JP2012209400A - 有機薄膜太陽電池、及び有機薄膜太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子供与性材料と電子受容性材料とを含む光電変換層と、光電変換層の一方の面に形成された対向電極層と、光電変換層の他方の面に形成された透明電極と、を有する有機薄膜太陽電池において、透明電極は、全光線透過率が80%以上であり、表面抵抗率が、300Ω/sq以下であり、仕事関数が対向電極層の仕事関数よりも小さく、かつ、単一の層である。
【選択図】図1
Description
以下、図面を用いて有機薄膜太陽電池について具体的に説明する。
透明電極3は、以下の(1)〜(4)の全ての条件を満たす電極である。
条件(1)仕事関数が対向電極層6の仕事関数よりも低いこと。
条件(2)単一の層であること。
条件(3)全光線透過率が80%以上であること。
条件(4)表面抵抗率が300Ω/sq以下であること。
透明基板7は、透明電極3が支持体としての機能を有しない場合に、透明電極3を支持するものである。透明基板7としては特に限定されるものではなく、例えば石英ガラス、パイレックス(登録商標)、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を挙げることができる。中でも、透明基板7が、透明樹脂フィルム等のフレキシブル材であることが好ましい。透明樹脂フィルムは、加工性に優れており、製造コスト低減や軽量化、割れにくい有機薄膜太陽電池の実現において有用であり、曲面への適用等、種々のアプリケーションへの適用可能性が広がるからである。なお、透明電極3は、図示するように透明基板7上に全面に形成されていてもよく、パターン状に形成されていてもよい(図示せず)。
有機薄膜太陽電池を用いて電力を発生させこれを集電する場合において、光電変換層4の外周部で発生した電力は効率よく電極に集電されるが、光電変換層4の中央部近傍で発生した電力は電極集電される前に熱消費されてしまい、電池全体としての変換効率が低下する要因となる。この熱消費による変換効率の低下は有機薄膜太陽電池が大面積になるほど顕著に表れる。
図1に示すように、透明電極3上には、直接的に、又は補助電極8を介して光電変換層4が設けられている。光電変換層4は、本発明における必須の構成であり、有機薄膜太陽電池の電荷分離に寄与し、生じた電子および正孔を各々反対方向の電極に向かって輸送する機能を有する部材をいう。
本発明における光電変換層4の第1態様は、電子受容性および電子供与性の両機能を有する単一の層であり、電子供与性材料および電子受容性材料を含有するものである。この光電変換層4では、光電変換層4内で形成されるpn接合を利用して電荷分離が生じるため、単独で光電変換層4として機能する。
合比に適宜調整される。
本発明における光電変換層4の第2態様は、電子受容性の機能を有する電子受容性層と電子供与性の機能を有する電子供与性層とが積層されたものである。以下、電子受容性層および電子供与性層について説明する。
本態様に用いられる電子受容性層は、電子受容性の機能を有するものであり、電子受容性材料を含有するものである。
本態様に用いられる電子供与性層は、電子供与性の機能を有するものであり、電子供与性材料を含有するものである。
図1に示すように、光電変換層4上には、対向電極層6が設けられている。対向電極層6は、本発明の有機薄膜太陽電池10における必須の構成であり、光電変換層4で発生した正孔を取出すための電極層である。
本発明の有機薄膜太陽電池モジュールは、上記で説明した本発明の有機薄膜太陽電池10が複数個直列、又は並列に接続されていることを特徴とするものである。
外形サイズ50mm角、膜厚125μmのPENフィルム基材の片面全面に、従来と同様のスパッタ法(成膜圧力:0.1Pa、成膜パワー:180W、時間:3分/12分/3分)にて、フィルム基材上に、Ni(厚み20nm)/Cu(厚み300nm)/Ni(厚み20nm)をこの順で積層しNi/Cu/Ni膜を形成した。Ni/Cu/Ni膜の全面にドライフィルムレジスト(旭化成(株)製、サンフォートAQ-1558 ネガ型)を0.4kgf/cm2のラミネート圧、温度120℃にてラミネートし、所定の形状のフォトマスクを介してUV照射を行い、ドライフィルムレジスト上に所望の形状を転写した。その後、0.5wt%の炭酸ナトリウム水溶液中にてレジストの未露光部を除去し、所望の形状のレジスト画像を形成した。レジスト画像をマスクとして露出しているNi/C/Ni膜を、塩化第2鉄溶液(45ボーメ)で液温50℃にてエッチングした。Ni/Cu/Ni膜をエッチングするために要した時間は、3秒であった。その後、2wt%の水酸化ナトリウム溶液を用いて液温50℃でレジスト除去を行い、所定の開口部を有するNi/Cu/Niの金属メッシュ補助電極を形成した。
透明電極(アルミドープ酸化亜鉛層)=4.0eV
対向電極層(酸化バナジウム層)=4.7eV
装置:Lambda Physics LPX 305
材料:酸化物セラミック板(ZnO=98%、Al2O3=2% Target Materials社製)
条件:レーザー周波数=10Hz
レーザー出力=2J/cm2
レーザー入射角=45°
ターゲット−基板間距離=4.7cm
実施例1と同様に作製した金属メッシュ補助電極の上面に、従来と同様のスパッタ法により厚み150nm、表面抵抗値60Ω/sqのITO層を形成した。次に、ITO層上に、導電性高分子ペースト(ポリ−(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリスチレンスルホン酸分散品)をスピンコート法にて成膜した後、100℃で10分間乾燥させ、バッファー層を形成した。次に、ポリチオフェン(P3HT:poly(3−hexylthiophene−2,5−diyl)、Aldrich社製)とC60PCBM([6,6]−phenyl−C61−butyric acid mettric ester、Nano−C社製)をブロモベンゼンに溶解させ、固形分濃度1.4wt%の光電変換層用塗工液を準備した。次いで、光電変換層用塗工液を上記バッファー層上にスピンコート法にて塗布した後、100℃で10分間乾燥させて、光電変換層を形成した。次に、上記光電変換層上にカルシウムおよびアルミニウムを従来と同様の真空蒸着法にて形成することで、順型有機薄膜太陽電池である比較例1の有機薄膜太陽電池を得た。
透明電極(ITO層)=4.7eV
対向電極層(カルシウム層)=2.5eV
実施例1の逆型有機薄膜太陽電池と、比較例1の順型有機薄膜太陽電池をソーラーシミュレーターにより100mW/cm2、A.M.1.5Gの条件で太陽電池性能を評価したところ、実施例1の逆型有機薄膜太陽電池の変換効率は3.5%、比較例1の順型有機薄膜太陽電池の変換効率は3.4%であった。
3・・・透明電極
4・・・光電変換層
6・・・対向電極層
7・・・透明基板
8・・・補助電極
Claims (5)
- 電子供与性材料と電子受容性材料とを含む光電変換層と、前記光電変換層の一方の面に形成された対向電極層と、前記光電変換層の他方の面に形成された透明電極と、を有する有機薄膜太陽電池であって、
前記透明電極は、
全光線透過率が80%以上であり、
表面抵抗率が、300Ω/sq以下であり、
仕事関数が前記対向電極層の仕事関数よりも小さく、
かつ、単一の層であることを特徴とする有機薄膜太陽電池。 - 前記透明電極の仕事関数と前記対向電極層の仕事関数との差が0.6eV以上であることを特徴とする請求項1に記載の有機薄膜太陽電池。
- 前記透明電極の仕事関数が、前記電子受容性材料のLUMO準位より0.3eV大きい値以下であることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機薄膜太陽電池。
- 前記透明電極の少なくとも一方の面には補助電極が形成されており、前記補助電極と前記透明電極の仕事関数の差が1.0eV以下であることを特徴とする請求項1乃至3の何れか1項に記載の有機薄膜太陽電池。
- 有機薄膜太陽電池が複数個直列又は並列に接続されてなる有機薄膜太陽電池モジュールであって、
前記有機薄膜太陽電池が、請求項1乃至4の何れか1項に記載の有機薄膜太陽電池であることを特徴とする有機薄膜太陽電池モジュール。
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