JP2014027224A - Organic thin-film solar cell and method of manufacturing the same - Google Patents
Organic thin-film solar cell and method of manufacturing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014027224A JP2014027224A JP2012168603A JP2012168603A JP2014027224A JP 2014027224 A JP2014027224 A JP 2014027224A JP 2012168603 A JP2012168603 A JP 2012168603A JP 2012168603 A JP2012168603 A JP 2012168603A JP 2014027224 A JP2014027224 A JP 2014027224A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- solar cell
- electron
- organic thin
- thin film
- film solar
- 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
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
-
- 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
Abstract
Description
本発明は有機薄膜太陽電池とその製造方法に関し、特に、電子供与物質と電子受容物質が混合されて形成されたバルクヘテロ接合層を発電層とする有機薄膜太陽電池とその製造方法に関する。 The present invention relates to an organic thin film solar cell and a manufacturing method thereof, and more particularly to an organic thin film solar cell using a bulk heterojunction layer formed by mixing an electron donating substance and an electron accepting substance as a power generation layer and a manufacturing method thereof.
有機薄膜太陽電池は、低い製造コスト、軽量性、フレキシブル化可能性などの特徴から、より利便性の高い太陽電池として期待されている。すなわち、有機薄膜太陽電池は従来の太陽電池と異なり、ロール・ツウ・ロール工程などの印刷によって作製することが可能となるため、低コスト化や軽量・フレキシブル化などの従来太陽電池に出せない特性が期待されている。そのため、有機薄膜太陽電池はフィルム太陽電池やフォトセンサーシート等への利用も期待されている。 Organic thin-film solar cells are expected to be more convenient solar cells because of their low manufacturing cost, light weight, and flexibility. In other words, unlike conventional solar cells, organic thin-film solar cells can be produced by printing such as roll-to-roll process, etc., and characteristics that cannot be achieved with conventional solar cells such as low cost, light weight, and flexibility. Is expected. Therefore, the organic thin film solar cell is expected to be used for a film solar cell, a photo sensor sheet, and the like.
また、有機薄膜太陽電池の高効率化には、狭バンドギャップ共役高分子の開発(特許文献1参照)による光吸収強度の増大などで、変換効率が10%を超えるものまで報告されており、今後のさらなる変換効率の増大が期待されている。 In addition, to increase the efficiency of organic thin-film solar cells, it has been reported that the conversion efficiency exceeds 10% due to the increase in light absorption intensity due to the development of narrow band gap conjugated polymer (see Patent Document 1), Future increases in conversion efficiency are expected.
有機薄膜太陽電池の発電原理は有機ELと同様にダイオードとしての機能発現に起因しているため、正孔と電子の整流性を確保することが高性能化にとって重要である。例えば、正孔輸送の整流性を確保するために酸化ニッケル薄膜等の電子ブロック層を正極近傍に設置する方法や(特許文献2参照)、電子輸送の整流性を確保するために正孔ブロック層を設置する方法(特許文献3、4参照)などが知られている。
Since the principle of power generation of the organic thin-film solar cell is due to the function manifestation as a diode as in the case of the organic EL, it is important for improving the performance to ensure the rectification of holes and electrons. For example, a method of installing an electron blocking layer such as a nickel oxide thin film near the positive electrode in order to ensure the rectifying property of hole transport (see Patent Document 2), or a hole blocking layer in order to ensure the rectifying property of electron transport There are known methods (see
このように有機薄膜太陽電池の高効率化に関しては、半導体のバンドギャップを制御して、光吸収波長を拡張する方法や、一方の電荷をブロックして、他方の電荷のみ取り出す薄膜を電極付近に設置して整流性を確保する方法がある。 As described above, in order to improve the efficiency of the organic thin film solar cell, a method of extending the light absorption wavelength by controlling the band gap of the semiconductor, or a thin film that blocks one charge and extracts only the other charge is located near the electrode. There is a method to ensure rectification by installing.
有機薄膜太陽電池の変換効率を高めるためには、電荷輸送の整流性を高めることが重要である。そこで、本発明では、有機薄膜太陽電池の整流性を高めるために、有機薄膜太陽電池の内部におけるエネルギーレベルの最適化を図ることとした。従来の有機薄膜太陽電池では、このような配慮が不十分であった点を改善する。また、これまで用いられた正孔ブロック層はエネルギー準位が4.0eV付近の材料が大多数であり、適用できる材料が限られている問題があった。 In order to increase the conversion efficiency of the organic thin film solar cell, it is important to improve the charge transport rectification. Therefore, in the present invention, in order to improve the rectification property of the organic thin film solar cell, the energy level in the organic thin film solar cell is optimized. In the conventional organic thin film solar cell, the point which such consideration was insufficient is improved. In addition, the hole blocking layer used so far has a large number of materials whose energy levels are around 4.0 eV, and there is a problem that applicable materials are limited.
そこで、本発明は、有機薄膜太陽電池の内部におけるエネルギーレベルの最適化を目的としており、そのための構成材料の選定を目的としている。 Therefore, the present invention aims at optimizing the energy level inside the organic thin film solar cell, and aims at selecting a constituent material therefor.
有機薄膜太陽電池においては、ダイオードの整流性を確保するために、正孔ブロック層の電子親和力の絶対値は発電層である混合層を構成する電子受容物質の電子親和力の絶対値よりも大きく、すなわち電子親和力が階段状になることが望ましい。このように、正孔ブロック層の電子親和力の絶対値が発電混合層に含まれる電子受容物質の電子親和力の絶対値よりも大きな値を持つ、すなわち電子親和力が階段状に設けられ、整流性を高めるためには、さまざまな電子親和力を有する半導体を得ることが重要である。 In the organic thin film solar cell, in order to ensure the rectification of the diode, the absolute value of the electron affinity of the hole blocking layer is larger than the absolute value of the electron affinity of the electron accepting material constituting the mixed layer as the power generation layer, That is, it is desirable that the electron affinity has a stepped shape. In this way, the absolute value of the electron affinity of the hole blocking layer has a value larger than the absolute value of the electron affinity of the electron accepting material contained in the power generation mixed layer, that is, the electron affinity is provided in a step shape, and the rectifying property is improved. In order to increase it, it is important to obtain semiconductors having various electron affinities.
これを可能にする手段として、電子受容性半導体および正孔ブロック層のうちの少なくとも一方がI−III−VI族系の化合物半導体材料を用いることを挙げることができる。I−III−VI族系の化合物半導体材料は元素組成によって容易に電子親和力を制御することが可能であり、種々の値を得ることができる。このように電子親和力を制御することによって、整流性が高まって光電変換効率の増大した有機薄膜太陽電池を得ることが可能となる。 As means for enabling this, it is possible to use a compound semiconductor material in which at least one of the electron-accepting semiconductor and the hole blocking layer is a group I-III-VI group. The compound semiconductor material of the I-III-VI group can easily control the electron affinity depending on the element composition, and various values can be obtained. By controlling the electron affinity in this way, it becomes possible to obtain an organic thin-film solar cell with improved rectification and increased photoelectric conversion efficiency.
すなわち、本発明の有機薄膜太陽電池では、以下の(1)から(4)までの構成を有することを特徴としている。
(1)正極と負極の間に、電子供与物質と電子受容物質の混合層からなる発電層(バルクヘテロ接合層)が設けられ、
(2)前記発電層と負極の間に正孔ブロック層が設けられ、
(3)前記発電層の電子受容物質および正孔ブロック層のうちの少なくとも一方がI−III−VI族系の無機化合物半導体であり、
(4)前記正孔ブロック層の電子親和力の絶対値が、前記電子受容物質の電子親和力の絶対値よりも大きく、電子陰性度が大きい。
That is, the organic thin film solar cell of the present invention is characterized by having the following configurations (1) to (4).
(1) A power generation layer (bulk heterojunction layer) composed of a mixed layer of an electron donating substance and an electron accepting substance is provided between the positive electrode and the negative electrode,
(2) A hole blocking layer is provided between the power generation layer and the negative electrode,
(3) At least one of the electron-accepting material and the hole blocking layer of the power generation layer is an I-III-VI group inorganic compound semiconductor,
(4) The absolute value of the electron affinity of the hole blocking layer is larger than the absolute value of the electron affinity of the electron accepting substance, and the electron negativity is large.
また、本発明の有機薄膜太陽電池に対しては、種々の製造方法が採用できるが、特に本発明では、I−III−VI族系の化合物半導体の微粒子が溶媒中に分散された溶液を塗布することによって、前記混合層に含まれる電子受容性半導体および前記正孔ブロック層の少なくとも一方を成膜することを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法を提供する。 In addition, various manufacturing methods can be adopted for the organic thin film solar cell of the present invention. In particular, in the present invention, a solution in which fine particles of a group I-III-VI group compound semiconductor are dispersed in a solvent is applied. By doing so, at least one of the electron-accepting semiconductor and the hole-blocking layer contained in the mixed layer is formed, and a method for producing an organic thin-film solar cell is provided.
本発明によれば、発電層となる混合層の電子受容性半導体と正孔ブロック層との接合でのエネルギーレベルの階段状の構成による最適化の効果によって、従来の有機薄膜太陽電池と比較して、整流性が高まり、高効率の有機薄膜太陽電池を作製可能である。 According to the present invention, compared with the conventional organic thin-film solar cell, the effect of optimization by the energy level step structure at the junction between the electron-accepting semiconductor of the mixed layer serving as the power generation layer and the hole blocking layer is achieved. Thus, the rectifying property is improved, and a highly efficient organic thin-film solar cell can be manufactured.
以下、本発明の実施例を図面によって説明する。なお、以下に説明する実施例は実施形態を説明する代表例であって、これら実施例で本発明の構成が何ら制限されるものではない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the Example described below is a representative example for explaining the embodiment, and the configuration of the present invention is not limited at all by these Examples.
実施例1では、電子受容物質と正孔ブロック層にI−III−VI族系からなる化合物半導体を適用した有機薄膜太陽電池(OPV)について、図1を用いて説明する。 In Example 1, an organic thin film solar cell (OPV) in which a compound semiconductor composed of a group I-III-VI group is applied to an electron accepting material and a hole blocking layer will be described with reference to FIG.
図1は本発明の実施例を分かり易く説明するための有機薄膜太陽電池の断面模式図の一例であり、本発明の実施例の有機薄膜太陽電池の断面構造を概念的に説明する模式図である。特に、発電混合層106の電子受容性半導体物質105は微粒子が二次凝集して連なった様子を模式的に示している。
FIG. 1 is an example of a schematic cross-sectional view of an organic thin-film solar cell for easy understanding of an embodiment of the present invention, and is a schematic diagram conceptually illustrating a cross-sectional structure of an organic thin-film solar cell of an embodiment of the present invention. is there. In particular, the electron-accepting
図1において、基板101上に正極である第一の電極が設けられ、その上に正孔輸送層102が設けられ、その上に電子供与性半導体物質と電子供与性半導体物質によるバルクヘテロ接合が形成された発電混合層106が設けられている。発電混合層106上には、正孔ブロック層107、負極である第二の電極108が設けられ、有機薄膜太陽電池100が構成されている。
In FIG. 1, a first electrode which is a positive electrode is provided on a
基板101側から入射した光は発電混合層で吸収されて正孔と電子のペアが生成される。内部電界によって、例えば正極101と負極108の仕事関数が異なるようにすると、正極と負極の電位差によって電子は電子供与性半導体物質の経路を経て負極に輸送され、正孔は電子供与性半導体物質の経路を経て正極に到達し、光電流が流れる。
Light incident from the
有機薄膜太陽電池100の基板101は、基板101の側から光の入射があるとすると、光透過性が確保されていれば特に制限は無く、青板ガラスや白板ガラスといったガラス基板や、ポリエチレンテレフタレートやポリエチレンナフタレートをはじめとするプラスチック基板や透明性樹脂フィルムであってもよい。次に基板101に接する形で透明電極102を設置する。透明電極102は光透過性とOPVの性能を確保するシート抵抗があればよく、たとえばスズドープした酸化インジウムITOなどをイオンプレーティング法をはじめとする既存の方法で設置することができる。この時、内部抵抗がOPVの性能に影響を与えないシート抵抗30Ω/□以下を実現するために厚さは0.05〜0.50μmの範囲が望ましい。
The
もちろん、第二の電極(負極)の側から光を入射させる場合は、基板101と第一の電極(正極)102は金属等の不透明材料から構成し、第二の電極(負極)が透明電極とされても良い。
Of course, when light is incident from the second electrode (negative electrode) side, the
透明電極102上に正孔輸送層103を設置する。正孔輸送層はOPVで発電した際の正孔のみを輸送し、電子をブロックする役割を持つ。正孔輸送層は導電性と透明電極102の仕事関数よりも低い準位にフェルミ準位に相当する最大占有分子軌道(Highest Occupied Molecular Orbital,HOMO)を有するものであれば特に制限はなく、たとえばPEDOT−PSS(アルドリッチ製)等を用いることができる。
A
発電層である混合層106は、入射光のエネルギーを電気エネルギーに変換する部位であり、電子供与性半導体(P型半導体)材料104と電子受容性半導体(N型半導体)材料105とを混合し、バルクヘテロ接合が内部に構成されている層である。
The mixed
発電層である混合層106の電子供与性半導体104は共役高分子やフタロシアニン、インジゴ、チオインジゴ系顔料、キナクリドン系顔料、メロシアニン化合物、シアニン化合物、スクアリウム化合物、多環芳香族化合物、また有機電子写真感光体に用いられる電荷移動剤、電気伝導性有機電荷移動錯体などの低分子有機半導体を特に制限なく使用することができる。共役高分子は、たとえばPoly−3−Hexylthiophene(P3HT)やpoly(2−methoxy−5−(3‘7’−dimethyloctyloxy)1,4−phenylenevinylene(MDMO−PPV)などを用いることができる。
The electron-donating
上述のフタロシアニン系低分子有機半導体としては、中心金属がCu、Zn、Co、Ni、Pb、Pt、Fe、Mgなどの2価のもの、無金属フタロシアニン、アルミニウムクロロフタロシアニン、インジウムクロロフタロシアニン、ガリウムクロロフタロシアニンなどのハロゲン原子が配位した3価金属のフタロシアニン、その他、バアナジルフタロシアニン、チタニルフタロシアニンなどの酸素が配位したフタロシアニンなどがあるが、これらに限定するものではない。 As the above-mentioned phthalocyanine-based low-molecular organic semiconductors, the central metal is divalent such as Cu, Zn, Co, Ni, Pb, Pt, Fe, Mg, metal-free phthalocyanine, aluminum chlorophthalocyanine, indium chlorophthalocyanine, gallium chloro Examples include, but are not limited to, trivalent metal phthalocyanines coordinated with halogen atoms such as phthalocyanine, and other phthalocyanines coordinated with oxygen such as baanadyl phthalocyanine and titanyl phthalocyanine.
電子受容性半導体105はI−III−VI族系の化合物半導体を用いる。I族元素としては銅、銀、アルミニウムなどを用いることができる。III族元素としてはインジウム、ガリウム等を用いることができ、VI族元素としては硫黄、セレン、テルル等を用いることができる。一例として、CuxInySz、AgxInySz、AlxInySz(x、y、zはそれぞれ組成を表す任意の数値)といったI族元素を変化させた組成やCuxInyGa(1−y)Sz(x、y、zはそれぞれ組成を表す任意の数値)といった4元系化合物などを挙げることができる。
As the electron-accepting
I−III−VI族系の化合物半導体は元素組成によって電子親和力を変えることが可能である。I族元素とIII族元素の組成比(I族元素/III族元素)を0.7から0.9の間で変えることによって、発電層の電子受容性半導体として最適な電子親和力が得られる。III族元素の比率が増えると、電子親和力の絶対値が大きくなる。しかし、組成比(I族元素/III族元素)が0.9より大きいと、P型化されて電子受容性半導体としての機能が損なわれ、また0.7より小さいと相分離が生じる可能性が高いので、0.7以上0.9以下が好ましい。 The electron affinity of the I-III-VI group compound semiconductor can be changed depending on the elemental composition. By changing the composition ratio of the group I element and group III element (group I element / group III element) between 0.7 and 0.9, the optimum electron affinity as the electron-accepting semiconductor of the power generation layer can be obtained. As the ratio of group III elements increases, the absolute value of electron affinity increases. However, if the composition ratio (Group I element / Group III element) is larger than 0.9, the function as an electron-accepting semiconductor is impaired due to P-type, and if it is smaller than 0.7, phase separation may occur. Therefore, 0.7 or more and 0.9 or less are preferable.
I−III−VI族系の化合物半導体からなる電子受容性半導体105の製造方法は種々知られているが、電子供与性半導体104と混合するために微粒子状に合成するのが望ましいが、特に制限は無い。微粒子状に構成することによって、発電混合層106内に入射した光が散乱され易く、光電変換効率の向上に寄与できる。特に電子受容性半導体材料の微粒子は発電混合層内部で二次凝集し相互接触しているのでなおさら内部散乱の効果が得られる。一方、発電混合層内で電子受容性半導体材料は電子供与性半導体材料に接触して、あるいはくるまれてバルクヘテロ接合を作らなければならないので、その微粒子のサイズとしては、バルクヘテロ接合を広い面積で形成する点で50nm以下が望ましい。
Various methods for producing an electron-accepting
一例として硫化ナトリウムと金属塩との反応で形成する方法について説明する。コア部分の微粒子合成はたとえばヨウ化インジウム(III)と硫化ナトリウムをメタノール中で混合することによって、式(1)に示す反応でコア微粒子が形成できる。 As an example, a method of forming by reaction of sodium sulfide with a metal salt will be described. In the fine particle synthesis of the core portion, for example, indium (III) iodide and sodium sulfide are mixed in methanol, thereby forming the core fine particles by the reaction shown in the formula (1).
(式1)
0.9CuI + InI3 + 2Na2S → Cu0.9In1.0S2.0 + 2NaI
生成したCu0.9In1.0S2.0微粒子はメタノールなどのアルコールで洗浄、遠心分離による微粒子沈殿を繰り返すことによって精製することができる。他に、ジチオカルバメート誘導体の熱分解を利用した形成方法やソルボサーマル法を利用した形成法などが挙げられるが、いずれの方法でも本発明を実施する微粒子を合成することが可能である。このように精製した電子受容性半導体材料105は電子供与性半導体材料104を溶解した溶媒中に分散され、その分散液をスピンコート等の方法で塗布し混合膜106を作製することができる。混合膜106の膜厚は0.01μmから0.50μmの範囲が適当であり、さらに好ましくは0.05μmから0.30μmの範囲であると太陽電池の性能が適切に発揮できる。
(Formula 1)
0.9 CuI + InI 3 + 2Na 2 S → Cu 0.9 In 1.0 S 2.0 + 2NaI
The produced Cu0.9In1.0S2.0 fine particles can be purified by washing with alcohol such as methanol and repeating fine particle precipitation by centrifugation. Other examples include a formation method using thermal decomposition of a dithiocarbamate derivative and a formation method using a solvothermal method, and any method can synthesize fine particles for carrying out the present invention. The electron-accepting
こうして膜形成された電子受容性半導体物質105と電子供与性半導体物質104の混合物にあっては、電子受容性半導体物質の混合比が50%以上であることが望ましい。これにより、電子受容性半導体物質が電子供与性半導体物質にくるまれて好適なバルクヘテロ接合が膜内全体に形成されると共に、電子受容性半導体物質の相互接触あるいは二次凝集により、正孔ブロック層を経て負極に至る電子輸送経路が確保されて、整流性の向上に寄与できる。
In the mixture of the electron-accepting
実施例1では正孔ブロック層107としてI−III−VI族系の化合物半導体を用いる。正孔ブロック層107の電子親和力Ea2と電子供与性半導体104の電子親和力Ead、および電子受容性半導体105の電子親和力Eaaの絶対値の関係を図2に示す。電子輸送をロスなく行うためには、電子受容性半導体105の電子親和力の絶対値より、正孔ブロック層107の電子親和力の絶対値の方が大きい必要がある。I−III−VI族系の化合物半導体は元素組成を変えることによって、電子親和力の制御が可能となる。
In Example 1, an I-III-VI group compound semiconductor is used as the
上述したごとく、I族元素とIII族元素の組成比(I族元素/III族元素)を0.7から0.9の間で変えることによって、電子輸送をロスなく行うための正孔ブロック層として最適な電子親和力が得られる。III族元素の比率が増えると、電子親和力の絶対値が大きくなる。しかし、0.9より大きいと、P型化されて電子受容性半導体としての機能が損なわれ、また0.7より小さいと相分離が生じる可能性が高いので、0.7以上0.9以下が好ましい。 As described above, the hole blocking layer for performing electron transport without loss by changing the composition ratio of the group I element and group III element (group I element / group III element) between 0.7 and 0.9. As a result, an optimum electron affinity can be obtained. As the ratio of group III elements increases, the absolute value of electron affinity increases. However, if it is larger than 0.9, it becomes P-type and the function as an electron-accepting semiconductor is impaired, and if it is smaller than 0.7, phase separation is likely to occur. Is preferred.
また、CuxInyGa(1−y)Sz(x,y,zは組成を表す数値)等の四元系化合物では、In、GaのIII族元素の組成変調によって電子親和力の制御ができる。電子親和力の制御の一例を図3に示す。 Further, in a quaternary compound such as CuxInyGa (1-y) Sz (x, y, z is a numerical value representing the composition), the electron affinity can be controlled by compositional modulation of group III elements of In and Ga. An example of electron affinity control is shown in FIG.
正孔ブロック層107の設置方法は電子受容性半導体105の合成法と同様に微粒子状に合成し、電子供与性半導体104を溶解しない溶媒に分散させた分散液を塗布することによって形成できる。電子供与性半導体104を溶解しない溶媒としては、例えばエタノール、メタノール、2−プロパノールなどの種々のアルコール系溶媒などを挙げることができる。
The
正孔ブロック層内を微粒子状物質で構成することによって、発電混合層106を透過した光が正孔ブロック層で反射されて発電混合層に戻り易く、光電変換効率の向上に寄与できる。特に正孔ブロック層内の微粒子は内部で二次凝集し相互接触しているのでなおさら散乱反射の効果が得られる。この観点で、その微粒子のサイズとしては、有効散乱反射の点で200nm以上、500nm以下が望ましい。なお、微粒子が二次凝集したサイズが200nm以上、で500nm以下であっても良い。
By forming the inside of the hole blocking layer with a particulate substance, the light transmitted through the power generation
また、負極である第2の電極108は、混合層106中に発生した電子を効率よく収集するための電極であり、第2の電極108の材料としては、仕事関数の小さい金属及び合金を用いることが好ましく、LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)準位との差が大きくなりすぎないように仕事関数が1.9eV以上5eV以下のものを用いるのが好ましい。このような第2の電極108の材料としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類など、およびこれらと他の金属との合金、例えばナトリウム、ナトリウム−カリウム合金、リチウム、マグネシウム、マグネシウム−銀混合物、マグネシウム−インジウム混合物、アルミニウム−リチウム合金などを挙げることができる。またアルミニウムも用いることができる。また、上述の負電極108は、真空蒸着法、スパッタ法、塗布法などによって形成すればよい。
The
以下、上記実施するための形態に基づいて、電子受容性半導体および正孔ブロック層にI−III−VI族系の化合物半導体微粒子を用いた有機薄膜太陽電池の作製方法について具体的に説明する。 Hereinafter, based on the form for carrying out the above, a method for producing an organic thin film solar cell using I-III-VI group compound semiconductor fine particles for the electron-accepting semiconductor and the hole blocking layer will be specifically described.
厚さ0.7mmの無アルカリガラスに0.3μmのスズドープした酸化インジウムITOをスパッタリング法で成膜した基板を用意した。ITO表面をアセトン、エタノール、中性洗剤、純水の順に洗浄した後、オゾン洗浄装置によって処理した。 A substrate was prepared by depositing 0.3 μm tin-doped indium oxide ITO on a non-alkali glass having a thickness of 0.7 mm by a sputtering method. The ITO surface was washed with acetone, ethanol, neutral detergent, and pure water in this order, and then treated with an ozone cleaner.
洗浄後の基板にPEDOT−PSS(アルドリッチ製)をスピンコート法によって、厚さ40nmで成膜した。 PEDOT-PSS (manufactured by Aldrich) was formed into a film with a thickness of 40 nm on the cleaned substrate by spin coating.
成膜したPEDOT−PSS薄膜の上にP3HTとCu0.9In1.0S2.0の微粒子を重量比で1:4に混合したジクロロベンゼン溶液(濃度2wt%)をスピンコート法によって成膜した。このときの混合層の膜厚は250nmであった。 A dichlorobenzene solution (concentration 2 wt%) in which fine particles of P3HT and Cu 0.9 In 1.0 S 2.0 were mixed at a weight ratio of 1: 4 on the formed PEDOT-PSS thin film was formed by spin coating. Filmed. The thickness of the mixed layer at this time was 250 nm.
混合層の上にCu0.9In0.2Ga0.8S2.0の微粒子のエタノール分散液(濃度2wt%)をスピンコート法によって塗布して、厚さ40nmの正孔ブロック層を設けた。混合層の電子受容性半導体であるCu0.9In1.0S2.0の電子親和力の絶対値の3.4eVより、正孔ブロック層であるCu0.9In0.2Ga0.8S2.0の電子親和力の3.8eVが大きく、本発明の条件を満たしている。 On the mixed layer, an ethanol dispersion of Cu 0.9 In 0.2 Ga 0.8 S 2.0 fine particles (concentration 2 wt%) was applied by a spin coating method to form a 40 nm thick hole blocking layer. Provided. From the absolute value of electron affinity 3.4 eV of Cu 0.9 In 1.0 S 2.0 which is an electron-accepting semiconductor of the mixed layer, Cu 0.9 In 0.2 Ga 0. The electron affinity of 8 S 2.0 is 3.8 eV, which satisfies the conditions of the present invention.
さらにその上に第2の電極としてアルミニウムを厚さ0.1μmで加熱抵抗蒸着によって形成して、電子受容性半導体および正孔ブロック層にI−III−VI族系の化合物半導体微粒子からなる有機薄膜太陽電池を作製した。 Further, an organic thin film comprising aluminum as a second electrode having a thickness of 0.1 μm formed thereon by heating resistance vapor deposition, and comprising an electron-accepting semiconductor and a hole-blocking layer of I-III-VI group compound semiconductor fine particles A solar cell was produced.
このようにして作製した有機薄膜太陽電池100の短絡電流は7.50mA/cm3、開放電圧は1.02V、フィルファクター(FF)は0.54、光電変換効率は4.13%であった。実施例1で作製したセルの光電変換特性を下記の表1にまとめる。
The organic thin film
本実施例では、電子受容性半導体105としてフラーレン誘導体、正孔ブロック層107としてI−III−VI族系の化合物半導体を用いた有機薄膜太陽電池100を図1を用いて説明する。なお、実施例2において実施例1と相違点の無い部分は適宜説明を省略する。
In this embodiment, an organic thin-film
実施例2では電子受容性半導体205としてフラーレン誘導体を用いる。フラーレン誘導体としては例えば6,6‘−Phenyl−C61−Butyric acid Methyl ester (C61−PCBM)、6,6‘−Phenyl−C71−Butyric acid Methyl ester (C71−PCBM)、6,6‘−Phenyl−C61−Hexanoic acid Methyl ester (C61−PCHM)などを用いることができ、これらフラーレン誘導体はフラーレン単体分子と比較して溶解性に優れる。 In Example 2, a fullerene derivative is used as the electron-accepting semiconductor 205. As the fullerene derivatives, for example, 6,6′-Phenyl-C61-Butyric acid Methyl ester (C61-PCBM), 6,6′-Phenyl-C71-Butyric acid Methyl ester (C71-PCBM), 6,6′-Phenyl- C61-Hexanoic acid Methyl ester (C61-PCHM) or the like can be used, and these fullerene derivatives are excellent in solubility as compared with a fullerene single molecule.
以下、実施例2の有機薄膜太陽電池について、その作製方法を具体的に説明する。基板101、透明電極102、正孔輸送層103を実施例1と同様に作製した。その上に電子供与性半導体104としてP3HTと、電子受容性半導体105としてC61−PCBMを重量比1:0.8で混合したジクロロベンゼン溶液(濃度2wt%)をスピンコートして、混合層106を厚さ250nmで得た。
Hereinafter, the production method of the organic thin film solar cell of Example 2 will be specifically described. The
混合層106上にCu0.9Ga1.0S2.0からなるI−III−VI族系の化合物半導体微粒子のエタノール分散液(濃度2wt%)をスピンコートによって成膜し、正孔ブロック層107を形成した。Cu0.9Ga1.0S2.0の電子親和力の絶対値は4.0eVであり、C61−PCBMの電子親和力の絶対値である3.8eVよりも大きく、本発明の要件を満たしている。
An ethanol dispersion (concentration 2 wt%) of a compound semiconductor fine particle of I-III-VI group consisting of Cu 0.9 Ga 1.0 S 2.0 is formed on the
正孔ブロック層106の上に第2の電極としてアルミニウムを0.1μm抵抗加熱蒸着によって成膜し、有機薄膜太陽電池100を得た。
On the
このようにして作製した有機薄膜太陽電池200の短絡電流は8.90mA/cm3、開放電圧は0.65V、フィルファクター(FF)は0.58、光電変換効率は3.36%であった。実施例2で作製したセルの光電変換特性を表1にまとめる。 The organic thin film solar cell 200 thus fabricated had a short-circuit current of 8.90 mA / cm 3 , an open-circuit voltage of 0.65 V, a fill factor (FF) of 0.58, and a photoelectric conversion efficiency of 3.36%. . Table 1 summarizes the photoelectric conversion characteristics of the cell prepared in Example 2.
本実施例では、電子受容性半導体105としてI−III−VI族系の化合物半導体、正孔ブロック層107としてフラーレン誘導体を用いた有機薄膜太陽電池100を図1を用いて説明する。なお、実施例3において実施例1と相違点の無い部分は適宜説明を省略する。
In this embodiment, an organic thin film
以下、実施例3の有機薄膜太陽電池について、その作製方法を具体的に説明する。基板101、透明電極102、正孔輸送層103を実施例1と同様に作製した。その上に電子供与性半導体104としてP3HTと、電子受容性半導体105としてCu0.9In0.6Ga0.4S2.0を重量比1:3で混合したジクロロベンゼン溶液(濃度2wt%)をスピンコートして、混合層106を厚さ250nmで得た。
Hereinafter, the production method of the organic thin film solar cell of Example 3 will be specifically described. The
混合層106上にC61−PCBMのジクロロベンゼン溶液(濃度3wt%)をスピンコートによって成膜し、正孔ブロック層107を形成した。正孔ブロック層を構成するC61−PCBMの電子親和力の絶対値は3.8eVであり、電子受容性半導体Cu0.9In0.6Ga0.4S2.0の電子親和力の絶対値3.5eVよりも大きく、本発明の要件を満たしている。
A dichlorobenzene solution of C61-PCBM (concentration: 3 wt%) was formed on the
正孔ブロック層107の上に第2の電極108としてアルミニウムを0.1μm抵抗加熱蒸着によって成膜し、有機薄膜太陽電池100を得た。
On the
このようにして作製した有機薄膜太陽電池100の短絡電流は7.60mA/cm3、開放電圧は0.85V、フィルファクター(FF)は0.60、光電変換効率は3.88%であった。実施例3で作製したセルの光電変換特性を表1にまとめる。
The organic thin film
本比較例では、電子受容性半導体105と正孔ブロック層107に共にフラーレン誘導体を用いた有機薄膜太陽電池100を図1を用いて説明する。なお、比較例1において実施例1と相違点の無い部分は適宜説明を省略する。
In this comparative example, an organic thin film
以下、比較例1の有機薄膜太陽電池について、その作製方法を具体的に説明する。基板101、透明電極102、正孔輸送層103を実施例1と同様に作製した。その上に電子供与性半導体104としてP3HTと、電子受容性半導体105としてC61−PCBMを重量比1:0.8で混合したジクロロベンゼン溶液(濃度2wt%)をスピンコートして、混合層106を厚さ250nmで得た。
Hereinafter, the production method of the organic thin film solar cell of Comparative Example 1 will be specifically described. The
混合層106上にC61−PCBMのジクロロベンゼン溶液(濃度3wt%)をスピンコートによって成膜し、正孔ブロック層107を形成した。正孔ブロック層107の上に第2の電極108としてアルミニウムを0.1μm抵抗加熱蒸着によって成膜し、有機薄膜太陽電池100を得た。
A dichlorobenzene solution of C61-PCBM (concentration: 3 wt%) was formed on the
このようにして作製した有機薄膜太陽電池100の短絡電流は8.56mA/cm3、開放電圧は0.65V、フィルファクター(FF)は0.58、光電変換効率は3.23%であった。比較例1で作製したセルの光電変換特性を表1にまとめる。
The organic thin film
本比較例では、電子受容性半導体105にフラーレン誘導体、正孔ブロック層107にアモルファス酸化チタン薄膜を用いた有機薄膜太陽電池100を図1を用いて説明する。なお、比較例2において実施例1と相違点の無い部分は適宜説明を省略する。
In this comparative example, an organic thin film
以下、比較例2の有機薄膜太陽電池について、その作製方法を具体的に説明する。基板101、透明電極102、正孔輸送層103を実施例1と同様に作製した。その上に電子供与性半導体104としてP3HTと、電子受容性半導体105としてC61−PCBMを重量比1:0.8で混合したジクロロベンゼン溶液(濃度2wt%)をスピンコートして、混合層106を厚さ250nmで得た。
Hereinafter, the production method of the organic thin film solar cell of Comparative Example 2 will be specifically described. The
混合層106上にチタンテトライソプロポキシド(和光純薬製)をエタノールで200倍に希釈した溶液をスピンコートによって膜厚10nmになるように成膜し、正孔ブロック層107を形成した。正孔ブロック層107の上に第2の電極108としてアルミニウムを0.1μm抵抗加熱蒸着によって成膜し、有機薄膜太陽電池100を得た。
A
このようにして作製した有機薄膜太陽電池100の短絡電流は8.16mA/cm3、開放電圧は0.67V、フィルファクター(FF)は0.60、光電変換効率は3.28%であった。比較例2で作製したセルの光電変換特性を表1にまとめる。
The organic thin film
本比較例では、電子受容性半導体105にフラーレン誘導体を用い、正孔ブロック層107を設置しない有機薄膜太陽電池を図4を用いて説明する。なお、比較例3において実施例1と相違点の無い部分は適宜説明を省略する。
In this comparative example, an organic thin film solar cell in which a fullerene derivative is used for the electron-accepting
以下、比較例2の有機薄膜太陽電池について、その作製方法を具体的に説明する。基板101、透明電極102、正孔輸送層103を実施例1と同様に作製した。その上に電子供与性半導体104としてP3HTと、電子受容性半導体105としてC61−PCBMを重量比1:0.8で混合したジクロロベンゼン溶液(濃度2wt%)をスピンコートして、混合層106を厚さ250nmで得た。
Hereinafter, the production method of the organic thin film solar cell of Comparative Example 2 will be specifically described. The
混合層106上に第2の電極108としてアルミニウムを0.1μm抵抗加熱蒸着によって成膜し、有機薄膜太陽電池400を得た。
Aluminum was deposited as a
このようにして作製した有機薄膜太陽電池100の短絡電流は6.50mA/cm3、開放電圧は0.60V、フィルファクター(FF)は0.52、光電変換効率は2.03%であった。比較例3で作製したセルの光電変換特性を表1にまとめる。
The organic thin film
100 有機薄膜太陽電池
101 基板
102 透明電極(第1の電極)
103 正孔輸送層
104 電子供与性半導体
105 電子受容性半導体
106 混合層
107 正孔ブロック層
108 第2の電極
100 Organic thin film
103
Claims (13)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012168603A JP2014027224A (en) | 2012-07-30 | 2012-07-30 | Organic thin-film solar cell and method of manufacturing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012168603A JP2014027224A (en) | 2012-07-30 | 2012-07-30 | Organic thin-film solar cell and method of manufacturing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014027224A true JP2014027224A (en) | 2014-02-06 |
Family
ID=50200587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012168603A Pending JP2014027224A (en) | 2012-07-30 | 2012-07-30 | Organic thin-film solar cell and method of manufacturing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014027224A (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009158730A (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Hitachi Ltd | Organic thin film solar cell and fabrication method of same |
-
2012
- 2012-07-30 JP JP2012168603A patent/JP2014027224A/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009158730A (en) * | 2007-12-27 | 2009-07-16 | Hitachi Ltd | Organic thin film solar cell and fabrication method of same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Al-Amri et al. | Perovskite methylammonium lead trihalide heterostructures: progress and challenges | |
Wang et al. | Progress in emerging solution-processed thin film solar cells–Part I: Polymer solar cells | |
Balis et al. | Graphene and transition metal dichalcogenide nanosheets as charge transport layers for solution processed solar cells | |
Luo et al. | Recent progress in organic–inorganic halide perovskite solar cells: mechanisms and material design | |
Palilis et al. | Inorganic and hybrid interfacial materials for organic and perovskite solar cells | |
Rhee et al. | A perspective of mesoscopic solar cells based on metal chalcogenide quantum dots and organometal-halide perovskites | |
Graetzel et al. | Materials interface engineering for solution-processed photovoltaics | |
RU2554290C2 (en) | Multiple-junction photoelectric device | |
Anrango-Camacho et al. | Recent advances in hole-transporting layers for organic solar cells | |
Zhang et al. | Recent advances of non‐fullerene organic solar cells: From materials and morphology to devices and applications | |
WO2013118793A1 (en) | Organic thin film solar cell | |
TW201431148A (en) | Hybrid planar-graded heterojunction for organic photovoltaics | |
TW201517343A (en) | Exciton-blocking treatments for buffer layers in organic photovoltaics | |
Rao et al. | Emerging photovoltaics: organic, copper zinc tin sulphide, and perovskite-based solar cells | |
KR101543438B1 (en) | Perovskite solar cell and preparing method thereof | |
Xu et al. | Hole/electron transporting materials for nonfullerene organic solar cells | |
CN111837251A (en) | Non-fullerene and/or hole scavenger based active layer and optoelectronic device | |
Dahiya et al. | Recent Advances in Organic and Inorganic Hole and Electron Transport Layers for Organic Solar Cells: Basic Concept and Device Performance | |
WO2013118795A1 (en) | Organic thin film solar cell, and method for producing organic thin film solar cell | |
Dahal et al. | Configuration of methylammonium lead iodide perovskite solar cell and its effect on the device's performance: a review | |
JP5118296B2 (en) | Stacked organic solar cell | |
KR20150120330A (en) | Polymer photovoltaics employing a squaraine donor additive | |
Chaudhary et al. | Charge transport between coaxial polymer nanorods and grafted all-inorganic perovskite nanocrystals for hybrid organic solar cells with enhanced photoconversion efficiency | |
Wu et al. | Short‐Wave Infrared Photodetectors and Imaging Sensors Based on Lead Chalcogenide Colloidal Quantum Dots | |
WO2013102985A1 (en) | Organic photoelectric conversion element and organic thin-film solar battery module |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140623 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150325 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150421 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150619 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20150908 |