JP2012529169A - 逆層配列を含む光活性コンポーネントおよび前記コンポーネントを製造する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
0.担体、基板、
1.通常は透明な底部コンタクト、
2.p型層(複数可)、
3.i型層(複数可)、
4.n型層(複数可)、
5.上部コンタクト。
通常、従来のpin型構造では、基板の上に位置する電極は、p型層に対するコンタクトを有し、対電極は、n型層に対してコンタクトを有する。これらのコンタクトは、非常によく機能するか、または即ち、コンタクト系およびコンタクト材料は、その間で最適化されて、その結果、損失はこの場合生じない。逆構造で可能な解決として、2つの新たなコンタクト系、つまり電極/n型層およびp型層/対電極を今や新たに最適化することができる(例えば、材料の適切な選択または適切な製造条件を介して)。他の解決の可能性は、変換コンタクト(conversion contact)(pn型またはnp型)を電極に導入して、電極/p型層およびn型層/対電極の元のコンタクト系を再び得ることにある。この目的を可能にする構造には例えば、pnip型、nipn型またはpnipn型が包含される。
90℃の基板温度で製造された混合層DCV5T:C60の結晶化度の検出:
図1は、DCV5Tフィルム(Si100上)でのX線回折計測(XRD)を示している。純粋なDCV5T層(α,α’−ビス(2,2−ジシアノビニル)キンキチオフェン層)(破線および暗色の実線)はそれぞれ、8.15°および8.65°にピークを示している。ピークは、室温で堆積された試料(RT;暗色の実線)と比較すると、加熱された基板(100℃)に蒸着によって施与された試料の場合(破線)の方がかなり高い。したがって、秩序または結晶化度は100℃試料の場合には、かなり上昇している。結晶化度はC60を含む混合層の場合にはかなり低下している。室温での混合層のスペクトル(RT=室温)は、どこにもピークを示していない。100℃に加熱された基板上への蒸着によって、結晶化度を混合層中でも得ることができるが、ただし、個々の層においてのような良好な結晶化度ではない。この理由は、この場合、ピークが1つしか生じないためである。より良好に判別するために、生じた2つの混合層の曲線プロファイルを、矢印を用いて個々の基板温度に割り当てる。
さらなる例示的な実施形態では、構造ITO/p−HTL/HTL/DCV5T:C60/ETL/n−ETL/Alを有するpin型太陽電池を図2で使用する。混合層DCV5T:C60を初めに、90℃の基板温度で(破線の特性曲線、淡色および暗色の特性曲線)、次いで室温で(30℃;実線の特性曲線、淡色および暗色の特性曲線)生じさせる。
ETL:電子輸送層、
HTL:正孔輸送層、
n型ETL:n型ドーピングされた電子輸送層、
p型HTL:p型ドーピングされた正孔輸送層。
さらなる例示的な実施形態では、構造ITO/n型ETL/ETL/DCV5T:C60/HTL/p型HTL/Auを有するnip型太陽電池を図3で使用している。混合層DCV5T:C60を初めに90℃の基板温度で(破線の特性曲線、淡色および暗色の特性曲線)、次いで、室温で(30℃;実線の特性曲線、淡色および暗色の特性曲線)製造する。
さらなる例示的な実施形態では、構造ITO/ETL/DCV5T:C60/HTL/p型HTL/Auを有するmip型太陽電池を図4で使用する。混合層DCV5T:C60は、90℃の基板温度で製造された(淡色の特性曲線)。mip型構造でも、良好な占有率を有する良好なコンポーネントを実現することができる。
さらなる例示的な実施形態では、異なる層厚の混合層を備えた構造ITO/C60/DCV5T:C60/p型BPAPF/p型ZnPc(p型亜鉛フタロシアニン)/Auを有するmip型太陽電池を図5で使用する。混合層DCV5T:C60を室温で(30℃)製造した。混合層の層厚は10nm(実線の特性曲線、淡色および暗色の特性曲線)および20nm(破線の特性曲線、淡色および暗色の特性曲線)である。
さらなる例示的な実施形態では、異なる層厚の混合層を備えた構造ITO/ETL/DCV5T:C60/HTL/p型HTL/Auを有するmip型太陽電池を図6で使用する。混合層DCV5T:C60を、90℃の基板温度で製造した。混合層の層厚は、10nm(実線の特性曲線、淡色および暗色の特性曲線)および20nm(破線の特性曲線、淡色および暗色の特性曲線)である。
さらなる例示的な実施形態では、混合層ZnPc:C60およびDCV5T:C60を含むpnipnipn型タンデム型電池を図7で使用するが、この場合、これらの混合層を、それぞれ30℃でおよび90℃の基板温度で施与した。このタンデム型電池の構造は、ITO/p型HTL/n型ETL/ETL/ZnPc:C60/p型HTL/n型ETL/ETL/DCV5T:C60/HTL/p型HTL/n型ET/Alである。
Claims (15)
- 電極および対電極ならびに前記電極間の少なくとも1つの有機光活性i型層系を含む有機光活性コンポーネントであって、
(i)前記光活性i型層系が少なくとも1つの混合層を含有し、
(ii)前記混合層が少なくとも1つのドナー材料および少なくとも1つのアクセプター材料を含有し、したがって前記混合層がドナー−アクセプター系を形成しており、
(iii)前記混合層の前記ドナー材料および前記アクセプター材料が非ポリマー材料であり、
(iv)前記ドナー材料が、前記アクセプター材料の蒸発温度よりも少なくとも150℃低い真空中での蒸発温度を有し、
(v)それぞれn型、i型またはp型層系から構成されるnip型、ip型またはni型構造から構成される逆層配列を有し、その際、前記有機光活性i型層系が直接カソード上にまたは電子伝導性n型材料系上に施与されていることを特徴とする、有機光活性コンポーネント。 - 1つまたは複数の層からなるp型および/またはn型材料系を含むことを特徴とする、請求項1に記載の光活性コンポーネント。
- 前記p型および/またはn型材料系が、<450nmの波長範囲に吸収最大を有する1つまたは複数のドーピングされたワイドギャップ層を含有することを特徴とする、請求項1および2のいずれか一つに記載の光活性コンポーネント。
- 入射光の光学的経路を拡大するための光トラップが前記活性系中に形成されていることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか一つに記載の光活性コンポーネント。
- ドーピングされたワイドギャップ層が前記i型層に対しては平滑な界面を、かつコンタクトに対しては周期的に微細構造化された界面を有するように、前記光トラップが実現されていることを特徴とする、請求項4に記載の光活性コンポーネント。
- 前記コンポーネントが周期的に微細構造化された基板上に構成されていて、前記コンポーネントの均一な機能、即ち、面全体にわたって短絡のないコンタクト接続および電界の均一な分布が、ドーピングされたワイドギャップ層を使用することによって保証されているという事実によって、前記光トラップが実現されていることを特徴とする、請求項4に記載の光活性コンポーネント。
- 第1の電子伝導層(n型層)と前記基板の上に位置する前記電極との間にp型ドーピングされた層を含有し、その結果、pnip型またはpni型構造が含まれることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一つに記載の光活性コンポーネント。
- 前記光活性i型層と前記基板の上に位置する前記電極との間にp型ドーピングされた層を含有し、その結果、pip型またはpi型構造が含まれ、その際、前記の追加的なp型ドーピングされた層は、前記i型層の電子輸送準位から最高で0.4eV、しかし好ましくは0.3eV未満下に位置するフェルミ準位を有することを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一つに記載の光活性コンポーネント。
- 前記p型ドーピングされた層と前記対電極との間にn型層系を含有し、その結果、nipn型またはipn型構造が含まれることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか一つに記載の光活性コンポーネント。
- 前記光活性i型層と前記対電極との間にn型層系を含有し、その結果、nin型またはin型構造が含まれ、その際、前記の追加的なn型ドーピングされた層は、前記i型層の正孔輸送準位から最高で0.4eV、しかし好ましくは0.3eV未満に位置するフェルミ準位を有することを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一つに記載の光活性コンポーネント。
- n型層系および/またはp型層系を含有し、その結果、pnipn型、pnin型、pipn型またはpin型構造が含まれることを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一つに記載の光活性コンポーネント。
- 前記の追加のp型材料系および/または前記の追加のn型材料系が1つまたは複数のドーピングされたワイドギャップ層を含有することを特徴とする、請求項7〜11のいずれか一つに記載の光活性コンポーネント。
- なおさらなるn型層系および/またはp型層系を含有し、その結果、例えばnpnipn型、pnipnp型、npnipnp型、pnpnipnpn型またはpnpnpnipnpnpn型構造が含まれることを特徴とする、請求項1〜12のいずれか一つに記載の光活性コンポーネント。
- 前記のさらなるp型材料系および/または前記のさらなるn型材料系のうちの1つまたは複数が、1つまたは複数のドーピングされたワイドギャップ層を含有することを特徴とする、請求項13に記載の光活性コンポーネント。
- nip型、ni型、ip型、pnip型、pni型、pip型、nipn型、nin型、ipn型、pnipn型、pnin型またはpipn型構造の組み合わせから構成されるタンデム型または多重型(multiple)電池であることを特徴とする、請求項1〜14のいずれか一つに記載の光活性コンポーネント。
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