JP2014033165A - 光電変換素子 - Google Patents
光電変換素子 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014033165A JP2014033165A JP2012174347A JP2012174347A JP2014033165A JP 2014033165 A JP2014033165 A JP 2014033165A JP 2012174347 A JP2012174347 A JP 2012174347A JP 2012174347 A JP2012174347 A JP 2012174347A JP 2014033165 A JP2014033165 A JP 2014033165A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- conversion layer
- semiconductor material
- type organic
- organic semiconductor
- 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
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims abstract description 232
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 77
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 74
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound 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 10
- 229920003227 poly(N-vinyl carbazole) Polymers 0.000 claims description 9
- 239000005964 Acibenzolar-S-methyl Substances 0.000 claims description 5
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 5
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 claims description 3
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 11
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 10
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 9
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 9
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 9
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 9
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 239000010408 film Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- AZSFNTBGCTUQFX-UHFFFAOYSA-N C12=C3C(C4=C5C=6C7=C8C9=C(C%10=6)C6=C%11C=%12C%13=C%14C%11=C9C9=C8C8=C%11C%15=C%16C=%17C(C=%18C%19=C4C7=C8C%15=%18)=C4C7=C8C%15=C%18C%20=C(C=%178)C%16=C8C%11=C9C%14=C8C%20=C%13C%18=C8C9=%12)=C%19C4=C2C7=C2C%15=C8C=4C2=C1C12C3=C5C%10=C3C6=C9C=4C32C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 Chemical compound C12=C3C(C4=C5C=6C7=C8C9=C(C%10=6)C6=C%11C=%12C%13=C%14C%11=C9C9=C8C8=C%11C%15=C%16C=%17C(C=%18C%19=C4C7=C8C%15=%18)=C4C7=C8C%15=C%18C%20=C(C=%178)C%16=C8C%11=C9C%14=C8C%20=C%13C%18=C8C9=%12)=C%19C4=C2C7=C2C%15=C8C=4C2=C1C12C3=C5C%10=C3C6=C9C=4C32C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 AZSFNTBGCTUQFX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N Carbazole Natural products C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1 UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- UEEXRMUCXBPYOV-UHFFFAOYSA-N iridium;2-phenylpyridine Chemical compound [Ir].C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=N1.C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=N1.C1=CC=CC=C1C1=CC=CC=N1 UEEXRMUCXBPYOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229920001088 polycarbazole Polymers 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- RXACYPFGPNTUNV-UHFFFAOYSA-N 9,9-dioctylfluorene Chemical compound C1=CC=C2C(CCCCCCCC)(CCCCCCCC)C3=CC=CC=C3C2=C1 RXACYPFGPNTUNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N indium;oxotin Chemical compound [In].[Sn]=O AMGQUBHHOARCQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 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】変換効率を向上し得る光電変換素子を提供する。
【解決手段】第１のＰ型有機半導体材料１８とＮ型有機半導体材料２０とを含み、可視光領域の光を光電変換する光電変換層１６と、光電変換層に接し、第２のＰ型有機半導体材料を含み、紫外光領域の光を可視光領域の光に変換する光波長変換層１４とを有している。
【選択図】図１
【解決手段】第１のＰ型有機半導体材料１８とＮ型有機半導体材料２０とを含み、可視光領域の光を光電変換する光電変換層１６と、光電変換層に接し、第２のＰ型有機半導体材料を含み、紫外光領域の光を可視光領域の光に変換する光波長変換層１４とを有している。
【選択図】図１
Description
本発明は、光電変換素子に関する。
近時、有機薄膜型太陽電池が提案されている。
有機薄膜型太陽電池は、シリコン系の太陽電池と比較して、低コストで製造することが可能である。また、有機薄膜型太陽電池は、有害物質を含まないため、廃却可能である。また、有機薄膜型太陽電池は、フレキシブルである。
このような特長を有しているため、有機薄膜型太陽電池には、大きな注目が集まっている。
しかしながら、有機薄膜型太陽電池に用いられる光電変換素子は、必ずしも十分に高い変換効率が得られない場合があった。
本発明の目的は、変換効率を向上し得る光電変換素子を提供することにある。
実施形態の一観点によれば、第１のＰ型有機半導体材料とＮ型有機半導体材料とを含み、可視光領域の光を光電変換する光電変換層と、前記光電変換層に接し、第２のＰ型有機半導体材料を含み、紫外光領域の光を可視光領域の光に変換する光波長変換層とを有することを特徴とする光電変換素子が提供される。
開示の光電変換素子によれば、紫外光領域の光を可視光領域の光に変換する光波長変換層が、可視光領域の光を変換する光電変換層に接するように形成されている。このため、光電変換層が吸収し得る可視光領域の光成分を増加させることができる。紫外光領域の光を有効利用し得るため、光電変換効率を向上させることができる。
有機薄膜型太陽電池に用いられる光電変換素子（有機光電変換素子）は、蛍光灯やＬＥＤ等の室内光の下では、一般に、変換効率が高い。
一方、有機光電変換素子は、太陽光の下では、必ずしも十分に高い変換効率が得られない。
有機光電変換素子は、吸収帯域が比較的狭く、太陽の幅広い発光スペクトルのうちのわずかな波長域しか吸収し得ないためである。
［一実施形態］
一実施形態による光電変換素子及びその製造方法を図１乃至図３を用いて説明する。
一実施形態による光電変換素子及びその製造方法を図１乃至図３を用いて説明する。
（光電変換素子）
まず、本実施形態による光電変換素子について、図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本実施形態による光電変換素子を示す断面図である。図２は、吸収・発光スペクトルを示すグラフである。図３は、本実施形態による光電変換素子のエネルギーダイアグラムである。
まず、本実施形態による光電変換素子について、図１乃至図３を用いて説明する。図１は、本実施形態による光電変換素子を示す断面図である。図２は、吸収・発光スペクトルを示すグラフである。図３は、本実施形態による光電変換素子のエネルギーダイアグラムである。
本実施形態による光電変換素子（有機光電変換素子）は、例えば、有機薄膜型太陽電池、より具体的には、バルクヘテロ接合（ＢＨＪ：bulk heterojunction）型有機薄膜太陽電池として用い得る。
図１に示すように、基板１０上には、陽極（透明電極、下部電極、正極）１２が形成されている。基板１０としては、例えば透明基板が用いられている。かかる透明基板１０としては、例えばガラス基板が用いられている。陽極１２は、透明導電膜により形成されている。かかる透明導電膜１２としては、例えば酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）膜等が用いられる。陽極１２の厚さは、例えば１５０ｎｍ程度とする。
陽極１２上には、光波長変換層（波長変換層、発光層）１４が形成されている。光波長変換層１４は、受けた光の波長よりも波長の長い光を発する。波長変換層１４は、紫外光領域の光を吸収し、可視光領域の光を発光する。換言すれば、光波長変換層１４は、紫外光領域の光を、可視光領域の光に変換する。光波長変換層１４は、蛍光又は燐光を発する。ここでは、例えば蛍光を発する光波長変換層１４が用いられている。
一般に、紫外光領域（紫外領域）は、波長が１０ｎｍ〜４００ｎｍの範囲である。また、一般に、可視光領域は、波長が４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲である。
光波長変換層１４の材料としては、例えばＰ型の有機半導体材料が用いられている。かかるＰ型有機半導体材料としては、例えばポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ、poly vinylcarbazole）が用いられている。ＰＶＫは、導電性の高分子化合物（ポリマー）である。
図２における破線は、光波長変換層１４の吸収スペクトル（光吸収スペクトル）の一例を示している。図２に示すように、光波長変換層１４の吸収スペクトルのピークの波長は、紫外光領域内に存在している。光波長変換層１４の吸収スペクトルのピークの波長は、４００ｎｍ以下である。ここでは、光波長変換層１４の吸収スペクトルのピークの波長は、例えば３８０ｎｍ程度となっている。光波長変換層１４の吸収スペクトルのピークの波長は、後述する光電変換層１６の吸収帯（吸収帯域）よりも短波長側に位置している。
図２における一点鎖線は、光波長変換層１４の発光スペクトル（発光強度スペクトル）の一例を示している。図２に示すように、光波長変換層１４の発光スペクトルのピークの波長は、可視光領域に存在している。即ち、光波長変換層１４の発光スペクトルのピークの波長は、４００ｎｍ以上である。ここでは、光波長変換層１４の発光スペクトルのピークの波長は、例えば４２５ｎｍ程度となっている。光波長変換層１４の発光スペクトルのピークの波長は、後述する光電変換層１６の吸収帯域内に位置している。
光波長変換層１４の厚さは、例えば５０ｎｍ程度とする。
本実施形態では、このような光波長変換層１４が設けられているため、後述する光電変換層１６において吸収されにくい紫外光領域の光を、光電変換層１６において吸収されやすい可視光領域の光に変換することができる。このため、紫外光領域の光を有効活用することが可能となり、光電変換効率の向上に寄与することができる。
光波長変換層１４上には、光電変換層（活性層）１６が形成されている。光電変換層１６は、Ｐ型有機半導体材料１８とＮ型有機半導体材料２０を混在させたバルクヘテロ接合型の光電変換層である。
光電変換層１６のＰ型有機半導体材料（Ｐ型有機半導体）１８としては、例えば、ポリ[Ｎ−９’−ヘプタデカニル−２，７−カルバゾール−ａｌｔ−５，５−(４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアジアゾール)]が用いられている。即ち、光電変換層１６のＰ型有機半導体材料１８として、ＰＣＤＴＢＴ（poly[N-9’-heptadecanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4’,7’-di-2-thienyl-2’,1’,3’-benzothiadiazole)]）が用いられている。
光電変換層１６のＮ型有機半導体材料（Ｎ型有機半導体）２０としては、例えば、フラーレンやフラーレン誘導体が用いられている。ここでは、Ｎ型有機半導体２０として、例えば、フラーレン誘導体が用いられている。かかるＮ型有機半導体２０として用いるフラーレン誘導体としては、例えば、［６，６］−フェニル−Ｃ７１−酪酸メチルエステル（ＰＣ７１ＢＭ：[6,6]-Phenyl C７1 Butyric Acid Methyl Ester）を用いることができる。
なお、Ｎ型有機半導体２０として用いるフラーレン誘導体は、ＰＣ７１ＢＭに限定されるものではない。例えば、Ｎ型有機半導体２０として用いるフラーレン誘導体として、［６，６］−フェニルＣ６１−酪酸メチルエステル（ＰＣ６１ＢＭ：[6,6]-Phenyl C６1 Butyric Acid Methyl Ester）等を用いてもよい。
ＰＣ７１ＢＭやＰＣ６１ＢＭを包括する用語として、ＰＣＢＭなる用語が用いられる。
図２における実線は、光電変換層１６の吸収スペクトルの一例を示している。図２に示すように、光電変換層１６の吸収帯域は、可視光領域に存在する。即ち、光電変換層１６の吸収帯域は、波長が４００ｎｍ〜８００ｎｍの範囲内に存在する。ここでは、光電変換層１６の吸収帯域は、４００ｎｍ〜６００ｎｍとなっている。
光電変換層１６は、吸収帯域内の光、即ち、可視光領域の光を光電変換する。即ち、光電変換層１６は、吸収帯域内の光を吸収し、励起子を生成する。生成された励起子が、Ｐ型有機半導体材料１８とＮ型有機半導体材料２０との接点（界面）に達すると、電荷分離が行われ、陽極１２と後述する陰極２２とに電荷が輸送され、発電が行われる。
光電変換層１６の厚さは、例えば１６０ｎｍ程度とする。
光電変換層１６のうちの光波長変換層１４に接する領域におけるＰ型有機半導体材料１８の比率は、光電変換層１６の全体におけるＰ型有機半導体材料１８の比率よりも高くなっている。また、光電変換層１６のうちの光波長変換層１４に接する領域よりも陰極２２側の領域におけるＰ型半導体有機材料１８の比率は、光電変換層１６の全体におけるＰ型有機半導体材料１８の比率よりも低くなっている。光電変換層１６におけるＰ型有機半導体材料１８の濃度は、陽極１２側から陰極２２側に向かって徐々に減少している。即ち、光電変換層１６におけるＰ型有機半導体材料１８の濃度は、陽極１２側から陰極２２側に向かって漸減している。換言すれば、陽極１２側から陰極２２側に向かって漸減するようなＰ型有機半導体材料１８の濃度勾配（濃度傾斜）が光電変換層１６に存在している。
光電変換層１６のうちの光波長変換層１４に接する領域は、光電変換層１６のうちの陽極１２側の領域、即ち、光電変換層１６のうちの陽極１２に近い領域である。換言すれば、光電変換層１６のうちの光波長変換層１４に接する領域は、光電変換層１６のうちの光波長変換層近傍領域である。
光電変換層１６の光波長変換層１４に接する領域よりも陰極２２側の領域は、光電変換層１６のうちの陰極２２側の領域、即ち、光電変換層１６のうちの陰極２２に近い領域である。換言すれば、光電変換層１６の光波長変換層１４に接する領域よりも陰極２２側の領域は、光電変換層１６のうちの陰極近傍領域である。
光電変換層１６のうちの光波長変換層１４に接する領域におけるＮ型有機半導体材料２０の比率は、光電変換層１６の全体におけるＮ型有機半導体材料２０の比率よりも低くなっている。また、光電変換層１６のうちの光波長変換層１４に接する領域よりも陰極２２側の領域におけるＮ型半導体有機材料２０の比率は、光電変換層１６の全体におけるＮ型有機半導体材料２０の比率よりも高くなっている。光電変換層１６におけるＮ型有機半導体材料２０の濃度は、陰極２２側から陽極１２側に向かって徐々に減少している。即ち、光電変換層１６におけるＮ型有機半導体材料２０の濃度は、陰極２２側から陽極１２側に向かって漸減している。換言すれば、陰極２２側から陽極１２側に向かって漸減するようなＮ型有機半導体材料２０の濃度勾配が光電変換層１６に存在している。
光電変換層１６のうちの陽極１２側の領域においてＰ型有機半導体材料１８の割合が高くなっているため、光電変換層１６のうちの陽極１２側の領域において正孔の移動度を高くすることができる。
また、光電変換層１６のうちの陰極２２側の領域においてＮ型有機半導体材料２０の割合が高くなっているため、光電変換層１６のうちの陰極２２側の領域において電子の移動度を高くすることできる。
正孔や電子の移動度、即ち、キャリア移動度をこのように高くすることができるため、光電変換層１６の直列抵抗を低減することができる。
また、光電変換層１６は、正孔の濃度が高くなる陽極１２側においてＰ型有機半導体材料１８の割合が高く、電子の濃度が高くなる陰極２２側においてＮ型有機半導体材料２０の割合が高いため、電子と正孔との再結合が生じにくい。このため、光電変換層１６の並列抵抗を増加させることができる。
直列抵抗が低減され、並列抵抗が増加するため、曲線因子が向上する。
また、Ｐ型有機半導体材料１８やＮ型有機半導体材料２０の濃度が徐々に変化しているため、エネルギー移動が有効に行われる。
光電変換層１６上には、陰極（上部電極、金属電極、負極）２２が形成されている。陰極２２の材料としては、例えばアルミニウム等が用いられている。陰極２２の厚さは、例えば２００ｎｍ程度とする。
こうして本実施形態による光電変換素子が形成されている。
このように、本実施形態によれば、紫外光領域の光を可視光領域の光に変換する光波長変換層１４が、可視光領域の光を変換する光電変換層１６に隣接するように形成されている。このため、本実施形態によれば、光電変換層１６が吸収し得る可視光領域の光成分を増加させることができる。本実施形態によれば、紫外光領域の光を有効利用し得るため、太陽光等に対する光電変換効率を向上させることができる。
（光電変換素子の製造方法）
次に、本実施形態による光電変換素子の製造方法について図４を用いて説明する。図４は、本実施形態による光電変換素子の製造方法を示す工程断面図である。
次に、本実施形態による光電変換素子の製造方法について図４を用いて説明する。図４は、本実施形態による光電変換素子の製造方法を示す工程断面図である。
まず、基板１０を用意する。基板１０としては、例えば透明基板を用いる。かかる透明基板１０としては、例えばガラス基板を用いる。
次に、陽極１２の平面形状の開口部が形成されたメタルマスク（図示せず）をマスクとして、例えば真空蒸着法により、例えばＩＴＯの陽極１２を形成する（図４（ａ）参照）。陽極１２の厚さは、例えば１５０ｎｍ程度とする。陽極１２の長手方向は、例えば、図４における紙面左右方向とする。陽極１２の幅は、例えば１０ｍｍ程度とする。陽極１２の長さは、例えば４０ｍｍ程度とする。
次に、全面に、スピンコート法により、光波長変換層１４を形成する。塗布液としては、例えば、ポリビニルカルバゾール（ＰＶＫ）を含む塗布液を用いる。塗布液の溶媒としては、例えばクロロホルムを用いる。塗布液中におけるＰＶＫの濃度は、例えば２重量％程度とする。
この後、例えば７０℃で３０分程度放置することにより、光波長変換層１４を乾燥させる。光波長変換層１４の厚さは、例えば５０ｎｍ程度とする。
次に、全面に、スピンコート法により、光電変換層１６を形成する。塗布液としては、例えば、ＰＣＤＴＢＴとＰＣＢＭとを含む溶液を用いる。ＰＣＢＭとしては、例えばＰＣ７１ＢＭを用いる。塗布液の溶媒としては、例えばモノクロロベンゼンを用いる。塗布液中におけるＰＣＤＴＢＴの濃度は、０．５重量％程度とする。塗布液中におけるＰＣＢＭの濃度は、１．５重量％程度とする。ＰＣＤＴＢＴは、光波長変換層１４との親和性が高い。このため、光波長変換層１４中のＰＣＤＴＢＴは、ＰＣＢＭと比較して、優先的に光波長変換層１４に吸着する。このため、光電変換層１６のうちの陽極１２側の領域においてＰ型有機半導体材料１８の割合が高くなる。一方、光電変換層１６のうちの陰極２２側の領域においてＮ型有機半導体材料２０の割合が高くなる。
この後、例えば室温で３０分程度放置することにより、光電変換層１６を乾燥させる。光電変換層１６の厚さは、例えば１６０ｎｍ程度とする。
次に、レーザを用いて、光電変換層１６及び光波長変換層１４をパターニングする（図４（ｂ）参照）。光電変換層１６及び光波長変換層１４の寸法は、例えば１５ｍｍ×１５ｍｍ程度とする。
次に、陰極２２の平面形状の開口部が形成されたメタルマスク（図示せず）をマスクとして、例えば真空蒸着法により、例えばアルミニウムの陰極２２を形成する（図４（ｃ）参照）。陰極の厚さは、例えば２００ｎｍ程度とする。陰極２２の長手方向は、例えば、図４における紙面垂直方向とする。陰極２２の幅は、例えば１０ｍｍ程度とする。陰極２２の長さは、例えば５０ｍｍ程度とする。陽極１２と陰極２２とが互いに対向する部分の寸法は、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍ程度となる。
こうして、本実施形態による光電変換素子が形成される。
（評価結果）
次に、本実施形態による光電変換素子の評価結果について説明する。
次に、本実施形態による光電変換素子の評価結果について説明する。
まず、室内光の場合における評価を行った。室内光としては、白色蛍光灯を用いた。照度は、３００ｌｘとした。
比較例による光電変換素子、即ち、光波長変換層を設けない光電変換素子について、室内光での変換効率を測定したところ、１０．５％であった。
一方、本実施形態による光電変換素子について、室内光での変換効率を測定したところ、９．８％であった。
これらのことから、本実施形態による光電変換素子は、室内光の下では、比較例とほぼ同等の変換効率が得られ、特段の問題は生じないことが分かる。
次に、太陽光の場合における評価を行った。太陽光の分光分布は、ＡＭ１．５とした。放射照度は、１００ｍＷ／ｃｍ２とした。
比較例による光電変換素子、即ち、光波長変換層を設けない光電変換素子について、太陽光での変換効率を測定したところ、１．８％であった。
一方、本実施形態による光電変換素子について、太陽光での変換効率を測定したところ、４．８％であった。
これらのことから、本実施形態によれば、太陽光での変換効率を飛躍的に向上し得ることが分かる。
［変形実施形態］
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
上記実施形態に限らず種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、Ｐ型有機半導体材料１８としてＰＣＤＴＢＴを用いる場合を例に説明したが、Ｐ型有機半導体材料１８はＰＣＤＴＢＴに限定されるものではない。例えば、Ｐ型有機半導体材料１８として、ＰＦＯ−ＤＢＴ（Poly[2,7-(9,9-dioctyl-fluorene)-alt-5,5-(4’,7’-di-2-thienyl-2’,1’,3’-benzothiadiazole)]）等を用いることも可能である。
また、上記実施形態では、Ｎ型有機半導体材料２０としてＰＣＢＭを用いる場合を例に説明したが、Ｎ型有機半導体材料２０はＰＣＢＭに限定されるものではない。例えば、Ｎ型有機半導体材料２０として、ＩＣＢＡ（indene-C 60 bisadduct）等を用いることも可能である。
また、上記実施形態では、光波長変換層１４の材料としてポリカルバゾールを用いる場合を例に説明したが、光波長変換層１４の材料はポリカルバゾールに限定されるものではない。紫外光領域の光を可視光領域の光に変換し得る材料を光波長変換層１４の材料として適宜用いることができる。例えば、光波長変換層１４の材料として、ポリ２，７−Ｎ−フェニルカルバゾール等を用いてもよい。
また、上記実施形態では、蛍光を発する光波長変換層１４を用いる場合を例に説明したが、燐光を発する光波長変換層１４を用いてもよい。燐光を発する光波長変換層１４の材料としては、例えばＩｒ（ｐｐｙ）３（Tris(2-phenylpyridin)iridium）をドープしたＰＶＫ等を用いることができる。
上記実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１のＰ型有機半導体材料とＮ型有機半導体材料とを含み、可視光領域の光を光電変換する光電変換層と、
前記光電変換層に接し、第２のＰ型有機半導体材料を含み、紫外光領域の光を可視光領域の光に変換する光波長変換層と
を有することを特徴とする光電変換素子。
第１のＰ型有機半導体材料とＮ型有機半導体材料とを含み、可視光領域の光を光電変換する光電変換層と、
前記光電変換層に接し、第２のＰ型有機半導体材料を含み、紫外光領域の光を可視光領域の光に変換する光波長変換層と
を有することを特徴とする光電変換素子。
（付記２）
付記１記載の光電変換素子において、
前記光電変換層は、陽極と陰極との間に形成され、
前記光波長変換層は、前記陽極と前記光電変換層との間に形成され、
前記光電変換層のうちの前記光波長変換層に接する領域における前記第１のＰ型有機半導体材料の比率が、前記光電変換層の全体における前記第１のＰ型有機半導体材料の比率よりも高く、且つ、前記光電変換層のうちの前記光波長変換層に接する領域よりも前記陰極側の領域における前記第１のＰ型半導体有機材料の比率が、前記光電変換層の全体における前記第１のＰ型有機半導体材料の比率よりも低い
ことを特徴とする光電変換素子。
付記１記載の光電変換素子において、
前記光電変換層は、陽極と陰極との間に形成され、
前記光波長変換層は、前記陽極と前記光電変換層との間に形成され、
前記光電変換層のうちの前記光波長変換層に接する領域における前記第１のＰ型有機半導体材料の比率が、前記光電変換層の全体における前記第１のＰ型有機半導体材料の比率よりも高く、且つ、前記光電変換層のうちの前記光波長変換層に接する領域よりも前記陰極側の領域における前記第１のＰ型半導体有機材料の比率が、前記光電変換層の全体における前記第１のＰ型有機半導体材料の比率よりも低い
ことを特徴とする光電変換素子。
（付記３）
付記２記載の光電変換素子において、
前記光電変換層における前記第１のＰ型有機半導体材料の比率は、前記陽極側から前記陰極側に向かって漸減している
ことを特徴とする光電変換素子。
付記２記載の光電変換素子において、
前記光電変換層における前記第１のＰ型有機半導体材料の比率は、前記陽極側から前記陰極側に向かって漸減している
ことを特徴とする光電変換素子。
（付記４）
付記２又は３記載の光電変換素子において、
前記光電変換層のうちの前記光波長変換層に接する領域における前記Ｎ型有機半導体材料の比率が、前記光電変換層の全体における前記Ｎ型有機半導体材料の比率よりも低く、且つ、前記光電変換層のうちの前記光波長変換層に接する領域よりも前記陰極側の領域における前記Ｎ型半導体有機材料の比率が、前記光電変換層の全体における前記Ｎ型有機半導体材料の比率よりも高い
ことを特徴とする光電変換素子。
付記２又は３記載の光電変換素子において、
前記光電変換層のうちの前記光波長変換層に接する領域における前記Ｎ型有機半導体材料の比率が、前記光電変換層の全体における前記Ｎ型有機半導体材料の比率よりも低く、且つ、前記光電変換層のうちの前記光波長変換層に接する領域よりも前記陰極側の領域における前記Ｎ型半導体有機材料の比率が、前記光電変換層の全体における前記Ｎ型有機半導体材料の比率よりも高い
ことを特徴とする光電変換素子。
（付記５）
付記４記載の光電変換素子において、
前記光電変換層における前記Ｎ型有機半導体材料の比率は、前記陰極側から前記陽極側に向かって漸減している
ことを特徴とする光電変換素子。
付記４記載の光電変換素子において、
前記光電変換層における前記Ｎ型有機半導体材料の比率は、前記陰極側から前記陽極側に向かって漸減している
ことを特徴とする光電変換素子。
（付記６）
付記１乃至５のいずれかに記載の光電変換素子において、
前記光波長変換層の吸収スペクトルのピークの波長は、４００ｎｍより短く、
前記光波長変換層の発光スペクトルのピークの波長は、４００ｎｍより長い
ことを特徴とする光電変換素子。
付記１乃至５のいずれかに記載の光電変換素子において、
前記光波長変換層の吸収スペクトルのピークの波長は、４００ｎｍより短く、
前記光波長変換層の発光スペクトルのピークの波長は、４００ｎｍより長い
ことを特徴とする光電変換素子。
（付記７）
付記１乃至６のいずれかに記載の光電変換素子において、
前記光波長変換層は、蛍光又は燐光を発する
ことを特徴とする光電変換素子。
付記１乃至６のいずれかに記載の光電変換素子において、
前記光波長変換層は、蛍光又は燐光を発する
ことを特徴とする光電変換素子。
（付記８）
付記１乃至７のいずれかに記載の光電変換素子において、
前記第２のＰ型有機半導体材料は、ポリビニルカルバゾールである
ことを特徴とする光電変換素子。
付記１乃至７のいずれかに記載の光電変換素子において、
前記第２のＰ型有機半導体材料は、ポリビニルカルバゾールである
ことを特徴とする光電変換素子。
（付記９）
付記１乃至８のいずれかに記載の光電変換素子において、
前記第１のＰ型有機半導体材料は、ポリ[Ｎ−９”−ヘプタデカニル−２，７−カルバゾール−ａｌｔ−５，５−(４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアジアゾール)]である
ことを特徴とする光電変換素子。
付記１乃至８のいずれかに記載の光電変換素子において、
前記第１のＰ型有機半導体材料は、ポリ[Ｎ−９”−ヘプタデカニル−２，７−カルバゾール−ａｌｔ−５，５−(４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアジアゾール)]である
ことを特徴とする光電変換素子。
（付記１０）
付記１乃至９のいずれかに記載の光電変換素子において、
前記Ｎ型有機半導体材料は、フラーレン又はフラーレン誘導体である
ことを特徴とする光電変換素子。
付記１乃至９のいずれかに記載の光電変換素子において、
前記Ｎ型有機半導体材料は、フラーレン又はフラーレン誘導体である
ことを特徴とする光電変換素子。
１０…基板
１２…陽極
１４…光波長変換層
１６…光電変換層
１８…Ｎ型有機半導体材料
２０…Ｐ型有機半導体材料
２２…陰極
１２…陽極
１４…光波長変換層
１６…光電変換層
１８…Ｎ型有機半導体材料
２０…Ｐ型有機半導体材料
２２…陰極
Claims (7)
- 第１のＰ型有機半導体材料とＮ型有機半導体材料とを含み、可視光領域の光を光電変換する光電変換層と、
前記光電変換層に接し、第２のＰ型有機半導体材料を含み、紫外光領域の光を可視光領域の光に変換する光波長変換層と
を有することを特徴とする光電変換素子。 - 請求項１記載の光電変換素子において、
前記光電変換層は、陽極と陰極との間に形成され、
前記光波長変換層は、前記陽極と前記光電変換層との間に形成され、
前記光電変換層のうちの前記光波長変換層に接する領域における前記第１のＰ型有機半導体材料の比率が、前記光電変換層の全体における前記第１のＰ型有機半導体材料の比率よりも高く、且つ、前記光電変換層のうちの前記光波長変換層に接する領域よりも前記陰極側の領域における前記第１のＰ型半導体有機材料の比率が、前記光電変換層の全体における前記第１のＰ型有機半導体材料の比率よりも低い
ことを特徴とする光電変換素子。 - 請求項２記載の光電変換素子において、
前記光電変換層における前記第１のＰ型有機半導体材料の比率は、前記陽極側から前記陰極側に向かって漸減している
ことを特徴とする光電変換素子。 - 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光電変換素子において、
前記光波長変換層は、蛍光又は燐光を発する
ことを特徴とする光電変換素子。 - 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光電変換素子において、
前記第２のＰ型有機半導体材料は、ポリビニルカルバゾールである
ことを特徴とする光電変換素子。 - 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光電変換素子において、
前記第１のＰ型有機半導体材料は、ポリ[Ｎ−９”−ヘプタデカニル−２，７−カルバゾール−ａｌｔ−５，５−(４’，７’−ジ−２−チエニル−２’，１’，３’−ベンゾチアジアゾール)]である
ことを特徴とする光電変換素子。 - 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光電変換素子において、
前記Ｎ型有機半導体材料は、フラーレン又はフラーレン誘導体である
ことを特徴とする光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012174347A JP2014033165A (ja) | 2012-08-06 | 2012-08-06 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012174347A JP2014033165A (ja) | 2012-08-06 | 2012-08-06 | 光電変換素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2014033165A true JP2014033165A (ja) | 2014-02-20 |
Family
ID=50282747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012174347A Pending JP2014033165A (ja) | 2012-08-06 | 2012-08-06 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2014033165A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10008545B2 (en) | 2015-07-03 | 2018-06-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Organic photoelectronic device and image sensor |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09205237A (ja) * | 1996-01-25 | 1997-08-05 | Toshiba Corp | 有機薄膜素子 |
| JP2011023594A (ja) * | 2009-07-16 | 2011-02-03 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 光電変換素子 |
| WO2012002246A1 (ja) * | 2010-07-02 | 2012-01-05 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 有機光電変換素子およびそれを用いた太陽電池 |
| JP2012015434A (ja) * | 2010-07-05 | 2012-01-19 | Konica Minolta Holdings Inc | 有機光電変換素子、それを用いた太陽電池及び光センサアレイ |
-
2012
- 2012-08-06 JP JP2012174347A patent/JP2014033165A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09205237A (ja) * | 1996-01-25 | 1997-08-05 | Toshiba Corp | 有機薄膜素子 |
| JP2011023594A (ja) * | 2009-07-16 | 2011-02-03 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 光電変換素子 |
| WO2012002246A1 (ja) * | 2010-07-02 | 2012-01-05 | コニカミノルタホールディングス株式会社 | 有機光電変換素子およびそれを用いた太陽電池 |
| JP2012015434A (ja) * | 2010-07-05 | 2012-01-19 | Konica Minolta Holdings Inc | 有機光電変換素子、それを用いた太陽電池及び光センサアレイ |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10008545B2 (en) | 2015-07-03 | 2018-06-26 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Organic photoelectronic device and image sensor |
| US10374016B2 (en) | 2015-07-03 | 2019-08-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Organic photoelectronic device and image sensor |
| US11024675B2 (en) | 2015-07-03 | 2021-06-01 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Organic photoelectronic device and image sensor |
| US11641752B2 (en) | 2015-07-03 | 2023-05-02 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Organic photoelectronic device and image sensor |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ryu et al. | Recent progress in indoor organic photovoltaics | |
| US20100147386A1 (en) | Doped interfacial modification layers for stability enhancement for bulk heterojunction organic solar cells | |
| ES2791779T3 (es) | Dispositivos fotosensibles orgánicos con filtros portadores de carga de bloqueo de excitón | |
| JP5741702B2 (ja) | 光電変換素子及びその製造方法 | |
| Cho et al. | Balancing charge carrier transport in a quantum dot p–n junction toward hysteresis-free high-performance solar cells | |
| JP6219172B2 (ja) | ゲインを有する光検出器及びアップコンバージョン装置（ｅｃ） | |
| WO2011052571A1 (ja) | 有機光電変換素子 | |
| US20130248822A1 (en) | Broadband Polymer Photodetectors Using Zinc Oxide Nanowire as an Electron-Transporting Layer | |
| US20120204961A1 (en) | Organic photovoltaic cell | |
| US10483325B2 (en) | Light emitting phototransistor | |
| Unger et al. | Contribution from a hole-conducting dye to the photocurrent in solid-state dye-sensitized solar cells | |
| JP2015515749A (ja) | 有機分子によりドープされた金属酸化物電荷輸送材料 | |
| Yuan et al. | Optoelectronic properties of ZnO nanoparticle/pentacene heterojunction photodiode | |
| ES2923405T3 (es) | Dispositivos fotosensibles orgánicos con filtros portadores de carga de bloqueo de excitones | |
| US20100012177A1 (en) | PHOTON-CONVERSION MATERIALS (PCMs) IN POLYMER SOLAR CELLS-ENHANCEMENT EFFICIENCY AND PREVENTION OF DEGRADATION | |
| Alkhalayfeh et al. | Recent development of indoor organic photovoltaics | |
| Liu et al. | Improving the efficiency of inverted polymer solar cells by introducing inorganic dopants | |
| US20120167983A1 (en) | Composite light converter for polycrystalline silicon solar cell and silicon solar cell using the converter | |
| Chen et al. | Refining Perovskite Heterojunctions for Effective Light‐Emitting Solar Cells | |
| KR20160020121A (ko) | 페로브스카이트 태양전지 및 그 제조방법 | |
| JP2014033165A (ja) | 光電変換素子 | |
| Yamada et al. | Light-emitting organic photovoltaic devices based on rubrene/PTCDI-C13 stack | |
| bin Mohd Yusoff et al. | High-efficiency solution-processed small-molecule solar cells featuring gold nanoparticles | |
| Zhan et al. | Role of Vanadium Pentoxide Hole‐Extracting Nanolayer in Rubrene/C70‐Based Small Molecule Organic Solar Cells | |
| KR101378168B1 (ko) | 나노입자를 포함하는 전자소자의 제조방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20131107 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20150406 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151228 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160105 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20160510 |