JP2013506278A - 多層有機薄膜太陽電池 - Google Patents
多層有機薄膜太陽電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013506278A JP2013506278A JP2012530242A JP2012530242A JP2013506278A JP 2013506278 A JP2013506278 A JP 2013506278A JP 2012530242 A JP2012530242 A JP 2012530242A JP 2012530242 A JP2012530242 A JP 2012530242A JP 2013506278 A JP2013506278 A JP 2013506278A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- solar cell
- film solar
- organic thin
- multilayer organic
- 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.)
- Withdrawn
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims description 22
- ANRHNWWPFJCPAZ-UHFFFAOYSA-M thionine Chemical compound [Cl-].C1=CC(N)=CC2=[S+]C3=CC(N)=CC=C3N=C21 ANRHNWWPFJCPAZ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 34
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 12
- -1 hexafluorophosphate Chemical compound 0.000 claims abstract description 8
- 229920000144 PEDOT:PSS Polymers 0.000 claims description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 18
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 16
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 15
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 claims description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 11
- 239000000975 dye Substances 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 8
- 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 claims description 6
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 6
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Chemical compound [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 3
- TVIVIEFSHFOWTE-UHFFFAOYSA-K tri(quinolin-8-yloxy)alumane Chemical compound [Al+3].C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1.C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1.C1=CN=C2C([O-])=CC=CC2=C1 TVIVIEFSHFOWTE-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims description 3
- 125000001140 1,4-phenylene group Chemical group [H]C1=C([H])C([*:2])=C([H])C([H])=C1[*:1] 0.000 claims description 2
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O Ammonium Chemical compound [NH4+] QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-O 0.000 claims description 2
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910020366 ClO 4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 claims description 2
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- PHXQIAWFIIMOKG-UHFFFAOYSA-N NClO Chemical compound NClO PHXQIAWFIIMOKG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910020808 NaBF Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910019142 PO4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N Potassium Chemical compound [K] ZLMJMSJWJFRBEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910007611 Zn—In—O Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 125000000217 alkyl group Chemical group 0.000 claims description 2
- 150000004056 anthraquinones Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000011575 calcium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 claims description 2
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 2
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 2
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 150000004820 halides Chemical class 0.000 claims description 2
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 2
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N nickel(II) oxide Inorganic materials [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000002080 perylenyl group Chemical group C1(=CC=C2C=CC=C3C4=CC=CC5=CC=CC(C1=C23)=C45)* 0.000 claims description 2
- 229920003227 poly(N-vinyl carbazole) Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 claims description 2
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 claims description 2
- 229910052700 potassium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011591 potassium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011734 sodium Substances 0.000 claims description 2
- SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N sodium hypochlorite Chemical compound [Na+].Cl[O-] SUKJFIGYRHOWBL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 claims description 2
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 2
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 2
- BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N Borate Chemical compound [O-]B([O-])[O-] BTBUEUYNUDRHOZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- XEPMXWGXLQIFJN-UHFFFAOYSA-K aluminum;2-carboxyquinolin-8-olate Chemical compound [Al+3].C1=C(C([O-])=O)N=C2C(O)=CC=CC2=C1.C1=C(C([O-])=O)N=C2C(O)=CC=CC2=C1.C1=C(C([O-])=O)N=C2C(O)=CC=CC2=C1 XEPMXWGXLQIFJN-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 1
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M perchlorate Inorganic materials [O-]Cl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K phosphate Chemical compound [O-]P([O-])([O-])=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 1
- 239000010452 phosphate Substances 0.000 claims 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 abstract description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 175
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 11
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 4
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 239000010408 film Substances 0.000 description 4
- 238000005381 potential energy Methods 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 3
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 3
- 229920001467 poly(styrenesulfonates) Polymers 0.000 description 3
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000012776 electronic material Substances 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 2
- 229910017053 inorganic salt Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002052 molecular layer Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- CSUFEOXMCRPQBB-UHFFFAOYSA-N 1,1,2,2-tetrafluoropropan-1-ol Chemical compound CC(F)(F)C(O)(F)F CSUFEOXMCRPQBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxine Chemical compound O1CCOC2=CSC=C21 GKWLILHTTGWKLQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 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 1
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 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 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 238000007605 air drying Methods 0.000 description 1
- 125000001931 aliphatic group Chemical group 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 150000001642 boronic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 238000009954 braiding Methods 0.000 description 1
- 150000004649 carbonic acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000000706 filtrate Substances 0.000 description 1
- 229920002457 flexible plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000007850 fluorescent dye Substances 0.000 description 1
- 238000009472 formulation Methods 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000004776 molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 1
- 238000007645 offset printing Methods 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 235000021317 phosphate Nutrition 0.000 description 1
- 150000003013 phosphoric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000003495 polar organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229960002796 polystyrene sulfonate Drugs 0.000 description 1
- 239000011970 polystyrene sulfonate Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 150000003467 sulfuric acid derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 239000000979 synthetic dye Substances 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/20—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
- H10K30/211—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions comprising multiple junctions, e.g. double heterojunctions
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/81—Electrodes
- H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K2102/00—Constructional details relating to the organic devices covered by this subclass
- H10K2102/10—Transparent electrodes, e.g. using graphene
- H10K2102/101—Transparent electrodes, e.g. using graphene comprising transparent conductive oxides [TCO]
- H10K2102/103—Transparent electrodes, e.g. using graphene comprising transparent conductive oxides [TCO] comprising indium oxides, e.g. ITO
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/10—Organic polymers or oligomers
- H10K85/111—Organic polymers or oligomers comprising aromatic, heteroaromatic, or aryl chains, e.g. polyaniline, polyphenylene or polyphenylene vinylene
- H10K85/113—Heteroaromatic compounds comprising sulfur or selene, e.g. polythiophene
- H10K85/1135—Polyethylene dioxythiophene [PEDOT]; Derivatives thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
- H10K85/211—Fullerenes, e.g. C60
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
- H10K85/321—Metal complexes comprising a group IIIA element, e.g. Tris (8-hydroxyquinoline) gallium [Gaq3]
- H10K85/324—Metal complexes comprising a group IIIA element, e.g. Tris (8-hydroxyquinoline) gallium [Gaq3] comprising aluminium, e.g. Alq3
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
- H10K85/649—Aromatic compounds comprising a hetero atom
- H10K85/652—Cyanine dyes
-
- 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
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
開示する本発明は、カソード層(1)、有機アクセプター層(2)、有機ドナー層(3)、導電性アノード層(4)、および基材層(5)から成る多層構造を有する高効率有機太陽電池(0)によって構成されるものであり、ここで、分離された層の電子レベルの調節が、少なくとも1つの中間適合層(x)の導入によって達成される。適切な対イオン(例:ヘキサフルオロホスフェート)を有するシアニン色素から成る活性層(3)の選択と合わせることで、長寿命の高性能有機太陽電池を、迅速で簡便な製造方法によって作製することができる。
Description
本発明は、互いに隣接して積層されたカソード層、活性電子アクセプター層、活性電子ドナー層、導電性アノード層、および基材層を含む多層有機薄膜太陽電池、ならびに多層有機薄膜太陽電池の作製方法について述べる。
有機電子材料からなる有機太陽電池が増加してきており、これは光起電力による安価な電気供給を可能性とするものである。
半導電性有機小分子およびポリマーを主体とする多層構造の励起子太陽電池は、以前から知られており、安価な大スケールの太陽エネルギー変換を可能とするデバイス実現のための有望な特性を有していると考えられている。このようなデバイスは、通常、集電極間に挟まれた電子ドナーおよびアクセプター材料の薄膜からなる。1つのカソード層と別の導電性アノード層との間には、異なる電子親和性およびイオン化ポテンシャルを有する少なくとも2つの層が挟まれている。最も高い電子親和性およびイオン化ポテンシャルを有する層が、アクセプター層と称され、一方、それに隣接する層が、電子ドナー層と称される。
有機太陽電池における光の電流への変換は、先行技術である図5aおよび5bに示されるように、4段階プロセスである。光を吸収すると、結合電子−ホール対(励起子)の形成が引き起こされ、これが活性層間の界面へと拡散し、そこで遊離の電荷キャリアへ分離される。この遊離の電荷キャリアは、アノードとカソードとの間をドリフトおよび拡散によって移動し、これらの電極層によって電流として集電される。
励起子は、照射によって有機半導体に入射する光子の結果として形成される。ドナー材料が光を吸収する場合、励起子はヘテロ接合界面へ拡散し、そこで、ドナー層の最低空分子軌道(LUMO)からアクセプター層のLUMOへの電子移動によって電子とホールとに分離され得る(図5bに示す)。アクセプター層が光を吸収する場合は、対応するHOMOレベル間の電子移動によって電荷の分離が行われる。分離された電荷のドリフトおよび拡散により、カソード層およびアノード層における電荷の集電が引き起こされる。
有機太陽電池は、例えば、有機太陽電池のスクリーン印刷、ブレーディング(blading)、およびスプレーコーティングが可能となるフレキシブルプラスチック電子材料の開発により、大スケールでの生産が可能であり、その結果生産コストが低減される。そのような有機太陽電池の工業的用途の可能性は、さらなる開発のための前提条件として期待の持てるものである。
近年採用されている有機材料は、米国特許第4164431号(特許文献1)に開示されるように、光導電性色素の活性層を用いることにより、エネルギー変換効率が向上された太陽電池の開発へと繋がっている。用いられる有機材料層の吸収特性は良好なものであるが、そのようにして達成される有機太陽電池におけるエネルギー変換効率は、従来の半導体系太陽電池と比較して、依然としてまったく満足のいくものではない。
欧州特許第1998386号(特許文献2)に開示されるように、エネルギー変換効率およびキャリア輸送能は、電子ドナーおよび電子アクセプター有機半導体膜の複数のスタックに活性層を分離することによって改善される可能性がある。これらの膜は、厚さが10nm以下と非常に薄く、励起子分離後の分離された電子およびホールの高い移動度が提供される。アクセプター層および活性層の異なる薄膜を交互に積層するというより複雑な構造のために、交互積層を採用する太陽電池の生産はより困難である。特に、各薄膜が薄いこと、ならびにp型およびn型有機半導体膜の厚さが異なることにより、製造工程がより困難な時間の要するものとなってしまう。
電極から有機半導体への電荷の注入は、電極の仕事関数と、活性層のHOMOまたはLUMO分子軌道のエネルギーレベルとの間のエネルギーバリアに強く依存する。このバリアは、通常、適切な仕事関数を有する電極材料を選択することによって低減される。化学ドーピングは、界面の電子構造を修飾してヘテロ界面を越えての電荷移動を向上させるための別の方法である。
国際公開WO9907028号(特許文献3)によると、双極性有機単分子層を太陽電池の1つの層として導入することを用いて、隣接層のエネルギーレベルの調節を行うことが可能である。この双極性有機単分子層も、導電性アノード層からドナー層へのホールの輸送を可能とし、同時にこの電極への電子の逆移動を阻止するものである。
適合するエネルギーレベルに到達するのに十分な双極子モーメントを有する適用可能な分子は僅かしかない。加えて、その表面は、極性分子の適切なアンカー基が表面に引き付けられて双極子有機単分子層が配向されるように、官能化する必要のある場合が多い。これらの分子は、多くの場合極性有機溶媒に溶解しなければならず、このことは、太陽電池製造の際にその下側にある層に影響を与え得る。別の欠点は、作られた層の厚さが変動する可能性があることであり、このことにより、分子層の絶縁を例とする利用不可能な電気特性を有する有機分子層が得られ得る。
本発明の目的は、有機太陽電池の隣接配置された層のエネルギーレベルを適合させることにより、改善されたより高いエネルギー変換効率を示す多層有機太陽電池を製造することである。
本発明の好ましい実施形態では、電子ドナー層と導電性ポリマー層との間の電荷注入接触の改良により、より高いエネルギー変換効率が得られる。
本発明の太陽電池は、これらの目的を達成するものであり、フレキシブル多層有機太陽電池が得られる低コストの市販されている有機原材料を用いることにより、簡便で迅速な方法で生産することができる。
本発明の主題の別の目的は、改善されたエネルギー変換効率を有する本発明の太陽電池の製造方法を提供することであり、これは、簡便かつ迅速に適用される。
本発明の主題の好ましい代表的な実施形態を、添付の図面と合わせて以下に説明する。
本発明の多層有機薄膜太陽電池0は、異なる電子特性を有し、隣接し、分離され、順に配置された層を含む。図1に示した多層構造において、カソード層1は視認可能であり、それに有機アクセプター層2が隣接して配置される。有機ドナー層3は、アクセプター層2に隣接して配置され、これに続いて、有機導電性アノード層4および基材層5が配置される。
カソード層1は、通常は金属からなり、従って導電性である。基材層5も導電性であるが、可視光線に対してある程度の透過性を有する光学的に透明なものである必要がある。
アクセプター層2はn型有機半導体層であり、活性層3はp型有機半導体層であり、HOMOとLUMOの間隔として定義されるバンドギャップを有する。
アクセプター層2に対する好ましい材料は、フラーレン(例えばC60)もしくはフラーレンの混合物、種々のフラーレン誘導体、シアニン色素、アントラキノン、またはペリレン誘導体などの高い電子親和性を有する材料である。
活性層3に対する好ましい材料は、シアニン色素(CyP)であり、これは、電子ドナーとして作用する。シアニン色素は、非常に強力な光吸収剤であり、これは以前から写真撮影の分野に適用されており、ハロゲン化銀のセンサーとして作用する。シアニンは、ポリメチングループに属する合成色素ファミリーの非系統的名称である。シアニンは、特に生物医学イメージングにおいて、蛍光色素としての多くの用途を有している。シアニンは、その構造に応じて、IRからUVまでのスペクトルに対応する。シアニンが最初に合成されたのは100年以上前であり、非常に数多くが文献に報告されている。用いた5種類のシアニンを図6に示し、ここで、(I)は、ストレプトシアニンを定めるものであり、(II)はヘミシアニンを表し、(III)は、閉環鎖状シアニンを示す。Cy3(IV)およびCy5(V)シアニンは、本発明の太陽電池0に好ましく用いられた。用いられたシアニン色素において、R基は短鎖の脂肪族鎖である。
シアニン色素は、容易に作製および精製することができる。その吸収範囲は、分子内のポリメチン基の長さを変化させることで調節することができる。特に、その吸収を、近赤外領域にまで広げることができる。このような特性すべてのために、CyPは適切な光吸収剤であり、C60と共に、有機太陽電池用の電子ドナーである。
導電性アノード層4は、平滑な薄膜を形成し、高い導電性を有し、光学的に透明である材料から作製することができ、例えば、ポリスチレンスルホネートでドーピングされた導電性ポリマーであるポリ−3,4−エチレンジオキシチオフェンなどであり、これはPEDOT:PSSと略される。
一般的な有機太陽電池における公知の材料を用いると、用いたドナー層3のHOMOレベルが、導電性アノード層4のHOMOレベルよりも大きく低くはならないことが多い。しかし、ドナー層3としてシアニン色素を用い、アノード層4としてPEDOT:PSSを用いると、HOMO−HOMOエネルギーギャップは大きくなる(図3a)。さらに、エネルギー差が大きいと、導電性アノード層4と活性(シアニン)ドナー層3との間のホール移動プロセスが遅延され、それによってアノード側での集電の低下が引き起こされ、フィルファクターが小さくなり、開回路電圧が低下する結果となる。
<エネルギーレベルの調節>
本発明の太陽電池0の集電特性を改善するために、中間適合層xが、隣接する層の間に挿入され、それによってポテンシャルエネルギーの調節がもたらされる。固定(immobile)カチオンおよびアニオンを含む有機または無機塩の薄層を用いて、特に活性層3と導電性アノード層4との間に中間適合層xを挿入することにより、導電性アノード層4、およびp型有機半導体として作用する隣接する活性層3のHOMOレベルを微調整することが可能となる。
本発明の太陽電池0の集電特性を改善するために、中間適合層xが、隣接する層の間に挿入され、それによってポテンシャルエネルギーの調節がもたらされる。固定(immobile)カチオンおよびアニオンを含む有機または無機塩の薄層を用いて、特に活性層3と導電性アノード層4との間に中間適合層xを挿入することにより、導電性アノード層4、およびp型有機半導体として作用する隣接する活性層3のHOMOレベルを微調整することが可能となる。
エネルギーレベルを調節する目的で、超微細塩層xが、特に導電性ポリマーである導電性アノード層4とシアニンを例とする隣接する活性層3との間に挿入される。界面でのイオン親和性が異なることにより、正および負の界面電荷によるポテンシャルオフセットの発生が引き起こされる。挿入された中間適合層xによって誘起された導電性アノード層4と活性層3との間の界面におけるエネルギーオフセットを図2に示す。図2のエネルギー図は、活性層3と導電性アノード層4との間の、両隣接層3、4のHOMOレベルを適合させる目的の中間適合層xに起因する電位ポテンシャルのベンディングによるオフセットを概略的に示す。
非常に様々な有機および無機塩を用いることができ、それらは、中間適合層xの構築に適している。塩の薄層を導電性アノード層4と活性層3との間に組み込むための製造方法は、スピンコーティング、スプレーコーティング、ブレーディング、スクリーン印刷またはインクジェット印刷などの印刷法を含む。
特に、サルフェート、ハライド、ナイトレート、カーボネート、ホスフェート、ボレート、パークロレート、またはスルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、もしくは硫酸アニオンから成る有機成分、から成るアニオンを、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、アンモニウム、もしくはR4N(式中のRは、いずれかの有機置換基を表す)からなるカチオンと共に含有する塩を用いることができ、エネルギーレベルの調節が達成される。
中間適合層xに用いることができる塩の典型的な例としては、NH4BF4、NaBF4、R4NBF4、NH4ClO4、NaClO4、R4NClO4、LiClO4(式中のRは、いずれかのアルキル基を表す)、およびシアニン塩も挙げられ、これらは、低沸点の有機溶媒に可溶である。塩のそのような有機溶液をコーティングプロセスに用いることができる。中間適合層xの有利な厚さは、少なくとも二分子層(<1nm)から5nmまでの範囲である。
塩層xのカチオンおよびアニオンは、導電性アノード層4のHOMOレベルと活性層3のそれとが完全に適合するように選択することができる。エネルギーレベルの適合により、正電荷キャリアの効率的な集電がもたらされ、従って、変換効率が改善される。中間適合層xがアクセプター層2とドナー層3との間に配置される場合は、イオン接合(ionic junction)により内部電界が作り出され、これは、電子軌道エネルギーレベルをシフトし、太陽電池での電荷発生を阻止するか、または光発生電子をホールから分離してこれらの再結合を阻止し得るものであるが、このようなプロセスの詳細はほとんど理解されていない。
<PEDOT:PSS層およびCyP/C60層を含む太陽電池の結果>
帯電界面におけるエネルギーオフセットを低減し、それによってPEDOT:PSSの接触特性を劇的に改善することができる。標準的なPEDOT:PSS導電性アノード層4を用いたCyP/C60有機太陽電池では、中間適合層xを界面に挿入することで開回路電圧、短絡電流、およびフィルファクターが高められ、それにより、標準的な太陽光照射下(AM 1.5、入射エネルギー密度100mW/cm2)にて2.5倍に増加したエネルギー変換効率が得られる。
帯電界面におけるエネルギーオフセットを低減し、それによってPEDOT:PSSの接触特性を劇的に改善することができる。標準的なPEDOT:PSS導電性アノード層4を用いたCyP/C60有機太陽電池では、中間適合層xを界面に挿入することで開回路電圧、短絡電流、およびフィルファクターが高められ、それにより、標準的な太陽光照射下(AM 1.5、入射エネルギー密度100mW/cm2)にて2.5倍に増加したエネルギー変換効率が得られる。
<活性層3としてのシアニンの利点>
シアニンは、これまでに、発明者らによって電子ドナーまたはアクセプターとして用いられてきた。しかし、効率は、これまでのところ1.2%を超えることができてこなかった。しかし、固体化学ドーピング剤を用いてシアニン層をドーピングすること、およびバッファー層をカソード界面に挿入することにより、標準的な太陽光照射条件下で測定した効率は、2.6%に上昇した。過去の研究で示されるように、シアニン層の酸化ドーピングにより、デバイスの利点に関する数値がすべて大きく向上した。ドーピングは、シアニン層の導電性を高めただけでなく、シアニン膜とPEDOT:PSSとの間の電荷注入接触も向上させた。これらの利点にも関わらず、デバイスの寿命は大きく低下した。
シアニンは、これまでに、発明者らによって電子ドナーまたはアクセプターとして用いられてきた。しかし、効率は、これまでのところ1.2%を超えることができてこなかった。しかし、固体化学ドーピング剤を用いてシアニン層をドーピングすること、およびバッファー層をカソード界面に挿入することにより、標準的な太陽光照射条件下で測定した効率は、2.6%に上昇した。過去の研究で示されるように、シアニン層の酸化ドーピングにより、デバイスの利点に関する数値がすべて大きく向上した。ドーピングは、シアニン層の導電性を高めただけでなく、シアニン膜とPEDOT:PSSとの間の電荷注入接触も向上させた。これらの利点にも関わらず、デバイスの寿命は大きく低下した。
これらの最近の研究は、この種類の色素の十分な可能性を示すものであり、これは、可溶性であること、全太陽光照射スペクトルにわたって強い吸収を示すことという利点を有し、大量合成が容易である。
図3aのポテンシャルエネルギースキームは、導電性アノード層4として作用するPEDOT:PSS、および活性層3として作用するシアニンのHOMOレベルの間に大きなギャップが存在することを示すものであり、一方、図3bは、中間適合層xによるレベルの適合を示す。
図4は、図3bに概略的に示すように、中間適合層xとしての無機塩層をPEDOT:PSS導電性層4とCyP活性層3との間に挿入する形で提供する場合の、有機太陽電池0の電流/電圧特性への影響を概略的に示している。同じ100mW/cm2の入射エネルギーを用いると、「塩処理」太陽電池0の効率は、中間適合層xを用いない太陽電池における0.8%ではなく、2.2%であった。従って、中間適合層xを持つ太陽電池0のフィルファクター(FF)(FF=0.37)は、未処理太陽電池のフィルファクター(FF=0.25)よりも著しく高い。
<PEDOT:PSSの代替物>
従来の有機太陽電池デバイス構造では、PEDOT:PSSは、ほとんどの電子ドナー材料に対して、導電性アノード層4として用いられている。残念なことに、この材料では、シアニンを用いる活性層3と満足の行く電気的接触が得られない。この欠点は、相当に低い約0.2というフィルファクターから目に見えて明らかであり、このことによって、デバイス性能が大きく損なわれてしまう。
従来の有機太陽電池デバイス構造では、PEDOT:PSSは、ほとんどの電子ドナー材料に対して、導電性アノード層4として用いられている。残念なことに、この材料では、シアニンを用いる活性層3と満足の行く電気的接触が得られない。この欠点は、相当に低い約0.2というフィルファクターから目に見えて明らかであり、このことによって、デバイス性能が大きく損なわれてしまう。
多層有機太陽電池0の特性を最適化するために、高い仕事関数を特徴とする導電性アノード層4が好ましい。そのようなアノード層4は、PANIと略されるポリアニリン、ドーピングされたポリアニリン(−5.4eV)、ドーピングされたポリピロール(−5.5eV)、ドーピングされたポリチオフェン、ドーピングされたポリ−p−フェニレン、ドーピングされたポリビニル−カルバゾール(−5.5eV)、およびこれらの配合物によって実現することができる。これらのポリマーは、市販されており、インクジェットまたはオフセット印刷を例とする種々の方法で印刷することができる。PEDOT:PSSとPANIとの組み合わせで行った測定も、良好な結果を示した。上述のように、使用可能である材料は、高い導電性を有する必要があり、作製された導電性アノード層4は、透明である必要があり、これは非常に薄い層とすることで調節可能である。
基材層5として考えられる材料は、導電性でありかつ光学的に透明である材料であり、Ga−In−O(5.4eV)複合体、およびZn−In−O(6.1eV)複合体、または酸化ニッケル(NiO、5.4eV)のような透明導電性酸化物(TCO)などである。また、カーボンナノチューブ、グラフェン、支持基体上の金属グリッド、または支持基体上のPEDOT:PSSさえも、基材層5として用いることができる。
導電性アノード層4として、PEDOT:PSSの代わりに、純粋ポリアニリン(PANI)またはポリアニリン含有配合物を用いた場合、性能が劇的に向上することが測定から示された。それは、ドーピングされたポリアニリンの高い仕事関数および良好な導電性がそのような用途において有利であるからである。PANIを適用することにより、正電荷をアノード側からより容易に抽出することができる。実験により、1つはPEDOT:PPSを、1つは隣接するPANI層を用いた導電性アノード層4を含む太陽電池0から、満足の行くエネルギー変換効率が得られることが示された。
異なる層界面に2つ以上の中間適合層xを含む太陽電池0の製造も、デバイス効率の改善に繋がった。中間適合層xを挿入することによるイオン電荷効果は、ホール抽出アノード/電子ドナー層に限定されず、より一般的には、有機同士のヘテロ接合部、および金属/有機ヘテロ接合部におけるエネルギーレベルオフセットの調整に用いることができる。従って、カソード層1とアクセプター層2との間、および/またはアクセプター層2と活性層3との間、および/または導電性アノード層4と基材層5との間の中間適合層xが、デバイス効率にプラスの影響を与える。
<有機太陽電池の一般的な製造方法>
製造方法は、大気条件下での第一の部分、およびそれに続く真空条件下での第二の部分に分けることができる。
製造方法は、大気条件下での第一の部分、およびそれに続く真空条件下での第二の部分に分けることができる。
清浄な基材層5上に、厚さが5nm超である少なくとも1つの導電性アノード層4を、例えばコーティングによって堆積させる。層4の最小厚さは、基材層5の粗さを平滑にするために必要である。所望に応じて、別の導電性アノード層4として作用する別の材料を、続けて堆積させてもよい。
乾燥手順後、溶媒中に溶解した無機または有機塩を含む中間適合層xをコーティングし、乾燥後、少なくとも1nm〜5nmの範囲の厚さの層が得られる。中間適合層xを被覆する活性層3も、得られる厚さ50nm未満でスピンコーティングされ、それは、そうでなければ活性層3の光吸収が多くなり過ぎるからである。
環境条件下でのこれらの製造工程の後、積層されたデバイスは一定の時間真空下へ持ち込まれ、その後、例えば昇華または蒸着により、30nm〜100nmの厚さのアクセプター層2が活性層3上に堆積される。アクセプター層2上には、厚いカソード層1が熱蒸着され、有機太陽電池0の良好な導電性を有するカソード接触が形成される。損傷しやすいアクセプター層2を分解から保護するために、例えばAlq3、またはフッ化リチウム、またはTiO2、またはバソフェナントロリン、またはバソクプロインを含む数ナノメートルの厚さのバリア層を、カソード層1の蒸着の前に、アクセプター層2上に蒸着またはコーティングしてよい。真空条件下での堆積工程は、所望に応じて、積層されたデバイスを回転させた状態で実施してもよい。
<典型的な製造方法>
ITO/PEDOT:PSS/PANI/塩層/シアニン/C60/Alq3/Al有機太陽電池を作製するための1つの実験的な手順を、以下で詳細に説明する。
ITO/PEDOT:PSS/PANI/塩層/シアニン/C60/Alq3/Al有機太陽電池を作製するための1つの実験的な手順を、以下で詳細に説明する。
1)基材層5として、酸化インジウムスズ(ITO)ガラス基材をオゾンプラズマ中で洗浄し、次にアセトン、エタノール、および石鹸の超音波浴中に順に配置し、最後に窒素気流中で乾燥する。
2)続いて、導電性アノード層4を形成する、ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)でドーピングしたポリ(スチレンスルホネート)(PEDOT:PSS)のろ過物(フィルターサイズ5μm)の厚さ50nmの層を、ITO基材上にスピンコーティングする(加速度 3000rpm/秒、最大速度 5000rpm、コーティング時間 60秒)。スピンコーティング後、デバイスに、例えば120℃にて15分間の加熱を施し、その後、ガラス/ITO/PEDOT:PSSデバイスを、次に窒素グローブボックスへ移す(水分および酸素含有量1ppm未満)。
3)第二の導電性アノード層4として、ろ過し(例:フィルターサイズ0.45μm)、ドーピングしたPANI溶液(溶媒2−ブタノン)による厚さ30nmの層をスピンコーティングし(例:加速度 3000rpm/秒、最大速度 5000rpm、コーティング時間 60秒)、続いて風乾する。
4)続いて、ろ過した(フィルターサイズ 例:0.45μm)アセトニトリル中のNH4 +BF4 −溶液(0.5mg/5mL)からの中間適合層xを、第二の導電性アノード層4上にスピンコーティングし(例:加速度 3000rpm/秒、最大速度 5000rpm、コーティング時間 60秒)、厚さが少なくとも1nmである塩層xを形成する。
5)中間適合層x上に、活性層3として作用する厚さ30nmのシアニン層(CyP、1,1’−ジエチル−3,3,3’,3’−テトラメチルカルボシアニンヘキサフルオロホスフェート)を、例えば100mgシアニン色素/12mLテトラフルオロプロパノールのろ過した溶液(フィルターサイズ0.45μm)からスピンコーティングする(例:加速度 3000rpm/秒、最大速度 5000rpm、コーティング時間 60秒)。
6)前述の工程の後、デバイスを真空中(例:約3×10−6ミリバール)に少なくとも2時間保持し、その後、活性層3上にアクセプター層2として作用する厚さ40nmのC60層を昇華させる。
7)C60の保護のために、厚さがおよそ2.5nmのAlq3のバリア層を、アクセプター層2上に昇華させる。
8)最後に、少なくとも例えば60nmのアルミニウムの厚いカソード層1を、表面接触部として熱蒸着し、デバイスに異なる活性領域を提供する。均一な真空蒸着の結果を得るために、真空蒸着の間、デバイスを回転させる(2rpm)。
0 有機太陽電池
1 カソード層
2 (有機)アクセプター層
3 (有機)ドナー層
4 導電性アノード層
5 基材層
x 中間適合層
1 カソード層
2 (有機)アクセプター層
3 (有機)ドナー層
4 導電性アノード層
5 基材層
x 中間適合層
Claims (14)
- カソード層(1)と、アクセプター層(2)と、ドナー層(3)と、導電性アノード層(4)と、基材層(5)とがこの順で積層され、少なくとも1つの有機または無機中間適合層(x)が、少なくとも2つの隣接して配置された層(1、2、3、4、5)の間のヘテロ接合界面に配置された多層有機薄膜太陽電池(0)であって、
前記中間適合層(x)が、無機塩または有機塩、特に、NH4BF4、NaClO4、LiClO4、NaBF4、R4NBF4、NH4ClO4、R4NClO4(式中、Rは、いずれかのアルキル基を表す)、さらにはシアニン塩からなる群のいずれかの塩を含んでなることを特徴とする、多層有機薄膜太陽電池(0)。 - 前記中間適合層(x)が、サルフェート、ハライド、ナイトレート、カーボネート、ホスフェート、ボレート、パークロレート、またはスルホン酸アニオン、カルボン酸アニオン、もしくは硫酸アニオンから成る有機成分からなるアニオンと、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウム、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、アルミニウム、アンモニウム、またはR4N(式中、Rは、いずれかの有機置換基を表す)からなるカチオンとからなる塩を含んでなることを特徴とする、請求項1に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)。
- 前記中間適合層(x)の厚さが、少なくとも、二単分子層の厚さに相当することを特徴とする、請求項1に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)。
- 前記中間適合層(x)の厚さが、1〜5ナノメートルの範囲であることを特徴とする、請求項1に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)。
- 前記導電性アノード層(4)が、PEDOT:PSS、ドーピングされたポリアニリン、ドーピングされたポリピロール、ドーピングされたポリチオフェン、ドーピングされたポリ−p−フェニレン、ドーピングされたポリビニル−カルバゾール、およびこれらの配合物、の少なくとも1つを含んでなることを特徴とする、請求項1に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)。
- 前記基材層(5)が、酸化インジウムスズ(ITO)ガラス、Ga−In−O複合体、Zn−In−O複合体、またはNiO、カーボンナノチューブ、グラフェン、支持基体上の金属グリッド、支持基体上のPEDOT:PSS、の少なくとも1つを含んでなることを特徴とする、請求項1に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)。
- 前記アクセプター層(2)が、フラーレン(例えばC60)、フラーレンの混合物、および/または種々のフラーレン誘導体、および/またはシアニン色素、および/またはアントラキノン、および/またはペリレン誘導体などの高い電子親和性を有する有機分子を含んでなることを特徴とする、請求項1に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)。
- 前記活性層(3)が、シアニン色素を含んでなることを特徴とする、請求項1に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)。
- 前記カソード層(1)がアルミニウムを含んでなり、前記アクセプター層(2)がC60分子を含んでなり、前記活性層(3)がシアニンを含んでなり、前記導電性アノード層(4)がポリアニリン、PEDOT:PPS、またはポリアニリンとPEDOT:PSSとの組み合わせを含んでなり、かつ、前記中間適合層(x)が前記ドナー層(3)と前記導電性アノード層(4)との間に挿入されていることを特徴とする、請求項1に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)。
- 前記太陽電池(0)が、
厚さ5nm超の導電性アノード層(4)と、
厚さ1〜5ナノメートルの隣接する中間適合層(x)と、
厚さ50nm未満の隣接する活性層(3)と、
前記活性層に続く、厚さ30nmから100nmのアクセプター層(2)と、
を含んでなり、
前記アクセプター層(2)が60nm超の厚さのカソード層(1)によって被覆されていることを特徴とする、請求項1に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)。 - バリア層、特に、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム(Alq3)、またはフッ化リチウム(LiF)からなるバリア層が、前記アクセプター層(2)と前記カソード層(1)との間に適用されることを特徴とする、請求項1に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)。
- 請求項1〜11のいずれか一項に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)を製造する方法であって、
a)導電性アノード層(4)を前記基材層(5)上にコーティングし、続いて、
b)無機塩または有機塩を含む前記中間適合層(x)を、前記導電性アノード層(4)上にコーティングし、続いて、
c)前記中間適合層(x)を被覆する前記活性層(3)をコーティングし、続いて、
d)前記活性層(3)上に前記アクセプター層(2)の堆積を行い、続いて、
e)前記カソード層(1)を堆積させる、
連続コーティングプロセスであることを特徴とする、方法。 - 前記コーティングプロセス工程a)、b)、およびc)が、周囲条件下で実施され、一方前記コーティングプロセス工程d)およびe)が、真空条件下で実施されることを特徴とする、請求項12に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)を作製するための方法。
- 前記コーティング工程b)が、コーティング工程c)および/またはコーティング工程d)に続いて適用されてよいことを特徴とする、請求項12または13のいずれか一項に記載の多層有機薄膜太陽電池(0)を作製するための方法。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CH01475/09 | 2009-09-24 | ||
CH14752009 | 2009-09-24 | ||
PCT/EP2010/063868 WO2011036145A1 (en) | 2009-09-24 | 2010-09-21 | Multi layer organic thin film solar cell |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2013506278A true JP2013506278A (ja) | 2013-02-21 |
Family
ID=41393599
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012530242A Withdrawn JP2013506278A (ja) | 2009-09-24 | 2010-09-21 | 多層有機薄膜太陽電池 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120266960A1 (ja) |
EP (1) | EP2481104A1 (ja) |
JP (1) | JP2013506278A (ja) |
CN (1) | CN102598334A (ja) |
WO (1) | WO2011036145A1 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2020085342A1 (ja) * | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 国立大学法人東京大学 | 導電性ポリマー材料及びその製造方法、高分子膜及びその製造方法、導電性高分子膜、光電変換素子並びに電界効果トランジスタ |
US11114623B2 (en) | 2015-04-27 | 2021-09-07 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Organic salts for high voltage organic and transparent solar cells |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102280589B (zh) * | 2011-09-08 | 2014-08-27 | 深圳市创益科技发展有限公司 | 一种有机太阳能电池及其制备方法 |
US8994014B2 (en) * | 2012-06-06 | 2015-03-31 | Saudi Basic Industries Corporation | Ferroelectric devices, interconnects, and methods of manufacture thereof |
CN104969099A (zh) | 2012-09-26 | 2015-10-07 | 8797625加拿大有限公司 | 多层光干涉滤片 |
CN104037341A (zh) * | 2013-03-05 | 2014-09-10 | 海洋王照明科技股份有限公司 | 有机电致发光器件及其制备方法 |
CN103346259B (zh) * | 2013-07-01 | 2016-01-20 | 苏州大学 | 一种有机太阳能电池 |
CN103531711B (zh) * | 2013-10-27 | 2016-05-11 | 中国乐凯集团有限公司 | 一种双结有机太阳能电池 |
CN104201286B (zh) * | 2014-09-19 | 2017-11-24 | 厦门惟华光能有限公司 | 一种有机太阳能电池及其制备方法 |
CN104766926A (zh) * | 2015-04-10 | 2015-07-08 | 电子科技大学 | 基于三层给体层的有机薄膜太阳能电池及其制备方法 |
Family Cites Families (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AT411306B (de) * | 2000-04-27 | 2003-11-25 | Qsel Quantum Solar Energy Linz | Photovoltaische zelle mit einer photoaktiven schicht aus zwei molekularen organischen komponenten |
US6551725B2 (en) * | 2001-02-28 | 2003-04-22 | Eastman Kodak Company | Inorganic buffer structure for organic light-emitting diode devices |
DE60132450T2 (de) | 2001-09-04 | 2008-04-17 | Sony Deutschland Gmbh | Solarzelle und Herstellungsmethode |
US6806491B2 (en) * | 2002-04-03 | 2004-10-19 | Tsinghua University | Organic light-emitting devices |
US20050217722A1 (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-06 | Takahiro Komatsu | Organic photoelectric conversion element and method of producing the same, organic photodiode and image sensor using the same, organic diode and method of producing the same |
KR101312269B1 (ko) * | 2007-01-05 | 2013-09-25 | 삼성전자주식회사 | 고분자 태양전지 및 그의 제조방법 |
DE102007009995A1 (de) * | 2007-03-01 | 2008-09-04 | Hahn-Meitner-Institut Berlin Gmbh | Organische Solarzelle |
CN101483221B (zh) * | 2009-01-20 | 2012-03-28 | 华南理工大学 | 聚合物本体异质结太阳电池及其制备方法 |
-
2010
- 2010-09-21 WO PCT/EP2010/063868 patent/WO2011036145A1/en active Application Filing
- 2010-09-21 JP JP2012530242A patent/JP2013506278A/ja not_active Withdrawn
- 2010-09-21 US US13/497,554 patent/US20120266960A1/en not_active Abandoned
- 2010-09-21 CN CN201080042737XA patent/CN102598334A/zh active Pending
- 2010-09-21 EP EP10755175A patent/EP2481104A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11114623B2 (en) | 2015-04-27 | 2021-09-07 | Board Of Trustees Of Michigan State University | Organic salts for high voltage organic and transparent solar cells |
WO2020085342A1 (ja) * | 2018-10-22 | 2020-04-30 | 国立大学法人東京大学 | 導電性ポリマー材料及びその製造方法、高分子膜及びその製造方法、導電性高分子膜、光電変換素子並びに電界効果トランジスタ |
JP7464987B2 (ja) | 2018-10-22 | 2024-04-10 | 国立大学法人 東京大学 | 導電性ポリマー材料及びその製造方法、光電変換素子並びに電界効果トランジスタ |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2011036145A1 (en) | 2011-03-31 |
CN102598334A (zh) | 2012-07-18 |
US20120266960A1 (en) | 2012-10-25 |
EP2481104A1 (en) | 2012-08-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2013506278A (ja) | 多層有機薄膜太陽電池 | |
US10193092B2 (en) | Systems and methods for scalable perovskite device fabrication | |
Li et al. | Surface passivation of perovskite solar cells toward improved efficiency and stability | |
US9082992B2 (en) | Hybrid organic solar cell with perovskite structure as absorption material and manufacturing method thereof | |
JP5488595B2 (ja) | 有機光電変換素子 | |
EP2984690B1 (en) | Organic photosensitive devices with exciton-blocking charge carrier filters | |
US20120118368A1 (en) | Method for Increasing the Efficiency of Organic Photovoltaic Cells | |
EP2348556A1 (en) | Organic thin-film solar cell | |
WO2006130717A2 (en) | Effective organic solar cells based on triplet materials | |
Mabrouk et al. | Synergistic engineering of hole transport materials in perovskite solar cells | |
KR20070067861A (ko) | 광전변환 소자 | |
KR20160047571A (ko) | 다중의 용액 가공된 층을 지닌 유기 전자 디바이스 | |
JP2016532300A (ja) | 有機光起電力技術におけるバッファ層の励起子阻止処理 | |
JP5673343B2 (ja) | 有機光電変換素子およびその製造方法 | |
Haider et al. | Nickel phthalocyanine as an excellent hole-transport material in inverted planar perovskite solar cells | |
JP5862189B2 (ja) | 有機光電変換素子およびこれを用いた太陽電池 | |
US11744089B2 (en) | Multijunction organic photovoltaics incorporating solution and vacuum deposited active layers | |
Benten et al. | Design of Multilayered Nanostructures and Donor–Acceptor Interfaces in Solution‐Processed Thin‐Film Organic Solar Cells | |
Hu et al. | Recent advances of carbon nanotubes in perovskite solar cells | |
JP5375066B2 (ja) | 有機光電変換素子の製造方法、及び有機光電変換素子 | |
Muhammad | Design approaches to improve organic solar cells | |
WO2012160911A1 (ja) | 有機発電素子 | |
JP5608040B2 (ja) | 有機光電変換素子 | |
US20160379762A1 (en) | Photoelectric conversion element | |
Sheibani et al. | Conjugated Polymer for Charge Transporting Applications in Solar Cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20131203 |