JP2015115508A - 有機薄膜太陽電池、有機薄膜太陽電池用の基板、有機薄膜太陽電池の製造方法および有機薄膜太陽電池用の基板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】有機薄膜太陽電池内部の有機半導体層と陰極との界面に凹凸形状の微細構造を有するようにし、より詳細には、基板上に少なくとも陽極と有機半導体層と陰極とを積層させて構成される有機薄膜太陽電池において、上記有機半導体層と上記陰極との界面に凹凸形状の微細構造を有するようにした。
【選択図】 図1
Description
要件(B):上記凹凸形状の高さ分布のスペクトル強度が、波数k(波数とは、空間周波数に2πを掛けたものである。)が式(1)に示される範囲内にあるときに有限の値を持ち、かつ、高さ分布のスペクトル強度の該範囲での積分値が高さ分布のスペクトル強度の全波数域にわたる積分値の35%以上を占める値を持つこととし、式(1)において、εm(λ)は、上記陰極を構成する金属の比誘電率を示すものであり、εd(λ)は、有機薄膜層の等価的な比誘電率を示すものであり、λmaxは、発電に利用する太陽光の最大波長を示すものであり、λminは、発電に利用する太陽光の最小波長を示すものであり、Re[ ]は、複素数の実部を示すものとする。
要件(B):上記凹凸形状の高さ分布のスペクトル強度が、波数k(波数とは、空間周波数に2πを掛けたものである。)が式(1)に示される範囲内にあるときに有限の値を持ち、かつ、高さ分布のスペクトル強度の該範囲での積分値が高さ分布のスペクトル強度の全波数域にわたる積分値の35%以上を占める値を持つこととし、式(1)において、εm(λ)は、上記陰極を構成する金属の比誘電率を示すものであり、εd(λ)は、有機薄膜層の等価的な比誘電率を示すものであり、λmaxは、発電に利用する太陽光の最大波長を示すものであり、λminは、発電に利用する太陽光の最小波長を示すものであり、Re[ ]は、複素数の実部を示すものとする。
要件(B):上記凹凸形状の高さ分布のスペクトル強度が、波数k(波数とは、空間周波数に2πを掛けたものである。)が式(1)に示される範囲内にあるときに有限の値を持ち、かつ、高さ分布のスペクトル強度の該範囲での積分値が高さ分布のスペクトル強度の全波数域にわたる積分値の35%以上を占める値を持つこととし、式(1)において、εm(λ)は、上記陰極を構成する金属の比誘電率を示すものであり、εd(λ)は、有機薄膜層の等価的な比誘電率を示すものであり、λmaxは、発電に利用する太陽光の最大波長を示すものであり、λminは、発電に利用する太陽光の最小波長を示すものであり、Re[ ]は、複素数の実部を示すものとする。
要件(B):上記凹凸形状の高さ分布のスペクトル強度が、波数k(波数とは、空間周波数に2πを掛けたものである。)が式(1)に示される範囲内にあるときに有限の値を持ち、かつ、高さ分布のスペクトル強度の該範囲での積分値が高さ分布のスペクトル強度の全波数域にわたる積分値の35%以上を占める値を持つこととし、式(1)において、εm(λ)は、上記陰極を構成する金属の比誘電率を示すものであり、εd(λ)は、有機薄膜層の等価的な比誘電率を示すものであり、λmaxは、発電に利用する太陽光の最大波長を示すものであり、λminは、発電に利用する太陽光の最小波長を示すものであり、Re[ ]は、複素数の実部を示すものとする。
まず、図1には、本発明の本実施の形態の一例として底面受光型の有機薄膜太陽電池の実施の形態を示す概略構成断面説明図が示されている。
Oxide(ZnO))、亜鉛−スズ酸化物(Zinc Tin Oxide(ZTO))等が挙げられる。
次に、微細構造14の形状について、以下に詳細に説明する。
要件(B):凹凸形状の平均高さが高さ分布のスペクトル強度が、波数k(波数とは、空間周波数に2πを掛けたものである。)が式(1)に示される範囲内にあるときに有限の値を持ち、かつ、高さ分布のスペクトル強度の該範囲での積分値が高さ分布のスペクトル強度の全波数域にわたる積分値の35%以上を占める値を持つこととする。
凸部14a、14b、14cの平均高さが15nm以上180nm以下であるものとする。
要件(B):凹凸形状の高さ分布のスペクトル強度が、波数k(波数とは、空間周波数に2πを掛けたものである。)が式(1)に示される範囲内にあるときに有限の値を持ち、かつ、高さ分布のスペクトル強度の該範囲での積分値が、高さ分布のスペクトル強度の全波数域にわたる積分値の35%以上を占める値を持つこととする。
要件(B”):基板12’表面の高さ分布(深さ分布)のスペクトル強度が、波数k(波数とは、空間周波数に2πを掛けたものである。)が式(1)に示される範囲内にあるときに有限の値を持ち、かつ、高さ分布のスペクトル強度の該範囲での積分値が高さ分布のスペクトル強度の全波数域にわたる積分値の35%以上を占める値を持つこととする。
基板12は、粒子径の異なる複数の種類の粒子の混合物(以下、混合粒子ということがある。)を用いて形成した粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法により作製できる。
被覆工程は、水槽に、その液面上で混合粒子を展開させるための液体(下層液)を入れ、該下層液の液面に、溶剤中に混合粒子が分散した分散液を滴下し、溶剤を揮発させることにより混合粒子からなる粒子単層膜を液面上に形成する粒子単層膜形成工程と、粒子単層膜を基板上に移し取る移行工程とを行うことにより実施できる。
粒子単層膜形成工程では、まず、表面が疎水性で、粒子径がそれぞれ異なる3種の粒子A、B、C(粒子径は、粒子A>粒子B>粒子C)を用意し(図2(a)を参照する。)、それらの粒子A、B、Cが、揮発性が高く疎水性の高い溶剤(たとえばクロロホルム、メタノール、エタノール、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ヘキサン等)中に分散した分散液を調製する。
移行工程では、粒子単層膜形成工程により下層水の液面上に形成された粒子単層膜を、単層状態のままエッチング対象物である基板原板上に移し取る。
以上のようにして粒子単層膜で被覆された基板原板表面を、ドライエッチングすることにより、微細構造14を有する基板12を得ることができる。
上述のようにして作製した基板12の凹凸構造上に、陽極16、ホール取り出し層18、電子ブロッキング層20、有機半導体層22としての電子供与体層22aおよび電子受容体層22b、電子取り出し層24、陰極26をこの順で積層することで、有機薄膜太陽電池10が得られる。
上記において説明した方法により、本発明による有機薄膜太陽電池10が作製できる。
I=−I0{exp(qV/nkT)−1}・・・(2)
I=Iph−I0[exp{q(V+RsI)/nkT}−1]−(V+RsI)/Rsh
・・・(3)
ηn=Voc・Jsc・FF/U ・・・(4)
Jsc=Isc/S ・・・(5)
FF=(Vmax・Imax)/(Voc・Isc) ・・・(6)
本発明による有機薄膜太陽電池10の微細構造14となる粒子単層膜を構成する粒子A、B、Cを、粒子Aとして平均粒子径=250.6nmの粒子を、粒子Bとして平均粒子径=204.2nmの粒子を、粒子Cとして平均粒子径=151.2nmの粒子を用いることとした(図3(a)を参照する。)。
本発明による有機薄膜太陽電池10の微細構造14となる粒子単層膜の構成する粒子A、B、Cを、粒子Aとして平均粒子径=301.3nmの粒子を、粒子Bとして平均粒子径=204.2nmの粒子を、粒子Cとして平均粒子径=90.2nmの粒子を用いることとした(図3(a)を参照する。)。
比較例においては、上記実験例1および実験例2とは異なり、有機薄膜太陽電池の石英基板表面に凹凸構造を備えていない有機薄膜太陽電池を用いた。
なお、上記した実施の形態は、以下の(1)乃至(5)に示すように変形するようにしてもよい。
12 基板
14 微細構造
14a、14b、14c 凸部
16 陽極
18 ホール取り出し層
20 電子ブロッキング層
22 有機半導体層
24 電子取り出し層
26 陰極
Claims (14)
- 基板上に少なくとも陽極と有機半導体層と陰極とを積層させて構成される有機薄膜太陽電池において、
前記有機半導体層と前記陰極との界面に凹凸形状の微細構造を有する
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池。 - 請求項1に記載の有機薄膜太陽電池において、
複数種類の粒径の粒子からなる粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法により、前記基板の表面に複数の凹部または凸部がランダムに二次元に配列した凹凸形状を作製し、前記凹凸形状が複写されるように、前記陽極と前記有機半導体層と前記陰極とを順次積層させるものとし、
前記粒子単層膜を粒子径の異なる複数の粒子の混合物を用いて形成し、下記要件(A)および(B)を満たす
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池。
要件(A):前記凹凸形状の平均高さが15nm以上180nm以下である。
要件(B):前記凹凸形状の高さ分布のスペクトル強度が、波数k(波数とは、空間周波数に2πを掛けたものである)が式(1)に示される範囲内にあるときに有限の値を持ち、かつ、高さ分布のスペクトル強度の該範囲での積分値が高さ分布のスペクトル強度の全波数域にわたる積分値の35%以上を占める値を持つこととし、式(1)において、εm(λ)は、前記陰極を構成する金属の比誘電率を示すものであり、εd(λ)は、有機薄膜層の等価的な比誘電率を示すものであり、λmaxは、発電に利用する太陽光の最大波長を示すものであり、λminは、発電に利用する太陽光の最小波長を示すものであり、Re[ ]は複素数の実部を示すものとする。
- 少なくとも陽極と有機半導体層と陰極とを積層させて構成される有機薄膜太陽電池を製造するための有機薄膜太陽電池用の基板において、
表面に複数の凹部または凸部がランダムに二次元に配列した凹凸形状を備える
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池用の基板。 - 請求項3に記載の有機薄膜太陽電池用の基板において、
複数種類の粒径の粒子からなる粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法により、前記基板の表面に複数の凹部または凸部がランダムに二次元に配列した凹凸形状を作製し、前記凹凸形状が複写されるように前記陽極と前記有機半導体層と前記陰極とを順次積層させるものとし、
前記粒子単層膜を粒子径の異なる複数の粒子の混合物を用いて形成し、下記要件(A)および(B)を満たす
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池用の基板。
要件(A):前記凹凸形状の平均高さが15nm以上180nm以下である。
要件(B):前記凹凸形状の高さ分布のスペクトル強度が、波数k(波数とは、空間周波数に2πを掛けたものである。)が式(1)に示される範囲内にあるときに有限の値を持ち、かつ、高さ分布のスペクトル強度の該範囲での積分値が高さ分布のスペクトル強度の全波数域にわたる積分値の35%以上を占める値を持つこととし、式(1)において、εm(λ)は、前記陰極を構成する金属の比誘電率を示すものであり、εd(λ)は、有機薄膜層の等価的な比誘電率を示すものであり、λmaxは、発電に利用する太陽光の最大波長を示すものであり、λminは、発電に利用する太陽光の最小波長を示すものであり、Re[ ]は、複素数の実部を示すものとする。
- 基板上に少なくとも陽極と有機半導体層と陰極とを積層させて構成される有機薄膜太陽電池を製造する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記有機半導体層と前記陰極との界面に凹凸形状の微細構造を形成する
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法。 - 請求項5に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法において、
複数種類の粒径の粒子からなる粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法により、前記基板の表面に複数の凹部または凸部がランダムに二次元に配列した凹凸形状を作製し、前記凹凸形状が複写されるように前記陽極と前記有機半導体層と前記陰極とを順次積層させるものとし、
前記粒子単層膜を粒子径の異なる複数の粒子の混合物を用いて形成し、下記要件(A)および(B)を満たす
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法。
要件(A):前記凹凸形状の平均高さが15nm以上180nm以下である。
要件(B):前記凹凸形状の高さ分布のスペクトル強度が、波数k(波数とは、空間周波数に2πを掛けたものである。)が式(1)に示される範囲内にあるときに有限の値を持ち、かつ、高さ分布のスペクトル強度の該範囲での積分値が高さ分布のスペクトル強度の全波数域にわたる積分値の35%以上を占める値を持つこととし、式(1)において、εm(λ)は、前記陰極を構成する金属の比誘電率を示すものであり、εd(λ)は、有機薄膜層の等価的な比誘電率を示すものであり、λmaxは、発電に利用する太陽光の最大波長を示すものであり、λminは、発電に利用する太陽光の最小波長を示すものであり、Re[ ]は、複素数の実部を示すものとする。
- 請求項5または6のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法において、
複数種類の粒径の粒子からなる粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、複数の凸部または凹部がランダムに二次元に配列した構造が形成された原盤を作製し、
前記原盤から電鋳法、ナノインプリント法、射出成形法またはUVエンボス法のいずれかの方法で作成した転写体を鋳型とし、
前記鋳型からナノインプリント法、射出成形法またはUVエンボス法のいずれかの方法により前記鋳型に形成された複数の凸部または凹部がランダムに二次元に配列した微細凹凸構造を前記基板の表面に転写して、前記基板の表面に複数の凸部または凹部がランダムに二次元に配列した微細凹凸構造を形成する
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法。 - 少なくとも陽極と有機半導体層と陰極とを積層させて構成される有機薄膜太陽電池を製造するための有機薄膜太陽電池用の基板の製造方法において、
表面に複数の凹部または凸部がランダムに二次元に配列した凹凸形状を形成した
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池用の基板の製造方法。 - 請求項8に記載の有機薄膜太陽電池用の基板の製造方法において、
複数種類の粒径の粒子からなる粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法により、前記基板の表面に複数の凹部または凸部がランダムに二次元に配列した凹凸形状を作製し、前記凹凸形状が複写されるように前記陽極と前記有機半導体層と前記陰極とを順次積層させるものとし、
前記粒子単層膜を粒子径の異なる複数の粒子の混合物を用いて形成し、下記要件(A)および(B)を満たす
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池用の基板の製造方法。
要件(A):前記凹凸形状の平均高さが15nm以上180nm以下である。
要件(B):前記凹凸形状の高さ分布のスペクトル強度が、波数k(波数とは、空間周波数に2πを掛けたものである。)が式(1)に示される範囲内にあるときに有限の値を持ち、かつ、高さ分布のスペクトル強度の該範囲での積分値が高さ分布のスペクトル強度の全波数域にわたる積分値の35%以上を占める値を持つこととし、式(1)において、εm(λ)は、前記陰極を構成する金属の比誘電率を示すものであり、εd(λ)は、有機薄膜層の等価的な比誘電率を示すものであり、λmaxは、発電に利用する太陽光の最大波長を示すものであり、λminは、発電に利用する太陽光の最小波長を示すものであり、Re[ ]は、複素数の実部を示すものとする。
- 請求項8または9のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池用の基板の製造方法において、
複数種類の粒径の粒子からなる粒子単層膜をエッチングマスクとしたドライエッチング法によって、複数の凸部または凹部がランダムに二次元に配列した構造が形成された原盤を作製し、
前記原盤から電鋳法、ナノインプリント法、射出成形法またはUVエンボス法のいずれかの方法で作成した転写体を鋳型とし、
前記鋳型からナノインプリント法、射出成形法またはUVエンボス法のいずれかの方法により、前記鋳型に形成された複数の凸部または凹部がランダムに二次元に配列した微細凹凸構造を前記基板の表面に転写して、前記基板の表面に複数の凸部または凹部がランダムに二次元に配列した微細凹凸構造を形成する
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池用の基板の製造方法。 - 請求項1または2のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池において、
前記基板は透明材料よりなる
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池。 - 請求項3または4のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池用の基板において、
前記基板は透明材料よりなる
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池用の基板。 - 請求項5、6または7のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池の製造方法において、
前記基板は透明材料よりなる
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法。 - 請求項8、9または10のいずれか1項に記載の有機薄膜太陽電池用の基板の製造方法において、
前記基板は透明材料よりなる
ことを特徴とする有機薄膜太陽電池用の基板の製造方法。
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