JP4966653B2 - 共有する有機電極を備えたタンデム型光起電力電池及びその製造方法 - Google Patents
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Description
更に、タンデム型太陽電池の生産をスピードアップし、かつ簡略化し、該生産にかかる費用を低減することが望ましい。
溶液から加工可能な材料は、好ましくは有機材料である。加えて、その固有の化学構造よるか、あるいはその組成物若しくはドーピングの結果として該材料は導電性である。例えば、該材料は、フラーレン及び/又はポリマーからの正孔より電子を受け取る。これは、金属及び、小さなバンドギャップを有する大いにドープされた半導体、わずかにより大きなバンドギャップを有するドープされた半導体等を用いて最良に達成され得る。必要な半透明性は非常に薄い層を形成することにより達成される。
本発明の好ましい実施形態において、共有電極の導電性有機材料はポリマーを含み、特にPEDOT、PANI及び/又はそれらの誘導体及び/又はそれらの混合物を含む。PEDOT(ポリー3,4−エチレンジオキシチオフェン)は、ジエステル架橋により重合化した複素環式チオフェンに基づく導電性ポリマーである。PEDOTはまた、PEDOT:PSSとして使用され得る。PEDOT:PSSは、ポリスチレンスルホン酸でドープされたPEDOTである。
本発明はまた、光起電力性化合物タンデム型電池においても使用され得る。光起電性化合物の電池は、例えば、有機材料から形成される本発明の共有される、透明かつ導電性電極により接触された有機太陽電池を含む無機太陽電池として実施され得る。そのような化合物電池の全吸収量は、随意に制御可能である。
導電性半透明有機材料の使用に由来する更なる利点は、有機材料層が、第二の半導体層に使用される化学物質に対して抵抗性を有する点にある。第一の半導体層はそれにより保護され、かつ第二の半導体層は、従来の中間電極が使用された場合に半導体層を攻撃する、溶解する、又は破壊する可能性のある溶媒から提供されることが可能となる。従って、一般的に言えば、半導体層及び中間電極は、真空処理法を使用しないで製造することができる。処理法を管理する点からすれば、これは大きな改良であり、製造コストを低減する。
図1は本発明に従うタンデム型太陽電池の断面図である。太陽電池は、保持材料即ち基質4に適用される。基質4は、有機材料、例えば可撓性の材料、シート、ガラス、プラスチック、結晶又は同様の材料から形成され得る。基質4の厚みが本発明には無関係であり、かつ変更可能であることを示すために、該基質4は切断部6を備えた状態にて記載されている。該基質は、適切な機械的強度、そして選択的に表面保護を備えた太陽電池を提供するための機能を備えるのみである。該基質は入射光に対面する側に設けられているが、反射による損失を低減又は回避するために反射防止コーティング2(又は処理)が施されている。
非限定的ではあるが、光は下方から基質4を介して図示された太陽電池に進入するものと仮定する。従って、第一の電極8は、例えば、Al、Cu、…ITO(インジウム/すず酸化物)等から形成されるべきである。入射光に対面する電極(この場合は電極8)は透明若しくは半透明である、及び/又は格子構造を有すると好ましいことが明記されるべきである。電極8はまた、従来技術に従う多層構造を備え得る。
電極8に第一の活性層10が積層される。活性層10の組成は、本発明においては実質的にそれほど重要ではない。活性層は通常、電子供与体を備えた一つの領域14と電子受容体を備えた一つの領域12とを含み、この二つの領域は空乏層により互いに接続される。入射光により活性層に発生した電荷担体(電子−正孔対)は隣接する層にそれぞれ別々にドレインされる。
電子供与体側14の活性層10上には、例えば半透明導電性ポリマーから形成される共有有機電極16が存在する。例えば、厚み及び屈折率のような共有電極16の更なる特性は、該共有電極16が第一の活性層10と、その後に続く層即ち第二の活性層18と、の間に反射層を形成するように選択され得る。仮に電極の反射特性が二つの活性層の異なるスペクトル吸収領域に一致される場合、総吸収において付加的な正の効果を有するであろう。例えば、仮に異なるバンドギャップを備えた半導体(第一の半導体:青色に吸収を備える大きなバンドギャップ、第二の半導体:赤色に吸収を備える小さなバンドギャップ)が二つの半電池に対して使用される場合、半透明電極の厚みは、光の短波部分が第一の光活性層に反射して戻る一方で長波部分は、より長い波長吸収を備えた第二の光活性層に到達すべく電極を通過することが可能となるように調整され得る。総吸収はまた、光活性層に異なる厚みを与えることにより影響され得る。
言うまでもないことであるが、太陽電池はまた、逆に、例えば非透明性の基質4上、若しくは従来の結晶太陽電池上に直接構成することも可能であり、その場合、光は上方から入射する。しかしながら、この種の「逆の」構造は、入射光に面した構造及び層が大気中の酸素、塵等のような環境の影響にさらされて該太陽電池を迅速に損傷させ、又は使用不能にする可能性があるという欠点を伴う。
本発明は、従来の単結晶又は多結晶太陽電池と共に使用され得る。再び述べるが、中間電極16はタンデム型太陽電池の活性層の間に配置される。
本発明は、少なくとも二つの光活性層を含む太陽電池に関する。この種の太陽電池はまた、タンデム型太陽電池又は光起電力マルチ電池と称される。タンデム型太陽電池は、本質的には二つの光活性層が光学的かつ電気的に直列に接続した状態から構成される。本発明は特に有機タンデム型太陽電池に関し、該有機タンデム型太陽電池は二つの光起電性光活性層の間に配置されるとともに実質的に有機材料から形成される少なくとも一つの共有電極を含む。
Claims (12)
- タンデム型光起電力電池であって、前記タンデム型光起電力電池は、第1及び第2の光活性層と、二つの外側電極と、前記第1及び第2の光活性層の間に配置されるとともに該第1及び第2の光活性層を互いに電気的かつ機械的に接続する少なくとも一つの共有電極とを含み、前記少なくとも一つの共有電極は有機材料と導電性ナノ粒子とを含み、かつ前記少なくとも一つの共有電極は溶液から加工されるものであり、
前記第1の光活性層はバンドギャップを有し、かつ前記第2の光活性層は前記第1の光活性層のバンドギャップとは異なるバンドギャップを有することを特徴とする光起電力電池。 - 請求項1に記載の光起電力電池であって、前記少なくとも一つの共有電極の材料はPEDOTを含むことを特徴とする光起電力電池。
- 請求項1に記載の光起電力電池であって、前記少なくとも一つの共有電極の材料はPANIを含むことを特徴とする光起電力電池。
- 請求項1に記載の光起電力電池であって、前記光起電力電池は有機光起電力電池であることを特徴とする光起電力電池。
- 請求項1に記載の光起電力電池であって、前記少なくとも一つの共有電極は半透明であることを特徴とする光起電力電池。
- 二つの外側電極と第1及び第2の光活性層とを含むタンデム型光起電力電池を製造する方法であって、前記方法は、
前記第1及び第2の光活性層の間に該第1及び第2の光活性層を互いに機械的かつ電気的に接続する少なくとも一つの共有電極であって、導電性有機材料と導電性ナノ粒子とを含む共有電極を配置する工程を含み、
前記少なくとも一つの共有電極は、前記第1及び第2の光活性層のいずれかに、溶液から加工可能な材料を積層することにより形成され、前記第1の光活性層はバンドギャップを有し、かつ前記第2の光活性層は前記第1の光活性層のバンドギャップとは異なるバンドギャップを有することを特徴とする方法。 - 請求項6に記載の方法において、前記少なくとも一つの共有電極は導電性半透明有機材料からなることを特徴とする方法。
- 請求項6に記載の方法において、前記第1及び第2の光活性層の少なくとも一つは溶液を積層することにより形成されることを特徴とする方法。
- 請求項1に記載の光起電力電池において、
前記少なくとも一つの共有電極は、前記光起電力電池に光が入射した場合に、前記第1の光活性層を通過する光の短波部分が前記少なくとも一つの共有電極によって反射されて該第1の光活性層に戻るような厚みを有することを特徴とする、光起電力電池。 - 請求項1に記載の光起電力電池において、
前記タンデム型光起電力電池の使用時において、前記第1の光活性層からの第1の型の電荷担体は前記少なくとも一つの共有電極にて前記第2の光活性層からの第2の型の電荷担体と結合し、前記第1の型の電荷担体は前記第2の型の電荷担体とは異なることを特徴とする、光起電力電池。 - 請求項6に記載の方法において、
前記タンデム型光起電力電池の使用時において、前記第1の光活性層からの第1の型の電荷担体は前記少なくとも一つの共有電極にて前記第2の光活性層からの第2の型の電荷担体と結合し、前記第1の型の電荷担体は前記第2の型の電荷担体とは異なることを特徴とする、方法。 - 請求項8に記載の方法において、
前記タンデム型光起電力電池の使用時において、前記第1の光活性層からの第1の型の電荷担体は前記少なくとも一つの共有電極にて前記第2の光活性層からの第2の型の電荷担体と結合し、前記第1の型の電荷担体は前記第2の型の電荷担体とは異なることを特徴とする、方法。
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