JP2013183065A - 有機薄膜太陽電池 - Google Patents
有機薄膜太陽電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013183065A JP2013183065A JP2012046511A JP2012046511A JP2013183065A JP 2013183065 A JP2013183065 A JP 2013183065A JP 2012046511 A JP2012046511 A JP 2012046511A JP 2012046511 A JP2012046511 A JP 2012046511A JP 2013183065 A JP2013183065 A JP 2013183065A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- transparent electrode
- film solar
- organic thin
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims abstract description 69
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 247
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 50
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 claims abstract description 45
- 230000001154 acute effect Effects 0.000 claims abstract description 11
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 39
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 claims description 9
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 8
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 34
- 230000032258 transport Effects 0.000 description 33
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 32
- 239000010408 film Substances 0.000 description 30
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 14
- 239000000872 buffer Substances 0.000 description 13
- 229910007541 Zn O Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 9
- -1 polyethylene, ethylene-vinyl acetate Polymers 0.000 description 9
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 8
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 8
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 7
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 6
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 6
- STTGYIUESPWXOW-UHFFFAOYSA-N 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline Chemical compound C=12C=CC3=C(C=4C=CC=CC=4)C=C(C)N=C3C2=NC(C)=CC=1C1=CC=CC=C1 STTGYIUESPWXOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 5
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 5
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical class C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N copper(II) phthalocyanine Chemical compound [Cu+2].C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 XCJYREBRNVKWGJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 description 4
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N phthalocyanine Chemical compound N1C(N=C2C3=CC=CC=C3C(N=C3C4=CC=CC=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=CC=C2)C2=C1N=C1C2=CC=CC=C2C4=N1 IEQIEDJGQAUEQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 4
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 3
- 230000009849 deactivation Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 3
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- DHDHJYNTEFLIHY-UHFFFAOYSA-N 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline Chemical compound C1=CC=CC=C1C1=CC=NC2=C1C=CC1=C(C=3C=CC=CC=3)C=CN=C21 DHDHJYNTEFLIHY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N heliogen blue Chemical compound [Cu].[N-]1C2=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=NC([N-]1)=C(C=CC=C3)C3=C1N=C([N-]1)C3=CC=CC=C3C1=N2 RBTKNAXYKSUFRK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCIIFBHDBOCSAF-UHFFFAOYSA-N octaethylporphyrin Chemical compound N1C(C=C2C(=C(CC)C(C=C3C(=C(CC)C(=C4)N3)CC)=N2)CC)=C(CC)C(CC)=C1C=C1C(CC)=C(CC)C4=N1 HCIIFBHDBOCSAF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229920003227 poly(N-vinyl carbazole) Polymers 0.000 description 2
- 229920003229 poly(methyl methacrylate) Polymers 0.000 description 2
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 2
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 2
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 239000004926 polymethyl methacrylate Substances 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 2
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 2
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 2
- 239000007774 positive electrode material Substances 0.000 description 2
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005477 sputtering target Methods 0.000 description 2
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 2
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 2
- MIOPJNTWMNEORI-GMSGAONNSA-N (S)-camphorsulfonic acid Chemical compound C1C[C@@]2(CS(O)(=O)=O)C(=O)C[C@@H]1C2(C)C MIOPJNTWMNEORI-GMSGAONNSA-N 0.000 description 1
- VFMUXPQZKOKPOF-UHFFFAOYSA-N 2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21,23-dihydroporphyrin platinum Chemical compound [Pt].CCc1c(CC)c2cc3[nH]c(cc4nc(cc5[nH]c(cc1n2)c(CC)c5CC)c(CC)c4CC)c(CC)c3CC VFMUXPQZKOKPOF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AXFYHFMCIXMZJM-UHFFFAOYSA-N 2-but-1-ynyl-1-hexoxy-3-methoxybenzene Chemical group CCCCCCOC1=CC=CC(OC)=C1C#CCC AXFYHFMCIXMZJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HONWGFNQCPRRFM-UHFFFAOYSA-N 2-n-(3-methylphenyl)-1-n,1-n,2-n-triphenylbenzene-1,2-diamine Chemical compound CC1=CC=CC(N(C=2C=CC=CC=2)C=2C(=CC=CC=2)N(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)=C1 HONWGFNQCPRRFM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MHIITNFQDPFSES-UHFFFAOYSA-N 25,26,27,28-tetrazahexacyclo[16.6.1.13,6.18,11.113,16.019,24]octacosa-1(25),2,4,6,8(27),9,11,13,15,17,19,21,23-tridecaene Chemical compound N1C(C=C2C3=CC=CC=C3C(C=C3NC(=C4)C=C3)=N2)=CC=C1C=C1C=CC4=N1 MHIITNFQDPFSES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OGGKVJMNFFSDEV-UHFFFAOYSA-N 3-methyl-n-[4-[4-(n-(3-methylphenyl)anilino)phenyl]phenyl]-n-phenylaniline Chemical compound CC1=CC=CC(N(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(=CC=2)C=2C=CC(=CC=2)N(C=2C=CC=CC=2)C=2C=C(C)C=CC=2)=C1 OGGKVJMNFFSDEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MBPCKEZNJVJYTC-UHFFFAOYSA-N 4-[4-(n-phenylanilino)phenyl]aniline Chemical compound C1=CC(N)=CC=C1C1=CC=C(N(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC=CC=2)C=C1 MBPCKEZNJVJYTC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GTZCNONABJSHNM-UHFFFAOYSA-N 5,10,15,20-tetraphenyl-21,23-dihydroporphyrin zinc Chemical compound [Zn].c1cc2nc1c(-c1ccccc1)c1ccc([nH]1)c(-c1ccccc1)c1ccc(n1)c(-c1ccccc1)c1ccc([nH]1)c2-c1ccccc1 GTZCNONABJSHNM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005964 Acibenzolar-S-methyl Substances 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004613 CdTe Inorganic materials 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000219 Ethylene vinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 229920002319 Poly(methyl acrylate) Polymers 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 1
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910006404 SnO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007983 Tris buffer Substances 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920000109 alkoxy-substituted poly(p-phenylene vinylene) Polymers 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant effect Effects 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N cadmium(2+);selenium(2-) Chemical compound [Se-2].[Cd+2] UHYPYGJEEGLRJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 238000005566 electron beam evaporation Methods 0.000 description 1
- 229920000840 ethylene tetrafluoroethylene copolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 125000003983 fluorenyl group Chemical class C1(=CC=CC=2C3=CC=CC=C3CC12)* 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 229910003437 indium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N indium(iii) oxide Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[In+3].[In+3] PJXISJQVUVHSOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 1
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009940 knitting Methods 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 description 1
- IBHBKWKFFTZAHE-UHFFFAOYSA-N n-[4-[4-(n-naphthalen-1-ylanilino)phenyl]phenyl]-n-phenylnaphthalen-1-amine Chemical compound C1=CC=CC=C1N(C=1C2=CC=CC=C2C=CC=1)C1=CC=C(C=2C=CC(=CC=2)N(C=2C=CC=CC=2)C=2C3=CC=CC=C3C=CC=2)C=C1 IBHBKWKFFTZAHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YTVNOVQHSGMMOV-UHFFFAOYSA-N naphthalenetetracarboxylic dianhydride Chemical compound C1=CC(C(=O)OC2=O)=C3C2=CC=C2C(=O)OC(=O)C1=C32 YTVNOVQHSGMMOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LKKPNUDVOYAOBB-UHFFFAOYSA-N naphthalocyanine Chemical class N1C(N=C2C3=CC4=CC=CC=C4C=C3C(N=C3C4=CC5=CC=CC=C5C=C4C(=N4)N3)=N2)=C(C=C2C(C=CC=C2)=C2)C2=C1N=C1C2=CC3=CC=CC=C3C=C2C4=N1 LKKPNUDVOYAOBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007773 negative electrode material Substances 0.000 description 1
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical group 0.000 description 1
- 229910052762 osmium Inorganic materials 0.000 description 1
- SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N osmium atom Chemical compound [Os] SYQBFIAQOQZEGI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- SJHHDDDGXWOYOE-UHFFFAOYSA-N oxytitamium phthalocyanine Chemical compound [Ti+2]=O.C12=CC=CC=C2C(N=C2[N-]C(C3=CC=CC=C32)=N2)=NC1=NC([C]1C=CC=CC1=1)=NC=1N=C1[C]3C=CC=CC3=C2[N-]1 SJHHDDDGXWOYOE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000002294 plasma sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002493 poly(chlorotrifluoroethylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000548 poly(silane) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 1
- 229920002037 poly(vinyl butyral) polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920001230 polyarylate Polymers 0.000 description 1
- 239000005023 polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) polymer Substances 0.000 description 1
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 1
- 229960002796 polystyrene sulfonate Drugs 0.000 description 1
- 239000011970 polystyrene sulfonate Substances 0.000 description 1
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 1
- 229920002620 polyvinyl fluoride Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 238000001552 radio frequency sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 239000005266 side chain polymer Substances 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 1
- GQUJEMVIKWQAEH-UHFFFAOYSA-N titanium(III) oxide Chemical compound O=[Ti]O[Ti]=O GQUJEMVIKWQAEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 1
- 238000004506 ultrasonic cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000006097 ultraviolet radiation absorber Substances 0.000 description 1
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
【課題】高い変換効率を有し、歩留まりが高い有機薄膜太陽電池を提供する。
【解決手段】nを2以上の整数とし、kを1以上n以下の整数とするとき、第k透明電極層と第k金属層の間に第k有機層が介在してなる第k光電変換ユニット、及び第k+1透明電極層と第k+1金属層の間に第k+1有機層が介在してなる第k+1光電変換ユニットが平面上並置されており、前記第k金属層が前記第k+1透明電極層と電気的に接続されており、前記n個の透明電極層が、それぞれ電極端部に前記有機層の方向に沿って鋭角のテーパーを有する有機薄膜太陽電池。
【選択図】図1
【解決手段】nを2以上の整数とし、kを1以上n以下の整数とするとき、第k透明電極層と第k金属層の間に第k有機層が介在してなる第k光電変換ユニット、及び第k+1透明電極層と第k+1金属層の間に第k+1有機層が介在してなる第k+1光電変換ユニットが平面上並置されており、前記第k金属層が前記第k+1透明電極層と電気的に接続されており、前記n個の透明電極層が、それぞれ電極端部に前記有機層の方向に沿って鋭角のテーパーを有する有機薄膜太陽電池。
【選択図】図1
Description
本発明は、有機薄膜太陽電池に関する。
有機薄膜太陽電池は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードや撮像素子、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池に代表されるように、光入力に対して電気出力を示す装置である。中でも太陽電池は、化石燃料の枯渇問題や地球温暖化問題を背景に、クリーンエネルギー源として近年大変注目されてきており、研究開発が盛んに行なわれるようになってきた。
有機薄膜太陽電池は、小面積セルから、特許文献1が開示するような高集積及び大面積のモジュール化傾向にある。
有機薄膜太陽電池は、小面積セルから、特許文献1が開示するような高集積及び大面積のモジュール化傾向にある。
本発明の目的は、高集積化した素子において高い変換効率を有し、歩留まりが高い有機薄膜太陽電池を提供することである。
本発明によれば、以下の有機薄膜太陽電池が提供される。
1.nを2以上の整数とし、kを1以上n以下の整数とするとき、
第k透明電極層と第k金属層の間に第k有機層が介在してなる第k光電変換ユニット、及び第k+1透明電極層と第k+1金属層の間に第k+1有機層が介在してなる第k+1光電変換ユニットが平面上並置されており、
前記第k金属層が前記第k+1透明電極層と電気的に接続されており、
前記n個の透明電極層が、それぞれ電極端部に前記有機層の方向に沿って鋭角のテーパーを有する有機薄膜太陽電池。
2.前記透明電極層の長辺が、短辺に比べて0.1〜1154nm長い1に記載の有機薄膜太陽電池。
3.前記透明電極層の厚みが50〜2000nmである1又は2に記載の有機薄膜太陽電池。
4.前記透明電極層が、非晶質導電性酸化物からなる1〜3のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。
5.前記透明電極層が、インジウム(In)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)を含む非晶質酸化物からなり、前記非晶質酸化物中のインジウム(In)の原子比In/(In+Zn)が0.5〜0.9である1〜4のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。
6.1〜5のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池が複数同一平面上に二次元配列されている有機薄膜太陽電池モジュール。
1.nを2以上の整数とし、kを1以上n以下の整数とするとき、
第k透明電極層と第k金属層の間に第k有機層が介在してなる第k光電変換ユニット、及び第k+1透明電極層と第k+1金属層の間に第k+1有機層が介在してなる第k+1光電変換ユニットが平面上並置されており、
前記第k金属層が前記第k+1透明電極層と電気的に接続されており、
前記n個の透明電極層が、それぞれ電極端部に前記有機層の方向に沿って鋭角のテーパーを有する有機薄膜太陽電池。
2.前記透明電極層の長辺が、短辺に比べて0.1〜1154nm長い1に記載の有機薄膜太陽電池。
3.前記透明電極層の厚みが50〜2000nmである1又は2に記載の有機薄膜太陽電池。
4.前記透明電極層が、非晶質導電性酸化物からなる1〜3のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。
5.前記透明電極層が、インジウム(In)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)を含む非晶質酸化物からなり、前記非晶質酸化物中のインジウム(In)の原子比In/(In+Zn)が0.5〜0.9である1〜4のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。
6.1〜5のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池が複数同一平面上に二次元配列されている有機薄膜太陽電池モジュール。
本発明によれば、高い変換効率を有し、歩留まりが高い有機薄膜太陽電池が提供できる。
[有機薄膜太陽電池]
図1は、本発明の有機薄膜太陽電池の一実施形態を示す概略断面図である。
この図に示すように、有機薄膜太陽電池1は、基板100上に並置された第1光電変換ユニット10及び第2光電変換ユニット20を有する。
第1光電変換ユニット10は、基板100上に第1透明電極層12、第1有機層14及び第1金属層16を、この順に積層した構造を有している。また、第2光電変換ユニット20は、基板100上に第2透明電極層22、第2有機層24及び第2金属層26を、この順に積層した構造を有している。
第1透明電極層12及び第2透明電極層22は、それぞれその両端部に第1有機層14及び第2有機層16の方向に沿って鋭角のテーパーを有する透明電極である。そのため、第1透明電極層及び第2透明電極層の断面形状は、基板100側が長辺で、第1有機層14及び第2有機層16側が短辺の台形となる。第1透明電極層12及び第2透明電極層22が正極であるときは、第1金属層16及び第2金属層26は負極であり、第1透明電極層12及び第2透明電極層22が負極であるときは、第1金属層16及び第2金属層26は正極である。
本実施形態において、第1金属層16と第2透明電極層22は電気的に接続されている。透明電極層と金属層は極性が異なるので、第1光電変換ユニット10と第2光電変換ユニット20は直列に接続されている。
有機薄膜太陽電池1は、複数の透明電極層、複数の有機層及び複数の金属層を有するが、これらは同じ材料からなってもよく、異なる材料からなってもよい。
図1は、本発明の有機薄膜太陽電池の一実施形態を示す概略断面図である。
この図に示すように、有機薄膜太陽電池1は、基板100上に並置された第1光電変換ユニット10及び第2光電変換ユニット20を有する。
第1光電変換ユニット10は、基板100上に第1透明電極層12、第1有機層14及び第1金属層16を、この順に積層した構造を有している。また、第2光電変換ユニット20は、基板100上に第2透明電極層22、第2有機層24及び第2金属層26を、この順に積層した構造を有している。
第1透明電極層12及び第2透明電極層22は、それぞれその両端部に第1有機層14及び第2有機層16の方向に沿って鋭角のテーパーを有する透明電極である。そのため、第1透明電極層及び第2透明電極層の断面形状は、基板100側が長辺で、第1有機層14及び第2有機層16側が短辺の台形となる。第1透明電極層12及び第2透明電極層22が正極であるときは、第1金属層16及び第2金属層26は負極であり、第1透明電極層12及び第2透明電極層22が負極であるときは、第1金属層16及び第2金属層26は正極である。
本実施形態において、第1金属層16と第2透明電極層22は電気的に接続されている。透明電極層と金属層は極性が異なるので、第1光電変換ユニット10と第2光電変換ユニット20は直列に接続されている。
有機薄膜太陽電池1は、複数の透明電極層、複数の有機層及び複数の金属層を有するが、これらは同じ材料からなってもよく、異なる材料からなってもよい。
本発明の有機薄膜太陽電池は、透明電極層が電極端部に有機層方向に沿って鋭角のテーパーを有することで、光電変換効率を高めることができる。具体的には、透明電極層の端部のテーパー部分において、基板側から入射した垂直入射光が有機層との界面で屈折し、当該入射光は、金属層において有機層方向に向かって反射する。より多くの入射光を有機層(光電変換層)に向かって反射させることで、光路長を増幅させることができ、吸収する光量が増えて光電変換効率を高めることができる。
また、本発明の有機薄膜太陽電池は、透明電極層の電極端部に有機層方向に沿って鋭角のテーパーを有することで、漏れ電流を防ぐことができる。図2に示すように、透明電極層が端部にテーパーを有さない従来の素子の場合、透明電極層の角部分ではその上に形成した有機層の厚さが他部分よりも相対的に薄くなり、透明電極層と金属層の間の距離が短くなり過ぎて、透明電極層と金属層との間での漏れ電流が発生しやすい。それに対し、本発明の有機薄膜太陽電池では、透明電極層が端部にテーパーを有するので、透明電極層と金属層の間の距離を適宜保つことができ、漏れ電流の発生を防ぐことができる。漏れ電流を抑制することで、光電変換効率の低下を防止する。
また、本発明の有機薄膜太陽電池は、透明電極層の電極端部に有機層方向に沿って鋭角のテーパーを有することで、漏れ電流を防ぐことができる。図2に示すように、透明電極層が端部にテーパーを有さない従来の素子の場合、透明電極層の角部分ではその上に形成した有機層の厚さが他部分よりも相対的に薄くなり、透明電極層と金属層の間の距離が短くなり過ぎて、透明電極層と金属層との間での漏れ電流が発生しやすい。それに対し、本発明の有機薄膜太陽電池では、透明電極層が端部にテーパーを有するので、透明電極層と金属層の間の距離を適宜保つことができ、漏れ電流の発生を防ぐことができる。漏れ電流を抑制することで、光電変換効率の低下を防止する。
さらに、高集積化した素子において、所望の光電変換率に達しない光電変換ユニットを削減できるため、有機薄膜太陽電池の歩留まりを高くすることができる。
透明電極層は、好ましくは長辺と短辺の差が0.1〜1154nmであり、より好ましくは0.1〜866nmである。尚、長辺と短辺の差が0.1〜1154nmとは、テーパー角が60°より大きく90°未満である場合の透明電極層の厚みが50〜2000nmに対応し、長辺と短辺の差が0.1〜866nmとは、テーパー角が60°より大きく90°未満である場合の透明電極層の厚みが80〜1500nmに対応する。
上記の関係は、図7に示される関係図から分かる。
上記の関係は、図7に示される関係図から分かる。
本発明の有機薄膜太陽電池においては、透明電極層の端部が有機層の方向に沿って鋭角のテーパーを有している。ここで、本発明でいう「透明電極層の端部が有機層の方向に沿って鋭角のテーパーを有している」とは、基板と対する透明電極層の上面の長さが下面の長さより短く、透明電極層の端部のテーパーが平面状の傾斜面、又は外側に盛り上がるかもしくは内側にへこんだ曲面状の傾斜面になっていることを意味する。
尚、テーパーが平面状の傾斜面である場合は、テーパー角は透明電極層側面と基板とがなす角θ1と定義され(図3(1))、テーパーが基板内側にへこんでいる場合は、テーパー角は透明電極層の高さの1/2の位置で引いた接線と透明電極層の上面がなす角θ2と定義され(図3(2))、テーパーが基板外側に盛り上がっている場合は、テーパー角は透明電極層の高さの1/2の位置で引いた接線と透明電極層の上面の延長線がなす角θ3と定義される(図3(3))。本発明の有機薄膜太陽電池では、これらテーパー角が鋭角であり、好ましくは60°より大きく90°未満である。
尚、テーパーが平面状の傾斜面である場合は、テーパー角は透明電極層側面と基板とがなす角θ1と定義され(図3(1))、テーパーが基板内側にへこんでいる場合は、テーパー角は透明電極層の高さの1/2の位置で引いた接線と透明電極層の上面がなす角θ2と定義され(図3(2))、テーパーが基板外側に盛り上がっている場合は、テーパー角は透明電極層の高さの1/2の位置で引いた接線と透明電極層の上面の延長線がなす角θ3と定義される(図3(3))。本発明の有機薄膜太陽電池では、これらテーパー角が鋭角であり、好ましくは60°より大きく90°未満である。
図4に示すように、透明電極層の厚みがおよそ50〜2000nmであって、透明電極層の長辺と短辺の差が0.1〜1154nmの場合には、長辺と短辺の差が1154nm超の場合に比べて、より多くの入射光を金属層から有機層(光電変換層)に向けて反射させることができ、有機層(光電変換層)における光路長をより増幅させて吸収する光量を増大させることで、光電変換効率を高めることができる。
また、長辺と短辺の差が1154nm超の場合には、テーパー角θ1の角度が小さくなるため、基板と接する透明電極層の端部の厚さが非常に薄くなり、またその領域も広くなる。透明電極の表面抵抗は、その比抵抗に応じて膜厚を適宜調整することにより変化することから、透明電極層の厚さが薄い領域が広いと、透明電極層全体の表面抵抗が高くなるおそれがある。さらに、透明電極層の厚さが極端に薄くなる領域では、層の厚さの連続性が保てずに島状に形成される場合もあり、透明電極層として機能しないこともある。この点からも透明電極層の長辺と短辺の差が0.1〜1154nmの場合が好ましい。
また、長辺と短辺の差が1154nm超の場合には、テーパー角θ1の角度が小さくなるため、基板と接する透明電極層の端部の厚さが非常に薄くなり、またその領域も広くなる。透明電極の表面抵抗は、その比抵抗に応じて膜厚を適宜調整することにより変化することから、透明電極層の厚さが薄い領域が広いと、透明電極層全体の表面抵抗が高くなるおそれがある。さらに、透明電極層の厚さが極端に薄くなる領域では、層の厚さの連続性が保てずに島状に形成される場合もあり、透明電極層として機能しないこともある。この点からも透明電極層の長辺と短辺の差が0.1〜1154nmの場合が好ましい。
本発明の有機薄膜太陽電池は、光電変換ユニットをn個(nは2以上の整数)含むことができる。
このとき、図5が示すように、有機薄膜太陽電池2では、基板100上に第1光電変換ユニット10、第k+1光電変換ユニット50及び第n光電変換ユニット70が並置されている。kは1以上n−1以下の整数である。
上記第1光電変換ユニット10は基板100上に第1透明電極層12、第1有機層14及び第1金属層16をこの順に積層した構造を有し、第k+1光電変換ユニット50は、基板100上に第k+1透明電極層52、第k+1有機層54及び第k+1金属層56をこの順に積層した構造を有し、第n光電変換ユニット70は、基板100上に第n透明電極層72、第n有機層74及び第n金属層76をこの順に積層した構造を有する。第1透明電極層12から第n透明電極層72までのn個の透明電極層は、それぞれに対応する第1有機層14から第n有機層74の方向に沿って電極端部に鋭角のテーパーを有する。
有機薄膜太陽電池2において、第k光電変換ユニット(図示せず)と第k+1光電変換ユニット50は、第k金属層(図示せず)と第k+1透明電極層52とが電気的に接続されている。同様に、第n−1光電変換ユニット(図示せず)と第n光電変換ユニット70は、第n−1金属層(図示せず)と第n透明電極層72とが電気的に接続されている。
有機薄膜太陽電池2は、複数の透明電極層、複数の有機層及び複数の金属層を有するが、これらは同じ材料からなってもよく、異なる材料からなってもよい。
このとき、図5が示すように、有機薄膜太陽電池2では、基板100上に第1光電変換ユニット10、第k+1光電変換ユニット50及び第n光電変換ユニット70が並置されている。kは1以上n−1以下の整数である。
上記第1光電変換ユニット10は基板100上に第1透明電極層12、第1有機層14及び第1金属層16をこの順に積層した構造を有し、第k+1光電変換ユニット50は、基板100上に第k+1透明電極層52、第k+1有機層54及び第k+1金属層56をこの順に積層した構造を有し、第n光電変換ユニット70は、基板100上に第n透明電極層72、第n有機層74及び第n金属層76をこの順に積層した構造を有する。第1透明電極層12から第n透明電極層72までのn個の透明電極層は、それぞれに対応する第1有機層14から第n有機層74の方向に沿って電極端部に鋭角のテーパーを有する。
有機薄膜太陽電池2において、第k光電変換ユニット(図示せず)と第k+1光電変換ユニット50は、第k金属層(図示せず)と第k+1透明電極層52とが電気的に接続されている。同様に、第n−1光電変換ユニット(図示せず)と第n光電変換ユニット70は、第n−1金属層(図示せず)と第n透明電極層72とが電気的に接続されている。
有機薄膜太陽電池2は、複数の透明電極層、複数の有機層及び複数の金属層を有するが、これらは同じ材料からなってもよく、異なる材料からなってもよい。
以下、本発明の有機薄膜太陽電池の各部材について説明する。
[基板]
基板は、機械的、熱的強度を有し、透明性を有するものが好ましい。例えば、ガラス基板及び透明性樹脂フィルムが挙げられる。
透明性樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリプロピレン等が挙げられる。
[基板]
基板は、機械的、熱的強度を有し、透明性を有するものが好ましい。例えば、ガラス基板及び透明性樹脂フィルムが挙げられる。
透明性樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリプロピレン等が挙げられる。
[透明電極層及び金属層]
透明電極層及び金属層は、公知の正極及び負極の材料をそれぞれ使用できる。当該材料としては、例えば、正極としては、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、In−Zn−O系酸化物、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、金(Au)、オスミウム(Os),パラジウム(Pd)等の金属が使用でき、負極としては、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、カルシウム(Ca)、白金(Pt)、リチウム(Li)等の金属やMg:Ag、Mg:InやAl:Li等の2成分金属系,さらには正極の例示材料が使用できる。
尚、透明電極層は、公知の導電性材料を使用して、蒸着やスパッタリング等の方法で所定の透光性が確保するように形成するとよい。受光面の電極の光透過率は10%以上とすることが望ましい。一対の電極構成の好ましい構成では、電極部の一方が仕事関数の大きな金属を含み、他方は仕事関数の小さな金属を含む。
透明電極層及び金属層は、公知の正極及び負極の材料をそれぞれ使用できる。当該材料としては、例えば、正極としては、錫ドープ酸化インジウム(ITO)、In−Zn−O系酸化物、フッ素ドープ酸化錫(FTO)、金(Au)、オスミウム(Os),パラジウム(Pd)等の金属が使用でき、負極としては、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、カルシウム(Ca)、白金(Pt)、リチウム(Li)等の金属やMg:Ag、Mg:InやAl:Li等の2成分金属系,さらには正極の例示材料が使用できる。
尚、透明電極層は、公知の導電性材料を使用して、蒸着やスパッタリング等の方法で所定の透光性が確保するように形成するとよい。受光面の電極の光透過率は10%以上とすることが望ましい。一対の電極構成の好ましい構成では、電極部の一方が仕事関数の大きな金属を含み、他方は仕事関数の小さな金属を含む。
上記のうち、透明電極層は、好ましくは非晶質膜であり、より好ましくは非晶質導電性酸化物からなる層である。
上記非晶質導電性酸化物からなる層は、好ましくはインジウム(In),亜鉛(Zn)及び酸素(O)を含み、インジウム(In)の原子比In/(In+Zn)が0.5〜0.9の非晶質酸化物(以下、この非晶質導電性酸化物を「In−Zn−O系非晶質導電性酸化物」という。)、非晶質ITO、及びIn−Zn−O系非晶質導電性酸化物にGa,Al,Sn等の第3金属をさらに添加した非晶質酸化物(特開平7−235219号公報参照)等である。
上記非晶質導電性酸化物からなる層は、好ましくはインジウム(In),亜鉛(Zn)及び酸素(O)を含み、インジウム(In)の原子比In/(In+Zn)が0.5〜0.9の非晶質酸化物(以下、この非晶質導電性酸化物を「In−Zn−O系非晶質導電性酸化物」という。)、非晶質ITO、及びIn−Zn−O系非晶質導電性酸化物にGa,Al,Sn等の第3金属をさらに添加した非晶質酸化物(特開平7−235219号公報参照)等である。
In−Zn−O系非晶質導電性酸化物からなる層は、所定のスパッタリングターゲットを用いたスパッタリング法等によって容易に形成することができる。また、非晶質ITO層は、基板温度を200℃以下にする他は、結晶質ITO膜を成膜する場合と同様にして、各種のスパッタリング法(DCスパッタリング,RFスパッタリング,DCマグネトロンスパッタリング,RFマグネトロンスパッタリング,ECRプラズマスパッタリング,イオンビームスパッタリング等)やイオンプレーティング法等によって成膜することができる。
尚、本発明の有機薄膜太陽電池を構成する透明電極層は、非晶質導電性酸化物からなる層の単層構造でもよく、非晶質導電性酸化物層の他にさらに金属薄膜を有する積層体であってもよい。
尚、本発明の有機薄膜太陽電池を構成する透明電極層は、非晶質導電性酸化物からなる層の単層構造でもよく、非晶質導電性酸化物層の他にさらに金属薄膜を有する積層体であってもよい。
透明電極層がIn−Zn−O系非晶質導電性酸化物層であることにより、フォトリソグラフィー等のエッチングによって、電極端部のテーパーを容易に設けることができる。
また、In−Zn−O系非晶質導電性酸化物は、低温プロセスでも高い導電性を有する膜を成膜することができるので、基板が樹脂等の熱に弱い材料であっても成膜が可能である。この特性は、有機薄膜太陽電池のフレキシブル化も可能である。
尚、透明電極層の材料としてはITOが代表的であるが、ITOは化学的に安定すぎるため、フォトリソグラフィー工程におけるエッチングが難しい問題がある。また、基板温度を200℃以上にして成膜されるITOは結晶性であり、特に表面結晶性が高いという性質を有するために、エッチング工程において、基板近傍の膜が表面よりエッチングされ易く、エッチングされたITO電極が逆台形(アンダーカット)になる問題がある。
また、In−Zn−O系非晶質導電性酸化物は、低温プロセスでも高い導電性を有する膜を成膜することができるので、基板が樹脂等の熱に弱い材料であっても成膜が可能である。この特性は、有機薄膜太陽電池のフレキシブル化も可能である。
尚、透明電極層の材料としてはITOが代表的であるが、ITOは化学的に安定すぎるため、フォトリソグラフィー工程におけるエッチングが難しい問題がある。また、基板温度を200℃以上にして成膜されるITOは結晶性であり、特に表面結晶性が高いという性質を有するために、エッチング工程において、基板近傍の膜が表面よりエッチングされ易く、エッチングされたITO電極が逆台形(アンダーカット)になる問題がある。
[有機層(光電変換層)]
有機層は、以下のような層構成をとることができる。
(1)正極側|電荷輸送層/i層(p材料とn材料の混合層)|負極側
(2)正極側|i層/電荷輸送層|負極側
(3)正極側|電荷輸送層/i層/電荷輸送層|負極側
(4)正極側|電荷輸送層/p層/n層|負極側
(5)正極側|p層/n層/電荷輸送層|負極側
(6)正極側|電荷輸送層/p層/n層/電荷輸送層|負極側
(7)正極側|電荷輸送層/p層/n層/バッファー層|負極側
(8)正極側|バッファー層/電荷輸送層/p層/n層/バッファー層|負極側
(9)正極側|バッファー層/電荷輸送層/p層/i層/n層/バッファー層|負極側
有機層は、以下のような層構成をとることができる。
(1)正極側|電荷輸送層/i層(p材料とn材料の混合層)|負極側
(2)正極側|i層/電荷輸送層|負極側
(3)正極側|電荷輸送層/i層/電荷輸送層|負極側
(4)正極側|電荷輸送層/p層/n層|負極側
(5)正極側|p層/n層/電荷輸送層|負極側
(6)正極側|電荷輸送層/p層/n層/電荷輸送層|負極側
(7)正極側|電荷輸送層/p層/n層/バッファー層|負極側
(8)正極側|バッファー層/電荷輸送層/p層/n層/バッファー層|負極側
(9)正極側|バッファー層/電荷輸送層/p層/i層/n層/バッファー層|負極側
電荷輸送層は、電荷を輸送する層であり、例えば(6)の層構成であれば、正極側の電荷輸送層は正孔輸送層であり、負極側の電荷輸送層は電子輸送層である。
電荷輸送層は、その主たる輸送電荷と逆の電荷の輸送をブロックする機能を有することが好ましい。具体的に、電荷発生層(例えばp層及びn層)で生じた正孔を正極へ効率的に移動させるために、正極と電荷発生層の間にある電荷輸送層(正孔輸送層)は、正極側への電子の移動を防止するように構成されることが好ましい。また、負極と電荷発生層の間にある電荷輸送層(電子輸送層)は、電荷発生層で生じた電子を負極へ効率的に移動させるために、負極側への正孔の移動を防止するように構成されることが好ましい。電荷の輸送をブロックする機能を有しない場合、例えば正極側において、正極と電荷発生層の間にある電荷輸送層(正孔輸送層)で、正極側への正孔と電子の移動が起こることにより、正孔と電子の再結合による失活が起こる。同様に負極側において、負極と電荷発生層の間にある電荷輸送層(電子輸送層)で、負極側への電子と正孔の移動が起こることにより、正孔と電子の再結合による失活が起こることが考えられる。
従って、電荷輸送層がその主たる輸送電荷と逆の電荷の輸送をブロックする機能を有することで正孔と電子に再結合による失活を抑制させることができ、効率的に電荷を各電極へ取り出すことが可能となる。
電荷輸送層は、その主たる輸送電荷と逆の電荷の輸送をブロックする機能を有することが好ましい。具体的に、電荷発生層(例えばp層及びn層)で生じた正孔を正極へ効率的に移動させるために、正極と電荷発生層の間にある電荷輸送層(正孔輸送層)は、正極側への電子の移動を防止するように構成されることが好ましい。また、負極と電荷発生層の間にある電荷輸送層(電子輸送層)は、電荷発生層で生じた電子を負極へ効率的に移動させるために、負極側への正孔の移動を防止するように構成されることが好ましい。電荷の輸送をブロックする機能を有しない場合、例えば正極側において、正極と電荷発生層の間にある電荷輸送層(正孔輸送層)で、正極側への正孔と電子の移動が起こることにより、正孔と電子の再結合による失活が起こる。同様に負極側において、負極と電荷発生層の間にある電荷輸送層(電子輸送層)で、負極側への電子と正孔の移動が起こることにより、正孔と電子の再結合による失活が起こることが考えられる。
従って、電荷輸送層がその主たる輸送電荷と逆の電荷の輸送をブロックする機能を有することで正孔と電子に再結合による失活を抑制させることができ、効率的に電荷を各電極へ取り出すことが可能となる。
電荷輸送層の材料としては、特に限定されないが、例えば(6)の層構成であれば、正極側の電荷輸送層は正孔輸送層であり、正孔受容体としての機能を有する化合物が好ましく、正孔の移動度が高い材料が好ましい。また、負極側の電荷輸送層は電子輸送層であり、電子受容体としての機能を有する化合物が好ましく、電子の移動度が高い材料が好ましい。
電荷発生層は、光を吸収し電荷(正孔及び電子)を発生させる層であり、例えば電子供与性であるp材料からなる層(p層)、電子受容性であるn材料からなる層(n層)、又はp材料とn材料の混合層(i層)のいずれかである。i層を単独で、又はこれらの層を組み合わせて電荷発生層とすることができる。
p材料は特に限定されないが、正孔受容体としての機能を有する化合物が好ましく、正孔の移動度が高い材料が好ましい。
例えば、N,N’−ビス(3−トリル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(mTPD)、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニルベンジジン(NPD)、4,4’,4’’−トリス(フェニル−3−トリルアミノ)トリフェニルアミン(MTDATA)等に代表されるアミン化合物、フタロシアニン(Pc)、銅フタロシアニン(CuPc)、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)、チタニルフタロシアニン(TiOPc)、ホウ素フタロシアニン(SubPc)等のフタロシアニン錯体、ナフタロシアニン錯体、ベンゾポルフィリン(BP)、オクタエチルポルフィリン(OEP)、白金オクタエチルポルフィリン(PtOEP)、亜鉛テトラフェニルポルフィリン(ZnTPP)等に代表されるポルフィリン錯体が挙げられる。
また、溶液による塗布プロセスを用いる高分子化合物であれば、メトキシエチルヘキシロキシフェニレンビニレン(MEHPPV)、ポリヘキシルチオフェン(P3HT)、シクロペンタジチオフェン‐ベンゾチアジアゾール(PCPDTBT)等の主鎖型共役高分子類、ポリビニルカルバゾール等に代表される側鎖型高分子類等が挙げられる。
例えば、N,N’−ビス(3−トリル)−N,N’−ジフェニルベンジジン(mTPD)、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニルベンジジン(NPD)、4,4’,4’’−トリス(フェニル−3−トリルアミノ)トリフェニルアミン(MTDATA)等に代表されるアミン化合物、フタロシアニン(Pc)、銅フタロシアニン(CuPc)、亜鉛フタロシアニン(ZnPc)、チタニルフタロシアニン(TiOPc)、ホウ素フタロシアニン(SubPc)等のフタロシアニン錯体、ナフタロシアニン錯体、ベンゾポルフィリン(BP)、オクタエチルポルフィリン(OEP)、白金オクタエチルポルフィリン(PtOEP)、亜鉛テトラフェニルポルフィリン(ZnTPP)等に代表されるポルフィリン錯体が挙げられる。
また、溶液による塗布プロセスを用いる高分子化合物であれば、メトキシエチルヘキシロキシフェニレンビニレン(MEHPPV)、ポリヘキシルチオフェン(P3HT)、シクロペンタジチオフェン‐ベンゾチアジアゾール(PCPDTBT)等の主鎖型共役高分子類、ポリビニルカルバゾール等に代表される側鎖型高分子類等が挙げられる。
n材料は特に限定されないが、正孔供与体としての機能を有する化合物が好ましく、電子の移動度が高い材料が好ましい。
例えば、有機化合物であれば、C60、C70等のフラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、ペリレン誘導体、多環キノン、キナクリドン等、高分子系ではCN−ポリ(フェニレン−ビニレン)、MEH−CN−PPV、−CN基又はCF3基含有ポリマー、ポリ(フルオレン)誘導体等を挙げることができる。好ましくは、アフィニティ(電子親和力)が小さい材料が好ましい。アフィニティの小さい材料をn層として組み合わせることで充分な開放端電圧を実現することができる。
変換効率の点でフラーレン又はフラーレン誘導体が好ましい。
例えば、有機化合物であれば、C60、C70等のフラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、ペリレン誘導体、多環キノン、キナクリドン等、高分子系ではCN−ポリ(フェニレン−ビニレン)、MEH−CN−PPV、−CN基又はCF3基含有ポリマー、ポリ(フルオレン)誘導体等を挙げることができる。好ましくは、アフィニティ(電子親和力)が小さい材料が好ましい。アフィニティの小さい材料をn層として組み合わせることで充分な開放端電圧を実現することができる。
変換効率の点でフラーレン又はフラーレン誘導体が好ましい。
無機化合物であれば、n型特性の無機半導体化合物を挙げることができる。具体的には、n−Si、GaAs、CdS、PbS、CdSe、InP、Nb2O5,WO3,Fe2O3等のドーピング半導体及び化合物半導体、又、二酸化チタン(TiO2)、一酸化チタン(TiO)、三酸化二チタン(Ti2O3)等の酸化チタン、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO2)等の導電性酸化物が挙げられる。これらのうちの1種又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。変換効率の点で好ましくは、酸化チタン、特に好ましくは、二酸化チタンを用いる。
i層は上記p材料とn材料の混合層であり、これらの材料を共蒸着して作製することができる。
電荷発生層の厚みは、例えば0.5〜200nmであり、好ましくは1〜100nmであり、より好ましくは2〜50nmである。
一般に、有機薄膜太陽電池は総膜厚が薄いことが多く、そのため正極と負極が短絡し、セル作製の歩留まりが低下することが多い。このような場合には、電極に接するバッファー層を積層することによって短絡を防止することができる。また、電荷移動度を高め、発生した電流を効率よく外部に取り出すためバッファー層を設けるのが好ましい。
バッファー層に好ましい化合物としては、例えば、低分子化合物であれば下記に示すNTCDAに代表される芳香族環状酸無水物等が挙げられ、高分子化合物であればポリ(3,4−エチレンジオキシ)チオフェン:ポリスチレンスルホネート(PEDOT:PSS)、ポリアニリン:カンファースルホン酸(PANI:CSA)等に代表される公知の導電性高分子等が挙げられる。
バッファー層には、励起子が電極まで拡散して失活してしまうのを防止する役割を持たせることも可能である。このように励起子阻止層としてバッファー層を挿入することは、高効率化のために有効である。励起子阻止層は正極側、負極側のいずれにも挿入することができ、両方同時に挿入することも可能である。
この場合、励起子阻止層として好ましい材料としては、例えば有機EL素子用途で公知な正孔障壁層用材料又は電子障壁層用材料等が挙げられる。正孔障壁層として好ましい材料は、イオン化ポテンシャルが充分に大きい化合物であり、電子障壁層として好ましい材料は、電子親和力が充分に小さい化合物である。具体的には有機EL用途で公知な材料であるバソクプロイン(BCP)、バソフェナントロリン(BPhen)等が負極側の正孔障壁層材料として挙げられる。
この場合、励起子阻止層として好ましい材料としては、例えば有機EL素子用途で公知な正孔障壁層用材料又は電子障壁層用材料等が挙げられる。正孔障壁層として好ましい材料は、イオン化ポテンシャルが充分に大きい化合物であり、電子障壁層として好ましい材料は、電子親和力が充分に小さい化合物である。具体的には有機EL用途で公知な材料であるバソクプロイン(BCP)、バソフェナントロリン(BPhen)等が負極側の正孔障壁層材料として挙げられる。
さらに、バッファー層には、上記n材料として例示した無機半導体化合物を用いてもよい。また、p型無機半導体化合物としてはCdTe、p−Si、SiC、GaAs、WO3等を用いることができる。
バッファ層の厚みは、例えば0.1〜200nmであり、好ましくは0.5〜100nmであり、より好ましくは1〜50nmである。
[有機薄膜太陽電池の製造方法]
本発明の有機薄膜太陽電池の透明電極層のテーパーは、透明電極層材料を基板上に一旦成膜して透明導電膜を形成し、この透明導電膜を所定の方法によってウエットエッチング又はドライエッチングすることにより形成することができる。
本発明の有機薄膜太陽電池の透明電極層のテーパーは、透明電極層材料を基板上に一旦成膜して透明導電膜を形成し、この透明導電膜を所定の方法によってウエットエッチング又はドライエッチングすることにより形成することができる。
透明導電膜をウエットエッチングすることによって、端部に有機層方向に沿って鋭角のテーパーを有する透明電極層を形成する場合には、ウエットエッチングの対象となる膜の種類に応じて、例えば下記の要領でエッチングを行うとよい。
透明導電膜上にフォトレジスト膜を形成し、所定の露光用原版を用いての露光及び所定の現像液を用いて現像を行い、透明電極を形成しようとする箇所の透明導電膜上にレジストパターンを形成する。次に、例えば10〜15%HBr水溶液、塩酸と硝酸と水がHCl:HNO3:H2O=2:1:1(重量比)である溶液等をエッチャントとして用いてウエットエッチングを行う。この後、エッチング後のレジストパターンを所定の剥離液を用いて剥離することにより、端部に有機層方向に沿って鋭角のテーパーを有する透明電極層を形成することがきる。
尚、上記のウエットエッチングでは残渣も残らず、極めて良好にエッチングすることができる。ウエットエッチングによって仮に残渣が生じた場合、当該残渣は突起部を形成することになるので除去するとよい。
透明導電膜上にフォトレジスト膜を形成し、所定の露光用原版を用いての露光及び所定の現像液を用いて現像を行い、透明電極を形成しようとする箇所の透明導電膜上にレジストパターンを形成する。次に、例えば10〜15%HBr水溶液、塩酸と硝酸と水がHCl:HNO3:H2O=2:1:1(重量比)である溶液等をエッチャントとして用いてウエットエッチングを行う。この後、エッチング後のレジストパターンを所定の剥離液を用いて剥離することにより、端部に有機層方向に沿って鋭角のテーパーを有する透明電極層を形成することがきる。
尚、上記のウエットエッチングでは残渣も残らず、極めて良好にエッチングすることができる。ウエットエッチングによって仮に残渣が生じた場合、当該残渣は突起部を形成することになるので除去するとよい。
各層の膜厚は特に限定されないが、適切な膜厚に設定するとよい。
一般に有機層の励起子拡散長は短いことが知られているため、膜厚が厚すぎると励起子が電荷発生層のヘテロ界面に到達する前に失活してしまうため、光電変換効率が低くなるおそれがある。一方、有機層の膜厚が薄すぎるとピンホール等が発生してしまうため、充分なダイオード特性が得らず、変換効率が低下するおそれがある。
従って、膜厚は通常1nmから10μmの範囲であり、好ましくは3nmから0.2μmの範囲である。
一般に有機層の励起子拡散長は短いことが知られているため、膜厚が厚すぎると励起子が電荷発生層のヘテロ界面に到達する前に失活してしまうため、光電変換効率が低くなるおそれがある。一方、有機層の膜厚が薄すぎるとピンホール等が発生してしまうため、充分なダイオード特性が得らず、変換効率が低下するおそれがある。
従って、膜厚は通常1nmから10μmの範囲であり、好ましくは3nmから0.2μmの範囲である。
有機有機薄膜太陽電池のいずれの有機層においても、成膜性向上、膜のピンホール防止等のため適切な樹脂や添加剤を使用してもよい。
使用の可能な樹脂としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリサルホン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、セルロース等の絶縁性樹脂及びそれらの共重合体、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリシラン等の光導電性樹脂、ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性樹脂を挙げられる。
また、添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等が挙げられる。
使用の可能な樹脂としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリサルホン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、セルロース等の絶縁性樹脂及びそれらの共重合体、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリシラン等の光導電性樹脂、ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性樹脂を挙げられる。
また、添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等が挙げられる。
以下、本発明を、図6に示す有機薄膜太陽電池を有する太陽電池モジュールを以下の方法で製造した実施例を用いて説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
実施例1
(1)透明電極層の作製
インジウム(In)の原子比In/(In+Zn)が0.83であるIn−Zn−O系酸化物の焼結体をスパッタリングターゲットとして用い、DCマグネトロンスパッタリング法によって、75×75×1.1mmのサイズのガラス基板の片面に厚さ300nmのIn−Zn−O系非晶質酸化物膜(Inの原子比In/(In+Zn)=0.8)を成膜した。
当該スパッタリングは、雰囲気をアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガス(Ar:O2=1000:2.8(体積比))とし、スパッタリング時の真空度を0.2Paとし、DCスパッタ出力を2W/cm2として行った。得られた非晶質酸化物膜の面抵抗を測定したところ、10Ω/□であった。
次に、12%HBr水溶液をエッチャントとして用いたウエットエッチングを実施し、非晶質酸化物膜を幅110μm,長さ37.5mm,ピッチ120μmのストライプ状に2列に亘って加工して、所定本数の透明電極ラインを得た。1列中の透明電極ラインの本数は360本であり、列同士間においては、各透明電極ラインはその長手方向を一致させて直列に配列されている。得られた透明電極ラインのいずれにおいても、その端部(長手方向に延びている端部)はテーパーを有しており、当該テーパーのガラス基板表面とのなす角を電子顕微鏡で観測したところ80°であった。また、透明電極ラインの表面平坦度を走査型原子間力顕微鏡(AFM)を用いて求めたところ10nmであり、極めて平滑であった。
(1)透明電極層の作製
インジウム(In)の原子比In/(In+Zn)が0.83であるIn−Zn−O系酸化物の焼結体をスパッタリングターゲットとして用い、DCマグネトロンスパッタリング法によって、75×75×1.1mmのサイズのガラス基板の片面に厚さ300nmのIn−Zn−O系非晶質酸化物膜(Inの原子比In/(In+Zn)=0.8)を成膜した。
当該スパッタリングは、雰囲気をアルゴンガスと酸素ガスとの混合ガス(Ar:O2=1000:2.8(体積比))とし、スパッタリング時の真空度を0.2Paとし、DCスパッタ出力を2W/cm2として行った。得られた非晶質酸化物膜の面抵抗を測定したところ、10Ω/□であった。
次に、12%HBr水溶液をエッチャントとして用いたウエットエッチングを実施し、非晶質酸化物膜を幅110μm,長さ37.5mm,ピッチ120μmのストライプ状に2列に亘って加工して、所定本数の透明電極ラインを得た。1列中の透明電極ラインの本数は360本であり、列同士間においては、各透明電極ラインはその長手方向を一致させて直列に配列されている。得られた透明電極ラインのいずれにおいても、その端部(長手方向に延びている端部)はテーパーを有しており、当該テーパーのガラス基板表面とのなす角を電子顕微鏡で観測したところ80°であった。また、透明電極ラインの表面平坦度を走査型原子間力顕微鏡(AFM)を用いて求めたところ10nmであり、極めて平滑であった。
(2)有機薄膜太陽電池モジュールの作製
上記(1)の透明電極ラインを形成した後のガラス基板(以下「透明電極ライン付きガラス基板」という。)について、イソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UVオゾン洗浄を30分間実施した。洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず下部電極(正極)である透明電極ラインが形成されている側の面上に、透明電極を覆うようにして、抵抗加熱蒸着により銅フタロシアニン(CuPc)を成膜した(蒸着速度:1Å/s、膜厚50nm)。CuPcの層はp層として機能する。次に、抵抗加熱蒸着によりCuPcの層上に、膜厚50nmとなるようC60フラーレンを1Å/sで成膜した。C60の層はn層として機能する。C60の層の上に膜厚10nmとなるようバソクプロイン(BCP)を抵抗加熱蒸着により1Å/sで成膜した。BCPの層はバッファー層として機能する。最後に、対向電極(負極)として金属Alを膜厚80nmで蒸着して、有機薄膜太陽電池を作製した。
上記(1)の透明電極ラインを形成した後のガラス基板(以下「透明電極ライン付きガラス基板」という。)について、イソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UVオゾン洗浄を30分間実施した。洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、まず下部電極(正極)である透明電極ラインが形成されている側の面上に、透明電極を覆うようにして、抵抗加熱蒸着により銅フタロシアニン(CuPc)を成膜した(蒸着速度:1Å/s、膜厚50nm)。CuPcの層はp層として機能する。次に、抵抗加熱蒸着によりCuPcの層上に、膜厚50nmとなるようC60フラーレンを1Å/sで成膜した。C60の層はn層として機能する。C60の層の上に膜厚10nmとなるようバソクプロイン(BCP)を抵抗加熱蒸着により1Å/sで成膜した。BCPの層はバッファー層として機能する。最後に、対向電極(負極)として金属Alを膜厚80nmで蒸着して、有機薄膜太陽電池を作製した。
得られた有機薄膜太陽電池は本発明の有機薄膜太陽電池モジュールを構成するセルの1つであり、有機薄膜太陽電池からなるセルが同一平面状に複数、二次元配列されているものである。
尚、前記の有機薄膜太陽電池モジュールは、透明電極ラインと対向電極(負極)ラインとの平面視上の交差部に有機薄膜太陽電池からなるセルが形成されている。
尚、前記の有機薄膜太陽電池モジュールは、透明電極ラインと対向電極(負極)ラインとの平面視上の交差部に有機薄膜太陽電池からなるセルが形成されている。
(3)有機薄膜太陽電池モジュールの駆動試験
上記(2)で作製した有機薄膜太陽電池モジュールに各陽極ライン、負極ラインをそれぞれ電極として用いて測定装置を接続し、擬似太陽光源であるソーラーシミュレータを用いてエアマスAM1.5条件下(光強度(Pin)100mW/cm2)で光照射を行い、駆動させて光電変換効率の測定を行った。その結果、作製した有機薄膜太陽電池モジュールの変換効率(η)は1.3%であった。
上記(2)で作製した有機薄膜太陽電池モジュールに各陽極ライン、負極ラインをそれぞれ電極として用いて測定装置を接続し、擬似太陽光源であるソーラーシミュレータを用いてエアマスAM1.5条件下(光強度(Pin)100mW/cm2)で光照射を行い、駆動させて光電変換効率の測定を行った。その結果、作製した有機薄膜太陽電池モジュールの変換効率(η)は1.3%であった。
比較例1
In−Zn−O系酸化物の焼結体を用いて、DCマグネトロンスパッタリング法によって、75×75×1.1mmのサイズのガラス基板の片面に厚さ300nmのIn−Zn−O系非晶質酸化物膜を成膜する代わりに、ガラス基板の温度を200℃以上としながら電子ビーム蒸着法により膜厚200nmの結晶質ITO膜を成膜した他は実施例1と同様にして、透明電極ラインを形成した。得られた透明電極ラインは、その端部がガラス基板表面に対して垂直であった。
上記透明電極ラインを用いた他は実施例1と同様にして、有機薄膜太陽電池モジュールを作製し、評価した。その結果、作製した有機薄膜太陽電池モジュールの変換効率(η)は1.0%であった。
In−Zn−O系酸化物の焼結体を用いて、DCマグネトロンスパッタリング法によって、75×75×1.1mmのサイズのガラス基板の片面に厚さ300nmのIn−Zn−O系非晶質酸化物膜を成膜する代わりに、ガラス基板の温度を200℃以上としながら電子ビーム蒸着法により膜厚200nmの結晶質ITO膜を成膜した他は実施例1と同様にして、透明電極ラインを形成した。得られた透明電極ラインは、その端部がガラス基板表面に対して垂直であった。
上記透明電極ラインを用いた他は実施例1と同様にして、有機薄膜太陽電池モジュールを作製し、評価した。その結果、作製した有機薄膜太陽電池モジュールの変換効率(η)は1.0%であった。
以上のように、本発明の有機薄膜太陽電池,有機薄膜太陽電池モジュールは、透明電極層の端部が有機層の方向に沿って鋭角のテーパーを有しているので、有機層(光電変換層)における光路長を増幅させることができ、光電変換効率を高めることができる。
本発明の有機薄膜太陽電池は、時計、携帯電話及びモバイルパソコン等に使用できる。
1,2 有機薄膜太陽電池
10 第1光電変換ユニット
12 第1透明電極層
14 第1有機層
16 第1金属層
20 第2光電変換ユニット
22 第2透明電極層
24 第2有機層
26 第2金属層
50 第k+1光電変換ユニット
52 第k+1透明電極層
54 第k+1有機層
56 第k+1金属層
70 第n光電変換ユニット
72 第n透明電極層
74 第n有機層
76 第n金属層
100 基板
10 第1光電変換ユニット
12 第1透明電極層
14 第1有機層
16 第1金属層
20 第2光電変換ユニット
22 第2透明電極層
24 第2有機層
26 第2金属層
50 第k+1光電変換ユニット
52 第k+1透明電極層
54 第k+1有機層
56 第k+1金属層
70 第n光電変換ユニット
72 第n透明電極層
74 第n有機層
76 第n金属層
100 基板
Claims (6)
- nを2以上の整数とし、kを1以上n以下の整数とするとき、
第k透明電極層と第k金属層の間に第k有機層が介在してなる第k光電変換ユニット、及び第k+1透明電極層と第k+1金属層の間に第k+1有機層が介在してなる第k+1光電変換ユニットが平面上並置されており、
前記第k金属層が前記第k+1透明電極層と電気的に接続されており、
前記n個の透明電極層が、それぞれ電極端部に前記有機層の方向に沿って鋭角のテーパーを有する有機薄膜太陽電池。 - 前記透明電極層の長辺が、短辺に比べて0.1〜1154nm長い請求項1に記載の有機薄膜太陽電池。
- 前記透明電極層の厚みが50〜2000nmである請求項2に記載の有機薄膜太陽電池。
- 前記透明電極層が、非晶質導電性酸化物からなる請求項1〜3のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。
- 前記透明電極層が、インジウム(In)、亜鉛(Zn)及び酸素(O)を含む非晶質酸化物からなり、
前記非晶質酸化物中のインジウム(In)の原子比In/(In+Zn)が0.5〜0.9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。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池が複数同一平面上に二次元配列されている有機薄膜太陽電池モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012046511A JP2013183065A (ja) | 2012-03-02 | 2012-03-02 | 有機薄膜太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012046511A JP2013183065A (ja) | 2012-03-02 | 2012-03-02 | 有機薄膜太陽電池 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013183065A true JP2013183065A (ja) | 2013-09-12 |
Family
ID=49273506
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012046511A Pending JP2013183065A (ja) | 2012-03-02 | 2012-03-02 | 有機薄膜太陽電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2013183065A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018056233A (ja) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 積水化学工業株式会社 | 太陽電池 |
WO2019235219A1 (ja) * | 2018-06-05 | 2019-12-12 | パナソニック株式会社 | 太陽電池セル、太陽電池モジュール及び太陽電池セルの製造方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07235219A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-09-05 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 導電性透明基材およびその製造方法 |
JP2002076390A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置及びその製造方法 |
JP2007084842A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Idemitsu Kosan Co Ltd | スパッタリングターゲット及び透明導電膜 |
JP2007165903A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Korea Advanced Inst Of Sci Technol | 集積型薄膜太陽電池及びその製造方法 |
JP2008533737A (ja) * | 2005-03-16 | 2008-08-21 | コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー | 集積型薄膜太陽電池、その製造方法と集積型薄膜太陽電池用透明電極の加工方法、その構造及びその透明電極が形成された透明基板 |
-
2012
- 2012-03-02 JP JP2012046511A patent/JP2013183065A/ja active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH07235219A (ja) * | 1993-12-28 | 1995-09-05 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 導電性透明基材およびその製造方法 |
JP2002076390A (ja) * | 2000-08-31 | 2002-03-15 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置及びその製造方法 |
JP2008533737A (ja) * | 2005-03-16 | 2008-08-21 | コリア アドバンスト インスティテュート オブ サイエンス アンド テクノロジー | 集積型薄膜太陽電池、その製造方法と集積型薄膜太陽電池用透明電極の加工方法、その構造及びその透明電極が形成された透明基板 |
JP2007084842A (ja) * | 2005-09-20 | 2007-04-05 | Idemitsu Kosan Co Ltd | スパッタリングターゲット及び透明導電膜 |
JP2007165903A (ja) * | 2005-12-14 | 2007-06-28 | Korea Advanced Inst Of Sci Technol | 集積型薄膜太陽電池及びその製造方法 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2018056233A (ja) * | 2016-09-27 | 2018-04-05 | 積水化学工業株式会社 | 太陽電池 |
WO2019235219A1 (ja) * | 2018-06-05 | 2019-12-12 | パナソニック株式会社 | 太陽電池セル、太陽電池モジュール及び太陽電池セルの製造方法 |
CN112219284A (zh) * | 2018-06-05 | 2021-01-12 | 松下电器产业株式会社 | 太阳能单电池、太阳能电池组件和太阳能单电池的制造方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4966653B2 (ja) | 共有する有機電極を備えたタンデム型光起電力電池及びその製造方法 | |
US8592804B2 (en) | Method for fabricating organic optoelectronic devices | |
JP5414272B2 (ja) | 逆方向−キャリア励起子阻止層を有する有機ダブルへテロ構造太陽電池 | |
TWI553887B (zh) | 嵌入電子傳導激子阻隔層的有機光伏打電池 | |
US6198092B1 (en) | Stacked organic photosensitive optoelectronic devices with an electrically parallel configuration | |
JP5580976B2 (ja) | 有機薄膜太陽電池 | |
US20110253206A1 (en) | Organic solar battery | |
US20120247557A1 (en) | Organic solar cell | |
JP2006527491A (ja) | 非対称的な輸送特性を備えた中間層を含む有機太陽電池 | |
TW201411910A (zh) | 具有電極緩衝層之有機光電元件 | |
US20110030782A1 (en) | Solar cell and method for manufacturing the same | |
KR20160020121A (ko) | 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법 | |
JP2014038975A (ja) | 有機薄膜太陽電池モジュール | |
WO2012160911A1 (ja) | 有機発電素子 | |
KR101264368B1 (ko) | 다층 구조의 쇼트키 접합층을 갖는 태양 전지 | |
JP2010141268A (ja) | 光電変換装置、および太陽電池 | |
JP2013183065A (ja) | 有機薄膜太陽電池 | |
US20120167964A1 (en) | Stacked photovoltaic cell module | |
JP2011233692A (ja) | 光電変換素子、有機太陽電池及びそれらを用いた光電変換装置 | |
KR101412511B1 (ko) | 병렬저항이 극대화된 유기 태양전지 및 그 제조방법 | |
JP5469943B2 (ja) | 光電変換素子 | |
JP2011023594A (ja) | 光電変換素子 | |
Li et al. | Dual roles of the fullerene interlayer on light harvesting and electron transfer for highly efficient polymer solar cells | |
Han et al. | Parallel polymer tandem solar cells containing comb-shaped common electrodes | |
KR20230128230A (ko) | 하이브리드 태양전지 및 그 제작방법 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141127 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150915 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151013 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160223 |