JP2016184698A - Photoelectric transducer, solar cell, and solar cell module - Google Patents

Photoelectric transducer, solar cell, and solar cell module Download PDF

Info

Publication number
JP2016184698A
JP2016184698A JP2015064862A JP2015064862A JP2016184698A JP 2016184698 A JP2016184698 A JP 2016184698A JP 2015064862 A JP2015064862 A JP 2015064862A JP 2015064862 A JP2015064862 A JP 2015064862A JP 2016184698 A JP2016184698 A JP 2016184698A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active layer
photoelectric conversion
solar cell
conversion element
layer
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
Application number
JP2015064862A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
辰哉 百瀬
Tatsuya Momose
辰哉 百瀬
出 武井
Izuru Takei
出 武井
栄治 出島
Eiji Dejima
栄治 出島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2015064862A priority Critical patent/JP2016184698A/en
Publication of JP2016184698A publication Critical patent/JP2016184698A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Photovoltaic Devices (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a see-through type solar cell with high light fastness and little reduction in photoelectric conversion efficiency even when being irradiated with light for a long period of time.SOLUTION: The photoelectric transducer includes on a substrate at least a pair of transparent electrodes and an active layer between the pair of transparent electrodes. The active layer contains a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and inorganic nanoparticles.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、光電変換素子、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion element, a solar cell, and a solar cell module.

近年、太陽光エネルギーを利用した太陽電池の開発が盛んに行われている。なかでも、シリコン太陽電池に続く次世代型太陽電池の一種として、共役高分子化合物のようなp型有機半導体化合物とn型半導体化合物とが混合したバルクヘテロ型の活性層を有する有機薄膜太陽電池の例が報告されている。特に、有機薄膜太陽電池は、フレキシブル、かつ軽量な構造が可能となるために、シースルー型の有機薄膜太陽電池とすることで、従来のシリコンを用いた太陽電池では設置が困難であった、窓や建材等への適用が検討されている。   In recent years, solar cells using solar energy have been actively developed. In particular, as a type of next-generation solar cell following a silicon solar cell, an organic thin-film solar cell having a bulk hetero type active layer in which a p-type organic semiconductor compound such as a conjugated polymer compound and an n-type semiconductor compound are mixed is used. Examples have been reported. In particular, since organic thin film solar cells can be made flexible and lightweight, it is difficult to install conventional solar cells using silicon by using see-through organic thin film solar cells. And application to building materials, etc. are being studied.

例えば、特許文献1には室内への採光や視界を妨げない透明性を有するシースルー型の有機薄膜太陽電池が記載されている。また、特許文献2には水や酸素が光電変換層へ侵入するのを防ぐために、上部電極上に屈折率の異なる誘電体の多層膜を積層させたシースルー型有機薄膜太陽電池が記載されている。   For example, Patent Document 1 describes a see-through type organic thin-film solar cell having transparency that does not interfere with indoor lighting or visibility. Patent Document 2 describes a see-through type organic thin film solar cell in which dielectric multilayer films having different refractive indexes are laminated on an upper electrode in order to prevent water and oxygen from entering the photoelectric conversion layer. .

国際公開2012/121937号パンフレットInternational Publication 2012/121937 Pamphlet 欧州特許出願公開第2800161号公報European Patent Application Publication No. 2800161

シースルー型の有機薄膜太陽電池の実用化のためには、変換効率の向上に加えて、時間経過に伴う素子劣化を防ぐことは極めて重要な課題である。しかしながら、本発明者等の検討によると、特許文献1に記載の光電変換素子を構成する一対の電極を透明電極としたシースルー型の有機薄膜太陽電池の場合、非透過型の有機薄膜太陽電池と比較して、有機薄膜太陽電池が光に晒されると大幅に変換効率が低下する傾向があることが判明した。また、特許文献2に記載のシースルー型の有機薄膜太陽電池では、水や酸素に起因する特定の劣化は抑制できるものの、特許文献1と同様に、光に晒された場合に変換効率が大幅に低下する傾向があることが判明した。これらは、シースルー型の有機薄膜太陽電池の場合、有機薄膜太陽電池を構成する活性層等が上部電極側及び下部電極側の両方から光を受光するために、時間経過と共に大幅に変換効率が低下してしまうものと考えられる。   In order to put the see-through type organic thin-film solar cell into practical use, in addition to improving the conversion efficiency, it is extremely important to prevent element deterioration with the passage of time. However, according to the study by the present inventors, in the case of a see-through type organic thin film solar cell in which a pair of electrodes constituting the photoelectric conversion element described in Patent Document 1 is a transparent electrode, In comparison, it has been found that conversion efficiency tends to be greatly reduced when an organic thin film solar cell is exposed to light. Further, in the see-through type organic thin-film solar cell described in Patent Document 2, although specific deterioration due to water and oxygen can be suppressed, as in Patent Document 1, the conversion efficiency is greatly increased when exposed to light. It turns out that there is a tendency to decline. In the case of a see-through type organic thin film solar cell, since the active layer and the like constituting the organic thin film solar cell receive light from both the upper electrode side and the lower electrode side, the conversion efficiency greatly decreases with time. It is thought that it will do.

本発明は、上記問題を解決するものであり、長時間光が照射しても光電変換効率の低下が少ない、耐光性の高いシースルー型の太陽電池を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to solve the above-described problems, and to provide a see-through solar cell with high light resistance, in which a decrease in photoelectric conversion efficiency is small even when light is irradiated for a long time.

本発明者等は上記実情に鑑み鋭意検討した結果、活性層に無機ナノ粒子を添加することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を達成するに至った。即ち、本発明は以下を要旨とする。   As a result of intensive studies in view of the above circumstances, the present inventors have found that the above object can be achieved by adding inorganic nanoparticles to the active layer, and have achieved the present invention. That is, the gist of the present invention is as follows.

[1]基材上に、少なくとも、一対の透明電極と、該一対の透明電極間に活性層と、を有し、前記活性層は、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子と、を含有することを特徴とする光電変換素子。
[2]前記活性層中における前記n型半導体化合物に対する前記無機ナノ粒子の割合が、0.5質量%以上20質量%以下であることを特徴とする[1]に記載の光電変換素子。
[3]前記無機ナノ粒子の平均一次粒径が5nm以上100nm以下であることを特徴とする[1]又は[2]に記載の光電変換素子。
[4]前記無機ナノ粒子が酸化亜鉛粒子であることを特徴とする請求項[1]〜[3]のいずれかに記載の光電変換素子。
[5][1]〜[4]のいずれかに記載の光電変換素子を有する太陽電池。
[6][5]に記載の太陽電池を有する太陽電池モジュール。
[1] On a base material, it has at least a pair of transparent electrodes and an active layer between the pair of transparent electrodes. The active layer includes a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and an inorganic material. A photoelectric conversion element comprising nanoparticles.
[2] The photoelectric conversion element according to [1], wherein a ratio of the inorganic nanoparticles to the n-type semiconductor compound in the active layer is 0.5% by mass or more and 20% by mass or less.
[3] The photoelectric conversion element according to [1] or [2], wherein an average primary particle size of the inorganic nanoparticles is 5 nm or more and 100 nm or less.
[4] The photoelectric conversion element according to any one of [1] to [3], wherein the inorganic nanoparticles are zinc oxide particles.
[5] A solar cell having the photoelectric conversion element according to any one of [1] to [4].
[6] A solar cell module having the solar cell according to [5].

本発明により、長時間光が照射しても光電変換効率の低下が少ない、耐光性の高いシースルー型の太陽電池を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a see-through solar cell with high light resistance, in which a decrease in photoelectric conversion efficiency is small even when light is irradiated for a long time.

本発明の一実施形態としての光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the photoelectric conversion element as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the solar cell as one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態としての太陽電池モジュールの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the structure of the solar cell module as one Embodiment of this invention.

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. The description of the constituent requirements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is not specified in these contents unless it exceeds the gist.

本発明に係る光電変換素子は、基材上に、少なくとも、一対の透明電極と、該一対の透明電極間に活性層と、を有する。なお、本発明に係る光電変換素子は、シースルー型の太陽電池として使用することができる。ここでシースルー型の太陽電池とは、光電変換素子を構成する一対の電極が透明電極であり、上部電極側及び下部電極側の双方から光が透過する太陽電池を意味する。   The photoelectric conversion element according to the present invention has at least a pair of transparent electrodes and an active layer between the pair of transparent electrodes on a substrate. Note that the photoelectric conversion element according to the present invention can be used as a see-through solar cell. Here, the see-through solar cell means a solar cell in which a pair of electrodes constituting the photoelectric conversion element is a transparent electrode, and light is transmitted from both the upper electrode side and the lower electrode side.

図1に示すように、本発明に係る光電変換素子の一実施形態は、基材106上に、下部電極101と、下部バッファ層102と、活性層103と、上部バッファ層104と、上部電極105と、が順次形成された層構造を有する。本発明において、下部電極とは、基材106側に積層される電極を意味し、上部電極とは、基材106をボトムとした際に、下部電極よりも上部に積層される電極を意味する。なお、本発明において、下部電極101及び上部電極105を合わせて一対の電極と称す場合がある。また、下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、必須の構成ではなく、任意で設ければよく、下部バッファ層102及び上部バッファ層104のうち一方のみを有していてもよい。また、光電変換素子は、上記以外の別の層を任意で有していてもよい。以下、光電変換素子の各構成部材について説明する。   As shown in FIG. 1, one embodiment of the photoelectric conversion element according to the present invention includes a lower electrode 101, a lower buffer layer 102, an active layer 103, an upper buffer layer 104, and an upper electrode on a substrate 106. 105 have a layer structure in which are sequentially formed. In the present invention, the lower electrode means an electrode laminated on the substrate 106 side, and the upper electrode means an electrode laminated above the lower electrode when the substrate 106 is used as the bottom. . In the present invention, the lower electrode 101 and the upper electrode 105 may be collectively referred to as a pair of electrodes. In addition, the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 are not essential components, and may be provided arbitrarily, and may include only one of the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104. Moreover, the photoelectric conversion element may optionally have another layer other than the above. Hereinafter, each component of the photoelectric conversion element will be described.

<1−1.基材106> <1-1. Substrate 106>

本発明に係る光電変換素子は、シースルー型の太陽電池として使用されるために、基材は透光性を有する基材であることが好ましい。なお、透光性を有する基材とは、可視光領域に吸収がない基材のことを指し、可視光線透過率が40%以上であることを意味する。なお、基材の可視光線透過率は70%以上であることが、より多くの光を光電変換層に到達させるために好ましい。また、可視光線透過率はJIS R3106に定義された方法により測定することができる。   Since the photoelectric conversion element according to the present invention is used as a see-through solar cell, the substrate is preferably a substrate having translucency. In addition, the base material which has translucency refers to the base material which does not absorb in a visible light area | region, and means that visible light transmittance | permeability is 40% or more. Note that the visible light transmittance of the substrate is preferably 70% or more in order to allow more light to reach the photoelectric conversion layer. The visible light transmittance can be measured by a method defined in JIS R3106.

基材106は、透光性を有している限りにおいて、特段の制限はないが、基材106を構成する材料は、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料;ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン;セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料等が挙げられる。可撓性を有する、フレキシブルなフィルム状の基材とする場合は有機材料、および複合材料が好ましく、有機材料および複合材料がより好ましく、有機材料が特に好ましい。   The substrate 106 is not particularly limited as long as it has translucency, but the material constituting the substrate 106 is an inorganic material such as quartz, glass, sapphire, or titania; polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate , Polyethersulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluororesin film, polyolefin such as vinyl chloride or polyethylene; cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate And organic materials such as polynorbornene or epoxy resin. In the case of a flexible, flexible film-like substrate, organic materials and composite materials are preferable, organic materials and composite materials are more preferable, and organic materials are particularly preferable.

また、基材106の膜厚に制限はないが、通常5μm以上、好ましくは20μm以上であり、一方、通常20mm以下、好ましくは10mm以下である。支持体3の膜厚が5μm以上であることは、光電変換素子の強度が不足する可能性が低くなるために好ましい。基材106の膜厚が20mm以下であることは、コストが抑えられ、かつ重量が重くならないために好ましい。   Moreover, although there is no restriction | limiting in the film thickness of the base material 106, Usually, it is 5 micrometers or more, Preferably it is 20 micrometers or more, On the other hand, it is 20 mm or less normally, Preferably it is 10 mm or less. The film thickness of the support 3 is preferably 5 μm or more because the possibility that the strength of the photoelectric conversion element is insufficient is reduced. It is preferable that the thickness of the substrate 106 is 20 mm or less because the cost is suppressed and the weight does not increase.

<1−2.一対の透明電極(下部電極101、上部電極105)>
一対の電極(下部電極101及び上部電極105)は、活性層103が光を吸収することにより生じた正孔及び電子を捕集する機能を有するものである。具体的に、一対の電極の一方の電極は、正孔の捕集に適したアノードであり、他方の電極は電子の捕集に適したカソードである必要がある。すなわち、下部電極101をアノードとする場合、上部電極105はカソードとする必要がある。一方、下部電極101をカソードとする場合、上部電極105はアノードとする必要がある。なお、下部電極101及び上部電極105の一方をアノードとし、他方をカソードとするか仕事関数を考慮して、適宜材料を選択すればよい。例えば、下部電極101をアノードとし、上部電極105をカソードとする場合、下部電極に使用する材料は、上部電極に使用する材料に比べて大きい仕事関数を有する材料を使用すればよい。一方、下部電極101をカソードとし、上部電極105をアノードとする場合、下部電極101に使用する材料は、上部電極105に使用する材料よりも仕事関数の小さい材料であることが好ましい。また、光電変換素子が、下部バッファ層102及び/又は上部バッファ層104を有する場合、これらバッファ層材料を調整することにより、下部電極101及び上部電極105を同じ材料を使用することができる。
<1-2. Pair of transparent electrodes (lower electrode 101, upper electrode 105)>
The pair of electrodes (the lower electrode 101 and the upper electrode 105) have a function of collecting holes and electrons generated when the active layer 103 absorbs light. Specifically, one electrode of the pair of electrodes needs to be an anode suitable for collecting holes, and the other electrode needs to be a cathode suitable for collecting electrons. That is, when the lower electrode 101 is an anode, the upper electrode 105 needs to be a cathode. On the other hand, when the lower electrode 101 is a cathode, the upper electrode 105 needs to be an anode. Note that one of the lower electrode 101 and the upper electrode 105 may be an anode and the other may be a cathode, or a material may be selected as appropriate in consideration of a work function. For example, when the lower electrode 101 is an anode and the upper electrode 105 is a cathode, the material used for the lower electrode may be a material having a larger work function than the material used for the upper electrode. On the other hand, when the lower electrode 101 is a cathode and the upper electrode 105 is an anode, the material used for the lower electrode 101 is preferably a material having a work function smaller than that of the material used for the upper electrode 105. In the case where the photoelectric conversion element includes the lower buffer layer 102 and / or the upper buffer layer 104, the same material can be used for the lower electrode 101 and the upper electrode 105 by adjusting the buffer layer materials.

また、本発明において、下部電極101及び上部電極105は、シースルー型の有機薄膜太陽電池として使用するために透明電極である。なお、本発明における透明電極とは、導電性を有し、かつ可視光線透過率が40%以上である電極を意味する。なお、透明電極の可視光線透過率は70%以上であることが、より多くの光を光電変換層に到達させるために好ましく、上限はない。なお、可視光線透過率はJIS R3106に定義された方法により測定することができる。   In the present invention, the lower electrode 101 and the upper electrode 105 are transparent electrodes for use as a see-through type organic thin film solar cell. The transparent electrode in the present invention means an electrode having conductivity and a visible light transmittance of 40% or more. Note that the visible light transmittance of the transparent electrode is preferably 70% or more in order to allow more light to reach the photoelectric conversion layer, and there is no upper limit. The visible light transmittance can be measured by a method defined in JIS R3106.

透明電極を構成する材料は、例えば、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物が挙げられる。アルミニウムやガリウム、アルカリ金属、アルカリ土類金属等でドープされた酸化亜鉛等を用いてもよいし、銀ナノワイヤやカーボンナノチューブ、グラフェン等を用いてもよい。   Examples of the material constituting the transparent electrode include metal oxides such as nickel oxide, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), titanium oxide, and zinc oxide. Zinc oxide doped with aluminum, gallium, alkali metal, alkaline earth metal, or the like may be used, or silver nanowires, carbon nanotubes, graphene, or the like may be used.

透明電極は、単層であってもよいし、積層であってもよい。例えば、透明電極は上記の材料を含有する層と、金、白金、銀、アルミニウム、クロム、コバルト等の金属又はその合金からなる薄膜層が積層されて形成されていてもよい。ただし、金属又はその合金から成る薄膜層は厚すぎると透明電極の透光性が低下するために、任意で膜厚を調整する必要がある。   The transparent electrode may be a single layer or a stacked layer. For example, the transparent electrode may be formed by laminating a layer containing the above material and a thin film layer made of a metal such as gold, platinum, silver, aluminum, chromium, cobalt, or an alloy thereof. However, if the thin film layer made of a metal or an alloy thereof is too thick, the translucency of the transparent electrode is lowered. Therefore, it is necessary to arbitrarily adjust the film thickness.

これらの中でも、高い透光性、低いシート抵抗、成膜プロセス性などの観点から、酸化インジウムスズ(ITO)又は酸化インジウム亜鉛(IZO)の単層、若しくは酸化インジウムスズ(ITO)又は酸化インジウム亜鉛(IZO)と、金属の薄膜層との積層構造が好ましい。   Among these, from the viewpoint of high translucency, low sheet resistance, film forming processability, etc., a single layer of indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide (IZO), or indium tin oxide (ITO) or indium zinc oxide A laminated structure of (IZO) and a metal thin film layer is preferable.

透明電極は、単層であってもよいし積層であってもよい。透明電極の全体の膜厚は特に制限は無いが、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、さらに好ましくは、20nm以上である。一方、通常2μm以下、好ましくは1μm以下、さらに好ましくは500nm以下である。膜厚が5nm以上であることによりシート抵抗が抑えられ、2μm以下であることにより、光透過率を低下させずに効率よく光を電気に変換することができる。膜厚は光透過率とシート抵抗とを両立できる領域に制御する必要がある。   The transparent electrode may be a single layer or a laminate. The total film thickness of the transparent electrode is not particularly limited, but is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, and more preferably 20 nm or more. On the other hand, it is usually 2 μm or less, preferably 1 μm or less, and more preferably 500 nm or less. When the film thickness is 5 nm or more, the sheet resistance is suppressed, and when the film thickness is 2 μm or less, light can be efficiently converted into electricity without lowering the light transmittance. The film thickness must be controlled in a region where both light transmittance and sheet resistance can be achieved.

透明電極のシート抵抗は、特段の制限はないが、通常0.1Ω/□以上、一方、1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。   The sheet resistance of the transparent electrode is not particularly limited, but is usually 0.1Ω / □ or more, on the other hand, 1000Ω / □ or less, preferably 500Ω / □ or less, more preferably 100Ω / □ or less.

下部電極101及び上部電極105の形成方法は、特段の制限はなく、使用する材料に合わせて公知の方法により形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法等の真空成膜方法;又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する湿式塗布法が挙げられる。   The formation method of the lower electrode 101 and the upper electrode 105 is not particularly limited, and can be formed by a known method in accordance with a material to be used. For example, a vacuum film forming method such as a vapor deposition method or a sputtering method; or a wet coating method in which an ink containing nanoparticles or a precursor is applied to form a film.

<1−3.活性層103>
活性層103は、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子を含有するバルクヘテロ型の混合層である。なお、上述の通り、活性層103が光を吸収することで、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物との界面で電子及び正孔が発生し、各電極からこれらの電荷が取り出される。
<1-3. Active layer 103>
The active layer 103 is a bulk hetero type mixed layer containing a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and inorganic nanoparticles. As described above, when the active layer 103 absorbs light, electrons and holes are generated at the interface between the p-type organic semiconductor compound and the n-type semiconductor compound, and these charges are extracted from each electrode.

p型有機半導体化合物は、特段の制限はなく、p型の低分子有機半導体化合物又はp型の有機半導体ポリマーが挙げられる。なかでも、1.0eV以上1.8eV以下のエネルギーバンドギャップを有するp型半導体ポリマーが好ましい。   The p-type organic semiconductor compound is not particularly limited, and examples thereof include a p-type low-molecular organic semiconductor compound or a p-type organic semiconductor polymer. Among these, a p-type semiconductor polymer having an energy band gap of 1.0 eV to 1.8 eV is preferable.

具体的には、二種以上のモノマー単位を共重合させた半導体ポリマー、例えばNature Materials,2006,5,328に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、国際公開第2008/000664号パンフレットに記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv.Mater.,2007,4160に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体、Nature Materials,2007,6,497に記載のPCPDTBT等のようなポリチオフェン共重合体、国際公開第2011/028827号パンフレットに記載のイミドチオフェンを含む共重合体、国際公開第2011/011545号パンフレットに記載のチエノチオフェンとベンゾジチオフェンとの共重合体等が挙げられる。また、国際公開第2013/180243号パンフレット、国際公開第2013/065855号パンフレット等に記載の共役高分子化合物も挙げられる。また、これらのポリマーの誘導体や、ここに挙げたモノマーの組み合わせで合成し得るポリマーも同様に用いることができる。これらポリマーやモノマーの置換基は、溶解性、結晶性、成膜性、HOMOエネルギー準位、LUMOエネルギー準位等を制御するために適宜選択しうる。   Specifically, a semiconductor polymer obtained by copolymerization of two or more kinds of monomer units, for example, a polythiophene-thienothiophene copolymer described in Nature Materials, 2006, 5,328, described in International Publication No. 2008/000664 pamphlet. Polythiophene-diketopyrrolopyrrole copolymer, Adv. Mater. , 2007, 4160, polythiophene copolymer such as PCPDTBT described in Nature Materials, 2007, 6,497, and imidothiophene described in WO 2011/028827 pamphlet. And a copolymer of thienothiophene and benzodithiophene described in International Publication No. 2011/011545 pamphlet. Moreover, the conjugated polymer compound as described in international publication 2013/180243 pamphlet, international publication 2013/065855 pamphlet, etc. is also mentioned. In addition, derivatives of these polymers and polymers that can be synthesized by combinations of the monomers listed here can also be used. The substituents of these polymers and monomers can be appropriately selected in order to control solubility, crystallinity, film formability, HOMO energy level, LUMO energy level, and the like.

n型有機半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的には、フラーレン化合物;8−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体;ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体;アントラセン、ピレン、ナフタセン又はペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全フッ化物;単層カーボンナノチューブ、n型ポリマー(n型高分子半導体材料)等が挙げられる。   The n-type organic semiconductor compound is not particularly limited. Specifically, a fullerene compound; a quinolinol derivative metal complex typified by 8-hydroxyquinoline aluminum; naphthalenetetracarboxylic acid diimide or perylenetetracarboxylic acid diimide Condensed ring tetracarboxylic acid diimides; perylene diimide derivatives, terpyridine metal complexes, tropolone metal complexes, flavonol metal complexes, perinone derivatives, benzimidazole derivatives, benzoxazole derivatives, thiazole derivatives, benzthiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, oxadiazole derivatives , Thiadiazole derivatives, triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinolines Conductor, bipyridine derivatives, borane derivatives; anthracene, pyrene, total fluoride condensed polycyclic aromatic hydrocarbons such as naphthacene or pentacene; single-walled carbon nanotubes, n-type polymer (n-type polymer semiconductor material), and the like.

これらの中でも、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体又はn型高分子半導体材料が好ましく、フラーレン化合物、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はn型高分子半導体化合物がより好ましく、フラーレン化合物が特に好ましい。これらの化合物としては、特段の制限はないが、例えば、国際公開第2011/016430号又は日本国特開2012−191194号公報等の公知文献に記載のものを使用することができる。なお、上記のうち一種の化合物を用いてもよいし、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。   Among these, fullerene compounds, borane derivatives, thiazole derivatives, benzothiazole derivatives, benzothiadiazole derivatives, N-alkyl substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides, N-alkyl substituted perylene diimide derivatives or n-type polymer semiconductor materials. Preferably, fullerene compounds, N-alkyl-substituted perylene diimide derivatives, N-alkyl-substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimides or n-type polymer semiconductor compounds are more preferable, and fullerene compounds are particularly preferable. These compounds are not particularly limited, but for example, those described in known literature such as International Publication No. 2011-016430 or Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-191194 can be used. In addition, a kind of compound may be used among the above, and a mixture of a plurality of kinds of compounds may be used.

活性層103中において、p型有機半導体化合物に対するn型有機半導体化合物の割合は、特段の制限はないが、電荷分離を促進するために、100質量部以上であることが好ましく、150質量部以上であることがさらに好ましく、一方、400質量部以下であることが好ましく、350質量部以下であることが特に好ましい。   In the active layer 103, the ratio of the n-type organic semiconductor compound to the p-type organic semiconductor compound is not particularly limited, but is preferably 100 parts by mass or more, and 150 parts by mass or more in order to promote charge separation. On the other hand, it is preferably 400 parts by mass or less, and particularly preferably 350 parts by mass or less.

活性層103は、上述の通り、無機ナノ粒子を含有することにより、光電変換素子の耐光性を向上させることができる。この理由は明らかではないが、以下の理由が考えられる。   The active layer 103 can improve the light resistance of a photoelectric conversion element by containing an inorganic nanoparticle as above-mentioned. The reason is not clear, but the following reasons are possible.

本発明者等の検討によると、活性層中に無機ナノ粒子を含まない従来のシースルー型の太陽電池は、光に晒されると、時間経過に伴い変換効率が低下する傾向があることが判明した。この理由は、非透過型の有機薄膜太陽電池と比較して、シースルー型の有機薄膜太陽電池の場合、該有機薄膜太陽電池の両面から多量の光が照射されるために光電変換素子の活性層中のモルフォロジーが変化し、電子トラップが生じやすくなるためであると考えられる。一方、本発明のように、活性層103が無機ナノ粒子を含有することにより、適切なモルフォロジーが形成され、さらには光によりモルフォロジーの変化が起きても、無機ナノ粒子が電子輸送パスとして機能することにより電子トラップが生じるのを防ぐことができるために、光劣化による変換効率の低下を抑制できるためであると考えらえる。   According to the study by the present inventors, it has been found that a conventional see-through solar cell that does not contain inorganic nanoparticles in the active layer tends to decrease in conversion efficiency over time when exposed to light. . This is because, in the case of a see-through type organic thin film solar cell, a large amount of light is irradiated from both sides of the organic thin film solar cell as compared with a non-transmissive type organic thin film solar cell. This is thought to be because the morphology of the inside changes and electron traps are likely to occur. On the other hand, when the active layer 103 contains inorganic nanoparticles as in the present invention, an appropriate morphology is formed, and even if the morphology changes due to light, the inorganic nanoparticles function as an electron transport path. Therefore, it can be considered that the generation of an electron trap can be prevented, so that a decrease in conversion efficiency due to light degradation can be suppressed.

無機ナノ粒子は、特段の制限はないが、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物;アルミニウム、ガリウム、アルカリ金属、アルカリ土類金属等によりドープした酸化亜鉛等;銅、インジウム、セレン等を含む化合物半導体等が挙げられる。これらの中でも、電子伝導パスの補助としても機能させるためには、活性層103中のn型有機半導体化合物のLUMOエネルギー準位に近い伝導体底のバンドを有する無機ナノ粒子を使用することが好ましい。具体的には、n型半導体化合物のLUMOエネルギー準位と無機ナノ粒子の伝導体底のエネルギー差は1.0eV以下であることが好ましく、0.7eV以下であることがさらに好ましく、0.5eV以下であることが特に好ましい。具体的には、無機ナノ粒子は、酸化亜鉛粒子であることが好ましい。   Inorganic nanoparticles are not particularly limited, but include metal oxides such as tin oxide, titanium oxide, and zinc oxide; zinc oxide doped with aluminum, gallium, alkali metal, alkaline earth metal, etc .; copper, indium, selenium And the like. Among these, it is preferable to use inorganic nanoparticles having a conductor bottom band close to the LUMO energy level of the n-type organic semiconductor compound in the active layer 103 in order to function as an assisting electron conduction path. . Specifically, the energy difference between the LUMO energy level of the n-type semiconductor compound and the conductor bottom of the inorganic nanoparticles is preferably 1.0 eV or less, more preferably 0.7 eV or less, and 0.5 eV. It is particularly preferred that Specifically, the inorganic nanoparticles are preferably zinc oxide particles.

活性層103中の無機ナノ粒子の割合は、良好なモルフォロジーの形成と、電子輸送パスとして機能するために、n型半導体に対して0.5質量%以上であることが好ましく、1.0質量%以上であることがさらに好ましく、2.5質量%以上であることがより好ましい。一方、n型半導体化合物に対する無機ナノ粒子の割合が大きすぎると、pn接合界面が減少し、電荷分離に影響を与えるとともに、導電性の高い無機ナノ粒子を用いた場合、光電変換素子がリークしやすくなる傾向がある。また、シースルー型の有機薄膜太陽電池は、窓等への適用が期待されるために、外観性を向上させることが求められる。しかしながら、活性層中の無機ナノ粒子の量が多すぎると、無機ナノ粒子による散乱によるヘイズ(白濁)が発生し、外観性が低下してしまう傾向がある。これらの観点から、活性層103中のn型半導体化合物に対する無機ナノ粒子の割合は、20質量%以下であることが好ましく、17質量%以下であることがさらに好ましく、15質量%以下であることが特に好ましい。   The ratio of the inorganic nanoparticles in the active layer 103 is preferably 0.5% by mass or more based on the n-type semiconductor in order to form a good morphology and function as an electron transport path, and 1.0% by mass. % Or more is more preferable, and 2.5% by mass or more is more preferable. On the other hand, if the ratio of the inorganic nanoparticles to the n-type semiconductor compound is too large, the pn junction interface decreases, which affects charge separation, and when using highly conductive inorganic nanoparticles, the photoelectric conversion element leaks. It tends to be easier. Further, since see-through type organic thin film solar cells are expected to be applied to windows and the like, it is required to improve the appearance. However, if the amount of the inorganic nanoparticles in the active layer is too large, haze (white turbidity) due to scattering by the inorganic nanoparticles occurs, and the appearance tends to be deteriorated. From these viewpoints, the ratio of the inorganic nanoparticles to the n-type semiconductor compound in the active layer 103 is preferably 20% by mass or less, more preferably 17% by mass or less, and 15% by mass or less. Is particularly preferred.

無機ナノ粒子の平均一次粒径は、特段の制限はないが、活性層103内に分散させるとともに電荷輸送能を低下させないために、1nm以上であることが好ましく、5nm以上であることがさらに好ましく、10nm以上であることが特に好ましく、一方、400nm以下であることが好ましく、300nm以下であることがさらに好ましく、100nm以下であることが特に好ましい。なお、平均一次粒径は、動的光散乱粒子径測定装置や透過型電子顕微鏡(TEM)等で測定することができる。   The average primary particle size of the inorganic nanoparticles is not particularly limited, but is preferably 1 nm or more, and more preferably 5 nm or more so that the inorganic nanoparticles can be dispersed in the active layer 103 and the charge transport ability is not reduced. It is particularly preferably 10 nm or more, on the other hand, preferably 400 nm or less, more preferably 300 nm or less, and particularly preferably 100 nm or less. The average primary particle size can be measured with a dynamic light scattering particle size measuring device, a transmission electron microscope (TEM), or the like.

無機ナノ粒子は活性層のモルフォロジー形成や電子導電パスとして機能するため活性層中に分散していることが好ましい。   Inorganic nanoparticles are preferably dispersed in the active layer in order to function as the morphology of the active layer and function as an electronic conduction path.

活性層103の膜厚は、特段の制限はないが、より多くの光を吸収するために通常、5nm以上、好ましくは10nm以上、さらに好ましくは50nm以上、より好ましくは120nm以上である。一方、直列抵抗を低くするために、活性層103の膜厚は、通常、600nm以下、好ましくは500nm以下、より好ましくは400nm以下である   The thickness of the active layer 103 is not particularly limited, but is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, more preferably 120 nm or more in order to absorb more light. On the other hand, in order to reduce the series resistance, the film thickness of the active layer 103 is usually 600 nm or less, preferably 500 nm or less, more preferably 400 nm or less.

活性層103の形成方法は特段の制限はないが、活性層形成用組成物を用いて、湿式塗布法により形成することが好ましい。具体的には、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子と、溶媒と、を含む活性層形成用組成物を調製し、この活性層形成用組成物を塗布することにより活性層103を形成することができる。   The method for forming the active layer 103 is not particularly limited, but it is preferably formed by a wet coating method using the composition for forming the active layer. Specifically, by preparing an active layer forming composition containing a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, inorganic nanoparticles, and a solvent, and applying this active layer forming composition An active layer 103 can be formed.

塗布法は任意の方法を用いることができるが、例えば、スピンコート法、インクジェット法、ドクターブレード法、ドロップキャスティング法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、スリットダイコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。   The coating method can be any method, for example, spin coating method, ink jet method, doctor blade method, drop casting method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brush method, spray coating method, Examples thereof include an air knife coating method, a wire barber coating method, a slit die coating method, a pipe doctor method, an impregnation / coating method, and a curtain coating method.

また、活性層形成用組成物を塗布した後に、加熱乾燥を行ってもよい。加熱により、活性層の自己組織化が促進されうる。加熱温度は、通常50℃以上、好ましくは80℃以上であり、一方、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下である。加熱する時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上、一方、通常3時間以下、好ましくは1時間以下である。   Moreover, after apply | coating the composition for active layer formation, you may heat-dry. Heating can promote self-organization of the active layer. The heating temperature is usually 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, and is usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, and usually 3 hours or shorter, preferably 1 hour or shorter.

活性層形成用組成物が含有する溶媒は、p型有機半導体化合物、n型半導体化合物、及び無機ナノ粒子を、溶解又は分散できる溶媒であれば特段の制限はない。例えば、ロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;メタノール、エタノール若しくはプロパノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の脂肪族ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル若しくは乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類;又は、ジメチルホルムアミド若しくはジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。   If the solvent which the composition for active layer formation contains is a solvent which can melt | dissolve or disperse | distribute a p-type organic-semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and an inorganic nanoparticle, there will be no restriction | limiting in particular. For example, aromatic hydrocarbons such as lobenzene or orthodichlorobenzene; alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol Aliphatic ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone; esters such as ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate; chloroform, methylene chloride, dichloroethane, Halogen hydrocarbons such as trichloroethane or trichloroethylene; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane; Muamido or amides such as dimethylacetamide and the like.

また、溶媒は1種の溶媒を単独で用いてもよいし、任意の2種以上の溶媒を任意の比率で併用してもよい。2種以上の溶媒を併用する場合、常圧下での沸点が60℃以上150℃以下である低沸点溶媒と、常圧下での沸点が180℃以上250℃以下である高沸点溶媒とを組み合わせることが好ましい。例えば、高沸点溶媒としてはテトラリン、デカリン、又はアセトフェノン等が挙げられ、低沸点溶媒としてはトルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、又はエチルメチルケトン等が挙げられる。このように高沸点溶媒と低沸点溶媒とを組み合わせて用いる場合、活性層を成膜する際に、揮発性のより低い高沸点溶媒がゆっくりと揮発することにより、半導体化合物の組織化が促進され、相分離構造が最適化されうる。また、環境負荷の観点から、これらの高沸点溶媒及び低沸点溶媒は非ハロゲン系溶媒であることが好ましい。   Moreover, a solvent may use 1 type of solvent independently, and may use arbitrary 2 or more types of solvents together by arbitrary ratios. When two or more solvents are used in combination, a low boiling point solvent having a boiling point of 60 ° C. or higher and 150 ° C. or lower under normal pressure and a high boiling point solvent having a boiling point of 180 ° C. or higher and 250 ° C. or lower under normal pressure. Is preferred. For example, examples of the high boiling point solvent include tetralin, decalin, and acetophenone, and examples of the low boiling point solvent include toluene, xylene, tetrahydrofuran, and ethyl methyl ketone. When using a combination of a high-boiling solvent and a low-boiling solvent in this way, when forming an active layer, the lower-volatile high-boiling solvent slowly volatilizes, which facilitates the organization of the semiconductor compound. The phase separation structure can be optimized. From the viewpoint of environmental load, these high-boiling solvents and low-boiling solvents are preferably non-halogen solvents.

活性層形成用組成物は、p型有機半導体化合物を含む溶液、n型半導体化合物を含む溶液、及び無機ナノ粒子を含む分散液と、をそれぞれ調製した後に混合して作製してもよいし、1種以上の溶媒に、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子を同時に溶解又は分散させて調製し、作製してもよい。   The composition for forming an active layer may be prepared by mixing a solution containing a p-type organic semiconductor compound, a solution containing an n-type semiconductor compound, and a dispersion containing inorganic nanoparticles, respectively, A p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and inorganic nanoparticles may be simultaneously dissolved or dispersed in one or more kinds of solvents to prepare.

なお、無機ナノ粒子分散液は、市販品を使用することもできる。例えば、ZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)、NANOBYKR―3842(ビックケミー社製)などが挙げられる。   In addition, a commercial item can also be used for an inorganic nanoparticle dispersion liquid. For example, ZNT15WT% -G0 (Cai Kasei Co., Ltd.), NANOBYKR-3842 (Bic Chemie Co., Ltd.) and the like can be mentioned.

なお、活性層形成用組成物中の各化合物の割合は特段の制限はなく、所望の活性層103の組成に合わせて任意で選択すればよい。   The ratio of each compound in the composition for forming an active layer is not particularly limited and may be arbitrarily selected according to the desired composition of the active layer 103.

<1−4.バッファ層(下部バッファ層102、上部バッファ層104)>
上述の通り、本実施形態に係る光電変換素子は、下部電極101と活性層103との間に下部バッファ層102と、上部電極105と活性層103との間に上部バッファ層104と、を有する。下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、それぞれ、活性層103からカソードへの電子取り出し効率又は活性層103からアノードへの正孔取り出し効率を向上させる機能を有する。なお、活性層103からカソードへの電子取り出し効率を向上させる機能を有するバッファ層を電子取り出し層、活性層103からカソードへの電子取り出し効率を向上させる機能を有するバッファ層を正孔取り出し層という。なお、上述の通り、下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、必須の構成部材ではなく、光電変換素子は、下部バッファ層102及び上部バッファ層104を有していなくてもよい。また、どちらか一方の層のみを有していてもよい。
<1-4. Buffer Layer (Lower Buffer Layer 102, Upper Buffer Layer 104)>
As described above, the photoelectric conversion element according to this embodiment includes the lower buffer layer 102 between the lower electrode 101 and the active layer 103, and the upper buffer layer 104 between the upper electrode 105 and the active layer 103. . The lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 each have a function of improving the electron extraction efficiency from the active layer 103 to the cathode or the hole extraction efficiency from the active layer 103 to the anode. Note that a buffer layer having a function of improving the electron extraction efficiency from the active layer 103 to the cathode is referred to as an electron extraction layer, and a buffer layer having a function of improving the electron extraction efficiency from the active layer 103 to the cathode is referred to as a hole extraction layer. Note that, as described above, the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 are not essential components, and the photoelectric conversion element may not include the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104. Moreover, you may have only any one layer.

下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、どちらが電子取り出し層でも、正孔取り出し層でもよいが、下部電極101をカソードとし、上部電極105をアノードとする場合、下部バッファ層102は電子取り出し層とし、上部バッファ層104を正孔取り出し層とすることが好ましい。一方、下部電極101をアノードとし、上部電極105をカソードとする場合、下部バッファ層102を正孔取り出し層とし、上部バッファ層104を電子取り出し層とすることが好ましい。   Either of the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 may be an electron extraction layer or a hole extraction layer, but when the lower electrode 101 is a cathode and the upper electrode 105 is an anode, the lower buffer layer 102 is an electron extraction layer. The upper buffer layer 104 is preferably a hole extraction layer. On the other hand, when the lower electrode 101 is an anode and the upper electrode 105 is a cathode, the lower buffer layer 102 is preferably a hole extraction layer and the upper buffer layer 104 is preferably an electron extraction layer.

<1−4−1.電子取り出し層>
電子取り出し層の材料は、活性層103からカソードへ電子の取り出し効率を向上させる材料であれば特段の制限はないが、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。
<1-4-1. Electron extraction layer>
The material of the electron extraction layer is not particularly limited as long as it is a material that improves the efficiency of extracting electrons from the active layer 103 to the cathode, and examples thereof include inorganic compounds and organic compounds.

無機化合物の例としては、Li、Na、K又はCs等のアルカリ金属の塩;酸化チタン(TiOx)や酸化亜鉛(ZnO)のようなn型半導体酸化物等が挙げられる。なかでも、アルカリ金属の塩としては、LiF、NaF、KF又はCsFのようなフッ化物塩が好ましく、n型半導体酸化物としては、酸化亜鉛(ZnO)が好ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Al等で構成されるカソードと組み合わされた際にカソードの仕事関数を小さくし、太陽電池素子内部に印加される電圧を上げる事が考えられる。   Examples of inorganic compounds include salts of alkali metals such as Li, Na, K or Cs; n-type semiconductor oxides such as titanium oxide (TiOx) and zinc oxide (ZnO). Among them, the alkali metal salt is preferably a fluoride salt such as LiF, NaF, KF or CsF, and the n-type semiconductor oxide is preferably zinc oxide (ZnO). Although the operation mechanism of such a material is unknown, it is conceivable to reduce the work function of the cathode when combined with a cathode made of Al or the like and increase the voltage applied to the solar cell element.

有機化合物の例としては、例えば、トリアリールホスフィンオキシド化合物のようなリン原子と第16族元素との二重結合を有するホスフィン化合物;バソキュプロイン(BCP)又はバソフェナントレン(Bphen)のような、置換基を有してもよく、1位及び10位がヘテロ原子で置き換えられていてもよいフェナントレン化合物;トリアリールホウ素のようなホウ素化合物;(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)のような有機金属酸化物;オキサジアゾール化合物又はベンゾイミダゾール化合物のような、置換基を有していてもよい1又は2の環構造を有する化合物;ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)又はペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)のような、ジカルボン酸無水物のような縮合ジカルボン酸構造を有する芳香族化合物等が挙げられる。   Examples of organic compounds include phosphine compounds having a double bond between a phosphorus atom and a group 16 element such as triarylphosphine oxide compounds; substituents such as bathocuproin (BCP) or bathophenanthrene (Bphen) A phenanthrene compound in which the 1-position and the 10-position may be substituted with a heteroatom; a boron compound such as triarylboron; an organometallic such as (8-hydroxyquinolinato) aluminum (Alq3) Oxide; Compound having 1 or 2 ring structure which may have a substituent such as oxadiazole compound or benzimidazole compound; naphthalenetetracarboxylic anhydride (NTCDA) or perylenetetracarboxylic anhydride Such as (PTCDA), such as dicarboxylic anhydride Aromatic compounds having a slip dicarboxylic acid structure.

電子取り出し層は、上述のような化合物を用いて形成することができるが、電子取り出し障壁を小さくするために、電子取り出し層は、活性層中の無機ナノ粒子を構成する化合物と同じ化合物を含有することが好ましい。例えば、無機ナノ粒子が金属酸化物により構成されている場合、電子取り出し層も無機ナノ粒子を構成する金属酸化物と同じ金属酸化物を含有していることが好ましい。なお、この場合、電子取り出し層が含有する金属酸化物は金属元素によりドープされていてもよい。特に、無機ナノ粒子が酸化亜鉛により構成され、電子取り出し層が、金属元素がドープされていてもよい酸化亜鉛を含有していることが好ましい。   The electron extraction layer can be formed using a compound as described above, but in order to reduce the electron extraction barrier, the electron extraction layer contains the same compound as the compound constituting the inorganic nanoparticles in the active layer. It is preferable to do. For example, when the inorganic nanoparticles are composed of a metal oxide, the electron extraction layer preferably also contains the same metal oxide as the metal oxide that constitutes the inorganic nanoparticles. In this case, the metal oxide contained in the electron extraction layer may be doped with a metal element. In particular, the inorganic nanoparticles are preferably composed of zinc oxide, and the electron extraction layer preferably contains zinc oxide which may be doped with a metal element.

電子取り出し層の膜厚は、通常0.1nm以上、好ましくは1nm以上、より好ましくは10nm以上である。一方、通常400nm以下、好ましくは200nm以下である。電子取り出し層の膜厚が0.1nm以上であることでバッファ材料としての機能を果たすことになり、電子取り出し層の膜厚が400nm以下であることで、電子が取り出しやすくなり、光電変換効率が向上しうる。   The thickness of the electron extraction layer is usually 0.1 nm or more, preferably 1 nm or more, more preferably 10 nm or more. On the other hand, it is usually 400 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of the electron extraction layer is 0.1 nm or more, it functions as a buffer material. When the film thickness of the electron extraction layer is 400 nm or less, electrons are easily extracted and the photoelectric conversion efficiency is improved. Can improve.

電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−4.0eV以上、好ましくは−3.9eV以上である。一方、通常−1.9eV以下、好ましくは−2.0eV以下である。電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位が−1.9eV以下であることは、電荷移動が促進されうる点で好ましい。電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位が−4.0eV以上であることは、n型半導体材料への逆電子移動が防がれうる点で好ましい。   The LUMO energy level of the material of the electron extraction layer is not particularly limited, but is usually −4.0 eV or more, preferably −3.9 eV or more. On the other hand, it is usually −1.9 eV or less, preferably −2.0 eV or less. It is preferable that the LUMO energy level of the material for the electron extraction layer is −1.9 eV or less because charge transfer can be promoted. It is preferable that the LUMO energy level of the material for the electron extraction layer is −4.0 eV or more in terms of preventing reverse electron transfer to the n-type semiconductor material.

電子取り出し層の材料のHOMOエネルギー準位は、特に限定は無いが、通常−9.0eV以上、好ましくは−8.0eV以上である。一方、通常−5.0eV以下、好ましくは−5.5eV以下である。電子取り出し層の材料のHOMOエネルギー準位が−5.0eV以下であることは、正孔が移動してくることを阻止しうる点で好ましい。   The HOMO energy level of the material for the electron extraction layer is not particularly limited, but is usually −9.0 eV or more, preferably −8.0 eV or more. On the other hand, it is usually −5.0 eV or less, preferably −5.5 eV or less. The HOMO energy level of the material for the electron extraction layer is preferably −5.0 eV or less from the viewpoint of preventing movement of holes.

電子取り出し層の材料のLUMOエネルギー準位及びHOMOエネルギー準位の算出方法としては、サイクリックボルタモグラム測定法が挙げられる。例えば、国際公開第2011/016430号パンフレットに記載の方法を参考にして実施することができる。   As a method for calculating the LUMO energy level and the HOMO energy level of the material of the electron extraction layer, a cyclic voltammogram measurement method may be mentioned. For example, it can implement with reference to the method as described in the international publication 2011/016430 pamphlet.

電子取り出し層の材料が有機化合物である場合、DSC法により測定した場合のこの化合物のガラス転移温度(以下、Tgと記載する場合もある)は、特段の制限はないが、観測されないか、又は55℃以上であることが好ましい。DSC法によりガラス転移温度が観測されないとは、ガラス転移温度がないことを意味する。具体的には400℃以下のガラス転移温度の有無により判別する。DSC法によるガラス転移温度が観測されない材料は、熱的に高い安定性を有している点で好ましい。   When the material of the electron extraction layer is an organic compound, the glass transition temperature (hereinafter sometimes referred to as Tg) of this compound as measured by the DSC method is not particularly limited, but is not observed, or It is preferable that it is 55 degreeC or more. That the glass transition temperature is not observed by the DSC method means that there is no glass transition temperature. Specifically, the determination is made based on the presence or absence of a glass transition temperature of 400 ° C. or lower. A material in which the glass transition temperature by the DSC method is not observed is preferable in that it has high thermal stability.

また、DSC法により測定した場合のガラス転移温度が55℃以上である化合物の中でも、ガラス転移温度が、好ましくは65℃以上、より好ましくは80℃以上、さらに好ましくは110℃以上、特に好ましくは120℃以上である化合物が望ましい。一方、ガラス転移温度の上限は特に限定はないが、通常400℃以下、好ましくは350℃以下、より好ましくは300℃以下である。また、電子取り出し層の材料は、DSC法によるガラス転移温度が30℃以上55度未満に観測されないものであることが好ましい。   Among the compounds having a glass transition temperature of 55 ° C. or higher as measured by the DSC method, the glass transition temperature is preferably 65 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, more preferably 110 ° C. or higher, particularly preferably. A compound having a temperature of 120 ° C. or higher is desirable. On the other hand, the upper limit of the glass transition temperature is not particularly limited, but is usually 400 ° C. or lower, preferably 350 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower. Moreover, it is preferable that the material of an electron taking-out layer is a thing by which the glass transition temperature by DSC method is not observed below 30 degreeC or more and less than 55 degree | times.

本明細書におけるガラス転移温度とは、アモルファス状態の固体において、熱エネルギーにより局所的な分子運動が開始される温度とされており、比熱が変化する点として定義される。Tgよりさらに温度が上がると、固体構造が変化して結晶化が起こる(この時の温度を結晶化温度(Tc)とする)。さらに温度が上がると、融点(Tm)で融解し液体状態に変化することが一般的である。但し、高温で分子が分解したり、昇華したりして、これらの相転移が見られないこともある。   The glass transition temperature in the present specification is defined as a point at which specific heat changes in an amorphous solid, which is a temperature at which local molecular motion is started by thermal energy. When the temperature rises further than Tg, the solid structure changes and crystallization occurs (the temperature at this time is defined as the crystallization temperature (Tc)). When the temperature rises further, it generally melts at the melting point (Tm) and changes to a liquid state. However, these phase transitions may not be observed due to molecular decomposition or sublimation at high temperatures.

DSC法とは、JIS K−0129“熱分析通則”に定義された熱物性の測定法(示差走査熱量測定法)である。ガラス転移温度をより明確に決める為には、一度ガラス転移点以上の温度に加熱したサンプルを急冷した後に測定することが望ましい。例えば、公知文献(国際公開第2011/016430号)に記載の方法により、測定を実施することができる。   The DSC method is a thermophysical property measurement method (differential scanning calorimetry method) defined in JIS K-0129 “General Rules for Thermal Analysis”. In order to determine the glass transition temperature more clearly, it is desirable to measure after rapidly cooling a sample once heated to a temperature higher than the glass transition temperature. For example, the measurement can be carried out by a method described in a known document (International Publication No. 2011/016430).

電子取り出し層に用いられる化合物のガラス転移温度が55℃以上である場合、この化合物は、印加される電場、流れる電流、曲げや温度変化による応力等の外部ストレスに対して構造が変化しにくいため、耐久性の面で好ましい。さらに、化合物の薄膜の結晶化が進みにくい傾向も有すことから、使用温度範囲においてこの化合物がアモルファス状態と結晶状態との間で変化しにくくなることにより、電子取り出し層としての安定性が良くなるため、耐久性の面で好ましい。この効果は、材料のガラス転移温度が高ければ高いほど、より顕著に表れる。   When the glass transition temperature of the compound used for the electron extraction layer is 55 ° C. or higher, the structure of this compound is difficult to change against external stress such as applied electric field, flowing current, stress due to bending or temperature change. It is preferable in terms of durability. Furthermore, since there is a tendency that the crystallization of the thin film of the compound does not proceed easily, the stability of the electron extraction layer is improved by making it difficult for the compound to change between the amorphous state and the crystalline state in the operating temperature range. Therefore, it is preferable in terms of durability. This effect becomes more prominent as the glass transition temperature of the material is higher.

電子取り出し層の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコートやインクジェット等の湿式塗布法等により形成することができる。   There is no restriction | limiting in the formation method of an electronic taking-out layer. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. Further, for example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as spin coating or inkjet.

塗布法により電子取り出し層を形成する場合は、塗布液にさらに界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤の使用により、微小な泡若しくは異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。なかでも、ケイ素系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤としては1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   When the electron extraction layer is formed by a coating method, a surfactant may be further contained in the coating solution. By using the surfactant, the occurrence of dents due to adhesion of fine bubbles or foreign matters and / or uneven coating in the drying process is suppressed. Known surfactants (cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants) can be used as the surfactant. Of these, silicon-based surfactants, acetylenic diol-based surfactants, and fluorine-based surfactants are preferable. In addition, as surfactant, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.

具体的には、例えばアルカリ金属塩を電子取り出し層の材料として用いる場合、真空蒸着、スパッタ等の真空成膜方法を用いて電子取り出し層を成膜することが可能である。なかでも、抵抗加熱による真空蒸着によって、電子取り出し層を形成するのが望ましい。真空蒸着を用いることにより、活性層等の他の層へのダメージを小さくすることができる。   Specifically, for example, when an alkali metal salt is used as a material for the electron extraction layer, the electron extraction layer can be formed by using a vacuum film formation method such as vacuum deposition or sputtering. Especially, it is desirable to form an electron taking-out layer by vacuum vapor deposition by resistance heating. By using vacuum deposition, damage to other layers such as an active layer can be reduced.

一方、電子取り出し層の材料としてn型半導体の金属酸化物を用いる場合には、スパッタ法等の真空成膜方法を用いることもできるが、塗布法を用いて電子取り出し層を成膜することが望ましい。例えば、Sol−Gel Science、C.J.Brinker,G.W.Scherer著、Academic Press(1990)に記載のゾルゲル法に従って、酸化亜鉛で構成される電子取り出し層を形成できる。この場合の膜厚は、通常0.1nm以上、好ましくは2nm以上、より好ましくは5nm以上であり、通常1μm以下、好ましくは100nm以下、より好ましくは50nm以下である。電子取り出し層が薄すぎると、電子の取り出し効率を向上させる効果が十分でなくなり、厚すぎると、電子取り出し層が直列抵抗成分として作用することにより素子の特性を損なう傾向がある。また、公知の国際公開第2013/180230号パンフレットに記載の方法により形成することもできる。   On the other hand, when an n-type semiconductor metal oxide is used as the material for the electron extraction layer, a vacuum film formation method such as sputtering can be used. However, the electron extraction layer can be formed by a coating method. desirable. For example, Sol-Gel Science, C.I. J. et al. Brinker, G.M. W. According to the sol-gel method described by Scherer, Academic Press (1990), an electron extraction layer composed of zinc oxide can be formed. In this case, the film thickness is usually 0.1 nm or more, preferably 2 nm or more, more preferably 5 nm or more, and usually 1 μm or less, preferably 100 nm or less, more preferably 50 nm or less. If the electron extraction layer is too thin, the effect of improving the electron extraction efficiency is not sufficient, and if it is too thick, the electron extraction layer tends to deteriorate the characteristics of the device by acting as a series resistance component. Moreover, it can also form by the method as described in the well-known international publication 2013/180230 pamphlet.

<1−4−2.正孔取り出し層>
正孔取り出し層の材料に特に限定は無く、活性層103からアノードへの正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スルホン酸及び/又はヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、酸化銅、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等の金属酸化物、ナフィオン、後述のp型半導体等が挙げられる。その中でも好ましくは、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーであり、より好ましくは、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングした(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS)である。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができる。金属等の薄膜は、単独で形成してもよいし、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。
<1-4-2. Hole extraction layer>
The material for the hole extraction layer is not particularly limited as long as it is a material capable of improving the efficiency of extracting holes from the active layer 103 to the anode. Specifically, conductive polymers in which polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline, etc. are doped with sulfonic acid and / or iodine, polythiophene derivatives having a sulfonyl group as a substituent, conductive organics such as arylamine Examples thereof include compounds, copper oxide, nickel oxide, manganese oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide, metal oxide such as tungsten oxide, Nafion, and a p-type semiconductor described later. Among them, a conductive polymer doped with sulfonic acid is preferable, and (3,4-ethylenedioxythiophene) poly (styrenesulfonic acid) (PEDOT: PSS) in which a polythiophene derivative is doped with polystyrene sulfonic acid is more preferable. It is. A thin film of metal such as gold, indium, silver or palladium can also be used. A thin film of metal or the like may be formed alone or in combination with the above organic material.

正孔取り出し層の膜厚は、通常0.1nm以上である。一方、通常400nm以下、好ましくは200nm以下である。正孔取り出し層の膜厚が上記の範囲内であれば、特に、正孔が取り出し易くなり、光電変換効率が向上しうる。   The film thickness of the hole extraction layer is usually 0.1 nm or more. On the other hand, it is usually 400 nm or less, preferably 200 nm or less. If the film thickness of the hole extraction layer is within the above range, in particular, holes can be easily extracted and the photoelectric conversion efficiency can be improved.

正孔取り出し層の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコート法やインクジェット法等の湿式塗布法等により形成することができる。なかでも、正孔取り出し層の材料としてPEDOT:PSSを用いる場合、分散液を塗布する方法によって正孔取り出し層を形成することが好ましい。PEDOT:PSSの分散液としては、ヘレウス社製のCLEVIOSTMシリーズや、アグファ社製のORGACONTMシリーズ等が挙げられる。   There is no restriction | limiting in the formation method of a positive hole taking-out layer. For example, when a material having sublimation property is used, it can be formed by a vacuum deposition method or the like. For example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as a spin coating method or an ink jet method. Especially, when using PEDOT: PSS as a material of a hole taking-out layer, it is preferable to form a hole taking-out layer by the method of apply | coating a dispersion liquid. Examples of the dispersion of PEDOT: PSS include CLEVIOSTM series manufactured by Heraeus, ORGACONTM series manufactured by Agfa, and the like.

塗布法により正孔取り出し層を形成する場合は、塗布液にさらに界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤の使用により、微小な泡若しくは異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。なかでも、ケイ素系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤としては1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   When the hole extraction layer is formed by a coating method, a surfactant may be further contained in the coating solution. By using the surfactant, the occurrence of dents due to adhesion of fine bubbles or foreign matters and / or uneven coating in the drying process is suppressed. Known surfactants (cationic surfactants, anionic surfactants, nonionic surfactants) can be used as the surfactant. Of these, silicon-based surfactants, acetylenic diol-based surfactants, and fluorine-based surfactants are preferable. In addition, as surfactant, only 1 type may be used and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.

<1−5.光電変換素子の製造方法>
図1に示される構成を有する光電変換素子107は、各層について説明した上述の方法に従い、基材106上に、下部電極101、下部バッファ層102、活性層103、上部バッファ層104、及び上部電極105を順次積層することにより作製することができる。
<1-5. Manufacturing method of photoelectric conversion element>
A photoelectric conversion element 107 having the configuration shown in FIG. 1 is formed on a base 106 by a lower electrode 101, a lower buffer layer 102, an active layer 103, an upper buffer layer 104, and an upper electrode in accordance with the method described above for each layer. It can be manufactured by sequentially stacking 105.

下部電極101及び上部電極105を積層した後に、光電変換素子を通常50℃以上、好ましくは80℃以上、一方、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい(この工程をアニーリング処理工程と称する)。   After laminating the lower electrode 101 and the upper electrode 105, the photoelectric conversion element is usually in a temperature range of 50 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, usually 300 ° C. or lower, preferably 280 ° C. or lower, more preferably 250 ° C. or lower. It is preferable to heat (this step is referred to as an annealing treatment step).

アニーリング処理工程を50℃以上の温度で行うことは、光電変換素子の各層間の密着性、例えば、下部バッファ層102と下部電極101及び/又は下部バッファ層102と活性層103の密着性が向上する効果が得られるため、好ましい。各層間の密着性が向上することにより、光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上し得る。また、アニーリング処理工程により、活性層の自己組織化が促進され得る。アニーリング処理工程の温度を300℃以下にすることは、活性層103内の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。アニーリング処理工程においては、上記の温度範囲内で段階的な加熱を行ってもよい。   Performing the annealing process at a temperature of 50 ° C. or higher improves adhesion between the layers of the photoelectric conversion element, for example, adhesion between the lower buffer layer 102 and the lower electrode 101 and / or the lower buffer layer 102 and the active layer 103. This is preferable because the effect of By improving the adhesion between the layers, the thermal stability and durability of the photoelectric conversion element can be improved. In addition, the self-organization of the active layer can be promoted by the annealing process. It is preferable to set the temperature of the annealing treatment step to 300 ° C. or lower because the possibility that the organic compound in the active layer 103 is thermally decomposed is reduced. In the annealing treatment step, stepwise heating may be performed within the above temperature range.

加熱する時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上、一方、通常3時間以下、好ましくは1時間以下である。アニーリング処理工程は、太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、アニーリング処理工程は、常圧下、かつ不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。   The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, and usually 3 hours or shorter, preferably 1 hour or shorter. The annealing treatment step is preferably terminated when the open-circuit voltage, the short-circuit current, and the fill factor, which are parameters of the solar cell performance, reach a constant value. Further, the annealing treatment step is preferably performed under normal pressure and in an inert gas atmosphere.

加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に光電変換素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に光電変換素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよい。   As a heating method, the photoelectric conversion element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the photoelectric conversion element may be placed in a heating atmosphere such as an oven. The heating may be performed batchwise or continuously.

本発明に係る光電変換素子を構成する各層は、特段の制限はなく、シート・ツー・シート(枚葉)方式、又はロール・ツー・ロール方式で形成することができる。   Each layer constituting the photoelectric conversion element according to the present invention is not particularly limited, and can be formed by a sheet-to-sheet (sheet-fed) method or a roll-to-roll method.

<2.太陽電池>
上述の実施形態に係る光電変換素子は、太陽電池、なかでも、シースルー型の有機薄膜太陽電池の太陽電池素子として使用されることが好ましい。なお、太陽電池は図2に示すように光電変換素子以外の構成を有していてもよい。
<2. Solar cell>
The photoelectric conversion element according to the above-described embodiment is preferably used as a solar battery, in particular, a solar battery element of a see-through type organic thin film solar battery. The solar cell may have a configuration other than the photoelectric conversion element as shown in FIG.

図2は、本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図2に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池14は、対候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、光電変換素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10とをこの順に備える。そして、薄膜太陽電池は、通常、耐候性保護フィルム1が形成された側(図中下方)から光が照射されて、光電変換素子6が発電する。なお、薄膜太陽電池は、これらの構成部材を全て有する必要はなく、各構成部材を任意で選択して設ければよい。   FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of a thin-film solar cell as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the thin-film solar cell 14 of this embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet cut film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and photoelectric conversion. The element 6, the sealing material 7, the getter material film 8, the gas barrier film 9, and the back sheet 10 are provided in this order. And a thin film solar cell is normally irradiated with light from the side (downward in the figure) in which the weather-resistant protective film 1 was formed, and the photoelectric conversion element 6 generates electric power. Note that the thin-film solar cell does not need to have all of these constituent members, and each constituent member may be arbitrarily selected and provided.

薄膜太陽電池を構成するこれらの構成部材及びその製造方法について特段の制限はなく、周知技術を用いることができる。例えば、国際公開第2011/016430号又は日本国特開2012−191194号公報等の公知文献に記載のものを使用することができる。   There are no particular restrictions on these constituent members constituting the thin-film solar cell and the manufacturing method thereof, and well-known techniques can be used. For example, the thing described in well-known literatures, such as international publication 2011/016430 or Japan Unexamined-Japanese-Patent No. 2012-191194, can be used.

本発明に係る太陽電池、特に上述した薄膜太陽電池14の用途に特段の制限はなく、任意の用途に用いることができる。例えば、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池等が挙げられる。   There is no special restriction | limiting in the use of the solar cell which concerns on this invention, especially the thin film solar cell 14 mentioned above, It can use for arbitrary uses. Examples include solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for spacecrafts, solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like.

本発明に係る太陽電池、特に薄膜太陽電池はそのまま用いてもよいし、例えば基材上に太陽電池を設置して太陽電池モジュールとして用いてもよい。例えば、図3に示すように、基材12上に薄膜太陽電池14を備えた太陽電池モジュール13として、使用場所に設置して用いることができる。基材12については、周知技術を用いることができ、例えば、国際公開第2011/016430号又は日本国特開2012−191194号公報等に記載のものを用いることができる。例えば、基材12として建材用板材を使用する場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を設けることにより、太陽電池モジュール13として太陽電池パネルを作製することができる。   The solar cell according to the present invention, particularly a thin-film solar cell, may be used as it is, or for example, a solar cell may be installed on a substrate and used as a solar cell module. For example, as shown in FIG. 3, the solar cell module 13 having the thin film solar cell 14 on the base 12 can be installed and used at a place of use. For the substrate 12, a well-known technique can be used, for example, those described in International Publication No. 2011-016430 or Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-191194. For example, when a building material plate is used as the substrate 12, a solar cell panel can be produced as the solar cell module 13 by providing the thin film solar cell 14 on the surface of the plate.

以下に、実施例により本発明の実施形態を説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらに限定されるものではない。本実施例に記載の項目は以下の方法によって測定した。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by way of examples. However, the present invention is not limited to these examples as long as the gist thereof is not exceeded. Items described in the examples were measured by the following methods.

(重量平均分子量及び数平均分子量の測定方法)
ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めた。分子量分布(PDI)は、Mw/Mnを表す。
(Measurement method of weight average molecular weight and number average molecular weight)
The weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) in terms of polystyrene were determined by gel permeation chromatography (GPC). Molecular weight distribution (PDI) represents Mw / Mn.

ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定は以下の条件で行った。
カラム:PolymerLaboratories GPC用カラム(PLgel MIXED−B 10μm,内径7.5mm,長さ30cm)を2本直列に接続して使用 ポンプ:LC−10AT(島津製作所社製) オーブン:CTO−10A(島津製作所社製)
検出器:示差屈折率検出器(島津製作所社製,RID−10A)及びUV−vis検出器(島津製作所社製,SPD−10A)
サンプル:試料1mgをクロロホルム(200mg)に溶解させた液1μL
移動相:クロロホルム
流速:1.0mL/min
解析:LC−Solution(島津製作所社製)
Gel permeation chromatography (GPC) measurement was performed under the following conditions.
Column: Polymer Laboratories GPC column (PLgel MIXED-B 10 μm, inner diameter 7.5 mm, length 30 cm) connected in series Pump: LC-10AT (manufactured by Shimadzu Corporation) Oven: CTO-10A (Shimadzu Corporation) (Made by company)
Detector: differential refractive index detector (manufactured by Shimadzu Corporation, RID-10A) and UV-vis detector (manufactured by Shimadzu Corporation, SPD-10A)
Sample: 1 μL of 1 mg sample dissolved in chloroform (200 mg)
Mobile phase: Chloroform Flow rate: 1.0 mL / min
Analysis: LC-Solution (manufactured by Shimadzu Corporation)

(光電変換素子の評価)
光電変換素子に4mm角のメタルマスクを付け、照射光源としてエアマス(AM)1.5G、放射照度100mW/cm2のソーラシミュレータを用い、ソースメーター(ケイスレー社製,2400型)により、ITO電極と銀電極との間における電流−電圧特性を測定した。この測定結果から、開放電圧Voc(V)、短絡電流密度Jsc(mA/cm2)、形状因子FF、光電変換効率PCE(%)を算出した。
(Evaluation of photoelectric conversion element)
A 4 mm square metal mask is attached to the photoelectric conversion element, a solar simulator with an air mass (AM) of 1.5 G and an irradiance of 100 mW / cm 2 is used as an irradiation light source, and an ITO electrode is connected with a source meter (Keisley, Model 2400). The current-voltage characteristics with the silver electrode were measured. From this measurement result, open circuit voltage Voc (V), short circuit current density Jsc (mA / cm 2 ), form factor FF, and photoelectric conversion efficiency PCE (%) were calculated.

ここで、開放電圧Vocとは電流値=0(mA/cm2)の際の電圧値であり、短絡電流密度Jscとは電圧値=0(V)の際の電流密度である。形状因子FFとは内部抵抗を表すファクターであり、最大出力をPmaxとすると次式で表される。
FF = Pmax/(Voc×Jsc)
また、光電変換効率PCEは、入射エネルギーをPinとすると次式で与えられる。
PCE = (Pmax/Pin)×100
= (Voc×Jsc×FF/Pin)×100
Here, the open circuit voltage Voc is a voltage value at a current value = 0 (mA / cm 2 ), and the short circuit current density Jsc is a current density at a voltage value = 0 (V). The form factor FF is a factor representing the internal resistance, and is represented by the following expression when the maximum output is Pmax.
FF = Pmax / (Voc × Jsc)
Further, the photoelectric conversion efficiency PCE is given by the following equation when the incident energy is Pin.
PCE = (Pmax / Pin) × 100
= (Voc x Jsc x FF / Pin) x 100

<合成例1:コポリマーの合成> <Synthesis Example 1: Synthesis of copolymer>

Figure 2016184698
Figure 2016184698

窒素雰囲気下、50mL二口ナスフラスコに、モノマーとして、公知文献(Organic Letters 2004,6,3381−3384)に記載の方法を参考にして得られた1,3−ジブロモ−5−(n−オクチル)−4H−チエノ[3,4−c]ピロール−4,6−(5H)−ジオン(化合物B1:イミドチオフェンジブロミド),350mg,0.826mmol)、公知文献(Polymer, 1990,31,1379−1383)を参考にして得られた4,4’−ジドデシル−5,5’−ビス(トリメチルスタニル)−2,2’−ビチオフェン(化合物C1)(342mg,0.413mmol)、及びWO2013/180243に記載の方法を参考にして得られた4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−2,6−ビス(トリメチルスズ)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物A1)(308mg,0.413mmol)を入れ、さらにテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(28.6mg,3mol%)、トリフェニルホスフィン含有不均一系パラジウム錯体触媒Pd−EnCatTPP30(Aldrich社製,37.2mg,3mol%)、トルエン(24mL)、及びN,N−ジメチルホルムアミド(6mL)を入れ、90℃で1時間、続いて100℃で10時間攪拌した。反応液をトルエンで4倍に希釈して100℃でさらに0.5時間加熱攪拌した後、末端処理として、トリメチル(フェニル)スズ(0.036mL)を加えて100℃で5時間加熱攪拌し、さらにブロモベンゼン(8mL)を加えて100℃で2時間加熱攪拌して、反応溶液をメタノール中に注ぎ、析出した沈殿をろ取した。得られた固体をクロロホルムに溶解させ、ジアミンシリカゲル(Fujiシリシア化学製)を加えて1時間室温で攪拌し、酸性シリカゲルのショートカラムを通した。溶液を濃縮し、クロロホルム/酢酸エチルを溶媒として再結晶を行い、析出した沈殿を濾別することで、目的とするコポリマーを、収率74%で得た。得られたコポリマーの重量平均分子量Mwは37kであり、PDIは2.1であった。   1,3-dibromo-5- (n-octyl) obtained by referring to a method described in a known document (Organic Letters 2004, 6, 3381-3384) as a monomer in a 50 mL two-necked eggplant flask under a nitrogen atmosphere. ) -4H-thieno [3,4-c] pyrrole-4,6- (5H) -dione (compound B1: imidothiophene dibromide), 350 mg, 0.826 mmol), known literature (Polymer, 1990, 31, 1379). -1383), 4,4′-didodecyl-5,5′-bis (trimethylstannyl) -2,2′-bithiophene (compound C1) (342 mg, 0.413 mmol), and WO2013 / 4,4-bis (2-ethylhexyl) -2,6-biphenyl obtained by referring to the method described in 180243 (Trimethyltin) -dithieno [3,2-b: 2 ′, 3′-d] silole (compound A1) (308 mg, 0.413 mmol) was added, and tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (28. 6 mg, 3 mol%), triphenylphosphine-containing heterogeneous palladium complex catalyst Pd-EnCatTPP30 (Aldrich, 37.2 mg, 3 mol%), toluene (24 mL), and N, N-dimethylformamide (6 mL) The mixture was stirred at 90 ° C. for 1 hour and then at 100 ° C. for 10 hours. After diluting the reaction solution 4 times with toluene and heating and stirring at 100 ° C. for another 0.5 hours, as a terminal treatment, trimethyl (phenyl) tin (0.036 mL) was added and heating and stirring at 100 ° C. for 5 hours. Bromobenzene (8 mL) was further added, and the mixture was heated and stirred at 100 ° C. for 2 hours. The reaction solution was poured into methanol, and the deposited precipitate was collected by filtration. The obtained solid was dissolved in chloroform, diamine silica gel (Fuji Silysia Chemical) was added, and the mixture was stirred for 1 hour at room temperature and passed through a short column of acidic silica gel. The solution was concentrated, recrystallized using chloroform / ethyl acetate as a solvent, and the deposited precipitate was filtered off to obtain the desired copolymer in a yield of 74%. The weight average molecular weight Mw of the obtained copolymer was 37 k, and PDI was 2.1.

<活性層形成用組成物の調製> <Preparation of composition for forming active layer>

(活性層形成用組成物1の作製)
p型有機半導体化合物として合成例1で得られたコポリマー及びn型半導体化合物としてフラーレン化合物であるPC61BM(フェニルC61酪酸メチルエステル)とPC71BM(フェニルC71酪酸メチルエステル)との混合物を、質量比が1:2となるように混合した。平均一次粒径15nmの酸化亜鉛粒子を含む分散液ZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)とo−キシレンとテトラリンとの混合溶媒(体積比9:1)と混合物が質量比で3:92.5:4.5(n型半導体化合物に対する酸化亜鉛粒子の割合は15質量%)となるように窒素雰囲気中で混合させ、混合物をよく溶解させた。なお、PC61BM及びPC71BMは、Journal of Organic Chemistry,1995,60,532を参照して製造した。得られた溶液をホットスターラー上で80℃の温度にて1時間攪拌混合した。攪拌混合後の溶液を1μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターで濾過することにより、活性層形成用組成物1を得た。
(Preparation of active layer forming composition 1)
A mixture of the copolymer obtained in Synthesis Example 1 as a p-type organic semiconductor compound and PC 61 BM (phenyl C61 butyric acid methyl ester) which is a fullerene compound and PC 71 BM (phenyl C71 butyric acid methyl ester) as an n-type semiconductor compound, It mixed so that mass ratio might be set to 1: 2. Dispersion liquid ZNT15WT% -G0 (manufactured by C-I Kasei Co., Ltd.) containing zinc oxide particles having an average primary particle size of 15 nm, a mixed solvent of o-xylene and tetralin (volume ratio 9: 1) and the mixture are in a mass ratio of 3:92. The mixture was mixed well in a nitrogen atmosphere so that the ratio was 5: 4.5 (the ratio of zinc oxide particles to the n-type semiconductor compound was 15% by mass). PC 61 BM and PC 71 BM were manufactured with reference to Journal of Organic Chemistry, 1995, 60,532. The obtained solution was stirred and mixed on a hot stirrer at a temperature of 80 ° C. for 1 hour. The solution after stirring and mixing was filtered through a 1 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter to obtain composition 1 for forming an active layer.

Figure 2016184698
Figure 2016184698

(活性層形成用組成物2の作製)
ZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)の代わりに、平均一次粒径40nmの酸化亜鉛粒子を含む分散液BYK3842R(ビックケミー社製)を、n型半導体化合物に対する酸化亜鉛粒子割合が15質量%となるように添加した以外は、活性層形成用組成物1と同様の方法により活性層形成用組成物2を作製した。
(Preparation of active layer forming composition 2)
Instead of ZNT15WT% -G0 (manufactured by CI Kasei Co., Ltd.), a dispersion BYK3842R (manufactured by BYK Chemie) containing zinc oxide particles having an average primary particle diameter of 40 nm is 15% by mass with respect to the n-type semiconductor compound. An active layer forming composition 2 was prepared in the same manner as the active layer forming composition 1 except that the addition was performed as described above.

(活性層形成用組成物3の作製)
ZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)を添加しなかった以外は、活性層形成用組成物1と同様の方法により活性層形成用組成物3を作製した。
(Preparation of active layer forming composition 3)
Active layer forming composition 3 was prepared in the same manner as active layer forming composition 1 except that ZNT15WT% -G0 (manufactured by CI Kasei Co., Ltd.) was not added.

(活性層形成用組成物4の作製)
n型半導体化合物に対する酸化亜鉛粒子の割合が3質量%となるようにZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)を添加した以外は、活性層形成用組成物1と同様の方法により活性層形成用組成物4を作製した。
(Preparation of active layer forming composition 4)
For forming an active layer by the same method as for the composition 1 for forming an active layer, except that ZNT15WT% -G0 (manufactured by CI Kasei Co., Ltd.) was added so that the ratio of the zinc oxide particles to the n-type semiconductor compound was 3% by mass. Composition 4 was prepared.

(活性層形成用組成物5の作製)
n型半導体化合物に対する酸化亜鉛粒子の割合が6質量%となるようにZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)を添加した以外は、活性層形成用組成物1と同様の方法により活性層形成用組成物5を作製した。
(Preparation of active layer forming composition 5)
For forming an active layer by the same method as for composition 1 for forming an active layer, except that ZNT15WT% -G0 (CAI Kasei Co., Ltd.) was added so that the ratio of zinc oxide particles to the n-type semiconductor compound was 6% by mass. Composition 5 was prepared.

(活性層形成用組成物6の作製)
n型半導体化合物に対する酸化亜鉛粒子の割合が11質量%となるようにZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)を添加した以外は、活性層形成用組成物1と同様の方法により活性層形成用組成物6を作製した。
(Preparation of active layer forming composition 6)
For forming an active layer by the same method as for the composition 1 for forming an active layer, except that ZNT15WT% -G0 (CAI Kasei Co., Ltd.) was added so that the ratio of zinc oxide particles to the n-type semiconductor compound was 11% by mass. Composition 6 was prepared.

(活性層形成用組成物7の作製)
n型半導体化合物に対する酸化亜鉛粒子の割合が23質量%となるようにZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)を添加した以外は、活性層形成用組成物1と同様の方法により活性層形成用組成物7を作製した。
(Preparation of active layer forming composition 7)
For forming an active layer by the same method as the composition 1 for forming an active layer, except that ZNT15WT% -G0 (manufactured by CI Kasei Co., Ltd.) was added so that the ratio of the zinc oxide particles to the n-type semiconductor compound was 23% by mass. Composition 7 was prepared.

<実施例1:光電変換素子1の作製及び評価>
インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜がパターニングされたガラス基板(ジオマテック社製)を、アセトンによる超音波洗浄、ついでイソプロパノールによる超音波洗浄の後、窒素ブローでの乾燥及びUV−オゾン処理を行った。
<Example 1: Production and evaluation of photoelectric conversion element 1>
A glass substrate (manufactured by Geomatic Co., Ltd.) on which an indium tin oxide (ITO) transparent conductive film is patterned is subjected to ultrasonic cleaning with acetone, followed by ultrasonic cleaning with isopropanol, followed by drying with nitrogen blowing and UV-ozone treatment. went.

アクリル酸亜鉛(和光純薬製)500mgをエタノール(和光純薬製)7.77gに溶解させ、この溶液を1時間撹拌した。その後、この溶液を上記処理を行ったガラス基板の上に2000回転の速度でスピンコートした。このガラス基板を150度で5分加熱することにより、電子取り出し層として酸化亜鉛含有層を成膜した。   500 mg of zinc acrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was dissolved in 7.77 g of ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), and this solution was stirred for 1 hour. Then, this solution was spin-coated on the glass substrate which performed the said process at the speed of 2000 rotations. This glass substrate was heated at 150 degrees for 5 minutes to form a zinc oxide-containing layer as an electron extraction layer.

電子取り出し層を成膜した基板をグローブボックスに持ち込み、窒素雰囲気下150℃で3分間加熱処理し、冷却後に上述のように作製した活性層形成用組成物1(0.06mL)を1000rpmの速度にてスピンコートすることにより活性層を形成した。その後、この基板を140度で10分加熱した。   The substrate on which the electron extraction layer was formed was brought into a glove box, heat-treated at 150 ° C. for 3 minutes in a nitrogen atmosphere, and after cooling, the active layer forming composition 1 (0.06 mL) prepared as described above at a speed of 1000 rpm. The active layer was formed by spin coating with Thereafter, the substrate was heated at 140 degrees for 10 minutes.

さらに、活性層上に、PEDOT:PSS分散液を300rpmの速度でスピンコートすることで正孔取り出し層を形成した。その後、この基板を150度で10分加熱した。   Further, a hole extraction layer was formed on the active layer by spin coating a PEDOT: PSS dispersion at a speed of 300 rpm. Thereafter, the substrate was heated at 150 degrees for 10 minutes.

正孔取り出し層を形成した後に、透明電極層として厚さ30nmのIZO膜をスパッタで、次いで8nmの銀膜を抵抗加熱型真空蒸着法で、さらに上部電極として40nmのIZO膜をスパッタ法により順次成膜し、5mm角の光電変換素子1を作製した。   After forming the hole extraction layer, a 30 nm thick IZO film is sputtered as a transparent electrode layer, then an 8 nm silver film is sputtered by resistance heating vacuum deposition, and a 40 nm IZO film is sequentially sputtered by an upper electrode. Film formation was performed to produce a photoelectric conversion element 1 of 5 mm square.

このように作製した光電変換素子1を、上述のように電流−電圧特性を測定することにより変換効率を測定した。   The photoelectric conversion element 1 thus produced was measured for conversion efficiency by measuring current-voltage characteristics as described above.

光電変換素子1の耐光性を評価するために、窒素中において光電変換素子1の周囲にUV硬化性樹脂を塗布し、その上部からガラス封止板を載せ、樹脂をUV硬化させて、照射光源としてエアマス(AM)1.5G、放射照度100mW/cm2のソーラシミュレータで80時間露光し、露光後の光電変換効率と露光前の光電変換効率の比(維持率)を求めた。得られた結果を表1に示す。   In order to evaluate the light resistance of the photoelectric conversion element 1, a UV curable resin is applied around the photoelectric conversion element 1 in nitrogen, a glass sealing plate is placed on the upper part, the resin is UV cured, and an irradiation light source As an air mass (AM) 1.5G, irradiance was 100 mW / cm2 solar simulator for 80 hours, and the ratio (maintenance ratio) between the photoelectric conversion efficiency after exposure and the photoelectric conversion efficiency before exposure was determined. The obtained results are shown in Table 1.

<実施例2:光電変換素子2の作製及び評価>
活性層形成用組成物1の代わりに活性層形成用組成物2を用いた以外は、実施例1と同様の方法により光電変換素子2を作製し、評価を行った。得られた結果を表1に示す。
<Example 2: Production and evaluation of photoelectric conversion element 2>
A photoelectric conversion element 2 was produced and evaluated by the same method as in Example 1 except that the active layer forming composition 2 was used instead of the active layer forming composition 1. The obtained results are shown in Table 1.

<比較例1:光電変換素子3の作製及び評価>
活性層形成用組成物1の代わりに活性層形成用組成物3を用いた以外は、実施例1と同様の方法により光電変換素子3を作製し、評価を行った。得られた結果を表1に示す。
<Comparative example 1: Production and evaluation of photoelectric conversion element 3>
A photoelectric conversion element 3 was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the active layer forming composition 3 was used instead of the active layer forming composition 1. The obtained results are shown in Table 1.

<実施例3:光電変換素子4の作製及び評価>
下部電極として、パターニングされたITO/Ag/ITOが積層されたPEN基材を用意した。その後、活性層形成用組成物4を用いて実施例1と同様の方法により、下部電極上に、順次、電子取り出し層、活性層、正孔取り出し層、及び上部電極を形成し、光電変換素子4を作製した。
<Example 3: Production and evaluation of photoelectric conversion element 4>
As the lower electrode, a PEN substrate on which patterned ITO / Ag / ITO was laminated was prepared. Thereafter, an electron extraction layer, an active layer, a hole extraction layer, and an upper electrode were sequentially formed on the lower electrode by using the active layer forming composition 4 in the same manner as in Example 1 to obtain a photoelectric conversion element. 4 was produced.

このように作製した光電変換素子4を、上述のように電流−電圧特性を測定することにより変換効率を測定した。   The photoelectric conversion element 4 thus produced was measured for conversion efficiency by measuring current-voltage characteristics as described above.

光電変換素子4の耐光性を評価するために、大気中にてガスバリアフィルムを光電変換素子4に接着剤で貼り合わせて封止し、照射光源としてエアマス(AM)1.5G、放射照度100mW/cm2のソーラシミュレータで下に40時間露光し、露光前の光電変換効率に対する露光後の光電変換効率の比率(維持率)を求めた。また、作製された光電変換素子の外観を確認するために、目視で白濁評価を行った。得られた結果を表2に示す。   In order to evaluate the light resistance of the photoelectric conversion element 4, a gas barrier film is bonded and sealed to the photoelectric conversion element 4 with an adhesive in the atmosphere, and air mass (AM) 1.5G as an irradiation light source, irradiance 100 mW / It exposed for 40 hours below with the solar simulator of cm2, and calculated | required the ratio (maintenance rate) of the photoelectric conversion efficiency after exposure with respect to the photoelectric conversion efficiency before exposure. Moreover, in order to confirm the external appearance of the produced photoelectric conversion element, white turbidity evaluation was performed visually. The obtained results are shown in Table 2.

<実施例4:光電変換素子5の作製及び評価>
活性層形成用組成物4の代わりに、活性層形成用組成物5を用いた以外は、実施例3と同様の方法により光電変換素子5を作製し、実施例3と同様の評価を行った。得られた結果を表2に示す。
<Example 4: Production and evaluation of photoelectric conversion element 5>
A photoelectric conversion element 5 was produced in the same manner as in Example 3 except that the active layer forming composition 5 was used instead of the active layer forming composition 4, and the same evaluation as in Example 3 was performed. . The obtained results are shown in Table 2.

<実施例5:光電変換素子6の作製及び評価>
活性層形成用組成物4の代わりに、活性層形成用組成物6を用いた以外は、実施例3と同様の方法により光電変換素子6を作製し、実施例3と同様の評価を行った。得られた結果を表2に示す。
<Example 5: Production and evaluation of photoelectric conversion element 6>
A photoelectric conversion element 6 was produced in the same manner as in Example 3 except that the active layer forming composition 6 was used instead of the active layer forming composition 4, and the same evaluation as in Example 3 was performed. . The obtained results are shown in Table 2.

<実施例6:光電変換素子7の作製及び評価>
活性層形成用組成物4の代わりに、活性層形成用組成物1を用いた以外は、実施例3と同様の方法により光電変換素子7を作製し、実施例3と同様の評価を行った。得られた結果を表2に示す。
<Example 6: Production and evaluation of photoelectric conversion element 7>
A photoelectric conversion element 7 was produced by the same method as in Example 3 except that the active layer forming composition 1 was used instead of the active layer forming composition 4, and the same evaluation as in Example 3 was performed. . The obtained results are shown in Table 2.

<参考例1:光電変換素子8の作製及び評価>
活性層形成用組成物4の代わりに、活性層形成用組成物7を用いた以外は、実施例3と同様の方法により光電変換素子8を作製し、実施例3と同様の評価を行った。得られた結果を表2に示す。
<Reference Example 1: Production and evaluation of photoelectric conversion element 8>
A photoelectric conversion element 8 was produced in the same manner as in Example 3 except that the active layer forming composition 7 was used instead of the active layer forming composition 4, and the same evaluation as in Example 3 was performed. . The obtained results are shown in Table 2.

<比較例2:光電変換素子9の作製及び評価>
活性層形成用組成物4の代わりに、活性層形成用組成物3を用いた以外は、実施例3と同様の方法により光電変換素子9を作製し、実施例3と同様の評価を行った。得られた結果を表2に示す。
<Comparative example 2: Production and evaluation of photoelectric conversion element 9>
A photoelectric conversion element 9 was produced in the same manner as in Example 3 except that the active layer forming composition 3 was used instead of the active layer forming composition 4, and the same evaluation as in Example 3 was performed. . The obtained results are shown in Table 2.

Figure 2016184698
Figure 2016184698

Figure 2016184698
Figure 2016184698

表2の白濁評価の欄は、目視により白濁が見えない場合を○とし、膜の表面が白濁したものを×と評価した。   In the column of white turbidity evaluation in Table 2, the case where no white turbidity was visually observed was rated as ◯, and the case where the film surface was clouded was evaluated as x.

表1及び表2の結果から、活性層が無機ナノ粒子を含有する本発明に係る光電変換素子は、光に晒されても変換効率の低下が少ない高い耐光性を有していることが分かる。さらには、無機ナノ粒子の量を特定の範囲とすることで、白濁の少ない外観性に優れたシースルー型の有機薄膜太陽電池用の光電変換素子を提供することができることが分かる。   From the results of Table 1 and Table 2, it can be seen that the photoelectric conversion element according to the present invention in which the active layer contains inorganic nanoparticles has high light resistance with little reduction in conversion efficiency even when exposed to light. . Furthermore, it turns out that the photoelectric conversion element for see-through type organic thin-film solar cells excellent in the external appearance with few white turbidity can be provided by making the quantity of an inorganic nanoparticle into a specific range.

101 下部電極
102 下部バッファ層
103 活性層
104 上部バッファ層
105 上部電極
106 基材
107 光電変換素子
1 耐候性保護フィルム
2 紫外線カットフィルム
3,9 ガスバリアフィルム
4,8 ゲッター材フィルム
5,7 封止材
6 太陽電池素子
10 バックシート
12 基材
13 太陽電池モジュール
14 薄膜太陽電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 Lower electrode 102 Lower buffer layer 103 Active layer 104 Upper buffer layer 105 Upper electrode 106 Base material 107 Photoelectric conversion element 1 Weather-resistant protective film 2 UV cut film 3,9 Gas barrier film 4,8 Getter material film 5,7 Sealing material 6 Solar cell element 10 Back sheet 12 Base material 13 Solar cell module 14 Thin film solar cell

Claims (6)

基材上に、少なくとも、一対の透明電極と、該一対の透明電極間に活性層と、を有し、
前記活性層は、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子と、を含有することを特徴とする光電変換素子。
On the substrate, at least a pair of transparent electrodes, and an active layer between the pair of transparent electrodes,
The active layer contains a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and inorganic nanoparticles.
前記活性層中における前記n型半導体化合物に対する前記無機ナノ粒子の割合が、0.5質量%以上20質量%以下である、請求項1に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element of Claim 1 whose ratio of the said inorganic nanoparticle with respect to the said n-type semiconductor compound in the said active layer is 0.5 mass% or more and 20 mass% or less. 前記無機ナノ粒子の平均一次粒径が5nm以上100nm以下である、請求項1又は2に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element of Claim 1 or 2 whose average primary particle diameter of the said inorganic nanoparticle is 5 nm or more and 100 nm or less. 前記無機ナノ粒子が酸化亜鉛粒子である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の光電変換素子。   The photoelectric conversion element according to claim 1, wherein the inorganic nanoparticles are zinc oxide particles. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の光電変換素子を有する太陽電池。   The solar cell which has a photoelectric conversion element of any one of Claims 1-4. 請求項5に記載の太陽電池を有する太陽電池モジュール。   A solar cell module comprising the solar cell according to claim 5.
JP2015064862A 2015-03-26 2015-03-26 Photoelectric transducer, solar cell, and solar cell module Pending JP2016184698A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015064862A JP2016184698A (en) 2015-03-26 2015-03-26 Photoelectric transducer, solar cell, and solar cell module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015064862A JP2016184698A (en) 2015-03-26 2015-03-26 Photoelectric transducer, solar cell, and solar cell module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016184698A true JP2016184698A (en) 2016-10-20

Family

ID=57243304

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015064862A Pending JP2016184698A (en) 2015-03-26 2015-03-26 Photoelectric transducer, solar cell, and solar cell module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016184698A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012099592A (en) * 2010-11-01 2012-05-24 Konica Minolta Holdings Inc Organic photoelectric conversion element, solar cell and method for manufacturing the same
US20130061931A1 (en) * 2010-10-27 2013-03-14 Korea Institute Of Machinery And Materials Efficient organic solar cell using core/shell metal oxide nanoparticles, and method for manufacturing same
JP2014239087A (en) * 2013-06-05 2014-12-18 三菱化学株式会社 Installation method of organic thin-film solar cell

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130061931A1 (en) * 2010-10-27 2013-03-14 Korea Institute Of Machinery And Materials Efficient organic solar cell using core/shell metal oxide nanoparticles, and method for manufacturing same
JP2012099592A (en) * 2010-11-01 2012-05-24 Konica Minolta Holdings Inc Organic photoelectric conversion element, solar cell and method for manufacturing the same
JP2014239087A (en) * 2013-06-05 2014-12-18 三菱化学株式会社 Installation method of organic thin-film solar cell

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RYOHEI NAKAJIMA ET AL.: "Fabrication and Characterization of Organic Solar Cells Containing ZnO Nanoparticles in Active Layer", 21ST INTERNATIONAL WORKSHOP ON ACTIVE-MATRIX FLATPANEL DISPLAYS AND DEVICES, JPN6018041103, 2014, ISSN: 0004029922 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5591860B2 (en) Organic semiconductor and solar cell using the same
JP5300903B2 (en) Polymer, solar cell and solar power generation system using the same
JP6280208B2 (en) Polymer and solar cell using the same
JP2014112575A (en) Organic thin-film solar cell
JP6904252B2 (en) Copolymers, photoelectric conversion elements, solar cells and solar cell modules
JP2013128001A (en) Photoelectric conversion element, solar cell and solar cell module
Yu et al. Copper oxide hole transport materials for heterojunction solar cell applications
JP2013089685A (en) Organic photoelectric conversion element and solar cell using the same
JP2012099592A (en) Organic photoelectric conversion element, solar cell and method for manufacturing the same
JP6115885B2 (en) Photoelectric conversion element, solar cell, and solar cell module
JP2014179374A (en) Solar battery
JP2014053383A (en) Tandem organic photoelectric conversion element and solar cell using the same
JP2017057266A (en) Polymer and solar cell prepared therewith
JP2014189666A (en) Composition for forming semiconductor layer and solar cell element using the composition
JP2015010173A (en) Polymer and solar battery using the same
JP5915969B2 (en) Photoelectric conversion element and solar cell module
JP2013026483A (en) Organic photoelectric conversion element, method for manufacturing the same, and solar cell
JP2014027174A (en) Photoelectric conversion element, solar cell module, and method of manufacturing photoelectric conversion element
JP6143151B2 (en) Photoelectric conversion element, solar cell and solar cell module
JP2016149505A (en) Composition, photoelectric conversion element, solar cell, and solar cell module
JP2015191965A (en) Photoelectric conversion element, method of manufacturing the same, solar cell, and solar cell module
JP6733455B2 (en) Photoelectric conversion element, solar cell and solar cell module
JP2016184698A (en) Photoelectric transducer, solar cell, and solar cell module
US9634252B2 (en) Polymer and solar cell using the same
JP2014027175A (en) Method for manufacturing photoelectric conversion element, photoelectric conversion element, solar cell, and solar cell module

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20170424

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20171221

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181015

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181023

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20181221

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190514