBH)、Adv.Mater.,vol.20(2008),p2116等に記載のbis−PCBM、特開2006−199674号公報等のアミノ化フラーレン、特開2008−130889号公報等のメタロセン化フラーレン、米国特許第7,329,709号明細書等の環状エーテル基を有するフラーレン等のような、置換基を有しより溶解性が向上したフラーレン誘導体を用いることが好ましい。   Among them, [6,6] -phenyl C61-butyric acid methyl ester (abbreviation PCBM), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-nbutyl ester (PCBnB), [6,6] -phenyl C61- Butyric acid-isobutyl ester (PCBiB), [6,6] -phenyl C61-butyric acid-n-hexyl ester (PCBH), Adv. Mater. , Vol. 20 (2008), p2116, etc., aminated fullerenes such as JP-A 2006-199674, metallocene fullerenes such as JP-A 2008-130889, US Pat. No. 7,329,709, etc. It is preferable to use a fullerene derivative having a substituent and having improved solubility, such as fullerene having a cyclic ether group such as a calligraphy.

〔バルクヘテロジャンクション層の形成方法〕
本発明のバルクヘテロジャンクション層はp型有機半導体材料とn型有機半導体材料と金属酸化物微粒子の混合溶液を塗布することにより形成される。塗布法としては、キャスト法、スピンコート法、ブレードコーティング法、ワイヤーバーコーティング法、グラビアコート法、スプレーコーティング法、ディッピング(浸漬)コーティング法、ビードコーティング法、エアーナイフコーティング法、カーテンコーティング法、インクジェット法、スクリーン印刷法、凸版印刷法、凹版印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法等の印刷法Langmuir−Blodgett(LB)法などの通常の方法を用いることができ、キャスト法、スピンコート法、およびブレードコーティング法を用いることが特に好ましい。
[Method of forming bulk heterojunction layer]
The bulk heterojunction layer of the present invention is formed by applying a mixed solution of a p-type organic semiconductor material, an n-type organic semiconductor material, and metal oxide fine particles. Coating methods include casting, spin coating, blade coating, wire bar coating, gravure coating, spray coating, dipping (dipping) coating, bead coating, air knife coating, curtain coating, and inkjet. Conventional methods such as the Langmuir-Blodgett (LB) method, such as a printing method, a screen printing method, a relief printing method, an intaglio printing method, an offset printing method, a flexographic printing method, and the like. It is particularly preferred to use the blade coating method.

塗布法を用いてバルクヘテロジャンクション層の形成する場合、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料を溶解または分散し、金属酸化物微粒子を分散できる溶媒を使用することが好ましい。溶剤としては、例えば、ヘキサン、オクタン、デカン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、1−メチルナフタレンなどの炭化水素系溶媒、例えば、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン系溶媒、例えば、ジクロロメタン、クロロホルム、テトラクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン、テトラクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、クロロトルエンなどのハロゲン化炭化水素系溶媒、例えば、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミルなどのエステル系溶媒、例えば、メタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコールなどのアルコール系溶媒、例えば、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソールなどのエーテル系溶媒、例えば、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、1−メチル−2−ピロリドン、1−メチル−2−イミダゾリジノン、ジメチルスルフォキサイドなどの極性溶媒が挙げられる。好ましくはトルエン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン、キシレンが挙げられる。   When a bulk heterojunction layer is formed using a coating method, it is preferable to use a solvent that can dissolve or disperse the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material and disperse the metal oxide fine particles. Examples of the solvent include hydrocarbon solvents such as hexane, octane, decane, toluene, xylene, ethylbenzene, and 1-methylnaphthalene, for example, ketone solvents such as acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, and cyclohexanone, such as dichloromethane, Halogenated hydrocarbon solvents such as chloroform, tetrachloromethane, dichloroethane, trichloroethane, tetrachloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, chlorotoluene, for example, ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, amyl acetate, Alcohols such as methanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclohexanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol Solvents such as ether solvents such as dibutyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, anisole such as N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, 1-methyl-2-pyrrolidone, 1-methyl-2-imidazolid Examples thereof include polar solvents such as non- and dimethyl sulfoxide. Preferably, toluene, chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, and xylene are used.

本発明のバルクヘテロジャンクション型光電変換層のp型有機半導体材料とn型有機半導体材料との混合比は、質量比で2:8〜8:2の範囲が好ましく、より好ましくは4:6〜6:4の範囲である。本発明の金属酸化物微粒子の含有量はp型有機半導体材料とn型有機半導体材料の総和に対して0.5〜10質量%の範囲が好ましく、より好ましくは1〜10質量%の範囲である。   The mixing ratio of the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material of the bulk heterojunction photoelectric conversion layer of the present invention is preferably in the range of 2: 8 to 8: 2, more preferably 4: 6 to 6 in terms of mass ratio. : 4 range. The content of the metal oxide fine particles of the present invention is preferably in the range of 0.5 to 10% by mass, more preferably in the range of 1 to 10% by mass with respect to the total of the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material. is there.

本発明のバルクヘテロジャンクション型光電変換層の膜厚は、50nmから400nmが好ましく、より好ましくは80nmから300nmの範囲である。   The film thickness of the bulk heterojunction photoelectric conversion layer of the present invention is preferably from 50 nm to 400 nm, more preferably from 80 nm to 300 nm.

塗布に使用する溶液の固形分濃度は、塗布方法、膜厚にもよるが、1質量%から15質量%が好ましく、より好ましくは1.5質量%から10質量%である。   The solid concentration of the solution used for coating depends on the coating method and the film thickness, but is preferably 1% by mass to 15% by mass, and more preferably 1.5% by mass to 10% by mass.

本発明の金属酸化物微粒子が有機光電変換層中で正極もしくは負極の平面からなる法線方向に対していずれか一方または両方の表面近傍に偏在しているバルクヘテロジャンクション型光電変換層を得るには、塗布液を塗布して層を形成した後90℃以上の加熱処理を行うこと、または、塗布液を塗布した後90℃以上の温度で乾燥し層を形成することが必要である。加熱処理温度または乾燥温度が90℃未満では金属酸化物微粒子は表面近傍に充分偏在せず、光電変換層中に分散してしまうことになる。好ましくは90℃から200℃の範囲、より好ましくは100℃から160℃の範囲である。熱処理時間は3分から30分が好ましく、より好ましくは5分から15分である。乾燥時間は好ましくは30秒から5分の範囲、より好ましくは40秒から2分の範囲である。160℃を超えると金属酸化物微粒子が偏在されるものの、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料が過剰に相分離することにより金属酸化物粒子との接触界面面積が減少し効果が減少し始める。また、有機光電変換層を形成後、次の別層を設ける前に、所定の温度で加熱処理、乾燥することは金属酸化物微粒子の偏在が確実化するので好ましい。有機光電変換層の次に別層を設けた後に加熱処理を行った場合、偏在させることが難しくなる。   To obtain a bulk heterojunction photoelectric conversion layer in which the metal oxide fine particles of the present invention are unevenly distributed in the vicinity of one or both surfaces in the organic photoelectric conversion layer with respect to the normal direction composed of the plane of the positive electrode or the negative electrode It is necessary to apply a coating solution to form a layer and then perform a heat treatment at 90 ° C. or higher, or to apply a coating solution and dry at a temperature of 90 ° C. or higher to form a layer. When the heat treatment temperature or the drying temperature is less than 90 ° C., the metal oxide fine particles are not unevenly distributed near the surface and are dispersed in the photoelectric conversion layer. Preferably it is the range of 90 to 200 degreeC, More preferably, it is the range of 100 to 160 degreeC. The heat treatment time is preferably 3 minutes to 30 minutes, more preferably 5 minutes to 15 minutes. The drying time is preferably in the range of 30 seconds to 5 minutes, more preferably in the range of 40 seconds to 2 minutes. When the temperature exceeds 160 ° C., the metal oxide fine particles are unevenly distributed, but the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material are excessively phase-separated to reduce the contact interface area between the metal oxide particles and reduce the effect. start. In addition, after forming the organic photoelectric conversion layer and before providing another layer, heat treatment and drying at a predetermined temperature are preferable because the uneven distribution of metal oxide fine particles is ensured. When heat treatment is performed after providing another layer next to the organic photoelectric conversion layer, it is difficult to make it unevenly distributed.

〔電子輸送層・正孔ブロック層〕
本発明の有機光電変換素子10は、バルクヘテロジャンクション層と陰極との中間に電子輸送層18を形成することで、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、これらの層を有していることが好ましい。
[Electron transport layer / hole blocking layer]
Since the organic photoelectric conversion element 10 of the present invention can take out charges generated in the bulk heterojunction layer more efficiently by forming the electron transport layer 18 between the bulk heterojunction layer and the cathode. It is preferable to have this layer.

電子輸送層18としては、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)を用いることができるが、同様に、バルクヘテロジャンクション層に用いられるp型有機半導体材料のHOMO準位よりも深いHOMO準位を有する電子輸送層には、バルクヘテロジャンクション層で生成した正孔を陰極側には流さないような整流効果を有する、正孔ブロック機能が付与される。より好ましくは、n型半導体のHOMO準位よりも深い材料を電子輸送層として用いることである。また、電子を輸送する特性から、電子移動度の高い化合物を用いることが好ましい。   As the electron transport layer 18, octaazaporphyrin, a p-type semiconductor perfluoro product (perfluoropentacene, perfluorophthalocyanine, etc.) can be used. Similarly, a p-type organic semiconductor material used for a bulk heterojunction layer is used. The electron transport layer having a HOMO level deeper than the HOMO level is given a hole blocking function having a rectifying effect so that holes generated in the bulk heterojunction layer do not flow to the cathode side. More preferably, a material deeper than the HOMO level of the n-type semiconductor is used as the electron transport layer. Moreover, it is preferable to use a compound with high electron mobility from the characteristic of transporting electrons.

このような電子輸送層は、正孔ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する電子輸送層を使用する方が好ましい。このような材料としては、バソキュプロイン等のフェナントレン系化合物、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のn型半導体材料、及び酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のn型無機酸化物及びフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物等を用いることができる。また、バルクヘテロジャンクション層に用いたn型有機半導体材料単体からなる層を用いることもできる。   Such an electron transport layer is also called a hole blocking layer, and it is preferable to use an electron transport layer having such a function. Examples of such materials include phenanthrene compounds such as bathocuproine, n-type semiconductor materials such as naphthalenetetracarboxylic acid anhydride, naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid anhydride, perylenetetracarboxylic acid diimide, and titanium oxide. N-type inorganic oxides such as zinc oxide and gallium oxide, and alkali metal compounds such as lithium fluoride, sodium fluoride, and cesium fluoride can be used. A layer made of a single n-type organic semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used.

これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。   The means for forming these layers may be either a vacuum deposition method or a solution coating method, but is preferably a solution coating method.

〔正孔輸送層・電子ブロック層〕
本発明の有機光電変換素子10は、バルクヘテロジャンクション層と陽極との中間には正孔輸送層17を、バルクヘテロジャンクション層で発生した電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、これらの層を有していることが好ましい。
[Hole Transport Layer / Electron Blocking Layer]
In the organic photoelectric conversion element 10 of the present invention, the hole transport layer 17 can be taken out between the bulk heterojunction layer and the anode, and charges generated in the bulk heterojunction layer can be taken out more efficiently. It is preferable to have.

これらの層を構成する材料としては、例えば、正孔輸送層17としては、スタルクヴイテック社製、商品名BaytronP等のPEDOT、ポリアニリン及びそのドープ材料、WO2006/019270号等に記載のシアン化合物、等を用いることができる。なお、バルクヘテロジャンクション層に用いられるn型半導体材料のLUMO準位よりも浅いLUMO準位を有する正孔輸送層には、バルクヘテロジャンクション層で生成した電子を陽極側には流さないような整流効果を有する、電子ブロック機能が付与される。このような正孔輸送層は、電子ブロック層とも呼ばれ、このような機能を有する正孔輸送層を使用する方が好ましい。このような材料としては、特開平5−271166号公報等に記載のトリアリールアミン系化合物、また酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化タングステン等の金属酸化物等を用いることができる。また、バルクヘテロジャンクション層に用いたp型半導体材料単体からなる層を用いることもできる。   As a material constituting these layers, for example, as the hole transport layer 17, PEDOT such as trade name BaytronP, polyaniline and its doping material, a cyanide compound described in WO2006 / 019270, etc. Etc. can be used. Note that the hole transport layer having a LUMO level shallower than the LUMO level of the n-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer has a rectifying effect that prevents electrons generated in the bulk heterojunction layer from flowing to the anode side. It has an electronic block function. Such a hole transport layer is also called an electron block layer, and it is preferable to use a hole transport layer having such a function. As such a material, a triarylamine compound described in JP-A-5-271166 or a metal oxide such as molybdenum oxide, nickel oxide, or tungsten oxide can be used. A layer made of a single p-type semiconductor material used for the bulk heterojunction layer can also be used.

これらの層を形成する手段としては、真空蒸着法、溶液塗布法のいずれであってもよいが、好ましくは溶液塗布法である。バルクヘテロジャンクション層を形成する前に、下層に塗布膜を形成すると塗布面をレベリングする効果があり、リーク等の影響が低減するため好ましい。   The means for forming these layers may be either a vacuum deposition method or a solution coating method, but is preferably a solution coating method. Forming the coating film in the lower layer before forming the bulk heterojunction layer is preferable because it has the effect of leveling the coating surface and reduces the influence of leakage and the like.

〔その他の層〕
エネルギー変換効率の向上や、素子寿命の向上を目的に、各種中間層を素子内に有する構成としてもよい。中間層の例としては、正孔ブロック層、電子ブロック層、正孔注入層、電子注入層、励起子ブロック層、UV吸収層、光反射層、波長変換層等を挙げることができる。また、上層に偏在した金属酸化物微粒子をより安定にするため等にシランカップリング剤等の層を設けてもよい。さらに本発明のバルクヘテロジャンクション型有機光電変換層に隣接して金属酸化物の層を積層しても良い。
[Other layers]
For the purpose of improving energy conversion efficiency and improving the lifetime of the element, a structure having various intermediate layers in the element may be employed. Examples of the intermediate layer include a hole block layer, an electron block layer, a hole injection layer, an electron injection layer, an exciton block layer, a UV absorption layer, a light reflection layer, and a wavelength conversion layer. Further, a layer such as a silane coupling agent may be provided in order to make the metal oxide fine particles unevenly distributed in the upper layer more stable. Further, a metal oxide layer may be laminated adjacent to the bulk heterojunction organic photoelectric conversion layer of the present invention.

〔電極〕
本発明の有機光電変換素子においては、少なくとも陽極と陰極とを有する。また、タンデム構成をとる場合には中間電極を用いることでタンデム構成を達成することができる。なお、本発明においては主に正孔が流れる電極を陽極と呼び、主に電子が流れる電極を陰極と呼ぶ。
〔electrode〕
The organic photoelectric conversion element of the present invention has at least an anode and a cathode. Further, when a tandem configuration is adopted, the tandem configuration can be achieved by using an intermediate electrode. In the present invention, an electrode through which holes mainly flow is called an anode, and an electrode through which electrons mainly flow is called a cathode.

また透光性があるかどうかといった機能から、透光性のある電極を透明電極と呼び、透光性のない電極を対電極と呼び分ける場合がある。通常、陽極は透光性のある透明電極であり、陰極は透光性のない対電極である。   Further, because of the function of whether or not there is a light-transmitting property, a light-transmitting electrode may be called a transparent electrode, and a non-light-transmitting electrode may be called a counter electrode. Usually, the anode is a translucent transparent electrode, and the cathode is a non-translucent counter electrode.

(陽極)
本発明の陽極は、好ましくは380〜800nmの光を透過する電極である。材料としては、例えば、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO、ZnO等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金等の金属薄膜、金属ナノワイヤー、カーボンナノチューブ用いることができる。
(anode)
The anode of the present invention is preferably an electrode that transmits light of 380 to 800 nm. As the material, for example, transparent conductive metal oxides such as indium tin oxide (ITO), SnO 2 and ZnO, metal thin films such as gold, silver and platinum, metal nanowires and carbon nanotubes can be used.

またポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリチエニレンビニレン、ポリアズレン、ポリイソチアナフテン、ポリカルバゾール、ポリアセチレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン、ポリアセン、ポリフェニルアセチレン、ポリジアセチレン及びポリナフタレンの各誘導体からなる群より選ばれる導電性高分子等も用いることができる。また、これらの導電性化合物を複数組み合わせて陽極とすることもできる。   Also, a conductive material selected from the group consisting of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, polythienylene vinylene, polyazulene, polyisothianaphthene, polycarbazole, polyacetylene, polyphenylene, polyphenylene vinylene, polyacene, polyphenylacetylene, polydiacetylene and polynaphthalene. A functional polymer can also be used. Further, a plurality of these conductive compounds can be combined to form an anode.

(陰極)
陰極は導電材単独層であってもよいが、導電性を有する材料に加えて、これらを保持する樹脂を併用してもよい。陰極の導電材としては、仕事関数の小さい(4eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物及びこれらの混合物を電極物質とするものが用いられる。このような電極物質の具体例としては、ナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、マグネシウム、リチウム、マグネシウム/銅混合物、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、インジウム、リチウム/アルミニウム混合物、希土類金属等が挙げられる。これらの中で、電子の取り出し性能及び酸化等に対する耐久性の点から、これら金属とこれより仕事関数の値が大きく安定な金属である第二金属との混合物、例えば、マグネシウム/銀混合物、マグネシウム/アルミニウム混合物、マグネシウム/インジウム混合物、アルミニウム/酸化アルミニウム(Al)混合物、リチウム/アルミニウム混合物、アルミニウム等が好適である。陰極はこれらの電極物質を蒸着やスパッタリング等の方法により薄膜を形成させることにより、作製することができる。また、膜厚は通常10nm〜5μm、好ましくは50〜200nmの範囲で選ばれる。
(cathode)
The cathode may be a single layer of a conductive material, but in addition to a conductive material, a resin that holds these may be used in combination. As a conductive material for the cathode, a material having a work function (4 eV or less) metal, alloy, electrically conductive compound, and a mixture thereof as an electrode material is used. Specific examples of such electrode materials include sodium, sodium-potassium alloy, magnesium, lithium, magnesium / copper mixture, magnesium / silver mixture, magnesium / aluminum mixture, magnesium / indium mixture, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) Mixtures, indium, lithium / aluminum mixtures, rare earth metals and the like. Among these, from the viewpoint of electron extraction performance and durability against oxidation, etc., a mixture of these metals and a second metal which is a stable metal having a larger work function value than this, for example, a magnesium / silver mixture, magnesium / Aluminum mixtures, magnesium / indium mixtures, aluminum / aluminum oxide (Al 2 O 3 ) mixtures, lithium / aluminum mixtures, aluminum and the like are preferred. The cathode can be produced by forming a thin film of these electrode materials by a method such as vapor deposition or sputtering. The film thickness is usually selected in the range of 10 nm to 5 μm, preferably 50 to 200 nm.

陰極の導電材として金属材料を用いれば陰極側に来た光は反射されて第1電極側に反射され、この光が再利用可能となり、光電変換層で再度吸収され、より光電変換効率が向上し好ましい。   If a metal material is used as the conductive material of the cathode, the light coming to the cathode side is reflected and reflected to the first electrode side, and this light can be reused and absorbed again by the photoelectric conversion layer, further improving the photoelectric conversion efficiency. It is preferable.

また、陰極は、金属(例えば金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素からなるナノ粒子、ナノワイヤー、ナノ構造体であってもよく、ナノワイヤーの分散物であれば、透明で導電性の高い陰極を塗布法により形成でき好ましい。   The cathode may be a metal (eg, gold, silver, copper, platinum, rhodium, ruthenium, aluminum, magnesium, indium, etc.), carbon nanoparticles, nanowires, or nanostructures. If it is a thing, a transparent and highly conductive cathode can be formed by the apply | coating method, and it is preferable.

また、陰極側を光透過性とする場合は、例えば、アルミニウム及びアルミニウム合金、銀及び銀化合物等の陰極に適した導電性材料を薄く1〜20nm程度の膜厚で作製した後、上記陽極の説明で挙げた導電性光透過性材料の膜を設けることで、光透過性陰極とすることができる。   When the cathode side is made light transmissive, for example, a conductive material suitable for the cathode, such as aluminum and aluminum alloy, silver and silver compound, is formed with a thin film thickness of about 1 to 20 nm, and By providing a film of the conductive light-transmitting material mentioned in the description, a light-transmitting cathode can be obtained.

(中間電極)
また、前記図3のようなタンデム構成の場合に必要となる中間電極(電荷再結合層)の材料としては、透明性と導電性を併せ持つ化合物を用いた層であることが好ましく、前記陽極で用いたような材料(ITO、AZO、FTO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au等の非常に薄い金属層またはナノ粒子・ナノワイヤーを含有する層、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子材料等)を用いることができる。
(Intermediate electrode)
In addition, the material of the intermediate electrode (charge recombination layer) required in the case of the tandem configuration as shown in FIG. 3 is preferably a layer using a compound having both transparency and conductivity. Materials used (transparent metal oxides such as ITO, AZO, FTO, and titanium oxide, very thin metal layers such as Ag, Al, and Au, or layers containing nanoparticles / nanowires, PEDOT: PSS, polyaniline, etc. Or the like can be used.

なお前述した正孔輸送層と電子輸送層の中には、適切に組み合わせて積層することで中間電極(電荷再結合層)として働く組み合わせもあり、このような構成とすると1層形成する工程を省くことができ好ましい。   In addition, in the hole transport layer and the electron transport layer described above, there is also a combination that works as an intermediate electrode (charge recombination layer) by appropriately combining and laminating, and with such a configuration, the process of forming one layer This is preferable because it can be omitted.

〔基板〕
基板側から光電変換される光が入射する場合、基板はこの光電変換される光を透過させることが可能な、即ちこの光電変換すべき光の波長に対して透明な部材であることが好ましい。基板は、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が好適に挙げられるが、軽量性と柔軟性の観点から透明樹脂フィルムを用いることが望ましい。
〔substrate〕
When light that is photoelectrically converted enters from the substrate side, the substrate is preferably a member that can transmit the light that is photoelectrically converted, that is, a member that is transparent to the wavelength of the light to be photoelectrically converted. As the substrate, for example, a glass substrate, a resin substrate and the like are preferably mentioned, but it is desirable to use a transparent resin film from the viewpoint of light weight and flexibility.

本発明で透明基板として好ましく用いることができる透明樹脂フィルムには特に制限がなく、その材料、形状、構造、厚み等については公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)変性ポリエステル等のポリエステル系樹脂フィルム、ポリエチレン(PE)樹脂フィルム、ポリプロピレン(PP)樹脂フィルム、ポリスチレン樹脂フィルム、環状オレフィン系樹脂等のポリオレフィン類樹脂フィルム、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のビニル系樹脂フィルム、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂フィルム、ポリサルホン(PSF)樹脂フィルム、ポリエーテルサルホン(PES)樹脂フィルム、ポリカーボネート(PC)樹脂フィルム、ポリアミド樹脂フィルム、ポリイミド樹脂フィルム、アクリル樹脂フィルム、トリアセチルセルロース(TAC)樹脂フィルム等を挙げることができるが、可視域の波長(380〜800nm)における透過率が80%以上である樹脂フィルムであれば、本発明に係る透明樹脂フィルムに好ましく適用することができる。中でも透明性、耐熱性、取り扱いやすさ、強度及びコストの点から、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルム、ポリカーボネートフィルムであることが好ましく、二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルム、二軸延伸ポリエチレンナフタレートフィルムであることがより好ましい。   There is no restriction | limiting in particular in the transparent resin film which can be preferably used as a transparent substrate by this invention, The material, a shape, a structure, thickness, etc. can be suitably selected from well-known things. For example, polyester resins such as polyethylene terephthalate (PET) and polyethylene naphthalate (PEN) modified polyester, polyethylene (PE) resin film, polypropylene (PP) resin film, polystyrene resin film, polyolefin resins such as cyclic olefin resin Film, vinyl resin film such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyether ether ketone (PEEK) resin film, polysulfone (PSF) resin film, polyether sulfone (PES) resin film, polycarbonate (PC) resin film, A polyamide resin film, a polyimide resin film, an acrylic resin film, a triacetyl cellulose (TAC) resin film, and the like can be given. If the resin film transmittance of 80% or more at ~800nm), can be preferably applied to a transparent resin film according to the present invention. Among these, from the viewpoint of transparency, heat resistance, ease of handling, strength and cost, it is preferably a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, a biaxially stretched polyethylene naphthalate film, a polyethersulfone film, or a polycarbonate film, and biaxially stretched. More preferred are polyethylene terephthalate films and biaxially stretched polyethylene naphthalate films.

本発明に用いられる透明基板には、塗布液の濡れ性や接着性を確保するために、表面処理を施すことや易接着層を設けることができる。表面処理や易接着層については従来公知の技術を使用できる。例えば、表面処理としては、コロナ放電処理、火炎処理、紫外線処理、高周波処理、グロー放電処理、活性プラズマ処理、レーザー処理等の表面活性化処理を挙げることができる。また、易接着層としては、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ビニル系共重合体、ブタジエン系共重合体、アクリル系共重合体、ビニリデン系共重合体、エポキシ系共重合体等を挙げることができる。   The transparent substrate used in the present invention can be subjected to a surface treatment or an easy adhesion layer in order to ensure the wettability and adhesiveness of the coating solution. A conventionally well-known technique can be used about a surface treatment or an easily bonding layer. For example, the surface treatment includes surface activation treatment such as corona discharge treatment, flame treatment, ultraviolet treatment, high frequency treatment, glow discharge treatment, active plasma treatment, and laser treatment. Examples of the easy adhesion layer include polyester, polyamide, polyurethane, vinyl copolymer, butadiene copolymer, acrylic copolymer, vinylidene copolymer, and epoxy copolymer.

また、酸素及び水蒸気の透過を抑制する目的で、透明基板にはバリアコート層が予め形成されていてもよいし、透明導電層を転写する反対側にはハードコート層が予め形成されていてもよい。   Further, for the purpose of suppressing the permeation of oxygen and water vapor, a barrier coat layer may be formed in advance on the transparent substrate, or a hard coat layer may be formed in advance on the opposite side to which the transparent conductive layer is transferred. Good.

〔光学機能層〕
本発明の有機光電変換素子は、太陽光のより効率的な受光を目的として、各種の光学機能層を有していてよい。光学機能層としては、例えば、反射防止膜、マイクロレンズアレイ等の集光層、陰極で反射した光を散乱させて再度発電層に入射させることができるような光拡散層等を設けてもよい。
(Optical function layer)
The organic photoelectric conversion element of the present invention may have various optical functional layers for the purpose of more efficient reception of sunlight. As the optical functional layer, for example, a light condensing layer such as an antireflection film or a microlens array, a light diffusion layer that can scatter the light reflected by the cathode and enter the power generation layer again may be provided. .

反射防止層としては、各種公知の反射防止層を設けることができるが、例えば、透明樹脂フィルムが二軸延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムである場合は、フィルムに隣接する易接着層の屈折率を1.57〜1.63とすることで、フィルム基板と易接着層との界面反射を低減して透過率を向上させることができるのでより好ましい。屈折率を調整する方法としては、酸化スズゾルや酸化セリウムゾル等の比較的屈折率の高い酸化物ゾルとバインダー樹脂との比率を適宜調整して塗設することで実施できる。易接着層は単層でもよいが、接着性を向上させるためには2層以上の構成にしてもよい。   Various known antireflection layers can be provided as the antireflection layer. For example, when the transparent resin film is a biaxially stretched polyethylene terephthalate film, the refractive index of the easy adhesion layer adjacent to the film is 1.57. It is more preferable to set it to ˜1.63 because the interface reflection between the film substrate and the easy adhesion layer can be reduced and the transmittance can be improved. The method for adjusting the refractive index can be carried out by appropriately adjusting the ratio of the oxide sol having a relatively high refractive index such as tin oxide sol or cerium oxide sol and the binder resin. The easy adhesion layer may be a single layer, but may be composed of two or more layers in order to improve adhesion.

集光層としては、例えば、支持基板の太陽光受光側にマイクロレンズアレイ上の構造を設けるように加工したり、あるいは所謂集光シートと組み合わせたりすることにより特定方向からの受光量を高めたり、逆に太陽光の入射角度依存性を低減することができる。   As the condensing layer, for example, it is processed so as to provide a structure on the microlens array on the sunlight receiving side of the support substrate, or the amount of light received from a specific direction is increased by combining with a so-called condensing sheet. Conversely, the incident angle dependency of sunlight can be reduced.

マイクロレンズアレイの例としては、基板の光取り出し側に一辺が30μmでその頂角が90度となるような四角錐を2次元に配列する。一辺は10〜100μmが好ましい。これより小さくなると回折の効果が発生して色付き、大きすぎると厚みが厚くなり好ましくない。   As an example of the microlens array, quadrangular pyramids having a side of 30 μm and an apex angle of 90 degrees are two-dimensionally arranged on the light extraction side of the substrate. One side is preferably 10 to 100 μm. If it is smaller than this, the effect of diffraction is generated and colored.

また光散乱層としては、各種のアンチグレア層、金属または各種無機酸化物等のナノ粒子・ナノワイヤー等を無色透明なポリマーに分散した層等を挙げることができる。   Examples of the light scattering layer include various antiglare layers, layers in which nanoparticles or nanowires such as metals or various inorganic oxides are dispersed in a colorless and transparent polymer, and the like.

〔パターニング〕
本発明に係る電極、発電層、正孔輸送層、電子輸送層等をパターニングする方法やプロセスには特に制限はなく、公知の手法を適宜適用することができる。
[Patterning]
The method and process for patterning the electrode, the power generation layer, the hole transport layer, the electron transport layer, and the like according to the present invention are not particularly limited, and known methods can be appropriately applied.

バルクヘテロジャンクション層、輸送層等の可溶性の材料であれば、ダイコート、ディップコート等の全面塗布後に不要部だけ拭き取ってもよいし、インクジェット法やスクリーン印刷等の方法を使用して塗布時に直接パターニングしてもよい。   If it is a soluble material such as a bulk heterojunction layer and a transport layer, only unnecessary portions may be wiped after the entire surface of die coating, dip coating, etc., or direct patterning at the time of coating using a method such as an ink jet method or screen printing. May be.

電極材料等の不溶性の材料の場合は、電極を真空堆積時にマスク蒸着を行ったり、エッチングまたはリフトオフ等の公知の方法によってパターニングすることができる。また、別の基板上に形成したパターンを転写することによってパターンを形成してもよい。   In the case of an insoluble material such as an electrode material, the electrode can be patterned by a known method such as mask vapor deposition during vacuum deposition or etching or lift-off. Alternatively, the pattern may be formed by transferring a pattern formed on another substrate.

〔封止〕
また、作製した有機光電変換素子が環境中の酸素、水分等で劣化しないために、有機光電変換素子だけでなく有機エレクトロルミネッセンス素子等で公知の手法によって封止することが好ましい。例えば、アルミまたはガラスでできたキャップを接着剤によって接着することによって封止する手法、アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等のガスバリア層が形成されたプラスチックフィルムと有機光電変換素子上を接着剤で貼合する手法、ガスバリア性の高い有機高分子材料(ポリビニルアルコール等)をスピンコートする方法、ガスバリア性の高い無機薄膜(酸化ケイ素、酸化アルミニウム等)または有機膜(パリレン等)を真空下で堆積する方法、及びこれらを複合的に積層する方法等を挙げることができる。
[Sealing]
Moreover, since the produced organic photoelectric conversion element is not deteriorated by oxygen, moisture, or the like in the environment, it is preferable to seal not only the organic photoelectric conversion element but also an organic electroluminescence element by a known method. For example, a method of sealing a cap made of aluminum or glass by bonding with an adhesive, a plastic film on which a gas barrier layer such as aluminum, silicon oxide, or aluminum oxide is formed and an organic photoelectric conversion element are pasted with an adhesive. Method, spin coating of organic polymer material (polyvinyl alcohol, etc.) with high gas barrier property, inorganic thin film (silicon oxide, aluminum oxide, etc.) or organic film (parylene etc.) with high gas barrier property are deposited under vacuum Examples thereof include a method and a method of laminating these in a composite manner.

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例1:
〔有機光電変換素子1の作製〕
ガラス基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を110nm堆積したもの(シート抵抗13Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングとを用いて2mm幅にパターニングして、透明電極を形成した。
Example 1:
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 1]
An indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited on a glass substrate with a thickness of 110 nm (sheet resistance 13 Ω / □) is patterned to a width of 2 mm using a normal photolithography technique and hydrochloric acid etching, and transparent An electrode was formed.

パターン形成した透明電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。この透明基板上に、導電性高分子であるBaytron P4083(スタルクヴィテック製PEDOT−PSS(poly(3,4−ethylenedioxythiophene)−poly(styrenesulfonate))の水分散液)を30nmの膜厚でスピンコートした後、140℃で大気中10分間加熱乾燥した。   The patterned transparent electrode was washed in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried with nitrogen blow, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning. On this transparent substrate, a conductive polymer Baytron P4083 (PEDOT-PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (stylensulfonate)) aqueous dispersion manufactured by Starck Vitec Co., Ltd.) is spin-coated at a film thickness of 30 nm. After that, it was dried by heating at 140 ° C. in the atmosphere for 10 minutes.

これ以降は基板をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。まず、窒素雰囲気下で上記基板を140℃で3分間加熱処理した。   After this, the substrate was brought into the glove box and operated under a nitrogen atmosphere. First, the substrate was heat-treated at 140 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere.

クロロベンゼンにp型有機半導体材料として、P3HT(プレクトストロニクス製、プレックスコアOS2100)を1.0質量%、n型半導体材料としてPCBM(フロンティアカーボン製)を1.0質量%で混合した溶液に、P3HTとPCBMの合計量に対し10質量%の酸化スズ(SnO)粒子(平均1次粒径25nm)を分散した液を作製し、オーブンで70℃に加熱しながら撹拌(60分)しP3HTとPCBMを溶解した後室温に冷却した。この溶液を0.2μmのフィルタでろ過をかけながら700rpmで60秒、次いで2000rpmで2秒間のスピンコートを行い、100nmの膜厚の光電変換層を得た。その後150℃、5分のアニール処理を施し、光電変換層を形成した。 As a p-type organic semiconductor material mixed with chlorobenzene, P3HT (manufactured by Plectotronics, Plexcore OS2100) at 1.0% by mass and PCBM (manufactured by Frontier Carbon) at 1.0% by mass as an n-type semiconductor material, A liquid in which 10% by mass of tin oxide (SnO 2 ) particles (average primary particle size 25 nm) was dispersed with respect to the total amount of P3HT and PCBM was prepared, and stirred (60 minutes) while heating to 70 ° C. in an oven. And PCBM were dissolved and cooled to room temperature. While this solution was filtered through a 0.2 μm filter, spin coating was performed at 700 rpm for 60 seconds and then at 2000 rpm for 2 seconds to obtain a photoelectric conversion layer having a thickness of 100 nm. Thereafter, an annealing treatment was performed at 150 ° C. for 5 minutes to form a photoelectric conversion layer.

断面TEM画像を図4に示す。酸化スズ(SnO)粒子は光電変換層内で分散しておらず、正極もしくは負極の平面からなる法線方向に対して両方の表面近傍に偏在していることが明らかである。また下側表面に多く偏在しており、SnO含有量が少なくなると下側のみの一方に偏在することは容易に予測できる。 A cross-sectional TEM image is shown in FIG. It is clear that the tin oxide (SnO 2 ) particles are not dispersed in the photoelectric conversion layer and are unevenly distributed in the vicinity of both surfaces with respect to the normal direction composed of the plane of the positive electrode or the negative electrode. In addition, it is unevenly distributed on the lower surface, and when the SnO 2 content decreases, it can be easily predicted that it is unevenly distributed only on the lower side.

次に、上記有機層を成膜した基板を真空蒸着装置内に設置した。2mm幅のシャドウマスクが透明電極と直交するように素子をセットし、10−3Pa以下にまでに真空蒸着機内を減圧した後、フッ化リチウムを0.5nm、Alを80nm蒸着した。蒸着速度はいずれも2nm/秒で蒸着し、受光部が2mm角のサイズの有機光電変換素子1を得た。 Next, the substrate on which the organic layer was formed was placed in a vacuum evaporation apparatus. The element was set so that the shadow mask with a width of 2 mm was orthogonal to the transparent electrode, and the inside of the vacuum deposition apparatus was depressurized to 10 −3 Pa or less, and then 0.5 nm of lithium fluoride and 80 nm of Al were evaporated. The vapor deposition rate was 2 nm / second for vapor deposition, and the organic photoelectric conversion element 1 having a light receiving part size of 2 mm square was obtained.

得られた有機光電変換素子1は、窒素雰囲気下でアルミニウムキャップとUV硬化樹脂(ナガセケムテックス株式会社製、UV RESIN XNR5570−B1)を用いて封止を行った。   The obtained organic photoelectric conversion element 1 was sealed using an aluminum cap and a UV curable resin (manufactured by Nagase ChemteX Corporation, UV RESIN XNR5570-B1) in a nitrogen atmosphere.

〔有機光電変換素子2〜9の作製〕
表1に示すように金属酸化物微粒子の添加量と光電変換層のアニール処理温度を変更した以外は有機光電変換素子1と同様にして有機光電変換素子2〜9を得た。
[Production of organic photoelectric conversion elements 2 to 9]
As shown in Table 1, organic photoelectric conversion elements 2 to 9 were obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element 1 except that the addition amount of the metal oxide fine particles and the annealing treatment temperature of the photoelectric conversion layer were changed.

〔有機光電変換素子10〜18の作製〕
表1に示すように金属酸化物微粒子を酸化チタン(TiO)粒子(平均1次粒径15nm)に変更した以外は有機光電変換素子1〜9と同様にして有機光電変換素子10〜18を得た。
[Production of organic photoelectric conversion elements 10 to 18]
As shown in Table 1, the organic photoelectric conversion elements 10 to 18 were changed in the same manner as the organic photoelectric conversion elements 1 to 9 except that the metal oxide fine particles were changed to titanium oxide (TiO 2 ) particles (average primary particle size 15 nm). Obtained.

図5に有機光電変換素子10の光電変換層まで形成した後の断面TEM画像を示す。酸化チタン(TiO)粒子は光電変換層内で分散しておらず、正極もしくは負極の平面からなる法線方向に対して両方の表面近傍に偏在していることが明らかである。また上側と下側表面にほぼ同じく偏在しており、TiO含有量が少なくなっても両側に偏在することは容易に予測できる。 The cross-sectional TEM image after forming even the photoelectric converting layer of the organic photoelectric conversion element 10 in FIG. 5 is shown. It is clear that the titanium oxide (TiO 2 ) particles are not dispersed in the photoelectric conversion layer and are unevenly distributed in the vicinity of both surfaces with respect to the normal direction composed of the plane of the positive electrode or the negative electrode. Moreover, it is unevenly distributed on the upper surface and the lower surface in the same manner, and it can be easily predicted that it is unevenly distributed on both sides even if the TiO 2 content decreases.

〔有機光電変換素子19〜22の作製〕
表1に示すように金属酸化物微粒子をアルミニウム・亜鉛酸化物(AZO)粒子(平均1次粒径25nm)、インジウム・スズ酸化物(ITO)粒子(平均1次粒径25nm)、ガリウム・亜鉛酸化物(GZO)粒子(平均1次粒径25nm)、ジルコニウム酸化物(ZrO)粒子(平均1次粒径25nm)に変更した以外は有機光電変換素子1同様にして有機光電変換素子19から22を得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Elements 19-22]
As shown in Table 1, the metal oxide fine particles are made of aluminum / zinc oxide (AZO) particles (average primary particle size 25 nm), indium / tin oxide (ITO) particles (average primary particle size 25 nm), gallium / zinc. From the organic photoelectric conversion element 19 in the same manner as the organic photoelectric conversion element 1 except that the oxide (GZO) particles (average primary particle diameter 25 nm) and zirconium oxide (ZrO 2 ) particles (average primary particle diameter 25 nm) were changed. 22 was obtained.

〔有機光電変換素子23の作製〕
表1に示すように光電変換層を塗布後、特開2009−158730号公報に記載のように80℃の真空恒温槽で60分間乾燥した以外は、有機光電変換素子11と同様にして有機光電変換素子23得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 23]
As shown in Table 1, after applying the photoelectric conversion layer, the organic photoelectric conversion element 11 was treated in the same manner as the organic photoelectric conversion element 11 except that it was dried in a vacuum thermostat at 80 ° C. for 60 minutes as described in JP2009-158730A. A conversion element 23 was obtained.

〔有機光電変換素子24の作製〕
表1に示すように光電変換層に金属酸化物微粒子を添加しなかった以外は、有機光電変換素子1と同様にして有機光電変換素子24得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 24]
As shown in Table 1, an organic photoelectric conversion element 24 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element 1 except that the metal oxide fine particles were not added to the photoelectric conversion layer.

〔光電変換効率の評価〕
上記作製した封止した光電変換素子に、ソーラーシミュレーター(AM1.5Gフィルタ)の100mW/cmの強度の光を照射し、有効面積を4.0mmにしたマスクを受光部に重ね、短絡電流密度Jsc(mA/cm)及び開放電圧Voc(V)、曲線因子(フィルファクター)FFを、同素子上に形成した4箇所の受光部についてそれぞれ測定し、平均値を求めた。また、Jsc、Voc、FFから式1に従ってエネルギー変換効率η(%)を求めた。結果を表1に示す。数字が大きい程エネルギー変換効率(光電変換効率)が良好であることを示す。
[Evaluation of photoelectric conversion efficiency]
The photoelectric conversion element sealed prepared above, was irradiated with light having an intensity of 100 mW / cm 2 solar simulator (AM1.5G filter), a superposed mask in which the effective area 4.0 mm 2 on the light receiving portion, the short circuit current The density Jsc (mA / cm 2 ), the open circuit voltage Voc (V), and the fill factor (fill factor) FF were measured for each of the four light receiving portions formed on the same element, and the average value was obtained. Further, energy conversion efficiency η (%) was obtained from Jsc, Voc, and FF according to Equation 1. The results are shown in Table 1. It shows that energy conversion efficiency (photoelectric conversion efficiency) is so favorable that a number is large.

式1 Jsc(mA/cm)×Voc(V)×FF=η(%)
〔光電変換効率の耐久性評価〕
ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cmの照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定し、暴露前の変換効率を測定した。更に、陽極と陰極の間に抵抗を接続したまま、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を10倍の1000mW/cmの照射強度で100h照射し続けた後、ソーラシュミレーター(AM1.5G)の光を100mW/cmの照射強度で照射して、電圧−電流特性を測定し、暴露後の変換効率を測定した。式2により変換効率の相対効率低下を算出した。結果を表1に示す。数字が小さい程、エネルギー変換効率の耐久性(光電変換効率の耐久性)が良好であることを示す。
Formula 1 Jsc (mA / cm 2 ) × Voc (V) × FF = η (%)
[Durability evaluation of photoelectric conversion efficiency]
A solar simulator (AM1.5G) was irradiated at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 , voltage-current characteristics were measured, and conversion efficiency before exposure was measured. Further, with the resistor connected between the anode and the cathode, the solar simulator (AM1.5G) was irradiated with 100 times the irradiation intensity of 1000 mW / cm 2 for 10 hours, and then the solar simulator (AM1.5G) Light was irradiated at an irradiation intensity of 100 mW / cm 2 , voltage-current characteristics were measured, and conversion efficiency after exposure was measured. The relative efficiency reduction of the conversion efficiency was calculated from Equation 2. The results are shown in Table 1. It shows that durability of energy conversion efficiency (durability of photoelectric conversion efficiency) is so favorable that a number is small.

式2 変換効率の相対効率低下(%)
=(1−暴露後の変換効率/暴露前の変換効率)×100
Formula 2 Reduction in relative efficiency of conversion efficiency (%)
= (1-conversion efficiency after exposure / conversion efficiency before exposure) × 100

表1から、本発明に係る構成および製造方法の光電変換素子はJscを向上することで変換効率を向上でき、耐久性(変換効率の耐久性)も向上できることがわかる。   From Table 1, it can be seen that the photoelectric conversion element of the configuration and the manufacturing method according to the present invention can improve the conversion efficiency by improving Jsc, and can also improve the durability (durability of the conversion efficiency).

実施例2:
〔有機光電変換素子25〜30の作製〕
表2に示すように金属酸化物微粒子の平均粒径を変更した以外は有機光電変換素子2まは11と同様にして有機光電変換素子25〜30を得た。実施例1と同様の評価を行った。結果を表2に示す。
Example 2:
[Production of Organic Photoelectric Conversion Elements 25-30]
As shown in Table 2, organic photoelectric conversion elements 25 to 30 were obtained in the same manner as in the organic photoelectric conversion element 2 or 11 except that the average particle diameter of the metal oxide fine particles was changed. Evaluation similar to Example 1 was performed. The results are shown in Table 2.

表2から、本発明に係る構成および製造方法の光電変換素子はJscを向上することで変換効率を向上でき、耐久性(変換効率の耐久性)も向上できることがわかる。   From Table 2, it can be seen that the photoelectric conversion element of the configuration and the manufacturing method according to the present invention can improve the conversion efficiency by improving Jsc, and can also improve the durability (durability of the conversion efficiency).

実施例3:
〔有機光電変換素子31の作製〕
表3に示すように酸化チタン(TiO)粒子(平均1次粒径15nm)の添加量を変更した以外は有機光電変換素子10と同様にして有機光電変換素子31を得た。
Example 3:
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 31]
As shown in Table 3, an organic photoelectric conversion element 31 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element 10 except that the addition amount of titanium oxide (TiO 2 ) particles (average primary particle diameter 15 nm) was changed.

〔有機光電変換素子32の作製〕
光電変換層を塗布後、特開2009−158730号公報に記載のように80℃の真空恒温槽で60分間乾燥した以外は、有機光電変換素子31と同様にして有機光電変換素子32得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 32]
After applying the photoelectric conversion layer, an organic photoelectric conversion element 32 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element 31 except that it was dried in a vacuum thermostat at 80 ° C. for 60 minutes as described in JP-A-2009-158730.

〔有機光電変換素子33の作製〕
下記に示すように金属酸化物微粒子を含まない光電変換層に次いで、特開2009−158730号公報の実施例1に記載のように金属酸化物微粒子を含む光電変換層を塗布した。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 33]
As shown below, after the photoelectric conversion layer not containing metal oxide fine particles, a photoelectric conversion layer containing metal oxide fine particles was applied as described in Example 1 of JP-A-2009-158730.

ガラス基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を110nm堆積したもの(シート抵抗13Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングとを用いて2mm幅にパターニングして、透明電極を形成した。   An indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited on a glass substrate with a thickness of 110 nm (sheet resistance 13 Ω / □) is patterned to a width of 2 mm using a normal photolithography technique and hydrochloric acid etching, and transparent An electrode was formed.

パターン形成した透明電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。この透明基板上に、導電性高分子であるBaytron P4083(スタルクヴィテック製PEDOT−PSS(poly(3,4−ethylenedioxythiophene)−poly(styrenesulfonate))の水分散液)を30nmの膜厚でスピンコートした後、140℃で大気中10分間加熱乾燥した。   The patterned transparent electrode was washed in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried with nitrogen blow, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning. On this transparent substrate, a conductive polymer Baytron P4083 (PEDOT-PSS (poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (stylensulfonate)) aqueous dispersion manufactured by Starck Vitec Co., Ltd.) is spin-coated at a film thickness of 30 nm. After that, it was dried by heating at 140 ° C. in the atmosphere for 10 minutes.

これ以降は基板をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。まず、窒素雰囲気下で上記基板を140℃で3分間加熱処理した。   After this, the substrate was brought into the glove box and operated under a nitrogen atmosphere. First, the substrate was heat-treated at 140 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere.

クロロベンゼンにp型有機半導体材料として、P3HT(プレクトストロニクス製、プレックスコアOS2100)を1.0質量%、n型半導体材料としてPCBM(フロンティアカーボン製)を1.0質量%で混合した溶液を作製し、オーブンで70℃に過熱しながら撹拌(60分)しP3HTとPCBMを溶解した後室温に冷却した。この溶液を0.2μmのフィルタでろ過をかけながら2000rpmで62秒間のスピンコートを行い、50nmの膜厚の光電変換層を得た。その後80℃の真空恒温槽で60分間乾燥し、光電変換層を形成した。   A solution is prepared by mixing 1.0% by mass of P3HT (Plectotronics, Plexcore OS2100) as p-type organic semiconductor material and 1.0% by mass of PCBM (frontier carbon) as n-type semiconductor material in chlorobenzene. The mixture was stirred (60 minutes) while being heated to 70 ° C. in an oven to dissolve P3HT and PCBM, and then cooled to room temperature. While this solution was filtered with a 0.2 μm filter, spin coating was performed at 2000 rpm for 62 seconds to obtain a photoelectric conversion layer having a thickness of 50 nm. Then, it dried for 60 minutes in an 80 degreeC vacuum thermostat, and formed the photoelectric converting layer.

次いでクロロベンゼンにp型有機半導体材料として、P3HT(プレクトストロニクス製、プレックスコアOS2100)を1.0質量%、n型半導体材料としてPCBM(フロンティアカーボン製)を1.0質量%で混合した溶液に、P3HTとPCBMの合計量に対し2質量%の酸化チタン(TiO)粒子(平均1次粒径15nm)を分散した液を作製し、オーブンで70℃に加熱しながら撹拌(60分)しP3HTとPCBMを溶解した後室温に冷却した。この溶液を0.2μmのフィルタでろ過をかけながら2000rpmで62秒間のスピンコートを行い、50nmの膜厚の光電変換層を得た。その後80℃の真空恒温槽で60分間乾燥し、2層塗布による光電変換層を形成した。 Next, P3HT (Plextronics, Plexcore OS2100) as a p-type organic semiconductor material was mixed with chlorobenzene at 1.0% by mass, and PCBM (Frontier Carbon) as an n-type semiconductor material was mixed at 1.0% by mass. Then, a liquid in which 2% by mass of titanium oxide (TiO 2 ) particles (average primary particle size 15 nm) are dispersed with respect to the total amount of P3HT and PCBM is prepared, and stirred (60 minutes) while heating to 70 ° C. in an oven. P3HT and PCBM were dissolved and cooled to room temperature. While this solution was filtered with a 0.2 μm filter, spin coating was performed at 2000 rpm for 62 seconds to obtain a photoelectric conversion layer having a thickness of 50 nm. Then, it dried for 60 minutes in an 80 degreeC vacuum thermostat, and formed the photoelectric converting layer by 2 layer application | coating.

光電変換層を形成した以降は実施例1と同様にして有機光電変換素子33を得た。   After forming the photoelectric conversion layer, the organic photoelectric conversion element 33 was obtained in the same manner as in Example 1.

〔有機光電変換素子34の作製〕
1層目の光電変換層の熱処理を150℃、5分のアニール処理に変更した以外は有機光電変換素子33と同様にして有機光電変換素子34を得た。
[Preparation of Organic Photoelectric Conversion Element 34]
An organic photoelectric conversion element 34 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element 33 except that the heat treatment of the first photoelectric conversion layer was changed to an annealing treatment at 150 ° C. for 5 minutes.

〔有機光電変換素子35の作製〕
2層目の光電変換層の熱処理を150℃、5分のアニール処理に変更した以外は有機光電変換素子34と同様にして有機光電変換素子35を得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 35]
An organic photoelectric conversion element 35 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element 34 except that the heat treatment of the second photoelectric conversion layer was changed to an annealing process at 150 ° C. for 5 minutes.

実施例1と同様の評価を行った。結果を表3に示す。   Evaluation similar to Example 1 was performed. The results are shown in Table 3.

表3から、本発明に係る構成および製造方法の光電変換素子はJscを向上することで変換効率を向上でき、耐久性(変換効率の耐久性)も向上できることがわかる。   From Table 3, it can be seen that the photoelectric conversion element of the configuration and the manufacturing method according to the present invention can improve the conversion efficiency by improving Jsc, and can also improve the durability (durability of the conversion efficiency).

実施例4:
〔有機光電変換素子36の作製〕
ガラス基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を110nm堆積したもの(シート抵抗13Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィ技術と塩酸エッチングとを用いて2mm幅にパターニングして、透明電極を形成した。
Example 4:
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 36]
An indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited on a glass substrate with a thickness of 110 nm (sheet resistance 13 Ω / □) is patterned to a width of 2 mm using a normal photolithography technique and hydrochloric acid etching, and transparent An electrode was formed.

パターン形成した透明電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。これ以降は基板をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。   The patterned transparent electrode was washed in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried with nitrogen blow, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning. After this, the substrate was brought into the glove box and operated under a nitrogen atmosphere.

この透明基板上に、イソプロパノールに溶解したポリエチレンイミンと、グリセロールプロポキシレートトリグリシジルエーテルの混合溶液を塗布し、30nmの膜厚でスピンコートした後、ホットプレート上で120℃10分間乾燥させ、電子輸送層を製膜した。   On this transparent substrate, a mixed solution of polyethyleneimine dissolved in isopropanol and glycerol propoxylate triglycidyl ether was applied, spin-coated with a film thickness of 30 nm, dried on a hot plate at 120 ° C. for 10 minutes, and then transported by electrons. Layers were formed.

クロロベンゼンにp型有機半導体材料として、P3HT(プレクトストロニクス製、プレックスコアOS2100)を1.0質量%、n型半導体材料としてPCBM(フロンティアカーボン製)を1.0質量%で混合した溶液に、P3HTとPCBMの合計量に対し10質量%の酸化スズ(SnO)粒子(平均1次粒径25nm)を分散した液を作製し、オーブンで70℃に過熱しながら撹拌(60分)しP3HTとPCBMを溶解した後室温に冷却した。この溶液を0.2μmのフィルタでろ過をかけながら700rpmで60秒、次いで2000rpmで2秒間のスピンコートを行い、100nmの膜厚の光電変換層を得た。その後150℃、5分のアニール処理を施し、光電変換層を形成した。 As a p-type organic semiconductor material mixed with chlorobenzene, P3HT (manufactured by Plectotronics, Plexcore OS2100) at 1.0% by mass and PCBM (manufactured by Frontier Carbon) at 1.0% by mass as an n-type semiconductor material, A liquid in which 10% by mass of tin oxide (SnO 2 ) particles (average primary particle size 25 nm) was dispersed with respect to the total amount of P3HT and PCBM was prepared, and stirred (60 minutes) while heating to 70 ° C. in an oven. And PCBM were dissolved and cooled to room temperature. While this solution was filtered through a 0.2 μm filter, spin coating was performed at 700 rpm for 60 seconds and then at 2000 rpm for 2 seconds to obtain a photoelectric conversion layer having a thickness of 100 nm. Thereafter, an annealing treatment was performed at 150 ° C. for 5 minutes to form a photoelectric conversion layer.

次いで、導電性高分子であるBaytron P4083(スタルクヴィテック製PEDOT−PSS(poly(3,4−ethylenedioxythiophene)−poly(styrenesulfonate))の水分散液)を100nmの膜厚でスピンコートした後、140℃で10分間加熱乾燥した。   Next, Baytron P4083 (an aqueous dispersion of PEDOT-PSS (poly (3,4-ethylenedithiophene) -poly (styreneenesulfate)) manufactured by Starck Vitec), which is a conductive polymer, is spin-coated at a film thickness of 100 nm, and then 140 Heat drying at 10 ° C. for 10 minutes.

次に、上記有機層を成膜した基板を真空蒸着装置内に設置した。2mm幅のシャドウマスクが透明電極と直交するように素子をセットし、10−3Pa以下にまでに真空蒸着機内を減圧した後、Agを80nm蒸着した。蒸着速度は2nm/秒で蒸着し、受光部が2mm角のサイズの有機光電変換素子36を得た。 Next, the substrate on which the organic layer was formed was placed in a vacuum evaporation apparatus. The element was set so that the shadow mask with a width of 2 mm was orthogonal to the transparent electrode, and the inside of the vacuum deposition apparatus was depressurized to 10 −3 Pa or less, and then 80 nm of Ag was deposited. The vapor deposition rate was 2 nm / second, and an organic photoelectric conversion element 36 having a light receiving portion with a size of 2 mm square was obtained.

〔有機光電変換素子37〜44の作製〕
表4に示すように金属酸化物微粒子の添加量と光電変換層のアニール処理温度を変更した以外は有機光電変換素子36と同様にして有機光電変換素子37〜34を得た。
[Production of organic photoelectric conversion elements 37 to 44]
As shown in Table 4, organic photoelectric conversion elements 37 to 34 were obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element 36 except that the addition amount of the metal oxide fine particles and the annealing treatment temperature of the photoelectric conversion layer were changed.

〔有機光電変換素子45〜53の作製〕
表4に示すように金属酸化物微粒子を酸化チタン(TiO2)粒子(平均1次粒径15nm)に変更した以外は有機光電変換素子36〜44と同様にして有機光電変換素子45〜53を得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Elements 45-53]
As shown in Table 4, organic photoelectric conversion elements 45 to 53 were obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion elements 36 to 44 except that the metal oxide fine particles were changed to titanium oxide (TiO 2) particles (average primary particle diameter 15 nm). It was.

〔有機光電変換素子54の作製〕
表4に示すように光電変換層を塗布後、特開2009−158730号公報に記載のように80℃の真空恒温槽で60分間乾燥した以外は、有機光電変換素子46と同様にして有機光電変換素子54を得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 54]
As shown in Table 4, after the photoelectric conversion layer was applied, the organic photoelectric conversion element 46 was treated in the same manner as the organic photoelectric conversion element 46 except that it was dried in a vacuum thermostat at 80 ° C. for 60 minutes as described in JP2009-158730A. A conversion element 54 was obtained.

〔有機光電変換素子55の作製〕
表4に示すように光電変換層に金属酸化物微粒子を添加しなかった以外は、有機光電変換素子36と同様にして有機光電変換素子55を得た。
[Preparation of organic photoelectric conversion element 55]
As shown in Table 4, an organic photoelectric conversion element 55 was obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element 36 except that the metal oxide fine particles were not added to the photoelectric conversion layer.

実施例1と同様の評価を行った。結果を表4に示す。   Evaluation similar to Example 1 was performed. The results are shown in Table 4.

表4から、本発明に係る構成および製造方法の光電変換素子はJscを向上することで変換効率を向上でき、耐久性(変換効率の耐久性)も向上できることがわかる。   From Table 4, it can be seen that the photoelectric conversion element of the configuration and the manufacturing method according to the present invention can improve the conversion efficiency by improving Jsc, and can also improve the durability (durability of the conversion efficiency).

実施例5:
〔有機光電変換素子56の作製〕
PET基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nm堆積したもの(シート抵抗12Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィ技術と湿式エッチングとを用いて10mm幅にパターニングし、第1電極を形成した。パターン形成した第1電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。これ以降は基板をグローブボックス中に持ち込み、窒素雰囲気下で作業した。
Example 5:
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 56]
An indium tin oxide (ITO) transparent conductive film deposited on a PET substrate with a thickness of 150 nm (sheet resistance 12 Ω / □) is patterned to a width of 10 mm using a normal photolithography technique and wet etching. An electrode was formed. The patterned first electrode was washed in the order of ultrasonic cleaning with a surfactant and ultrapure water, followed by ultrasonic cleaning with ultrapure water, dried by nitrogen blowing, and finally subjected to ultraviolet ozone cleaning. After this, the substrate was brought into the glove box and operated under a nitrogen atmosphere.

この透明基板上に、イソプロパノールに溶解したポリエチレンイミンと、グリセロールプロポキシレートトリグリシジルエーテルの混合溶液を乾燥膜厚が約400nmになるようにブレードコーターを用いて塗布乾燥した。その後、120℃で10分間加熱処理し電子輸送層を製膜した。   On this transparent substrate, a mixed solution of polyethyleneimine dissolved in isopropanol and glycerol propoxylate triglycidyl ether was applied and dried using a blade coater so that the dry film thickness was about 400 nm. Thereafter, heat treatment was performed at 120 ° C. for 10 minutes to form an electron transport layer.

クロロベンゼンにp型有機半導体材料として、P3HT(プレクトストロニクス製、プレックスコアOS2100)を1.0質量%、n型半導体材料としてPCBM(フロンティアカーボン製)を1.0質量%で混合した溶液に、P3HTとPCBMの合計量に対し10質量%の酸化スズ(SnO2)粒子(平均1次粒径25nm)を分散した液を作製し、オーブンで70℃に過熱しながら撹拌(60分)しP3HTとPCBMを溶解した後室温に冷却した。この溶液を0.2μmのフィルタでろ過をかけ、乾燥膜厚が約100nmになるようにブレードコーターを用いて塗布し、すぐに110℃の乾燥風にて60秒乾燥し光電変換層を得た。   As a p-type organic semiconductor material mixed with chlorobenzene, P3HT (manufactured by Plectotronics, Plexcore OS2100) at 1.0% by mass and PCBM (manufactured by Frontier Carbon) at 1.0% by mass as an n-type semiconductor material, A liquid in which 10% by mass of tin oxide (SnO2) particles (average primary particle size 25 nm) is dispersed with respect to the total amount of P3HT and PCBM is prepared, and stirred (60 minutes) while heating to 70 ° C. in an oven. After the PCBM was dissolved, it was cooled to room temperature. This solution was filtered with a 0.2 μm filter, applied with a blade coater so that the dry film thickness was about 100 nm, and immediately dried with 110 ° C. dry air for 60 seconds to obtain a photoelectric conversion layer. .

続いて、正孔輸送層として、導電性高分子及びポリアニオンからなるPEDOT−PSS(CLEVIOS(登録商標) P VP AI 4083、エイチ・シー・スタルク株式会社製、導電率1×10−3S/cm)、イソプロパノールを含む液を調製し、乾燥膜厚が約100nmになるようにブレードコーターを用いて塗布乾燥した。その後、150℃で10分間加熱処理し正孔輸送層を製膜した。 Subsequently, as a hole transport layer, PEDOT-PSS (CLEVIOS (registered trademark) PVP AI 4083, manufactured by HC Starck Co., Ltd., made of conductive polymer and polyanion, conductivity 1 × 10 −3 S / cm ), And a liquid containing isopropanol was prepared, and applied and dried using a blade coater so that the dry film thickness was about 100 nm. Thereafter, heat treatment was performed at 150 ° C. for 10 minutes to form a hole transport layer.

次に、上記一連の機能層を製膜した基板を真空蒸着装置チャンバー内に移動し、1×10−4Pa以下にまでに真空蒸着装置内を減圧した後、蒸着速度5.0nm/秒でAgメタルを200nm積層することで第2の電極を形成した。得られた有機光電変換素子を窒素チャンバーに移動し、封止用キャップとUV硬化樹脂を用いて封止を行って、受光部が約10×10mmサイズの有機光電変換素子56得た。 Next, the substrate on which the series of functional layers is formed is moved into a vacuum deposition apparatus chamber, the pressure inside the vacuum deposition apparatus is reduced to 1 × 10 −4 Pa or less, and then the deposition rate is 5.0 nm / second. A second electrode was formed by laminating 200 nm of Ag metal. The obtained organic photoelectric conversion element was moved to a nitrogen chamber and sealed using a sealing cap and a UV curable resin, whereby an organic photoelectric conversion element 56 having a light receiving portion of about 10 × 10 mm size was obtained.

〔有機光電変換素子57〜58の作製〕
表5に示すように光電変換層を塗布後の乾燥風温度を変更した以外は有機光電変換素子56と同様にして有機光電変換素子57〜58を得た。
[Preparation of organic photoelectric conversion elements 57 to 58]
As shown in Table 5, organic photoelectric conversion elements 57 to 58 were obtained in the same manner as the organic photoelectric conversion element 56 except that the drying air temperature after application of the photoelectric conversion layer was changed.

〔有機光電変換素子59〜61の作製〕
表5に示すように金属酸化物微粒子を酸化チタン(TiO)粒子(平均1次粒径15nm)に変更した以外は有機光電変換素子56〜58と同様にして有機光電変換素子59〜61を得た。
[Production of organic photoelectric conversion elements 59 to 61]
As shown in Table 5, the organic photoelectric conversion elements 59 to 61 were changed in the same manner as the organic photoelectric conversion elements 56 to 58 except that the metal oxide fine particles were changed to titanium oxide (TiO 2 ) particles (average primary particle diameter 15 nm). Obtained.

実施例1と同様の評価を行った。結果を表5に示す。   Evaluation similar to Example 1 was performed. The results are shown in Table 5.

表5から、本発明に係る製造方法の光電変換素子はJscを向上することで変換効率を向上でき、耐久性(変換効率の耐久性)も向上できることがわかる。   From Table 5, it can be seen that the photoelectric conversion element of the manufacturing method according to the present invention can improve the conversion efficiency and improve the durability (durability of the conversion efficiency) by improving Jsc.

実施例6:
〔有機光電変換素子62の作製〕
光電変換素子11作製において、Alを蒸着後、150℃、5分の追加アニール処理を施し、有機光電変換素子62を得た。
Example 6:
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 62]
In production of the photoelectric conversion element 11, after vapor deposition of Al, an additional annealing treatment was performed at 150 ° C. for 5 minutes to obtain an organic photoelectric conversion element 62.

〔有機光電変換素子63の作製〕
光電変換素子18作製において、Alを蒸着後、150℃、5分の追加アニール処理を施し有機光電変換素子63を得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 63]
In production of the photoelectric conversion element 18, after vapor deposition of Al, an additional annealing treatment was performed at 150 ° C. for 5 minutes to obtain an organic photoelectric conversion element 63.

〔有機光電変換素子64の作製〕
光電変換素子24作製において、Alを蒸着後、150℃、5分の追加アニール処理を施し有機光電変換素子64を得た。
[Production of Organic Photoelectric Conversion Element 64]
In preparation of the photoelectric conversion element 24, after vapor-depositing Al, an additional annealing treatment was performed at 150 ° C. for 5 minutes to obtain an organic photoelectric conversion element 64.

実施例1と同様の評価を行った。結果を表5に示す。   Evaluation similar to Example 1 was performed. The results are shown in Table 5.

表6から本発明に係る製造方法の光電変換素子はJscを向上することで変換効率を向上でき、耐久性(変換効率の耐久性)も向上できることがわかる。   It can be seen from Table 6 that the photoelectric conversion element of the manufacturing method according to the present invention can improve the conversion efficiency and improve the durability (durability of the conversion efficiency) by improving Jsc.

10 有機光電変換素子
11 基板
12 透明電極
13 対極
14、14′ 光電変換層
15 電荷再結合層
16 第2の光電変換層
17 正孔輸送層
18 電子輸送層
101 ITOガラス基板
102 PEDOT−PSS層
103 光電変換層
104 TEM観察試料を得るための保護層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Organic photoelectric conversion element 11 Substrate 12 Transparent electrode 13 Counter electrode 14, 14 'Photoelectric conversion layer 15 Charge recombination layer 16 2nd photoelectric conversion layer 17 Hole transport layer 18 Electron transport layer 101 ITO glass substrate 102 PEDOT-PSS layer 103 Photoelectric conversion layer 104 Protective layer for obtaining TEM observation sample

Claims (6)

少なくとも、基板上に第1の電極、電子供与性を有するp型有機半導体材料と電子受容性を有するn型有機半導体材料および金属酸化物微粒子を含有する有機光電変換層、および第2の電極を有する有機光電変換素子の製造方法において、
該有機光電変換層を形成する工程が、前記p型有機半導体材料と前記n型有機半導体材料を含みかつ金属酸化物微粒子を分散させた塗布液を、前記電極上に塗布して層を形成した後、90℃以上で加熱処理を行うことにより、該金属酸化物微粒子を、該有機光電変換層面に対する法線方向に偏在させて、少なくとも一方の表面近傍の該金属酸化物微粒子の濃度を高めることを特徴とする有機光電変換素子の製造方法。
At least a first electrode on the substrate, an organic photoelectric conversion layer containing a p-type organic semiconductor material having an electron donating property, an n-type organic semiconductor material having an electron accepting property, and metal oxide fine particles, and a second electrode In the manufacturing method of the organic photoelectric conversion element having,
In the step of forming the organic photoelectric conversion layer, a coating liquid containing the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material and in which metal oxide fine particles are dispersed is applied onto the electrode to form a layer. Thereafter, the metal oxide fine particles are unevenly distributed in the normal direction with respect to the surface of the organic photoelectric conversion layer by performing a heat treatment at 90 ° C. or higher to increase the concentration of the metal oxide fine particles in the vicinity of at least one surface. The manufacturing method of the organic photoelectric conversion element characterized by these.
前記有機光電変換層を形成する工程が、前記p型有機半導体材料と前記n型有機半導体材料を含みかつ金属酸化物微粒子を分散させた塗布液を、前記電極上に塗布した後、90℃以上の温度で乾燥して層を形成することを特徴とする、請求項1記載の有機光電変換素子の製造方法。   The step of forming the organic photoelectric conversion layer is performed at 90 ° C. or higher after applying a coating liquid containing the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material and in which metal oxide fine particles are dispersed on the electrode. The method for producing an organic photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the layer is formed by drying at a temperature of 5 μm. 前記金属酸化物微粒子が、前記有機光電変換層の両方の表面近傍に偏在していることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機光電変換素子。   The organic photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the metal oxide fine particles are unevenly distributed in the vicinity of both surfaces of the organic photoelectric conversion layer. 前記金属酸化物微粒子の平均1次粒径が、光電変換層の膜厚に対して30%以下であることを特徴とする請求項2又は3に記載の有機光電変換素子。   4. The organic photoelectric conversion element according to claim 2, wherein an average primary particle size of the metal oxide fine particles is 30% or less with respect to a film thickness of the photoelectric conversion layer. 前記金属酸化物微粒子の含有量が、p型有機半導体材料とn型有機半導体材料の合計に対して、0.5質量%以上、10質量%以下であることを特徴とする請求項3又は4に記載の有機光電変換素子。   The content of the metal oxide fine particles is 0.5 mass% or more and 10 mass% or less with respect to the total of the p-type organic semiconductor material and the n-type organic semiconductor material. The organic photoelectric conversion element as described in 2. 請求項3〜5の何れか1項に記載の有機光電変換素子からなることを特徴とする太陽電池。   A solar cell comprising the organic photoelectric conversion device according to any one of claims 3 to 5.
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