JP2013149784A - Organic thin film solar cell and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic thin film solar cell having improved photoelectric conversion efficiency, and provide a manufacturing method of the same.SOLUTION: An organic thin film solar cell comprises a photoelectric conversion layer between a transparent electrode and a metal electrode. The photoelectric conversion layer includes a mixed semiconductor region having a concentration gradient. An organic thin film solar cell manufacturing method comprises: continuously performing deposition in a plurality of processes; and forming the mixed semiconductor region having the concentration gradient by performing codeposition while increasing a deposition rate of one of two semiconductors and simultaneously decreasing a deposition rate of the other of the two semiconductors.

Description

本発明は、有機薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。さらに詳しくは、本発明は、光電変換層が特定の構造を有する有機薄膜太陽電池およびその製造方法に関する。   The present invention relates to an organic thin film solar cell and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to an organic thin-film solar cell in which a photoelectric conversion layer has a specific structure and a method for producing the same.

近年、地球規模で問題となっているエネルギー問題を解決するための自然エネルギー源の一つとして、環境負荷が少なく、半永久的に供給される太陽光エネルギーの利用が活発に研究されている。中でも、太陽電池、特に、原料の低コスト化、柔軟性、形成の容易性等の観点から、光電変換層に有機化合物を用いた有機薄膜太陽電池が注目されている。
ところで、p型有機半導体とn型有機半導体とのpn接合型の有機薄膜太陽電池は、光吸収により、生成した励起子が、pn接合の界面に拡散移動して、電子と正孔に電荷分離し、それぞれ異なる電極に輸送されて、起電力を発生させるものである。
しかしながら、このときの励起子の拡散長は短く、pn接合界面からの距離が数十nmの領域内でしか有効なキャリアが生成されず、従来は、十分なエネルギー(光電)変換効率が得られなかった。
エネルギー変換効率を向上させるために、例えば、非特許文献1に、銅フタロシアニン(CuPc)/フラーレン(C60)による有機薄膜太陽電池において、生成した励起子が失活するのを防止するために、バソクプロイン(4,7-ジフェニル-2,9-ジメチル-1,10-フェナントロリン、BCP)を用いた励起子失活防止層を導入する方法が記載されている。
一方、最近では、光電変換効率を向上させるために、pn接合部分を拡張させる方法として、電子供与性材料と電子受容性材料とを単純積層するのではなく、混合することにより、分子レベルでのpn接合が膜中に広く形成され、光電変換に寄与できる体積が増すバルクヘテロ型の有機薄膜太陽電池が提案されている(特許文献1〜6)。
さらに、非特許文献2には、p型半導体層とn型半導体層の間にp型半導体とn型半導体の混合物からなる傾斜層を有する有機薄膜太陽電池が提案されている。
しかしながら、有機薄膜太陽電池の実用化のためには、さらなるエネルギー変換効率の向上が求められており、層構造や層の厚さ、その形成方法を工夫することにより、エネルギー変換効率を向上させることができることがわかった。
In recent years, as one of natural energy sources for solving energy problems that have become a problem on a global scale, the use of solar energy that has a low environmental impact and is supplied semipermanently has been actively studied. Among them, solar cells, particularly organic thin-film solar cells using an organic compound for the photoelectric conversion layer, have attracted attention from the viewpoints of cost reduction, flexibility, ease of formation, and the like.
By the way, in the pn junction type organic thin film solar cell of the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor, the generated excitons are diffused and moved to the interface of the pn junction by light absorption, and charge separation into electrons and holes is performed. Then, they are transported to different electrodes to generate an electromotive force.
However, the diffusion length of excitons at this time is short, and effective carriers are generated only in a region where the distance from the pn junction interface is several tens of nanometers. Conventionally, sufficient energy (photoelectric) conversion efficiency is obtained. There wasn't.
In order to improve energy conversion efficiency, for example, in Non-Patent Document 1, in order to prevent the generated excitons from being deactivated in an organic thin film solar cell using copper phthalocyanine (CuPc) / fullerene (C 60 ), A method of introducing an exciton deactivation preventing layer using bathocuproine (4,7-diphenyl-2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline, BCP) is described.
On the other hand, recently, in order to improve the photoelectric conversion efficiency, as a method of expanding the pn junction part, the electron donating material and the electron accepting material are not simply laminated but mixed, so that at the molecular level. A bulk hetero type organic thin film solar cell in which a pn junction is widely formed in a film and a volume capable of contributing to photoelectric conversion is increased has been proposed (Patent Documents 1 to 6).
Further, Non-Patent Document 2 proposes an organic thin-film solar cell having an inclined layer made of a mixture of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor between a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer.
However, further improvement of energy conversion efficiency is required for practical use of organic thin-film solar cells, and energy conversion efficiency should be improved by devising the layer structure, layer thickness, and formation method. I found out that

特開2000−286479号公報JP 2000-286479 A 特開2004−342693号公報JP 2004-342893 A 特開2009−60053号公報JP 2009-60053 A 特開2010−161270号公報JP 2010-161270 A 特開2010−258205号公報JP 2010-258205 A 特開2011−71163号公報JP 2011-711163 A

P.Peumans and S.R.Forrest,"Applied Physics Letters",2001年7月2日,vol.79,No.1,p.126-128P.Peumans and S.R.Forrest, "Applied Physics Letters", July 2, 2001, vol. 79, No. 1, p. 126-128 第58回応用物理学関係連合講演会(2011春、神奈川工科大学) 講演予稿集〔富山大、福岡ら、“傾斜層を有する有機薄膜太陽電池”〕58th Joint Conference on Applied Physics (Spring 2011, Kanagawa Institute of Technology) Preliminary Lectures (Toyama Univ., Fukuoka et al. “Organic thin-film solar cells with graded layers”)

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、本発明の目的は、上記のような問題を解決した、優れた有機薄膜太陽電池を提供することにある。   This invention is made | formed in view of such a situation, and the objective of this invention is providing the outstanding organic thin-film solar cell which solved the above problems.

上記のような問題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、下記のような層(領域)構成とすることにより、上記問題を解決することができることを見出し、本発明を完成させた。
すなわち、本発明は、下記
(1)透明電極と金属電極との間に光電変換層を有する有機薄膜太陽電池において、前記光電変換層が濃度勾配を有する混合半導体領域を含むことを特徴とする有機薄膜太陽電池、
(2)前記光電変換層がp型半導体領域、前記濃度勾配を有する混合半導体領域、n型半導体領域の順に積層されてなる上記(1)に記載の有機薄膜太陽電池、
(3)前記混合半導体領域の濃度勾配が、前記p型半導体領域から前記n型半導体領域に向かって前記p型半導体の量が0まで減少するとともに、前記n型半導体の量が0から増加する濃度勾配である上記(2)に記載の有機薄膜太陽電池、
(4)前記混合半導体領域の厚さが前記p型半導体領域およびn型半導体領域いずれの厚さよりも薄い厚さである上記(1)〜(3)のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池、
(5)前記光電変換層が、p型半導体領域、濃度勾配〔C1〕を有する混合半導体領域(A)、i型半導体領域、濃度勾配〔C2〕を有する混合半導体領域(B)、およびn型半導体領域の順に積層されてなる上記(1)に記載の有機薄膜太陽電池、
(6)前記濃度勾配〔C1〕が、前記p型半導体領域から前記i型半導体領域に向かって前記p型半導体の量が減少するとともに、前記n型半導体の量が0から増加する濃度勾配であり、前記濃度勾配〔C2〕が、前記i型半導体領域から前記n型半導体領域に向かって前記p型半導体の量が0まで減少するとともに、前記n型半導体の量が増加する濃度勾配である上記(5)に記載の有機薄膜太陽電池、
(7)前記混合半導体領域(A)の厚さが前記p型半導体領域およびi型半導体領域いずれの厚さよりも薄い厚さであり、前記混合半導体領域(B)の厚さが前記i型半導体領域およびn型半導体領域いずれの厚さよりも薄い厚さである上記(5)または(6)に記載の有機薄膜太陽電池、
(8)前記p型半導体領域およびn型半導体領域の厚さが、それぞれ5nm〜1μmである上記(2)〜(7)のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池、
(9)前記i型半導体領域の厚さが5nm〜1μmである上記(5)〜(7)のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池、
(10)前記混合半導体領域の厚さが2〜15nmである上記(1)〜(4)のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池、
(11)前記混合半導体領域(A)および混合半導体領域(B)の厚さがそれぞれ2〜15nmである上記(5)〜(7)のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池、
(12)透明電極と金属電極との間に光電変換層を有する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、下記工程S1〜工程S4、
工程S1:透明電極の一方の面にp型半導体を一定の蒸着速度〔R1〕で一定時間〔T1〕かけて蒸着してp型半導体領域を形成する工程、
工程S2:前記工程1に続いて、前記p型半導体を一定の蒸着速度〔R2〕から0まで一定時間〔T2〕かけて徐々に減速させるとともに、n型半導体を0から一定の蒸着速度〔R2〕まで一定時間〔T2〕かけて徐々に増加させながら蒸着してp型半導体とn型半導体の濃度勾配を有する混合半導体領域を形成する工程、
工程S3:前記工程2に続いて、n型半導体を一定の蒸着速度〔R3〕で一定時間〔T3〕かけて蒸着することによりn型半導体領域を形成する工程および
工程S4:金属電極を形成する工程
からなることを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法(I)、
(13)透明電極と金属電極との間に光電変換層を有する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、下記工程S11〜工程S16、
工程S11:透明電極の一方の面にp型半導体を一定の蒸着速度〔R11〕で一定時間〔T11〕かけて蒸着してp型半導体領域を形成する工程、
工程S12:前記工程11に続いて、前記p型半導体を蒸着速度〔R11〕から蒸着速度〔R12〕まで一定時間〔T12〕かけて徐々に減速させるとともに、n型半導体を0から一定の蒸着速度〔R13〕まで一定時間〔T12〕かけて徐々に増加させながら蒸着してp型半導体とn型半導体の濃度勾配〔C1〕を有する混合半導体領域(A)を形成する工程、
工程S13:前記工程12に続いて、p型半導体を一定の蒸着速度〔R12〕、n型半導体を一定の蒸着速度〔R13〕で一定時間〔T13〕かけて共蒸着することによりi型半導体領域を形成する工程、
工程S14:前記工程13に続いて、前記p型半導体の蒸着速度〔R12〕を一定時間〔T14〕かけて0まで徐々に減速させるとともに、n型半導体の蒸着速度〔R13〕から一定の蒸着速度〔R14〕まで一定時間〔T14〕かけて徐々に増加させながら蒸着してp型半導体とn型半導体の濃度勾配〔C2〕を有する混合半導体領域(B)を形成する工程、
工程S15:前記工程14に続いて、n型半導体を一定の蒸着速度〔R14〕で一定時間〔T15〕かけて蒸着することによりn型半導体領域を形成する工程および工程S16:金属電極を形成する工程からなることを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法(II)を提供する。
In order to solve the above problems, the present inventors have intensively studied. As a result, the inventors have found that the above problems can be solved by adopting the following layer (region) configuration, and completed the present invention. It was.
That is, the present invention provides (1) an organic thin film solar cell having a photoelectric conversion layer between a transparent electrode and a metal electrode, wherein the photoelectric conversion layer includes a mixed semiconductor region having a concentration gradient. Thin film solar cells,
(2) The organic thin film solar cell according to (1), wherein the photoelectric conversion layer is laminated in the order of a p-type semiconductor region, a mixed semiconductor region having the concentration gradient, and an n-type semiconductor region,
(3) The concentration gradient of the mixed semiconductor region is such that the amount of the p-type semiconductor decreases from 0 toward the n-type semiconductor region from the p-type semiconductor region, and the amount of the n-type semiconductor increases from 0. The organic thin-film solar cell according to (2) above, which is a concentration gradient,
(4) The organic thin-film solar cell according to any one of (1) to (3), wherein the thickness of the mixed semiconductor region is thinner than any of the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region,
(5) The photoelectric conversion layer includes a p-type semiconductor region, a mixed semiconductor region (A) having a concentration gradient [C1], an i-type semiconductor region, a mixed semiconductor region (B) having a concentration gradient [C2], and an n-type The organic thin-film solar cell according to (1), which is laminated in the order of the semiconductor region,
(6) The concentration gradient [C1] is a concentration gradient in which the amount of the p-type semiconductor decreases from the p-type semiconductor region to the i-type semiconductor region and the amount of the n-type semiconductor increases from 0. And the concentration gradient [C2] is a concentration gradient in which the amount of the p-type semiconductor decreases from the i-type semiconductor region to the n-type semiconductor region and the amount of the n-type semiconductor increases. The organic thin film solar cell according to (5) above,
(7) The thickness of the mixed semiconductor region (A) is thinner than both the p-type semiconductor region and the i-type semiconductor region, and the thickness of the mixed semiconductor region (B) is the i-type semiconductor. The organic thin-film solar cell according to the above (5) or (6), which is thinner than any of the region and the n-type semiconductor region,
(8) The organic thin-film solar cell according to any one of (2) to (7), wherein the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region each have a thickness of 5 nm to 1 μm.
(9) The organic thin-film solar cell according to any one of (5) to (7), wherein the i-type semiconductor region has a thickness of 5 nm to 1 μm.
(10) The organic thin film solar cell according to any one of (1) to (4), wherein the mixed semiconductor region has a thickness of 2 to 15 nm.
(11) The organic thin-film solar cell according to any one of (5) to (7), wherein the mixed semiconductor region (A) and the mixed semiconductor region (B) each have a thickness of 2 to 15 nm.
(12) A method for producing an organic thin-film solar cell having a photoelectric conversion layer between a transparent electrode and a metal electrode, comprising the following steps S1 to S4,
Step S1: A step of forming a p-type semiconductor region by depositing a p-type semiconductor on one surface of a transparent electrode at a constant deposition rate [R1] over a predetermined time [T1].
Step S2: Following the step 1, the p-type semiconductor is gradually decelerated from a constant deposition rate [R2] to 0 over a fixed time [T2], and the n-type semiconductor is reduced from 0 to a constant deposition rate [R2 A step of forming a mixed semiconductor region having a concentration gradient of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor by vapor deposition while gradually increasing over a certain time [T2]
Step S3: Subsequent to Step 2, the step of forming an n-type semiconductor region by depositing an n-type semiconductor at a constant deposition rate [R3] for a predetermined time [T3] and Step S4: forming a metal electrode A method (I) for producing an organic thin-film solar cell, characterized by comprising steps
(13) A method for producing an organic thin-film solar cell having a photoelectric conversion layer between a transparent electrode and a metal electrode, the following steps S11 to S16,
Step S11: forming a p-type semiconductor region by depositing a p-type semiconductor on one surface of the transparent electrode at a constant deposition rate [R11] over a predetermined time [T11].
Step S12: Following the step 11, the p-type semiconductor is gradually decelerated from the deposition rate [R11] to the deposition rate [R12] over a predetermined time [T12], and the n-type semiconductor is reduced from 0 to a constant deposition rate. Forming a mixed semiconductor region (A) having a concentration gradient [C1] of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor by vapor deposition while gradually increasing to [R13] over a certain time [T12];
Step S13: Following the step 12, the i-type semiconductor region is formed by co-depositing the p-type semiconductor at a constant deposition rate [R12] and the n-type semiconductor at a constant deposition rate [R13] over a predetermined time [T13]. Forming a process,
Step S14: Following the step 13, the deposition rate [R12] of the p-type semiconductor is gradually reduced to 0 over a predetermined time [T14], and the deposition rate [R13] is constant from the deposition rate [R13] of the n-type semiconductor. Forming a mixed semiconductor region (B) having a concentration gradient [C2] of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor by vapor deposition while gradually increasing to [R14] over a predetermined time [T14];
Step S15: Following the step 14, the n-type semiconductor is deposited at a constant deposition rate [R14] over a predetermined time [T15] to form an n-type semiconductor region, and step S16: a metal electrode is formed. Provided is a method (II) for producing an organic thin-film solar cell comprising steps.

本発明の有機薄膜太陽電池(以下、OSCと記載することがある)は、混合半導体領域が両側に隣接する各半導体材料の濃度勾配を有することにより、従来のpn接合型有機薄膜太陽電池と比べて光電変換効率が向上した有機薄膜太陽電池を得ることができる。   The organic thin film solar cell of the present invention (hereinafter sometimes referred to as OSC) has a concentration gradient of each semiconductor material adjacent to both sides of the mixed semiconductor region, so that it is compared with a conventional pn junction type organic thin film solar cell. Thus, an organic thin film solar cell with improved photoelectric conversion efficiency can be obtained.

2つの半導体材料を連続して真空蒸着するための装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the apparatus for vacuum-depositing two semiconductor materials continuously. 図2(a)は本発明のOSCにおける層および領域構成を示す模式図である。図2(b)は従来のOSCにおける層構成を示す模式図である。FIG. 2A is a schematic diagram showing layer and region configurations in the OSC of the present invention. FIG. 2B is a schematic diagram showing a layer structure in a conventional OSC. 図3(a)は本発明のOSCにおける別の層および領域構成を示す模式図である。図3(b)は従来のOSCにおける別の層構成を示す模式図である。FIG. 3A is a schematic diagram showing another layer and region configuration in the OSC of the present invention. FIG. 3B is a schematic diagram showing another layer structure in the conventional OSC.

以下、本発明について、詳細に説明する。
本発明のOSCは、透明電極と金属電極との間に光電変換層を有する有機薄膜太陽電池であって、前記光電変換層が濃度勾配を有する混合半導体領域を含むことを特徴とする。また、前記光電変換層がp型半導体領域、i型半導体領域、n型半導体領域等の半導体領域を複数有し、これら複数の半導体領域の間に濃度勾配を形成している混合半導体領域が存在していることを特徴としている。
以下、本発明のOSCの構成材料およびその製造方法について図1〜図3を用いて説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The OSC of the present invention is an organic thin film solar cell having a photoelectric conversion layer between a transparent electrode and a metal electrode, wherein the photoelectric conversion layer includes a mixed semiconductor region having a concentration gradient. The photoelectric conversion layer has a plurality of semiconductor regions such as a p-type semiconductor region, an i-type semiconductor region, and an n-type semiconductor region, and there is a mixed semiconductor region in which a concentration gradient is formed between the plurality of semiconductor regions. It is characterized by that.
Hereinafter, the constituent material of the OSC of the present invention and the manufacturing method thereof will be described with reference to FIGS.

〔透明電極〕
図2(a)および図3(a)における透明電極2または12として用いられる材料は、透明性を有し、かつ導電性を有するものであれば特に限定されるものではないが、例えば、酸化ニッケル、酸化錫、酸化インジウム、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(GZO)、酸化チタン、酸化インジウム、酸化亜鉛などの導電性金属酸化物、あるいは金、白金、銀、クロムなどの金属およびその合金、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルフォン酸をドーピングしたPEDOT/PSSや、ポリピロールおよびポリアニリンなどにヨウ素などのドーピングした導電性ポリマーなどが挙げられる。これらの透明電極用材料は、単独で用いてもよいが、複数の材料を混合して用いてもよい。中でも、光が透過する位置にある電極は、ITO、酸化スズ、酸化亜鉛、IZO等の酸化物等の透明電極を用いることが好ましい。また、ITO、GZO、酸化スズ、酸化亜鉛、金、コバルト、ニッケル、白金等の仕事関数の高い材料と、アルミニウム、銀、リチウム、インジウム、カルシウム、マグネシウム等を組み合わせて用いてもよい。透明電極2または12の膜厚に制限はなく、抵抗値に合わせて任意に選ぶことが出来る。ただし、通常10nm以上、中でも50nm以上、また、通常1000nm以下、中でも500nm以下、さらには300nm以下、特には100nm以下とすることが好ましい。透明電極が厚すぎると透明性が低下し、高コストとなる可能性があり、薄すぎると直列抵抗が大きく、性能が低下する可能性がある。透明電極2または12のシート抵抗は、短絡電流密度を大きくする観点から、50Ω/□以下、10Ω/□以下が好ましい。透明電極2または12は、通常、ガラス板のような透明な無機材料や透明なプラスチックフィルム等の透明基材1または11の一方の面に形成されている。
[Transparent electrode]
The material used as the transparent electrode 2 or 12 in FIG. 2 (a) and FIG. 3 (a) is not particularly limited as long as it has transparency and conductivity. Conductive metal oxides such as nickel, tin oxide, indium oxide, tin-doped indium oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), gallium-doped zinc oxide (GZO), titanium oxide, indium oxide, zinc oxide, or gold, Examples thereof include metals such as platinum, silver and chromium and alloys thereof, PEDOT / PSS in which polythiophene derivatives are doped with polystyrene sulfonic acid, and conductive polymers in which polypyrrole and polyaniline are doped with iodine or the like. These transparent electrode materials may be used alone, or a plurality of materials may be mixed and used. Especially, it is preferable to use transparent electrodes, such as oxides, such as ITO, a tin oxide, zinc oxide, and IZO, for the electrode in the position which permeate | transmits light. Alternatively, a material having a high work function such as ITO, GZO, tin oxide, zinc oxide, gold, cobalt, nickel, or platinum may be used in combination with aluminum, silver, lithium, indium, calcium, magnesium, or the like. There is no restriction | limiting in the film thickness of the transparent electrode 2 or 12, It can select arbitrarily according to resistance value. However, it is preferably 10 nm or more, particularly 50 nm or more, and usually 1000 nm or less, particularly 500 nm or less, more preferably 300 nm or less, and particularly preferably 100 nm or less. If the transparent electrode is too thick, the transparency may be reduced and the cost may be high. If the transparent electrode is too thin, the series resistance may be large and the performance may be reduced. The sheet resistance of the transparent electrode 2 or 12 is preferably 50Ω / □ or less and 10Ω / □ or less from the viewpoint of increasing the short-circuit current density. The transparent electrode 2 or 12 is usually formed on one surface of the transparent substrate 1 or 11 such as a transparent inorganic material such as a glass plate or a transparent plastic film.

〔p型半導体領域〕
p型半導体領域3または13の材料としては、電子供与性を有するものであれば特に限定されず、例えば、光電変換効率の観点から、金属を含有していないフタロシアニン(H2Pc)、銅フタロシアニンのように中心に種々の金属をもつフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体、キナクリドン顔料、ペリレン顔料、メロシアニン等とその誘導体、トリフェニルアミン、ジフェニルアミン、フェニレンジアミンなどの芳香族アミン化合物、ナフタレン、アントラセンなどの縮合多環炭化水素、アゾベンゼンなどのアゾ化合物、スチルベンなどの芳香環をエチレン結合やアセチレン結合で連結した構造を有する化合物、アミノ基で置換されたヘテロ芳香環化合物、キノン類、テトラシアノキノジメタン類、ジシアノキノンジイミン類、テトラシアノエチレン、ビオローゲン類、ジチオール金属錯体などが挙げられる。また、上記化合物の混合物であってもよい。
p型半導体領域3または13の厚さは、好ましくは5nm〜1μm、より好ましくは10〜100nmである。該膜厚が5nm以上であることにより、十分に光を吸収できるため好ましく、1μm以下であることにより素子抵抗の観点から低抵抗であり好ましい。
[P-type semiconductor region]
The material of the p-type semiconductor region 3 or 13 is not particularly limited as long as it has an electron donating property. For example, from the viewpoint of photoelectric conversion efficiency, phthalocyanine (H 2 Pc) or copper phthalocyanine which does not contain a metal is used. Phthalocyanine derivatives, porphyrin derivatives, quinacridone pigments, perylene pigments, merocyanines and their derivatives having various metals at the center, aromatic amine compounds such as triphenylamine, diphenylamine, and phenylenediamine, and condensed polyvalent compounds such as naphthalene and anthracene. Ring hydrocarbons, azo compounds such as azobenzene, compounds having a structure in which aromatic rings such as stilbene are linked by ethylene bond or acetylene bond, heteroaromatic compounds substituted with amino groups, quinones, tetracyanoquinodimethanes, Dicyanoquinone diimines, Tet Cyano ethylene, viologen compounds, such as dithiol metal complexes. Moreover, the mixture of the said compound may be sufficient.
The thickness of the p-type semiconductor region 3 or 13 is preferably 5 nm to 1 μm, more preferably 10 to 100 nm. The film thickness of 5 nm or more is preferable because light can be sufficiently absorbed, and the film thickness of 1 μm or less is preferable from the viewpoint of device resistance because of low resistance.

〔n型半導体領域〕
n型半導体領域5または17の材料としては、フラーレン又はフラーレン化合物、カーボンナノチューブ、カーボンナノチューブ誘導体、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、ペリレンイミド誘導体、ナフタレンイミド誘導体、フルオランテン誘導体)、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する5〜7員のヘテロ環化合物(例えばピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、トリベンズアゼピン、オキサジアゾール誘導体等)、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、キノリン金属錯体、ベンゾチアゾール金属錯体、ベンゾオキサゾール金属錯体、ベンゾイミダゾール金属錯体等の含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体のような有機半導体が挙げられる。また、上記化合物の混合物であってもよい。
好ましくは、フラーレンまたはフラーレン化合物である。フラーレンとしては、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C80、フラーレンC82、フラーレンC84、フラーレンC90、フラーレンC96、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等が挙げられ、フラーレン化合物としてはこれらに置換基が付加された化合物が挙げられる。これらのフラーレンのうち、C60は入手しやすく、コスト面で有利であるなどの利点を有している。
n型半導体領域5または17の厚さは、好ましくは5nm〜1μm、より好ましくは10〜100nmである。該膜厚が5nm以上であることにより吸光度の観点から十分に光を吸収できるため好ましく、1μm以下であることにより素子抵抗の観点から低抵抗であり好ましい。
[N-type semiconductor region]
Examples of the material of the n-type semiconductor region 5 or 17 include fullerene or fullerene compounds, carbon nanotubes, carbon nanotube derivatives, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, perylene imides. Derivatives, naphthaleneimide derivatives, fluoranthene derivatives), 5- to 7-membered heterocyclic compounds containing nitrogen, oxygen, and sulfur atoms (eg, pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, triazine, quinoline, quinoxaline, quinazoline, phthalazine, cinnoline) , Isoquinoline, pteridine, acridine, phenazine, phenanthroline, tetrazole, pyrazole, imidazole, thiazole, oxazole, indazole, benz Midazole, benzotriazole, benzoxazole, benzothiazole, carbazole, purine, triazolopyridazine, triazolopyrimidine, tetrazaindene, oxadiazole, imidazopyridine, pyralidine, pyrrolopyridine, thiadiazolopyridine, dibenzazepine, tribenzazepine, Oxadiazole derivatives, etc.), polyarylene compounds, fluorene compounds, cyclopentadiene compounds, silyl compounds, quinoline metal complexes, benzothiazole metal complexes, benzoxazole metal complexes, benzimidazole metal complexes and other nitrogen-containing heterocyclic compounds as ligands And an organic semiconductor such as a metal complex. Moreover, the mixture of the said compound may be sufficient.
Preferably, it is fullerene or a fullerene compound. Fullerene C 60 , fullerene C 70 , fullerene C 76 , fullerene C 78 , fullerene C 80 , fullerene C 82 , fullerene C 84 , fullerene C 90 , fullerene C 96 , fullerene C 240 , fullerene C 540 , mixed Fullerenes, fullerene nanotubes and the like can be mentioned, and examples of the fullerene compounds include compounds having a substituent added thereto. Among these fullerenes, C 60 is easily available, has advantages such as is advantageous in cost.
The thickness of the n-type semiconductor region 5 or 17 is preferably 5 nm to 1 μm, more preferably 10 to 100 nm. When the film thickness is 5 nm or more, light can be sufficiently absorbed from the viewpoint of absorbance, and when it is 1 μm or less, low resistance is preferable from the viewpoint of element resistance.

〔真性(i型)半導体領域〕
図3(a)に示されているように、後で述べる混合半導体領域(A)14を介してp型半導体領域13に形成されるi型半導体領域15の材料としては、例えば、フラーレン、フラーレン誘導体、半導体性を有するカーボンナノチューブ(CNT)およびCNT化合物等のn型半導体材料から選ばれるのは少なくとも1種類からなる第1の材料と、金属を含有していないフタロシアニン(H2Pc)、銅フタロシアニンのように中心に種々の金属をもつフタロシアニン誘導体などのp型半導体材料から選ばれる少なくとも1種類の第2の材料とを、得られる半導体が真性半導体となるように混合した混合物を使用することができる。
真性半導体領域15の厚さは、好ましくは5nm〜1μm、より好ましくは10〜100nmである。該膜厚が5nm以上であることにより吸光度の観点から十分に光を吸収できるため好ましく、1μm以下であることにより素子抵抗の観点から低抵抗であり好ましい。
[Intrinsic (i-type) semiconductor region]
As shown in FIG. 3A, examples of the material of the i-type semiconductor region 15 formed in the p-type semiconductor region 13 through the mixed semiconductor region (A) 14 described later include fullerene and fullerene. At least one first material selected from n-type semiconductor materials such as derivatives, semiconducting carbon nanotubes (CNT) and CNT compounds, phthalocyanine (H 2 Pc), copper containing no metal Use a mixture in which at least one second material selected from p-type semiconductor materials such as phthalocyanine derivatives having various metals at the center, such as phthalocyanine, is mixed so that the obtained semiconductor becomes an intrinsic semiconductor. Can do.
The thickness of the intrinsic semiconductor region 15 is preferably 5 nm to 1 μm, more preferably 10 to 100 nm. When the film thickness is 5 nm or more, light can be sufficiently absorbed from the viewpoint of absorbance, and when it is 1 μm or less, low resistance is preferable from the viewpoint of element resistance.

〔混合半導体領域〕
(1)第1の実施形態
本発明の第1の実施形態において、図2(a)に示すように、混合半導体領域4は、p型半導体領域3とn型半導体領域5の間に形成される領域であり、以下のような濃度勾配を有する。
すなわち、混合半導体領域4における濃度勾配は、前記p型半導体領域3から前記n型半導体領域5に向かってp型半導体の量が0まで減少するとともに、前記n型半導体の量が0から増加する濃度勾配である。濃度勾配は連続的に形成されていることが好ましい。この混合半導体領域4は後で述べる製造方法(I)における工程S2で形成される。
混合半導体領域4の厚さは2〜15nm、好ましくは3〜10nmである。混合半導体領域4の厚さを上記範囲とすることにより、成膜時間が短縮され、かつ、p型半導体領域3とn型半導体領域5の隣接部分に混合半導体領域4を存在させることにより、電流がより流れやすくなり、変換効率が向上する。
[Mixed semiconductor area]
(1) First Embodiment In the first embodiment of the present invention, the mixed semiconductor region 4 is formed between the p-type semiconductor region 3 and the n-type semiconductor region 5 as shown in FIG. And has a concentration gradient as follows.
That is, the concentration gradient in the mixed semiconductor region 4 is such that the amount of p-type semiconductor decreases from 0 toward the n-type semiconductor region 5 from the p-type semiconductor region 3 and the amount of n-type semiconductor increases from 0. Concentration gradient. The concentration gradient is preferably formed continuously. The mixed semiconductor region 4 is formed in step S2 in the manufacturing method (I) described later.
The thickness of the mixed semiconductor region 4 is 2 to 15 nm, preferably 3 to 10 nm. By setting the thickness of the mixed semiconductor region 4 within the above range, the film formation time is shortened, and by allowing the mixed semiconductor region 4 to exist in the adjacent portion of the p-type semiconductor region 3 and the n-type semiconductor region 5, the current Becomes easier to flow and conversion efficiency is improved.

本発明の第1の実施形態であるOSCは、前記混合半導体領域4の厚さが前記p型半導体領域3の厚さおよびn型半導体領域5の厚さより薄くなるように形成されることが好ましい。各領域の厚さを上記のような関係とすることにより、混合半導体領域4による界面の形成により光電変換効率を向上させることができる。   The OSC according to the first embodiment of the present invention is preferably formed such that the thickness of the mixed semiconductor region 4 is smaller than the thickness of the p-type semiconductor region 3 and the thickness of the n-type semiconductor region 5. . By setting the thickness of each region as described above, the photoelectric conversion efficiency can be improved by the formation of the interface by the mixed semiconductor region 4.

本発明のOSCにおいて、「層」という用語を使用せずに「領域」という用語を使用している理由は下記のとおりである。
すなわち、図2(a)で示されるように、隣接したそれぞれの半導体領域3および5と混合半導体領域4との間で明確な境界(界面)を有していないからである。
比較のため、図2(b)について説明する。図2(b)は従来のOSCの層構成を示す模式図である。
透明基材1、透明電極2は前記図2(a)で説明したものと同じである。
図2(b)におけるp型半導体層3′とn型半導体層5′は図2(a)におけるp型半導体領域3とn型半導体領域5とは異なっている。すなわち、図2(b)においては、p型半導体層3′とn型半導体層5′の間で、明確な境界(界面)を有しており、図2(a)に示すような濃度勾配を有するp型半導体とn型半導体からなる混合半導体領域4が存在していない。
The reason why the term “region” is used instead of the term “layer” in the OSC of the present invention is as follows.
That is, as shown in FIG. 2A, there is no clear boundary (interface) between the adjacent semiconductor regions 3 and 5 and the mixed semiconductor region 4.
For comparison, FIG. 2B will be described. FIG. 2B is a schematic diagram showing a layer structure of a conventional OSC.
The transparent substrate 1 and the transparent electrode 2 are the same as those described with reference to FIG.
The p-type semiconductor layer 3 ′ and the n-type semiconductor layer 5 ′ in FIG. 2B are different from the p-type semiconductor region 3 and the n-type semiconductor region 5 in FIG. That is, in FIG. 2B, there is a clear boundary (interface) between the p-type semiconductor layer 3 ′ and the n-type semiconductor layer 5 ′, and the concentration gradient as shown in FIG. There is no mixed semiconductor region 4 made of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor.

(2)第2の実施形態
本発明の第2の実施形態においては、図3(a)に示すように、透明電極12と金属電極7との間に光電変換層を有する有機薄膜太陽電池において、前記光電変換層が、p型半導体領域13、混合半導体領域(A)、i型半導体領域15、混合半導体領域(B)、およびn型半導体領域17の順に積層されてなる。
〔混合半導体領域(A)〕
図3(a)における混合半導体領域(A)14はp型半導体領域13とi型半導体領域15の間に形成される領域であり、以下のような濃度勾配(C1)を有する。すなわち、混合半導体領域(A)14における濃度勾配〔C1〕は、p型半導体領域13から前記i型半導体領域15に向かって前記p型半導体の量が減少するとともに、前記n型半導体の量が0から増加する濃度勾配である。濃度勾配は連続的に形成されていることが好ましい。混合半導体領域(A)14は後で述べる製造方法(II)における工程S12で形成される。
混合半導体領域(A)14の厚さは2〜15nm、好ましくは3〜10nmである。
混合半導体領域(A)14の厚さを上記範囲とすることにより、成膜時間が短縮され、かつ、p型半導体領域13とi型半導体領域15の隣接部分に混合半導体領域(A)14を存在させることにより、電流がより流れやすくなり、変換効率が向上する。
(2) Second Embodiment In the second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 3A, in an organic thin-film solar cell having a photoelectric conversion layer between a transparent electrode 12 and a metal electrode 7 The photoelectric conversion layer is formed by sequentially stacking a p-type semiconductor region 13, a mixed semiconductor region (A), an i-type semiconductor region 15, a mixed semiconductor region (B), and an n-type semiconductor region 17.
[Mixed semiconductor region (A)]
The mixed semiconductor region (A) 14 in FIG. 3A is a region formed between the p-type semiconductor region 13 and the i-type semiconductor region 15 and has the following concentration gradient (C1). That is, the concentration gradient [C1] in the mixed semiconductor region (A) 14 decreases the amount of the p-type semiconductor from the p-type semiconductor region 13 toward the i-type semiconductor region 15 and increases the amount of the n-type semiconductor. Concentration gradient increasing from zero. The concentration gradient is preferably formed continuously. The mixed semiconductor region (A) 14 is formed in step S12 in the manufacturing method (II) described later.
The thickness of the mixed semiconductor region (A) 14 is 2 to 15 nm, preferably 3 to 10 nm.
By setting the thickness of the mixed semiconductor region (A) 14 in the above range, the film formation time is shortened, and the mixed semiconductor region (A) 14 is provided adjacent to the p-type semiconductor region 13 and the i-type semiconductor region 15. By making it exist, an electric current flows more easily and conversion efficiency improves.

〔混合半導体領域(B)〕
図3(a)における混合半導体領域(B)16はi型半導体領域15とn型半導体領域17の間に形成される領域であり、以下のような濃度勾配〔C2〕を有する。
すなわち、混合半導体領域(B)16における濃度勾配〔C2〕はi型半導体領域15から前記n型半導体領域17に向かって前記p型半導体の量が0まで減少するとともに、前記n型半導体の量が増加する濃度勾配である。濃度勾配は連続的に形成されていることが好ましい。
混合半導体領域(B)16は後で述べる製造方法(II)における工程S14で形成される。
混合半導体領域(B)16の厚さは2〜15nm、好ましくは3〜10nmである。混合半導体領域(B)16の厚さを上記範囲とすることにより、成膜時間が短縮され、かつ、i型半導体領域15とn型半導体領域17の隣接部分に混合半導体領域(B)16を存在させることにより、電流がより流れやすくなり、変換効率が向上する。
[Mixed semiconductor region (B)]
The mixed semiconductor region (B) 16 in FIG. 3A is a region formed between the i-type semiconductor region 15 and the n-type semiconductor region 17 and has the following concentration gradient [C2].
That is, the concentration gradient [C2] in the mixed semiconductor region (B) 16 reduces the amount of the p-type semiconductor from the i-type semiconductor region 15 toward the n-type semiconductor region 17, and reduces the amount of the n-type semiconductor. Is a concentration gradient that increases. The concentration gradient is preferably formed continuously.
The mixed semiconductor region (B) 16 is formed in step S14 in the manufacturing method (II) described later.
The thickness of the mixed semiconductor region (B) 16 is 2 to 15 nm, preferably 3 to 10 nm. By setting the thickness of the mixed semiconductor region (B) 16 in the above range, the film formation time is shortened, and the mixed semiconductor region (B) 16 is provided adjacent to the i-type semiconductor region 15 and the n-type semiconductor region 17. By making it exist, an electric current flows more easily and conversion efficiency improves.

本発明の第2の実施形態であるOSCにおいては、前記混合半導体領域14の厚さが前記p型半導体領域13およびi型半導体領域15いずれの厚さより薄い厚さで、前記混合半導体領域(B)16の厚さが前記i型半導体領域15およびn型半導体領域17いずれの厚さより薄い厚さであることが好ましい。各領域の厚さを上記のような関係とすることにより、光電変換効率を向上させることができる。
本発明のOSCにおいて、「層」という用語を使用せずに「領域」という用語を使用している理由は下記のとおりである。
すなわち、図3(a)で示されるように、p型半導体領域13、混合半導体領域(A)14、i型半導体領域15、混合半導体領域(B)16及びn型半導体領域17との間で明確な境界(界面)を有していない。
比較のため、図3(b)について説明する。図3(b)は従来のOSCの層構成を示す模式図である。
透明基材11、透明電極12は前記図3(a)で説明したものと同じである。
図3(b)におけるp型半導体層13′、i型半導体層15′、n型半導体層17′は図3(a)におけるp型半導体領域13、i型半導体層15およびn型半導体領域17とは異なっている。
すなわち、図3(b)においては、p型半導体層13′とi型半導体層15′の間、およびi型半導体層15′とn型半導体層17′との間で、それぞれ明確な境界(界面)を有している。すなわち、図3(a)に示すような、濃度勾配を有する混合半導体領域(A)14および濃度勾配を有する混合半導体領域(B)16が存在しない。
In the OSC according to the second embodiment of the present invention, the thickness of the mixed semiconductor region 14 is smaller than the thickness of either the p-type semiconductor region 13 or the i-type semiconductor region 15, and the mixed semiconductor region (B ) 16 is preferably thinner than both the i-type semiconductor region 15 and the n-type semiconductor region 17. The photoelectric conversion efficiency can be improved by setting the thickness of each region as described above.
The reason why the term “region” is used instead of the term “layer” in the OSC of the present invention is as follows.
That is, as shown in FIG. 3A, between the p-type semiconductor region 13, the mixed semiconductor region (A) 14, the i-type semiconductor region 15, the mixed semiconductor region (B) 16, and the n-type semiconductor region 17. It does not have a clear boundary (interface).
For comparison, FIG. 3B will be described. FIG. 3B is a schematic diagram showing a layer structure of a conventional OSC.
The transparent substrate 11 and the transparent electrode 12 are the same as those described with reference to FIG.
The p-type semiconductor layer 13 ', i-type semiconductor layer 15', and n-type semiconductor layer 17 'in FIG. 3B are the p-type semiconductor region 13, i-type semiconductor layer 15, and n-type semiconductor region 17 in FIG. Is different.
That is, in FIG. 3B, clear boundaries (between the p-type semiconductor layer 13 'and the i-type semiconductor layer 15' and between the i-type semiconductor layer 15 'and the n-type semiconductor layer 17') ( Interface). That is, the mixed semiconductor region (A) 14 having a concentration gradient and the mixed semiconductor region (B) 16 having a concentration gradient as shown in FIG.

〔バッファ層〕
また、本発明のOSCにおいては、図2、図3に示すように、バッファ層6及び18を有していてもよい。このようなバッファ層6及び18び10を設けることで、生成した励起子が失活するのを防止することができるため、TOSCの変換効率をさらに向上させることができる。バッファ層6または18の材料としては、バソクプロイン等の公知のものを使用することができる。
[Buffer layer]
The OSC of the present invention may have buffer layers 6 and 18 as shown in FIGS. By providing such buffer layers 6, 18 and 10, it is possible to prevent the generated excitons from being deactivated, so that the TOSC conversion efficiency can be further improved. As a material of the buffer layer 6 or 18, a known material such as bathocuproine can be used.

〔金属電極〕
金属電極7または19は、前記n型半導体領域5または17もしくは必要に応じて形成されるバッファ層6または1上に形成される。
金属電極用の材料としては、対向電極となる前記透明電極2または12の材料(例えばITO電極)に比べて仕事関数の差が大きいものが好ましい。例えば、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、白金、金、イリジウム、クロム、酸化亜鉛、ルテニウム、チタン、タンタル、モリブデン、ニオブ、ジルコニウム、バナジウム又はこれらのうちのいずれかを含む合金、金属酸化物もしくは合金の他、上記金属、金属酸化物もしくは合金との複合体が挙げられる。
金属電極7または19の厚さは、20nm〜300nmであることが好ましく、特に30〜150nmであることがより好ましい。
金属電極7または19を形成する方法としては、プラズマCVD法や熱化学蒸着法等の化学気相成長法や、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等のPVD(物理気相蒸着)が挙げられ、適宜選択される。
[Metal electrode]
The metal electrode 7 or 19 is formed on the n-type semiconductor region 5 or 17 or the buffer layer 6 or 1 formed as necessary.
As the material for the metal electrode, a material having a large work function difference as compared with the material of the transparent electrode 2 or 12 (for example, ITO electrode) to be the counter electrode is preferable. For example, silver, aluminum, copper, nickel, platinum, gold, iridium, chromium, zinc oxide, ruthenium, titanium, tantalum, molybdenum, niobium, zirconium, vanadium, or an alloy, metal oxide or alloy containing any of these In addition, the composite with the said metal, a metal oxide, or an alloy is mentioned.
The thickness of the metal electrode 7 or 19 is preferably 20 nm to 300 nm, and more preferably 30 to 150 nm.
Examples of the method for forming the metal electrode 7 or 19 include chemical vapor deposition methods such as plasma CVD and thermochemical vapor deposition, and PVD (physical vapor deposition) such as vacuum vapor deposition, sputtering, and ion plating. It is selected appropriately.

前記各層、領域等を形成する方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができる。例えば、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング等のPVD(物理気相蒸着)、もしくは熱CVD、原子層堆積(ALD)等のCVD(化学気相蒸着)などのドライプロセス、等の公知の方法により形成することができ、透明電極2または12やp型、n型、i型半導体の材料に応じて適宜選択される。ただし、p型半導体領域3、濃度勾配を有する混合半導体領域4、n型半導体領域をそれぞれ連続して形成するには真空蒸着が用いられ、混合半導体領域4を形成するためには真空共蒸着が用いられる。
同様に、p型半導体領域13、濃度勾配を有する混合半導体領域(A)14、i型半導体領域15およびi型半導体領域13、濃度勾配を有する混合半導体領域(B)16、n型半導体領域17をそれぞれ連続して形成するには真空蒸着が用いられ、混合半導体領域(B)16を形成するためには真空共蒸着が用いられる。
The method for forming each layer, region, etc. is not particularly limited, and a known method can be used. For example, by a known method such as PVD (physical vapor deposition) such as vacuum deposition, sputtering, ion plating, or dry process such as CVD (chemical vapor deposition) such as thermal CVD or atomic layer deposition (ALD). It can be formed, and is appropriately selected according to the material of the transparent electrode 2 or 12 and the p-type, n-type, and i-type semiconductor. However, vacuum deposition is used to continuously form the p-type semiconductor region 3, the mixed semiconductor region 4 having a concentration gradient, and the n-type semiconductor region, and vacuum co-evaporation is used to form the mixed semiconductor region 4. Used.
Similarly, a p-type semiconductor region 13, a mixed semiconductor region (A) 14 having a concentration gradient, an i-type semiconductor region 15 and an i-type semiconductor region 13, a mixed semiconductor region (B) 16 having a concentration gradient, and an n-type semiconductor region 17 Are continuously formed, and vacuum co-evaporation is used to form the mixed semiconductor region (B) 16.

各領域は表面抵抗率が50Ω/□以下であることが好ましく、10Ω/□以下であることがさらに好ましい。
表面抵抗率が50Ω/□を超えると、内部抵抗が大きいため、光電変換効率が低下することがあるので好ましくない。
Each region preferably has a surface resistivity of 50Ω / □ or less, and more preferably 10Ω / □ or less.
When the surface resistivity exceeds 50 Ω / □, the internal resistance is large, which is not preferable because the photoelectric conversion efficiency may be lowered.

次に、本発明のOSCの製造方法(I)および(II)を図1〜3に基づいて説明する。   Next, the manufacturing method (I) and (II) of OSC of this invention is demonstrated based on FIGS.

図1は2つの半導体材料を真空共蒸着により、連続して各領域を形成するための装置の一例を示す模式図である。
図1の蒸着源Aより、透明電極(図1では基板と記載)にp型半導体を蒸着させ、p型半導体領域を形成する。また、蒸着源Bにより、n型半導体を透明電極(図1では基板と記載)に蒸着させ、n型半導体領域を形成する。この際、蒸着源Aと蒸着源Bの蒸着速度および蒸着時間を変化させることで、濃度勾配を有する混合半導体領域を含む光電変換層を成膜することができる。
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an apparatus for continuously forming each region by vacuum co-evaporation of two semiconductor materials.
A p-type semiconductor is deposited on a transparent electrode (described as a substrate in FIG. 1) from the deposition source A in FIG. 1 to form a p-type semiconductor region. In addition, an n-type semiconductor is deposited on a transparent electrode (described as a substrate in FIG. 1) by the deposition source B to form an n-type semiconductor region. Under the present circumstances, the photoelectric converting layer containing the mixed semiconductor area | region which has a concentration gradient can be formed into a film by changing the vapor deposition rate and vapor deposition time of the vapor deposition source A and the vapor deposition source B. FIG.

まず、本発明のOSCの製造方法(I)について説明する。
本発明のOSCの製造方法(I)は、下記の工程S1〜工程S4を含む。
工程S1は、その一方の面にp型半導体を一定の蒸着速度〔R1〕で一定時間〔T1〕かけて蒸着してp型半導体領域3を形成するための工程である。この時、図1における蒸着源AまたはBからのみ蒸着が行なわれる。
工程S2は前記工程S1に続いて、前記p型半導体を蒸着速度〔R2〕から0まで一定時間〔T2〕かけて徐々に減速させるとともに、n型半導体を0から一定の蒸着速度〔R2〕まで一定時間〔T2〕かけて徐々に増加させながら蒸着してp型半導体とn型半導体の濃度勾配を有する混合半導体領域4を形成するための工程である。この工程S2は図1に示されているように、2つの蒸着源AおよびBからp型半導体とn型半導体が同時に蒸着される、すなわち、共蒸着が行なわれる工程である。〔T2〕の間、p型半導体とn型半導体の各蒸着速度の合計は〔R2〕である。
工程S3は前記工程S2に続いて、n型半導体を一定の蒸着速度〔R3〕で一定時間〔T3〕かけて蒸着することによりn型半導体領域5を形成するための工程であり、図1における蒸着源BまたはAからのみ蒸着が行なわれる。
工程S4は形成されたn型半導体領域5に金属電極7を形成するための工程であり、真空蒸着等前記各種の方法により形成することができる。
本発明の製造方法(I)において、各半導体の蒸着速度および蒸着時間は特に限定されず、領域の膜厚に応じて適宜設定することができる。透明電極と金属電極との間に光電変換層を有する有機薄膜太陽電池を容易に製造することができることから、工程S1〜工程3を連続で行うことが好ましい。
この場合、〔R1〕=〔R2〕=〔R3〕であることが好ましい。
上記工程S3で形成されたn型半導体領域5には、金属電極7を形成する前に、必要に応じて、バッファ層6を形成させても良い。バッファ層6の形成は前記真空蒸着等各種の方法により行なうことができる。
First, the manufacturing method (I) of OSC of this invention is demonstrated.
The OSC manufacturing method (I) of the present invention includes the following steps S1 to S4.
Step S1 is a step for forming a p-type semiconductor region 3 by depositing a p-type semiconductor on one surface thereof at a constant deposition rate [R1] over a predetermined time [T1]. At this time, vapor deposition is performed only from the vapor deposition source A or B in FIG.
In step S2, following the step S1, the p-type semiconductor is gradually decelerated from the deposition rate [R2] to 0 over a predetermined time [T2], and the n-type semiconductor is reduced from 0 to a constant deposition rate [R2]. This is a step for forming a mixed semiconductor region 4 having a concentration gradient of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor by vapor deposition while gradually increasing over a certain time [T2]. As shown in FIG. 1, this step S2 is a step in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are simultaneously deposited from two deposition sources A and B, that is, a co-deposition is performed. During [T2], the total deposition rate of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor is [R2].
Step S3 is a step for forming the n-type semiconductor region 5 by depositing an n-type semiconductor at a constant deposition rate [R3] over a predetermined time [T3] following the step S2, and in FIG. Deposition is performed only from the deposition source B or A.
Step S4 is a step for forming the metal electrode 7 in the formed n-type semiconductor region 5, and can be formed by the various methods such as vacuum deposition.
In the production method (I) of the present invention, the deposition rate and deposition time of each semiconductor are not particularly limited, and can be appropriately set according to the film thickness of the region. Since the organic thin-film solar cell which has a photoelectric converting layer between a transparent electrode and a metal electrode can be manufactured easily, it is preferable to perform process S1-process 3 continuously.
In this case, it is preferable that [R1] = [R2] = [R3].
In the n-type semiconductor region 5 formed in the step S3, a buffer layer 6 may be formed as necessary before the metal electrode 7 is formed. The buffer layer 6 can be formed by various methods such as vacuum evaporation.

次に、本発明のOSCの製造方法(II)について説明する。
本発明のOSCの製造方法(II)は、下記の工程S11〜工程S16を含む。
工程S11は、その一方の面にp型半導体を一定の蒸着速度〔R11〕で一定時間〔T11〕蒸着してp型半導体領域13を形成するための工程である。
工程S12は前記工程11に続いて、前記p型半導体を一定の蒸着速度〔R11〕から〔R12〕まで一定時間〔T12〕かけて徐々に減速させるとともに、n型半導体を0から一定の蒸着速度〔R13〕まで一定時間〔T12〕かけて徐々に増加させながら蒸着してp型半導体とn型半導体の濃度勾配(C1)を有する混合半導体領域(A)14を形成するための工程である。この工程S12は図1に示されているように、2つの蒸着源AおよびBからp型半導体とi型半導体が同時に蒸着される、すなわち、共蒸着が行なわれる工程である。
工程S13は前記工程12に続いて、p型半導体を一定の蒸着速度〔R12〕、n型半導体を一定の蒸着速度〔R13〕で一定時間〔T13〕蒸着することによりi型半導体領域15を形成するための工程である。
工程S14は前記工程13に続いて、前記p型半導体の蒸着速度〔R12〕を0まで一定時間〔T14〕かけて徐々に減速させるとともに、n型半導体を一定の蒸着速度〔R13〕から一定の蒸着速度〔R14〕まで一定時間〔T14〕かけて徐々に増加させながら蒸着してp型半導体とn型半導体の濃度勾配(C2)を有する混合半導体領域(B)16を形成するための工程である。この工程S14は図1に示されているように、2つの蒸着源AおよびBからp型半導体とn型半導体が同時に蒸着される、すなわち、共蒸着が行なわれる工程である。
工程S15は前記工程S14に続いて、n型半導体を一定の蒸着速度〔R14〕で一定時間〔T15〕蒸着することによりn型半導体領域17を形成するための工程である。
工程S16は金属電極19を形成するための工程であり、金属電極19の形成は前記真空蒸着等各種の方法により行なうことができる。
本発明の製造方法(II)において、各半導体の蒸着速度および蒸着時間は特に限定されず、領域の膜厚に応じて適宜設定することができる。透明電極と金属電極との間に光電変換層を有する有機薄膜太陽電池を容易に製造することができることから、工程S11〜工程S15を連続で行うことが好ましい。
上記工程S15で形成されたn型半導体領域17には、金属電極19を形成する前に、必要に応じて、バッファ層18を形成しても良い。バッファ層18の形成は前記真空蒸着等各種の方法により行なうことができる。
Next, the manufacturing method (II) of OSC of this invention is demonstrated.
The OSC manufacturing method (II) of the present invention includes the following steps S11 to S16.
Step S11 is a step for forming a p-type semiconductor region 13 by depositing a p-type semiconductor on one surface thereof at a constant deposition rate [R11] for a predetermined time [T11].
In step S12, following step 11, the p-type semiconductor is gradually decelerated from a constant deposition rate [R11] to [R12] over a fixed time [T12], and the n-type semiconductor is reduced from 0 to a constant deposition rate. This is a step for forming the mixed semiconductor region (A) 14 having the concentration gradient (C1) of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor by vapor deposition while gradually increasing over [T12] for a certain time [R12]. As shown in FIG. 1, this step S12 is a step in which a p-type semiconductor and an i-type semiconductor are simultaneously deposited from two deposition sources A and B, that is, a co-deposition is performed.
In step S13, following step 12, the i-type semiconductor region 15 is formed by evaporating the p-type semiconductor at a constant deposition rate [R12] and the n-type semiconductor at a constant deposition rate [R13] for a predetermined time [T13]. It is a process for doing.
In step S14, following the step 13, the deposition rate [R12] of the p-type semiconductor is gradually reduced to 0 over a predetermined time [T14], and the n-type semiconductor is fixed from the constant deposition rate [R13] to a constant. A process for forming a mixed semiconductor region (B) 16 having a concentration gradient (C2) of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor by vapor deposition while gradually increasing to a vapor deposition rate [R14] over a predetermined time [T14]. is there. As shown in FIG. 1, this step S14 is a step in which a p-type semiconductor and an n-type semiconductor are simultaneously deposited from two deposition sources A and B, that is, a co-deposition is performed.
Step S15 is a step for forming the n-type semiconductor region 17 by depositing an n-type semiconductor at a constant deposition rate [R14] for a predetermined time [T15] following the step S14.
Step S16 is a step for forming the metal electrode 19, and the metal electrode 19 can be formed by various methods such as vacuum deposition.
In the production method (II) of the present invention, the vapor deposition rate and vapor deposition time of each semiconductor are not particularly limited, and can be appropriately set according to the film thickness of the region. Since the organic thin-film solar cell which has a photoelectric converting layer between a transparent electrode and a metal electrode can be manufactured easily, it is preferable to perform process S11-process S15 continuously.
In the n-type semiconductor region 17 formed in the step S15, a buffer layer 18 may be formed as necessary before the metal electrode 19 is formed. The buffer layer 18 can be formed by various methods such as vacuum evaporation.

以下、実施例及び比較例により、本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらにより何ら限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example demonstrate this invention further in detail, this invention is not limited at all by these.

<実施例1>
p型半導体である銅フタロシアニン(CuPc)とn型半導体であるフラーレン(C60)を用いて有機薄膜太陽電池用素子を作製した。
透明電極としてITO膜がパターニングされた25mm×25mmガラス基板〔ITO膜の厚さ150nm、三容真空工業製〕そのITO膜の表面に、真空蒸着方法(真空蒸着装置は株式会社エイエルエステクノロジー製の有機EL蒸着装置、品番E-200LL)によりCuPcを蒸着速度0.1nm/秒〔R1〕で、600秒間〔T1〕真空蒸着して厚さ60nmを有するp型半導体領域を形成した。引き続いて、CuPcの蒸着速度を0まで徐々に減少させながら、C60の蒸着速度を0から0.1nm/秒まで徐々に増加させた。即ち、CuPcの蒸着速度を0.1nm/秒〔R2〕から〜0まで50秒間〔T2〕徐々に減少させるとともに、CuPcの蒸着速度が減少し始めた時点でC60の蒸着速度を0から0.1nm/秒〔R2〕まで、50秒間〔T2〕徐々に増加させて共蒸着することにより、CuPcとC60の濃度勾配を有する混合半導体領域(CuPc:C60)を形成した。
このように共蒸着により混合半導体領域の厚さが5nmに到達した時点で、CuPcの蒸着速度を0にし、C60は蒸着速度0.1nm/秒〔R3〕で550秒間〔T3〕継続的に真空蒸着を行い、厚さ55nmのn型半導体領域を形成した。
上記のp型半導体領域、混合半導体領域、およびn型半導体領域からなる光電変換層の形成は全て連続して蒸着を行なった。
続いて、n型半導体領域にホールブロッキング材料であるBCP〔バソクプロイン(4,7-ジフェニル-2,9-ジメチル-1,10-フェナントロリン)〕を蒸着して厚さ10nmのバッファ層を形成した。次いで、バッファ層に金属電極材料であるAgを100nmの厚さになるように蒸着速度0.1nm/秒で100秒間蒸着して金属電極を形成した。最後にガラスキャップを用いて全体を封止した。得られた有機薄膜太陽電池用素子の各領域等を構成する材料名とその厚さは下記の通りである。
ITO(150nm)/CuPc(60nm)/CuPc:C60(5nm)/C60(55nm)/BCP(10nm)/Ag(100nm)
<Example 1>
An organic thin film solar cell element was fabricated using copper phthalocyanine (CuPc) as a p-type semiconductor and fullerene (C 60 ) as an n-type semiconductor.
25 mm × 25 mm glass substrate with ITO film patterned as a transparent electrode (ITO film thickness 150 nm, manufactured by Sanyo Vacuum Industries Co., Ltd.) A vacuum deposition method (vacuum deposition apparatus is manufactured by ALS Technology, Inc.) CuPc was vacuum-deposited for 600 seconds [T1] at a deposition rate of 0.1 nm / second [R1] using an organic EL deposition apparatus, product number E-200LL, to form a p-type semiconductor region having a thickness of 60 nm. Subsequently, while gradually decreasing the deposition rate of CuPc to 0, the deposition rate of C 60 was gradually increased from 0 to 0.1 nm / second. That, together with reducing the deposition rate of the CuPc 0.1 nm / 50 seconds to ~ 0 from seconds [R2] [T2] gradually, the deposition rate of the C 60 from 0 at the time when the deposition rate of the CuPc began to decrease 0 The mixed semiconductor region (CuPc: C 60 ) having a concentration gradient of CuPc and C 60 was formed by gradually increasing the vapor deposition rate to 1 nm / second [R2] and gradually increasing it for 50 seconds [T2].
Thus when the thickness of the mixed semiconductor region by a co-evaporation has reached 5 nm, the deposition rate of the CuPc to 0, C 60 550 seconds at a deposition rate of 0.1 nm / sec [R3] [T3] continuously Vacuum deposition was performed to form an n-type semiconductor region having a thickness of 55 nm.
The formation of the photoelectric conversion layer composed of the p-type semiconductor region, the mixed semiconductor region, and the n-type semiconductor region was all performed continuously.
Subsequently, BCP [basocuproin (4,7-diphenyl-2,9-dimethyl-1,10-phenanthroline)], which is a hole blocking material, was deposited on the n-type semiconductor region to form a buffer layer having a thickness of 10 nm. Next, Ag, which is a metal electrode material, was deposited on the buffer layer at a deposition rate of 0.1 nm / second for 100 seconds to form a metal electrode. Finally, the whole was sealed with a glass cap. The names of materials constituting the respective regions of the obtained organic thin film solar cell element and the thickness thereof are as follows.
ITO (150 nm) / CuPc (60 nm) / CuPc: C 60 (5 nm) / C 60 (55 nm) / BCP (10 nm) / Ag (100 nm)

<比較例1>
混合半導体領域(CuPc:C60)を形成せず、p型半導体層(CuPc)とn型半導体層(C60)の厚さがいずれも60nmになるように蒸着時間を変更した以外は実施例1と同様に行い比較用の有機薄膜太陽電池用素子を作製した。比較用素子の層等を構成する材料名とその厚さは下記の通りである。
ITO(150nm)/CuPc(60nm)/C60(60nm)/BCP(10nm)/Ag(100nm)
<Comparative Example 1>
Example except that the mixed semiconductor region (CuPc: C 60 ) is not formed, and the deposition time is changed so that the thicknesses of the p-type semiconductor layer (CuPc) and the n-type semiconductor layer (C 60 ) are both 60 nm. The device for organic thin film solar cell for comparison was produced in the same manner as in Example 1. The names of materials constituting the layers of the comparative elements and the thickness thereof are as follows.
ITO (150 nm) / CuPc (60 nm) / C 60 (60 nm) / BCP (10 nm) / Ag (100 nm)

実施例1で得られた有機薄膜太陽電池用の素子および比較例1で得られた素子の受光面(透明電極面)の有効面積5.5mm2に、ソーラーシミュレーター〔株式会社ワコム電創製、WXS−50S−1.5〕により擬似太陽光(AM1.5)を100mW/cm2で照射して、電圧−電流発生器(ADC製、装置名「R6243」)を用いて開放電圧、短絡電流密度、曲線因子を測定し、光電変換効率を算出した。表1に測定結果を示す。
表1に示されているように、実施例1で得られた有機薄膜太陽電池用の素子(素子1〜4)の光電変換効率は平均1.17%であるのに対して比較用の素子の光電変換効率は0.83%であり、約41%向上していることがわかる。
In an effective area of 5.5 mm 2 on the light receiving surface (transparent electrode surface) of the element for the organic thin-film solar cell obtained in Example 1 and the element obtained in Comparative Example 1, a solar simulator [WXS, manufactured by Wacom Denso Co., Ltd. −50S-1.5] is irradiated with simulated sunlight (AM1.5) at 100 mW / cm 2 , and an open-circuit voltage and a short-circuit current density using a voltage-current generator (manufactured by ADC, device name “R6243”). The curve factor was measured and the photoelectric conversion efficiency was calculated. Table 1 shows the measurement results.
As shown in Table 1, the photoelectric conversion efficiency of the organic thin film solar cell elements (elements 1 to 4) obtained in Example 1 is 1.17% on the average, whereas the comparative element It can be seen that the photoelectric conversion efficiency is 0.83%, which is an improvement of about 41%.

<実施例2>
透明電極としてITO膜がパターニングされた45mm×45mmガラス基板〔ITO膜の厚さ150nm、三容真空工業製〕を用い、混合半導体領域の厚さが10nmになるように共蒸着の時間を100秒に変更した以外は実施例1と同様に行い有機薄膜太陽電池用の素子を作製した。
得られた有機薄膜太陽電池用の素子の各領域等を構成する材料名とその厚さは下記の通りである。
ITO(150nm)/CuPc(60nm)/CuPc:C60(10nm)/C60(55nm)/BCP(10nm)/Ag(100nm)
<Example 2>
Using a 45 mm × 45 mm glass substrate (ITO film thickness 150 nm, manufactured by Sanyo Vacuum Industries Co., Ltd.) on which an ITO film is patterned as a transparent electrode, the co-deposition time is 100 seconds so that the thickness of the mixed semiconductor region is 10 nm. Except having changed into, it carried out similarly to Example 1 and produced the element for organic thin film solar cells.
The names of materials constituting the regions of the organic thin film solar cell and the thicknesses thereof are as follows.
ITO (150 nm) / CuPc (60 nm) / CuPc: C 60 (10 nm) / C 60 (55 nm) / BCP (10 nm) / Ag (100 nm)

<比較例2>
混合半導体領域(CuPc:C60)を形成せず、p型半導体層(CuPc)とn型半導体層(C60)の厚さがともに60nmになるように変更した以外は実施例2と同様に行い、比較用の素子を作製した。作製された比較用の素子の層構造は下記の通りである。
ITO(150nm)/CuPc(60nm)/C60(60nm)/BCP(10nm)/Ag(100nm)
<Comparative example 2>
The mixed semiconductor region (CuPc: C 60 ) was not formed, and the thickness of the p-type semiconductor layer (CuPc) and the n-type semiconductor layer (C 60 ) was both changed to 60 nm, as in Example 2. A comparative element was fabricated. The layer structure of the manufactured comparative device is as follows.
ITO (150 nm) / CuPc (60 nm) / C 60 (60 nm) / BCP (10 nm) / Ag (100 nm)

実施例2で得られた有機薄膜太陽電池用の素子および比較例2で得られた比較用の素子がそれぞれ2個直列に連結されているものを用いて、受光面(透明電極)の有効面積10.64mm2に、ソーラーシミュレーター〔株式会社ワコム電創製、WXS−50S−1.5〕により擬似太陽光(AM1.5)を100mW/cm2で照射して、電流密度等の出力特性の測定を行い、電圧−電流発生器(ADC製、装置名「R6243」)を用いて開放電圧、短絡電流密度、曲線因子を測定し、光電変換効率を算出した。
表2に測定結果を示す。表2に示されているように、実施例2で得られた有機薄膜太陽電池の素子の光電変換効率は1.77%であるのに対して比較例2の素子の光電変換効率は1.57%であり、約12.7%向上していることがわかる。
Using the organic thin film solar cell element obtained in Example 2 and the comparative element obtained in Comparative Example 2 connected in series, the effective area of the light receiving surface (transparent electrode) 10.64 mm 2 was irradiated with simulated sunlight (AM1.5) at 100 mW / cm 2 by a solar simulator [WXS-50S-1.5, manufactured by Wacom Denso Co., Ltd.], and the output characteristics such as current density were measured. The open-circuit voltage, short-circuit current density, and fill factor were measured using a voltage-current generator (manufactured by ADC, device name “R6243”), and the photoelectric conversion efficiency was calculated.
Table 2 shows the measurement results. As shown in Table 2, the photoelectric conversion efficiency of the element of the organic thin film solar cell obtained in Example 2 is 1.77%, whereas the photoelectric conversion efficiency of the element of Comparative Example 2 is 1. It is 57%, and it can be seen that there is an improvement of about 12.7%.

本発明の有機薄膜太陽電池は太陽光エネルギーによる電力供給源の一つとして使用可能である。   The organic thin film solar cell of this invention can be used as one of the electric power supply sources by solar energy.

1:透明基材
2:透明電極
3:p型半導体領域
3′:p型半導体層
4:混合半導体領域
5:n型半導体領域
5′:n型半導体層
6:バッファ層
7:金属電極
11:透明基材
12:透明電極
13:p型半導体領域
13′:p型半導体層
14:混合半導体領域(A)
15:i型半導体領域
15′:i型半導体層
16:混合半導体領域(B)
17:n型半導体領域
17′:n型半導体層
18:バッファ層
19:金属電極
1: transparent substrate 2: transparent electrode 3: p-type semiconductor region 3 ′: p-type semiconductor layer 4: mixed semiconductor region 5: n-type semiconductor region 5 ′: n-type semiconductor layer 6: buffer layer 7: metal electrode 11: Transparent substrate 12: Transparent electrode 13: p-type semiconductor region 13 ': p-type semiconductor layer 14: mixed semiconductor region (A)
15: i-type semiconductor region 15 ': i-type semiconductor layer 16: mixed semiconductor region (B)
17: n-type semiconductor region 17 ': n-type semiconductor layer 18: buffer layer 19: metal electrode

Claims (13)

透明電極と金属電極との間に光電変換層を有する有機薄膜太陽電池において、前記光電変換層が濃度勾配を有する混合半導体領域を含むことを特徴とする有機薄膜太陽電池。   An organic thin film solar cell having a photoelectric conversion layer between a transparent electrode and a metal electrode, wherein the photoelectric conversion layer includes a mixed semiconductor region having a concentration gradient. 前記光電変換層がp型半導体領域、前記濃度勾配を有する混合半導体領域、n型半導体領域の順に積層されてなる請求項1に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 1, wherein the photoelectric conversion layer is laminated in the order of a p-type semiconductor region, a mixed semiconductor region having a concentration gradient, and an n-type semiconductor region. 前記混合半導体領域の濃度勾配が、前記p型半導体領域から前記n型半導体領域に向かって前記p型半導体の量が0まで減少するとともに、前記n型半導体の量が0から増加する濃度勾配である請求項2に記載の有機薄膜太陽電池。   The concentration gradient of the mixed semiconductor region is such that the amount of the p-type semiconductor decreases from the p-type semiconductor region to the n-type semiconductor region to 0 and the amount of the n-type semiconductor increases from 0. The organic thin film solar cell according to claim 2. 前記混合半導体領域の厚さが前記p型半導体領域およびn型半導体領域いずれの厚さよりも薄い厚さである請求項2または3のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。   4. The organic thin-film solar cell according to claim 2, wherein a thickness of the mixed semiconductor region is thinner than any of the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region. 前記光電変換層が、p型半導体領域、濃度勾配〔C1〕を有する混合半導体領域(A)、i型半導体領域、濃度勾配〔C2〕を有する混合半導体領域(B)、およびn型半導体領域の順に積層されてなる請求項1に記載の有機薄膜太陽電池。   The photoelectric conversion layer includes a p-type semiconductor region, a mixed semiconductor region (A) having a concentration gradient [C1], an i-type semiconductor region, a mixed semiconductor region (B) having a concentration gradient [C2], and an n-type semiconductor region. The organic thin film solar cell according to claim 1, which is laminated in order. 前記濃度勾配〔C1〕が、前記p型半導体領域から前記i型半導体領域に向かって前記p型半導体の量が減少するとともに、前記n型半導体の量が0から増加する濃度勾配であり、前記濃度勾配〔C2〕が、前記i型半導体領域から前記n型半導体領域に向かって前記p型半導体の量が0まで減少するとともに、前記n型半導体の量が増加する濃度勾配である請求項5に記載の有機薄膜太陽電池。   The concentration gradient [C1] is a concentration gradient in which the amount of the p-type semiconductor decreases from the p-type semiconductor region toward the i-type semiconductor region and the amount of the n-type semiconductor increases from 0, 6. The concentration gradient [C2] is a concentration gradient in which the amount of the n-type semiconductor increases while the amount of the p-type semiconductor decreases from the i-type semiconductor region to the n-type semiconductor region to zero. The organic thin-film solar cell described in 1. 前記混合半導体領域(A)の厚さが前記p型半導体領域およびi型半導体領域いずれの厚さよりも薄い厚さであり、前記混合半導体領域(B)の厚さが前記i型半導体領域およびn型半導体領域いずれの厚さよりも薄い厚さである請求項5または6に記載の有機薄膜太陽電池。   The thickness of the mixed semiconductor region (A) is thinner than the thickness of either the p-type semiconductor region or the i-type semiconductor region, and the thickness of the mixed semiconductor region (B) is less than the thickness of the i-type semiconductor region and n. The organic thin-film solar cell according to claim 5 or 6, wherein the thickness is thinner than any thickness of the type semiconductor region. 前記p型半導体領域およびn型半導体領域の厚さが、それぞれ5nm〜1μmである請求項2〜5のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to any one of claims 2 to 5, wherein each of the p-type semiconductor region and the n-type semiconductor region has a thickness of 5 nm to 1 µm. 前記i型半導体領域の厚さが5nm〜1μmである請求項5〜7のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 5, wherein the i-type semiconductor region has a thickness of 5 nm to 1 μm. 前記混合半導体領域の厚さが2〜15nmである請求項1〜4のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin film solar cell according to claim 1, wherein the mixed semiconductor region has a thickness of 2 to 15 nm. 前記混合半導体領域(A)および混合半導体領域(B)の厚さがそれぞれ2〜15nmである請求項5〜7のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to any one of claims 5 to 7, wherein the mixed semiconductor region (A) and the mixed semiconductor region (B) each have a thickness of 2 to 15 nm. 透明電極と金属電極との間に光電変換層を有する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、下記工程S1〜工程S4、
工程S1:透明電極の一方の面にp型半導体を一定の蒸着速度〔R1〕で一定時間〔T1〕かけて蒸着してp型半導体領域を形成する工程、
工程S2:前記工程1に続いて、前記p型半導体を一定の蒸着速度〔R2〕から0まで一定時間〔T2〕かけて徐々に減速させるとともに、n型半導体を0から一定の蒸着速度〔R2〕まで一定時間〔T2〕かけて徐々に増加させながら蒸着してp型半導体とn型半導体の濃度勾配を有する混合半導体領域を形成する工程、
工程S3:前記工程2に続いて、n型半導体を一定の蒸着速度〔R3〕で一定時間〔T3〕かけて蒸着することによりn型半導体領域を形成する工程および
工程S4:金属電極を形成する工程
からなることを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法(I)。
It is a manufacturing method of the organic thin film solar cell which has a photoelectric converting layer between a transparent electrode and a metal electrode, Comprising: The following process S1-process S4,
Step S1: A step of forming a p-type semiconductor region by depositing a p-type semiconductor on one surface of a transparent electrode at a constant deposition rate [R1] over a predetermined time [T1].
Step S2: Following the step 1, the p-type semiconductor is gradually decelerated from a constant deposition rate [R2] to 0 over a fixed time [T2], and the n-type semiconductor is reduced from 0 to a constant deposition rate [R2 A step of forming a mixed semiconductor region having a concentration gradient of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor by vapor deposition while gradually increasing over a certain time [T2]
Step S3: Subsequent to Step 2, the step of forming an n-type semiconductor region by depositing an n-type semiconductor at a constant deposition rate [R3] for a predetermined time [T3] and Step S4: forming a metal electrode The manufacturing method (I) of the organic thin-film solar cell characterized by consisting of a process.
透明電極と金属電極との間に光電変換層を有する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、下記工程S11〜工程S16、
工程S11:透明電極の一方の面にp型半導体を一定の蒸着速度〔R11〕で一定時間〔T11〕かけて蒸着してp型半導体領域を形成する工程、
工程S12:前記工程11に続いて、前記p型半導体を蒸着速度〔R11〕から〔R12〕まで一定時間〔T12〕かけて徐々に減速させるとともに、n型半導体を0から一定の蒸着速度〔R13〕まで一定時間〔T12〕かけて徐々に増加させながら蒸着してp型半導体とn型半導体の濃度勾配〔C1〕を有する混合半導体領域(A)を形成する工程、
工程S13:前記工程12に続いて、p型とn型半導体を一定の蒸着速度〔R12〕及び〔R13〕で一定時間〔T13〕かけて蒸着することによりi型半導体領域を形成する工程、
工程S14:前記工程13に続いて、前記p型半導体の蒸着速度〔R12〕を一定時間〔T14〕かけて0まで徐々に減速させるとともに、n型半導体を一定の蒸着速度〔R13〕から〔R14〕まで一定時間〔T14〕かけて徐々に増加させながら蒸着してp型半導体とn型半導体の濃度勾配〔C2〕を有する混合半導体領域(B)を形成する工程、
工程S15:前記工程14に続いて、n型半導体を一定の蒸着速度〔R14〕で一定時間〔T15〕かけて蒸着することによりn型半導体領域を形成する工程および
工程S16:金属電極を形成する工程
からなることを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法(II)。
It is a manufacturing method of the organic thin film solar cell which has a photoelectric converting layer between a transparent electrode and a metal electrode, Comprising: The following process S11-process S16,
Step S11: forming a p-type semiconductor region by depositing a p-type semiconductor on one surface of the transparent electrode at a constant deposition rate [R11] over a predetermined time [T11].
Step S12: Following the step 11, the p-type semiconductor is gradually decelerated from the deposition rate [R11] to [R12] over a fixed time [T12], and the n-type semiconductor is reduced from 0 to a constant deposition rate [R13. Forming a mixed semiconductor region (A) having a concentration gradient [C1] of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor by vapor deposition while gradually increasing over a certain time [T12].
Step S13: Following the step 12, the step of forming an i-type semiconductor region by depositing p-type and n-type semiconductors at a constant deposition rate [R12] and [R13] for a predetermined time [T13],
Step S14: Following the step 13, the deposition rate of the p-type semiconductor [R12] is gradually reduced to 0 over a predetermined time [T14], and the n-type semiconductor is removed from the constant deposition rate [R13] to [R14]. Forming a mixed semiconductor region (B) having a concentration gradient [C2] of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor by vapor deposition while gradually increasing over a certain time [T14].
Step S15: Following the step 14, the n-type semiconductor is deposited at a constant deposition rate [R14] over a predetermined time [T15] to form an n-type semiconductor region, and step S16: a metal electrode is formed. A method (II) for producing an organic thin-film solar cell comprising steps.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20160004455A (en) * 2014-07-02 2016-01-13 삼성디스플레이 주식회사 Organic Light Emitting Device

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