JP2014195030A - Organic thin-film solar cell containing inclpc - Google Patents

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佳美 町田
Tatsushi Maeda
竜志 前田
Hiroshi Shoji
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic thin-film solar cell excellent in conversion efficiency and process of manufacturing the same.SOLUTION: An organic thin-film solar cell includes an InClPc containing layer. The InClPc containing layer is formed by evaporation while heating a substrate.

Description

本発明は、InClPcを含む有機薄膜太陽電池に関する。   The present invention relates to an organic thin film solar cell containing InClPc.

有機太陽電池(有機薄膜太陽電池)は、光信号を電気信号に変換するフォトダイオードや撮像素子、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池に代表されるように、光入力に対して電気出力を示す装置である。   Organic solar cells (organic thin-film solar cells) provide electrical output with respect to light input, as typified by photodiodes and imaging devices that convert optical signals into electrical signals, and solar cells that convert optical energy into electrical energy. It is a device to show.

太陽電池は、化石燃料の枯渇問題や地球温暖化問題を背景に、クリーンエネルギー源として近年大変注目され、研究開発が盛んに行なわれている。
従来、実用化されてきたのは、単結晶Si、多結晶Si、アモルファスSi等に代表されるシリコン系太陽電池であるが、高価であることや原料Siの不足問題等が表面化するにつれて、次世代太陽電池への要求が高まりつつある。このような背景の中で、有機太陽電池は、安価で毒性が低く、原材料不足の懸念もないことから、シリコン系太陽電池に次ぐ次世代の太陽電池として大変注目を集めている。
有機太陽電池は、一対の電極と、電極間に挟まれた有機薄膜層からなっている。有機薄膜層としては、電子を輸送するn層、正孔を輸送するp層、及び正孔を輸送するp型材料と電子を輸送するn型材料の混合層であるi層等がある。
In recent years, solar cells have attracted a great deal of attention as a clean energy source against the background of fossil fuel depletion problems and global warming problems, and research and development have been actively conducted.
Conventionally, silicon solar cells represented by single crystal Si, polycrystal Si, amorphous Si, etc. have been put into practical use. However, as the cost and raw material Si shortage problems surface, The demand for next generation solar cells is increasing. Against this background, organic solar cells are attracting much attention as next-generation solar cells next to silicon-based solar cells because they are inexpensive, have low toxicity, and do not have a fear of shortage of raw materials.
An organic solar cell is composed of a pair of electrodes and an organic thin film layer sandwiched between the electrodes. Examples of the organic thin film layer include an n layer that transports electrons, a p layer that transports holes, and an i layer that is a mixed layer of a p-type material that transports holes and an n-type material that transports electrons.

有機太陽電池及びそれを用いた有機太陽電池モジュールにおいて、高効率化が求められている。高効率化の方法の一つの方法として、有機薄膜層の光吸収を増大させることが挙げられる。
特許文献1は、InClPcをpin型有機太陽電池のi層に、InClPcよりも短波長側に光吸収を有するH2Pcをp層に用いて、光電変換層全体の光吸収効率向上を図っている。しかしながら、この発明において、InClPcを含有するi層は(室温で蒸着されており)それほど長波長に吸収を有さない。したがってInClPcは極めて短波長領域に吸収を有する材料としか組み合わせることができず、高い変換効率を得ることが困難である。
High efficiency is demanded in organic solar cells and organic solar cell modules using the same. One method for increasing the efficiency is to increase the light absorption of the organic thin film layer.
Patent Document 1 uses InClPc for the i layer of a pin-type organic solar cell and H2Pc having light absorption on the shorter wavelength side than InClPc for the p layer, thereby improving the light absorption efficiency of the entire photoelectric conversion layer. However, in this invention, the i-layer containing InClPc (deposited at room temperature) does not absorb much at longer wavelengths. Therefore, InClPc can be combined only with a material having absorption in an extremely short wavelength region, and it is difficult to obtain high conversion efficiency.

一方、特許文献2,3では、基板温度を制御しながらメタルフリーフタロシアニン(H2Pc)とペリレン顔料とを共蒸着してi層を形成している。しかしながら、H2Pcは基板加熱をしても吸収波長が長波長側にほとんど変化せず、高い変換効率を得ることが困難である。   On the other hand, in Patent Documents 2 and 3, metal-free phthalocyanine (H2Pc) and perylene pigment are co-deposited while controlling the substrate temperature to form the i layer. However, the absorption wavelength of H2Pc hardly changes to the long wavelength side even when the substrate is heated, and it is difficult to obtain high conversion efficiency.

特開平6−318725号公報JP-A-6-318725 特開2002−76027号公報JP 2002-76027 A 特開2002−76391号公報JP 2002-76391 A

本発明の目的は、変換効率の高い有機薄膜太陽電池及びその製造方法を提供することである。   The objective of this invention is providing the organic thin-film solar cell with high conversion efficiency, and its manufacturing method.

本発明の一形態によれば、InClPc含有層を含む有機薄膜太陽電池であって、前記InClPc含有層が、基板を加熱しながら蒸着して作製したものである有機薄膜太陽電池。が提供される。
本発明の他の形態によれば、InClPc含有層を含む有機薄膜太陽電池の製造方法であって、前記InClPc含有層を、基板を加熱しながら蒸着して作製する有機薄膜太陽電池の製造方法。が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided an organic thin film solar cell including an InClPc-containing layer, wherein the InClPc-containing layer is produced by vapor deposition while heating a substrate. Is provided.
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an organic thin film solar cell including an InClPc-containing layer, wherein the InClPc-containing layer is formed by vapor deposition while heating a substrate. Is provided.

本発明によれば、変換効率の高い有機薄膜太陽電池及びその製造方法が提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, an organic thin-film solar cell with high conversion efficiency and its manufacturing method can be provided.

InClPc膜蒸着時の基板温度と、吸光度のピーク強度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the substrate temperature at the time of an InClPc film | membrane vapor deposition, and the peak intensity of a light absorbency. H2Pc膜蒸着時の基板温度と、吸光度のピーク強度の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the substrate temperature at the time of H2Pc film vapor deposition, and the peak intensity of a light absorbency. 実施例1と比較例1で得られた有機薄膜太陽電池の分光感度スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spectral sensitivity spectrum of the organic thin-film solar cell obtained in Example 1 and Comparative Example 1. 実施例2,3と比較例2で得られた有機薄膜太陽電池の分光感度スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the spectral sensitivity spectrum of the organic thin film solar cell obtained by Example 2, 3 and the comparative example 2. FIG.

本発明の一形態の有機薄膜太陽電池は、以下に構造を示すInClPcを含有する層を有し、この層は基板を加熱しながら蒸着して作製したものである。
InClPcを基板加熱しながら蒸着すると、InClPc含有層は、長波長領域に吸収感度を有するようになる。その結果、このようなInClPc含有層を含む有機薄膜太陽電池は、長波長領域の吸収が高まり、変換効率が向上する。
The organic thin film solar cell of one embodiment of the present invention has a layer containing InClPc having the following structure, and this layer is produced by vapor deposition while heating a substrate.
When InClPc is deposited while heating the substrate, the InClPc-containing layer has absorption sensitivity in the long wavelength region. As a result, the organic thin-film solar cell including such an InClPc-containing layer has increased absorption in the long wavelength region and improved conversion efficiency.

InClPc含有層は活性層として機能でき、例えば、有機薄膜太陽電池がpn型有機薄膜太陽電池又はpin型有機薄膜太陽電池であるとき、InClPc含有層はp層として用いることができる。また、n材料と混合してi層とすることができる。1つの有機薄膜太陽電池において、p層とi層に共に用いることもできる。   The InClPc-containing layer can function as an active layer. For example, when the organic thin-film solar cell is a pn-type organic thin-film solar cell or a pin-type organic thin-film solar cell, the InClPc-containing layer can be used as a p-layer. Moreover, it can mix with n material and can be set as i layer. One organic thin film solar cell can be used for both the p layer and the i layer.

基板の加熱温度は、例えば40℃以上とすることができる。好ましくは45℃以上、より好ましくは50℃以上である。上限は本発明の効果が得られる限り特に限定されないが、通常150℃以下であり、好ましくは120℃以下である。加熱温度が高いと吸収感度が長波長化する。しかしながら、加熱温度が高すぎるとInClPcの結晶化が促進されやすく、大きな結晶粒のために太陽電池が機能しなくなってしまうことがある。   The heating temperature of a board | substrate can be 40 degreeC or more, for example. Preferably it is 45 degreeC or more, More preferably, it is 50 degreeC or more. Although an upper limit is not specifically limited as long as the effect of this invention is acquired, Usually, it is 150 degrees C or less, Preferably it is 120 degrees C or less. When the heating temperature is high, the absorption sensitivity becomes longer. However, if the heating temperature is too high, crystallization of InClPc is likely to be promoted, and the solar cell may not function due to large crystal grains.

本発明の一形態に係る有機薄膜太陽電池は、一対の電極の間に、InClPc含有層を含む構造であれば特に限定されるものでない。具体的には、基板上に下記の構成を有する構造が挙げられる。
(1)下部電極/p層/n層/上部電極
(2)下部電極/p層/i層(又はp材料とn材料の混合層)/n層/上部電極
(3)下部電極/p材料とn材料の混合層/上部電極
上記(1)、(2)の各構成において、p層とn層を置換してもよい。
The organic thin film solar cell according to one embodiment of the present invention is not particularly limited as long as it has a structure including an InClPc-containing layer between a pair of electrodes. Specifically, the structure which has the following structure on a board | substrate is mentioned.
(1) Lower electrode / p layer / n layer / upper electrode (2) Lower electrode / p layer / i layer (or a mixed layer of p material and n material) / n layer / upper electrode (3) Lower electrode / p material N layer mixed layer / upper electrode In the above configurations (1) and (2), the p layer and the n layer may be replaced.

また、必要に応じて、電極と有機層の間にバッファー層を設けてもよい。例えば具体例として、上記構成(1)にバッファー層を設けた場合、下記構成を有する構造が挙げられる。
(4)下部電極/バッファー層/p層/n層/上部電極
(5)下部電極/p層/n層/バッファー層/上部電極
(6)下部電極/バッファー層/p層/n層/バッファー層/上部電極
Moreover, you may provide a buffer layer between an electrode and an organic layer as needed. For example, as a specific example, when a buffer layer is provided in the configuration (1), a structure having the following configuration can be given.
(4) Lower electrode / buffer layer / p layer / n layer / upper electrode (5) Lower electrode / p layer / n layer / buffer layer / upper electrode (6) Lower electrode / buffer layer / p layer / n layer / buffer Layer / Top electrode

InClPc含有層は、InClPcのみから形成されていてもよく、また、他の成分を併せて含んでいてもよい。20重量%以上含むことが好ましい。他の混合材料については、有機薄膜太陽電池で使用される公知の材料を使用することができる。また、InClPc含有層以外の有機薄膜太陽電池を構成する部材は、有機薄膜太陽電池で使用される公知の部材を使用することができる。
以下、各構成部材について簡単に説明する。
The InClPc-containing layer may be formed of InClPc alone or may contain other components. It is preferable to contain 20% by weight or more. About another mixed material, the well-known material used with an organic thin film solar cell can be used. Moreover, the member which comprises organic thin film solar cells other than an InClPc content layer can use the well-known member used with an organic thin film solar cell.
Hereinafter, each component will be briefly described.

[基板]
有機薄膜太陽電池は、通常、基板上に形成される。該基板は、機械的、熱的強度を有し、透明性を有するものが好ましい。例えば、ガラス基板及び透明性樹脂フィルムがある。透明性樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−ビニルアルコール共重合体、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリメチルメタアクリレート、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリサルホン、ポリエーテルサルフォン、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体、ポリビニルフルオライド、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエステル、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリプロピレン等が挙げられる。
不透明な基板の場合には、反対の電極(即ち、基板から遠い方の電極)が透明電極又は半透明電極であることが好ましい。
[substrate]
An organic thin film solar cell is usually formed on a substrate. The substrate is preferably one having mechanical and thermal strength and transparency. For example, there are a glass substrate and a transparent resin film. Transparent resin films include polyethylene, ethylene-vinyl acetate copolymer, ethylene-vinyl alcohol copolymer, polypropylene, polystyrene, polymethyl methacrylate, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, nylon, polyether ether ketone. , Polysulfone, polyethersulfone, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer, polyvinyl fluoride, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer, polychlorotrifluoroethylene, Polyvinylidene fluoride, polyester, polycarbonate, polyurethane, polyimide, polyetherimide, polyimide, polypropylene, etc. It is.
In the case of an opaque substrate, the opposite electrode (that is, the electrode far from the substrate) is preferably a transparent electrode or a translucent electrode.

[下部電極及び上部電極]
下部電極、上部電極の材料は特に制限はなく、公知の導電性材料を使用できる。例えば、p層と接続する電極としては、錫ドープ酸化インジウム(ITO)や金(Au)、オスミウム(Os)、パラジウム(Pd)等の金属が使用でき、n層と接続する電極としては、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、インジウム(In)、カルシウム(Ca)、白金(Pt)、リチウム(Li)等の金属やMg:Ag、Mg:InやAl:Li等の二成分金属系、さらには上記P層と接続する電極例示材料が使用できる。
尚、高効率の光電変換特性を得るためには、例えば有機薄膜太陽電池が太陽電池の場合、太陽電池の少なくとも一方の面は太陽光スペクトルにおいて充分透明にすることが望ましい。透明電極は、公知の導電性材料を使用して、蒸着やスパッタリング等の方法で所定の透光性を確保するように形成する。受光面の電極の光透過率は10%以上とすることが望ましい。一対の電極構成の好ましい構成では、電極部の一方が仕事関数の大きな金属を含み、他方は仕事関数の小さな金属を含む。
[Lower and upper electrodes]
The material for the lower electrode and the upper electrode is not particularly limited, and a known conductive material can be used. For example, a metal such as tin-doped indium oxide (ITO), gold (Au), osmium (Os), palladium (Pd) can be used as the electrode connected to the p layer, and silver as the electrode connected to the n layer. Metals such as (Ag), aluminum (Al), indium (In), calcium (Ca), platinum (Pt), lithium (Li) and the like, and binary metal systems such as Mg: Ag, Mg: In and Al: Li, Furthermore, the electrode example material connected with the said P layer can be used.
In order to obtain highly efficient photoelectric conversion characteristics, for example, when the organic thin film solar cell is a solar cell, it is desirable that at least one surface of the solar cell is sufficiently transparent in the solar spectrum. The transparent electrode is formed using a known conductive material so as to ensure a predetermined translucency by a method such as vapor deposition or sputtering. The light transmittance of the electrode on the light receiving surface is preferably 10% or more. In a preferred configuration of the pair of electrode configurations, one of the electrode portions includes a metal having a high work function, and the other includes a metal having a low work function.

[活性層(p層、n層、i層)]
InClPc含有層をp層に用いるときは、n層は特に限定されないが、電子受容体としての機能を有する化合物が好ましい。例えば有機化合物であれば、C60、C70等のフラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、ペリレン誘導体、多環キノン、キナクリドン等を挙げることができる。電子の移動度が高い材料が好ましい。さらに、好ましくは、電子親和力が小さい材料が好ましい。このように電子親和力の小さい材料をn層として組み合わせることで充分な開放端電圧を実現することができる。
[Active layer (p layer, n layer, i layer)]
When the InClPc-containing layer is used for the p layer, the n layer is not particularly limited, but a compound having a function as an electron acceptor is preferable. For example, if the organic compound include fullerene derivatives such as C 60, C 70, carbon nanotube, perylene derivatives, polycyclic quinone, and quinacridone. A material having high electron mobility is preferred. Further, a material having a small electron affinity is preferable. Thus, a sufficient open-circuit voltage can be realized by combining materials having a small electron affinity as the n layer.

n層の材料として無機化合物を用いる場合、n型特性の無機半導体化合物を挙げることができる。具体的には、n−Si、GaAs、CdS、PbS、CdSe、InP、Nb、WO、Fe等のドーピング半導体及び化合物半導体、また、二酸化チタン(TiO)、一酸化チタン(TiO)、三酸化二チタン(Ti)等の酸化チタン、酸化亜鉛(ZnO)、酸化スズ(SnO)等の導電性酸化物が挙げられ、これらのうちの1種又は2種以上を組み合わせて用いてもよい。好ましくは、酸化チタン、特に好ましくは、二酸化チタンを用いる。 When an inorganic compound is used as the material for the n layer, an n-type inorganic semiconductor compound can be used. Specifically, doping semiconductors and compound semiconductors such as n-Si, GaAs, CdS, PbS, CdSe, InP, Nb 2 O 5 , WO 3 , Fe 2 O 3 , titanium dioxide (TiO 2 ), monoxide Examples include titanium oxide such as titanium (TiO) and dititanium trioxide (Ti 2 O 3 ), and conductive oxides such as zinc oxide (ZnO) and tin oxide (SnO 2 ). You may use combining more than a seed. Preference is given to using titanium oxide, particularly preferably titanium dioxide.

InClPc含有層をi層に用いるときは、上記n層化合物と混合してi層を形成できる。   When the InClPc-containing layer is used for the i layer, the i layer can be formed by mixing with the n-layer compound.

[バッファー層]
一般に、有機薄膜太陽電池は総膜厚が薄いことが多く、そのため上部電極と下部電極が短絡し、セル作製の歩留まりが低下することが多い。このような場合には、バッファー層を積層することによってこれを防止することが好ましい。
バッファー層に好ましい化合物としては、膜厚を厚くしても短絡電流が低下しないようにキャリア移動度が充分に高い化合物が好ましい。例えば、低分子化合物であれば下記に示すNTCDAに代表される芳香族環状酸無水物等が挙げられ、高分子化合物であればポリ(3,4−エチレンジオキシ)チオフェン:ポリスチレンスルホネート(PEDOT:PSS)、ポリアニリン:カンファースルホン酸(PANI:CSA)等に代表される公知の導電性高分子等が挙げられる。無機化合物であれば酸化モリブデン(MoO)等の金属酸化物が挙げられる。
[Buffer layer]
In general, an organic thin film solar cell often has a thin total film thickness, and therefore, the upper electrode and the lower electrode are short-circuited, and the yield of cell fabrication is often reduced. In such a case, it is preferable to prevent this by laminating a buffer layer.
As a preferable compound for the buffer layer, a compound having sufficiently high carrier mobility is preferable so that the short-circuit current does not decrease even when the film thickness is increased. For example, if it is a low molecular compound, the aromatic cyclic acid anhydride represented by NTCDA shown below etc. will be mentioned, and if it is a high molecular compound, poly (3,4-ethylenedioxy) thiophene: polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS), polyaniline: camphorsulfonic acid (PANI: CSA), and other known conductive polymers. If it is an inorganic compound, a metal oxide such as molybdenum oxide (MoO 3 ) may be used.

(PEDOT:PSSにおいて、n及びmは、それぞれ繰り返し数である。) (In PEDOT: PSS, n and m are the number of repetitions.)

バッファー層には、励起子が電極まで拡散して失活してしまうのを防止する役割を持たせることも可能である。このように励起子阻止層としてバッファー層を挿入することは、高効率化のために有効である。励起子阻止層は陽極側、陰極側のいずれにも挿入することができ、両方同時に挿入することも可能である。この場合、励起子阻止層として好ましい材料としては、例えば有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)用途で公知な正孔障壁層用材料又は電子障壁層用材料等が挙げられる。   The buffer layer can also have a role of preventing excitons from diffusing to the electrode and being deactivated. Inserting a buffer layer as an exciton blocking layer in this way is effective for increasing efficiency. The exciton blocking layer can be inserted on either the anode side or the cathode side, or both can be inserted simultaneously. In this case, as a preferable material for the exciton blocking layer, for example, a well-known material for a hole barrier layer or a material for an electron barrier layer for use in an organic electroluminescence element (organic EL element) can be used.

正孔障壁層として好ましい材料は、イオン化ポテンシャルが充分に大きい化合物であり、電子障壁層として好ましい材料は、電子親和力が充分に小さい化合物である。具体的には有機EL素子用途で公知な材料であるバソクプロイン(BCP)、バソフェナントロリン(BPhen)等が陰極側の正孔障壁層材料として挙げられる。   A preferable material for the hole blocking layer is a compound having a sufficiently large ionization potential, and a preferable material for the electron blocking layer is a compound having a sufficiently small electron affinity. Specifically, bathocuproin (BCP), bathophenanthroline (BPhen), and the like, which are well-known materials for organic EL device applications, can be used as the cathode-side hole barrier layer material.

バッファー層には、上記n層材料として例示した無機半導体化合物を用いてもよい。また、p型無機半導体化合物としてはCdTe、p−Si、SiC、GaAs、WO等を用いることができる。 For the buffer layer, the inorganic semiconductor compounds exemplified as the n-layer material may be used. As the p-type inorganic semiconductor compound, CdTe, p-Si, SiC, GaAs, WO 3 or the like can be used.

[有機薄膜太陽電池の製造方法]
InClPc含有層は蒸着で形成するが、有機薄膜太陽電池の他の層の形成は、真空蒸着、スパッタリング、プラズマ、イオンプレーティング等の乾式成膜法やスピンコーティング、ディップコート、キャスティング、ロールコート、フローコーティング、インクジェット等の湿式成膜法を適用することができる。
[Method of manufacturing organic thin film solar cell]
The InClPc-containing layer is formed by vapor deposition, but the other layers of the organic thin film solar cell are formed by dry film formation methods such as vacuum vapor deposition, sputtering, plasma, ion plating, spin coating, dip coating, casting, roll coating, Wet film formation methods such as flow coating and ink jet can be applied.

各層の膜厚は特に限定されないが、適切な膜厚に設定する。一般に有機薄膜の励起子拡散長は短いことが知られているため、膜厚が厚すぎると励起子がヘテロ界面に到達する前に失活してしまうため光電変換効率が低くなる。膜厚が薄すぎるとピンホール等が発生してしまうため、充分なダイオード特性が得られないため、変換効率が低下する。通常の膜厚は1nmから10μmの範囲が適しているが、5nmから0.2μmの範囲がさらに好ましい。   The thickness of each layer is not particularly limited, but is set to an appropriate thickness. Since it is generally known that the exciton diffusion length of an organic thin film is short, if the film thickness is too thick, the exciton is deactivated before reaching the heterointerface, resulting in low photoelectric conversion efficiency. If the film thickness is too thin, pinholes and the like are generated, so that sufficient diode characteristics cannot be obtained, resulting in a decrease in conversion efficiency. The normal film thickness is suitably in the range of 1 nm to 10 μm, but more preferably in the range of 5 nm to 0.2 μm.

乾式成膜法の場合、公知の抵抗加熱法が好ましく、混合層の形成には、例えば、複数の蒸発源からの同時蒸着による成膜方法が好ましい。さらに好ましくは、成膜時に基板温度を制御する。   In the case of the dry film forming method, a known resistance heating method is preferable, and for forming the mixed layer, for example, a film forming method by simultaneous vapor deposition from a plurality of evaporation sources is preferable. More preferably, the substrate temperature is controlled during film formation.

湿式成膜法の場合、各層を形成する材料を、適切な溶媒に溶解又は分散させて発光性有機溶液を調製し、薄膜を形成するが、任意の溶媒を使用できる。例えば、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロホルム、四塩化炭素、テトラクロロエタン、トリクロロエタン、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、クロロトルエン等のハロゲン系炭化水素系溶媒や、ジブチルエーテル、テトラヒドロフラン、ジオキサン、アニソール等のエーテル系溶媒、メタノールやエタノール、プロパノール、ブタノール、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノール、メチルセロソルブ、エチルセロソルブ、エチレングリコール等のアルコール系溶媒、ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ヘキサン、オクタン、デカン、テトラリン等の炭化水素系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミル等のエステル系溶媒等が挙げられる。なかでも、炭化水素系溶媒又はエーテル系溶媒が好ましい。また、これらの溶媒は単独で使用しても複数混合して用いてもよい。尚、使用可能な溶媒は、これらに限定されるものではない。   In the case of a wet film forming method, a material for forming each layer is dissolved or dispersed in an appropriate solvent to prepare a light-emitting organic solution to form a thin film, and any solvent can be used. For example, halogenated hydrocarbon solvents such as dichloromethane, dichloroethane, chloroform, carbon tetrachloride, tetrachloroethane, trichloroethane, chlorobenzene, dichlorobenzene, chlorotoluene, ether solvents such as dibutyl ether, tetrahydrofuran, dioxane, anisole, methanol, Alcohol solvents such as ethanol, propanol, butanol, pentanol, hexanol, cyclohexanol, methyl cellosolve, ethyl cellosolve, ethylene glycol, hydrocarbon solvents such as benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, hexane, octane, decane, tetralin, Examples include ester solvents such as ethyl acetate, butyl acetate, and amyl acetate. Of these, hydrocarbon solvents or ether solvents are preferable. These solvents may be used alone or in combination. In addition, the solvent which can be used is not limited to these.

有機薄膜太陽電池のいずれの有機化合物層においても、成膜性向上、膜のピンホール防止等のため適切な樹脂や添加剤を使用してもよい。
使用の可能な樹脂としては、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリウレタン、ポリスルフォン、ポリメチルメタクリレート、ポリメチルアクリレート、セルロース等の絶縁性樹脂及びそれらの共重合体、ポリ−N−ビニルカルバゾール、ポリシラン等の光導電性樹脂、ポリチオフェン、ポリピロール等の導電性樹脂を挙げられる。
また、添加剤としては、酸化防止剤、紫外線吸収剤、可塑剤等が挙げられる。
In any organic compound layer of the organic thin film solar cell, an appropriate resin or additive may be used for improving the film formability and preventing pinholes in the film.
Usable resins include polystyrene, polycarbonate, polyarylate, polyester, polyamide, polyurethane, polysulfone, polymethyl methacrylate, polymethyl acrylate, cellulose and other insulating resins and copolymers thereof, poly-N-vinyl. Examples thereof include photoconductive resins such as carbazole and polysilane, and conductive resins such as polythiophene and polypyrrole.
Examples of the additive include an antioxidant, an ultraviolet absorber, and a plasticizer.

実験例
石英基板上に25℃、50℃、90℃の基板温度でInClPcを蒸着し、膜厚100nmの膜を作製した。その膜の吸光度を測定した。結果を図1に示す。尚、参考として、25℃の基板温度で蒸着して作製したC60膜の吸光度も合わせて示す。
図1から、基板温度を50℃、90℃にすることによって長波長側のピーク強度が大きくなることが分かる。
Experimental Example InClPc was deposited on a quartz substrate at substrate temperatures of 25 ° C., 50 ° C., and 90 ° C. to produce a film having a thickness of 100 nm. The absorbance of the film was measured. The results are shown in FIG. For reference, the absorbance of a C60 film prepared by vapor deposition at a substrate temperature of 25 ° C. is also shown.
FIG. 1 shows that the peak intensity on the long wavelength side is increased by setting the substrate temperature to 50 ° C. and 90 ° C.

石英基板上に25℃、90℃の基板温度でH2Pcを蒸着し、膜厚50nmの膜を作製して、その吸光度を測定した。結果を図2に示す。
図2から、基板温度を90℃にしても吸収波長はほとんど変化しないことが分かる。
従って長波長領域に吸収感度を有する効果はInClPcに特有の効果であるといえる。
H2Pc was vapor-deposited at a substrate temperature of 25 ° C. and 90 ° C. on a quartz substrate to produce a film with a thickness of 50 nm, and the absorbance was measured. The results are shown in FIG.
FIG. 2 shows that the absorption wavelength hardly changes even when the substrate temperature is 90.degree.
Therefore, it can be said that the effect of having absorption sensitivity in the long wavelength region is an effect peculiar to InClPc.

実施例1
25mm×75mm×0.7mm厚のITO透明電極(下部電極)付きガラス基板をイソプロピルアルコール中で超音波洗浄を5分間行なった後、UVオゾン洗浄を30分間実施した。
洗浄後の透明電極ライン付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着した。基板を90℃に加熱した後、透明電極ラインが形成されている側の面上に、前記透明電極を覆うようにして、膜厚15nmのInClPcを抵抗加熱蒸着により、0.2Å/sで成膜した。基板加熱は、基板ホルダが接触している金属の媒体の中に加熱流体を流すことによって行った。基板温度は基板に熱電対を貼りつけて測定した。
次に、基板を25℃以下まで冷却して、InClPc膜の上に、膜厚40nmのC60を抵抗加熱蒸着により0.5Å/sで成膜した。
Example 1
A glass substrate with an ITO transparent electrode (lower electrode) having a thickness of 25 mm × 75 mm × 0.7 mm was subjected to ultrasonic cleaning in isopropyl alcohol for 5 minutes, and then UV ozone cleaning was performed for 30 minutes.
The glass substrate with a transparent electrode line after washing was mounted on a substrate holder of a vacuum deposition apparatus. After heating the substrate to 90 ° C., a 15 nm-thick InClPc film is formed at 0.2 Å / s by resistance heating vapor deposition so as to cover the transparent electrode on the surface on which the transparent electrode line is formed. Filmed. Substrate heating was performed by flowing a heating fluid through a metal medium in contact with the substrate holder. The substrate temperature was measured by attaching a thermocouple to the substrate.
Next, the substrate was cooled to 25 ° C. or lower, and a C60 film having a thickness of 40 nm was formed on the InClPc film by resistance heating vapor deposition at 0.5 Å / s.

続いて、10nmのバソクプロイン(BCP)を抵抗加熱蒸着により0.5Å/sで成膜した。最後に、対向電極として金属Alを膜厚80nm蒸着して、有機太陽電池を作製した。素子面積は1cmであった。 Subsequently, 10 nm bathocuproine (BCP) was deposited at 0.5 蒸 着 / s by resistance heating vapor deposition. Finally, metal Al was deposited as a counter electrode with a thickness of 80 nm to produce an organic solar cell. The element area was 1 cm 2 .

素子構成を以下に示す(カッコ内の数値は膜厚(nm)を表す)。
ITO/InClPc(15)/C60(40)/BCP(10)/Al(80)
The element structure is shown below (the numerical value in parenthesis represents the film thickness (nm)).
ITO / InClPc (15) / C60 (40) / BCP (10) / Al (80)

得られた有機薄膜太陽電池の分光感度スペクトルを図3に示す。   The spectral sensitivity spectrum of the obtained organic thin film solar cell is shown in FIG.

比較例1
基板温度を常温(25℃)に保ってInClPc層を成膜した他は、実施例1と同様にして有機薄膜太陽電池を作製した。得られた有機薄膜太陽電池の分光感度スペクトルを図3に示す。
図3から、実施例1はより長波長側に感度を有することが分かる。
Comparative Example 1
An organic thin film solar cell was fabricated in the same manner as in Example 1 except that the InClPc layer was formed while maintaining the substrate temperature at room temperature (25 ° C.). The spectral sensitivity spectrum of the obtained organic thin film solar cell is shown in FIG.
FIG. 3 shows that Example 1 has sensitivity on the longer wavelength side.

実施例2
実施例1と同様に、洗浄したITO透明電極付きガラス基板を真空蒸着装置の基板ホルダーに装着し、透明電極を覆うようにして、膜厚10nmのMoOを抵抗加熱蒸着により、0.2Å/sで成膜した。基板を50℃まで加熱して、その上にInClPcを抵抗加熱蒸着により0.2Å/sで成膜し膜厚5nmのp層を形成した。基板を50℃に保って、InClPcを0.2Å/sで5nm、C60を0.8Å/sで20nmになるように同時蒸着し、i層を形成した。
Example 2
As in Example 1, the cleaned glass substrate with an ITO transparent electrode is mounted on a substrate holder of a vacuum evaporation apparatus, and MoO 3 having a thickness of 10 nm is formed by resistance heating evaporation so as to cover the transparent electrode. The film was formed with s. The substrate was heated to 50 ° C., and InClPc was formed thereon by resistance heating vapor deposition at 0.2 Å / s to form a p-layer having a thickness of 5 nm. The substrate was kept at 50 ° C., and InClPc was co-evaporated to 0.2 nm / s to 5 nm and C60 to 0.8 nm / s to 20 nm to form an i layer.

基板を25℃以下まで冷却して、40nmのC60層と10nmのバソクプロイン(BCP)層を抵抗加熱蒸着により0.5Å/sで成膜した。最後に、対向電極として金属Alを膜厚80nm蒸着して、有機太陽電池を作製した。素子面積は1.0cmであった。 The substrate was cooled to 25 ° C. or lower, and a 40 nm C60 layer and a 10 nm bathocuproine (BCP) layer were formed at 0.5 Å / s by resistance heating vapor deposition. Finally, metal Al was deposited as a counter electrode with a thickness of 80 nm to produce an organic solar cell. The element area was 1.0 cm 2 .

素子構成を以下に示す(カッコ内の数値は膜厚(nm)を表す)。
ITO/MoO(10)/InClPc(5)/InClPc:C60(比率1:4)(25)/C60(40)/BCP(10)/Al(80)
The element structure is shown below (the numerical value in parenthesis represents the film thickness (nm)).
ITO / MoO 3 (10) / InClPc (5) / InClPc: C60 (ratio 1: 4) (25) / C60 (40) / BCP (10) / Al (80)

得られた有機薄膜太陽電池の分光感度スペクトルを図4に示す。   The spectral sensitivity spectrum of the obtained organic thin film solar cell is shown in FIG.

さらに、有機太陽電池について、AM1.5条件下(光強度(Pin)100mW/cm)でI−V特性を測定した。開放端電圧(Voc)、短絡電流密度(Jsc)、曲線因子(FF)、光電変換効率(η)を表1に示す。 Furthermore, about the organic solar cell, the IV characteristic was measured on AM1.5 conditions (light intensity (Pin) 100mW / cm < 2 >). Table 1 shows the open-circuit voltage (Voc), the short-circuit current density (Jsc), the fill factor (FF), and the photoelectric conversion efficiency (η).

光電変換効率(η)は次式によって求めた。
(式中、Vocは開放端電圧、Jscは短絡電流密度、FFは曲線因子、Pinは入射光エネルギーである。)
The photoelectric conversion efficiency (η) was obtained by the following formula.
(Where Voc is the open circuit voltage, Jsc is the short circuit current density, FF is the fill factor, and Pin is the incident light energy.)

実施例3
基板温度を90℃に保ってInClPc層とInClPc:C60層を成膜した他は、実施例2と同様にして有機薄膜太陽電池を作製した。得られた有機薄膜太陽電池の分光感度スペクトルを図4に示す。また、実施例2と同様に素子特性を測定しその結果を表1に示す。
Example 3
An organic thin-film solar cell was fabricated in the same manner as in Example 2 except that the substrate temperature was maintained at 90 ° C. and the InClPc layer and the InClPc: C60 layer were formed. The spectral sensitivity spectrum of the obtained organic thin film solar cell is shown in FIG. The element characteristics were measured in the same manner as in Example 2, and the results are shown in Table 1.

比較例2
基板温度を常温(25℃)に保ってInClPc層とInClPc:C60層を成膜した他は、実施例2と同様にして有機薄膜太陽電池を作製した。得られた有機薄膜太陽電池の分光感度スペクトルを図4に示す。また、実施例2と同様に素子特性を測定しその結果を表1に示す。
Comparative Example 2
An organic thin film solar cell was fabricated in the same manner as in Example 2 except that the InClPc layer and the InClPc: C60 layer were formed while maintaining the substrate temperature at room temperature (25 ° C.). The spectral sensitivity spectrum of the obtained organic thin film solar cell is shown in FIG. The element characteristics were measured in the same manner as in Example 2, and the results are shown in Table 1.

図4から、基板温度を高くするに従って長波長側の吸収の寄与が増大することが分かる。
また、表1から、長波長側の光吸収が増大するのに伴って、変換効率も向上することが分かる。
FIG. 4 shows that the contribution of absorption on the long wavelength side increases as the substrate temperature increases.
Further, it can be seen from Table 1 that the conversion efficiency improves as the light absorption on the long wavelength side increases.

本発明の有機太陽電池は時計、携帯電話及びモバイルパソコン等の各種装置、電化製品等の電源又は補助電源として使用できる。充電機能のある二次電池と組み合わせ、暗所においても使用可能とし、適用用途を拡げることも可能である。   The organic solar cell of the present invention can be used as a power source or auxiliary power source for various devices such as watches, mobile phones and mobile personal computers, and electrical appliances. Combined with a rechargeable battery with a charging function, it can be used in the dark, and the application can be expanded.

Claims (10)

InClPc含有層を含む有機薄膜太陽電池であって、
前記InClPc含有層が、基板を加熱しながら蒸着して作製したものである有機薄膜太陽電池。
An organic thin film solar cell including an InClPc-containing layer,
An organic thin film solar cell in which the InClPc-containing layer is produced by vapor deposition while heating a substrate.
前記InClPc含有層が、p層及びi層から選択される1層以上である請求項1記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin film solar cell according to claim 1, wherein the InClPc-containing layer is one or more layers selected from a p layer and an i layer. 前記i層が、フラーレン類を含む請求項2記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 2, wherein the i layer contains fullerenes. 前記基板の加熱温度が、40℃以上である請求項1〜3のいずれか記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 3, wherein the heating temperature of the substrate is 40 ° C or higher. 前記基板の加熱温度が、120℃以下である請求項4記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin film solar cell according to claim 4, wherein the heating temperature of the substrate is 120 ° C. or less. InClPc含有層を含む有機薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記InClPc含有層を、基板を加熱しながら蒸着して作製する有機薄膜太陽電池の製造方法。
A method for producing an organic thin-film solar cell including an InClPc-containing layer,
A method for producing an organic thin film solar cell, wherein the InClPc-containing layer is formed by vapor deposition while heating a substrate.
前記InClPc含有層が、p層及びi層から選択される1層以上である請求項6記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。   The method for producing an organic thin film solar cell according to claim 6, wherein the InClPc-containing layer is one or more layers selected from a p layer and an i layer. 前記i層が、フラーレン類を含む請求項7記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。   The manufacturing method of the organic thin-film solar cell of Claim 7 in which the said i layer contains fullerenes. 前記基板の加熱温度が、40℃以上である請求項6〜8のいずれか記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。   The method for producing an organic thin-film solar cell according to any one of claims 6 to 8, wherein a heating temperature of the substrate is 40 ° C or higher. 前記基板の加熱温度が、120℃以下である請求項9記載の有機薄膜太陽電池の製造方法。   The method for producing an organic thin film solar cell according to claim 9, wherein the heating temperature of the substrate is 120 ° C. or less.
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