JP5150813B2 - The organic thin-film photoelectric conversion device and an organic thin film solar cell - Google Patents

The organic thin-film photoelectric conversion device and an organic thin film solar cell

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JP5150813B2 JP2007133644A JP2007133644A JP5150813B2 JP 5150813 B2 JP5150813 B2 JP 5150813B2 JP 2007133644 A JP2007133644 A JP 2007133644A JP 2007133644 A JP2007133644 A JP 2007133644A JP 5150813 B2 JP5150813 B2 JP 5150813B2
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修二 早瀬
能弘 山口
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国立大学法人九州工業大学
新日鉄住金化学株式会社
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Description

本発明は、有機薄膜光電変換素子および有機薄膜太陽電池に関する。 The present invention relates to a conversion device and an organic thin-film solar cell organic thin-film photoelectric.

従来から、シリコンpn接合体を用いたシリコン系無機太陽電池が広く検討されている。 Conventionally, a silicon-based inorganic solar cell using a silicon pn junction body has been studied extensively. これに対して、最近では、有機半導体材料(半導体の挙動を示す有機材料)を用いた有機太陽電池が注目されている。 In contrast, recently, organic solar cells have been noted using an organic semiconductor material (organic material exhibiting semiconductor behavior).

有機太陽電池として、例えば、フラーレンを有する重合体からなるn型有機半導体(n型半導体の挙動を示す有機材料)と共役重合体からなるp型有機半導体(p型半導体の挙動を示す有機材料)の異種膜を積層したヘテロ接合型のものが開発されている。 As organic solar cells, for example, (organic material exhibiting p-type semiconductor behavior) p-type organic semiconductor comprising a conjugated polymer (organic material exhibiting the behavior of n-type semiconductor) n-type organic semiconductor comprising a polymer having a fullerene has been developed as a heterogeneous film was laminated was heterozygous.
しかしながら、この型の有機太陽電池は、電子とホールの解離がn型有機半導体とp型有機半導体が接するヘテロ接合面のみで生じているため、大幅な光電変換特性の向上が期待できないといわれている(特許文献1参照)。 However, organic solar cells of this type, since the dissociation of electrons and holes occurs in only heterojunction interface contacting the n-type organic semiconductor and the p-type organic semiconductor, is said to improve greatly the photoelectric conversion characteristics can not be expected are (see Patent Document 1).

これに対して、有機太陽電池として、n型有機半導体材料とp型有機半導体材料を混合して1つの層を形成するバルクヘテロ接合型のものが提案されている。 In contrast, as organic solar cells, those of bulk heterojunction forming the one layer by mixing the n-type organic semiconductor material and the p-type organic semiconductor materials it has been proposed.
このようなバルクヘテロ接合型のものとして、例えば、n型有機半導体材料(電子アクセプター)としてフラーレン誘導体等を用い、p型有機半導体材料(電子ドナー)としてテトラフェニルポルフィリン誘導体等を用いた有機光電変換デバイスおよび有機太陽電池が開示されている(特許文献1参照)。 As such bulk heterojunction, eg, n-type organic semiconductor material (an electron acceptor) as using fullerene derivatives, p-type organic semiconductor material (electron donor) as tetraphenylporphyrin derivative organic photoelectric conversion device using and organic solar cells have been disclosed (see Patent Document 1).
特開2005−236278号公報 JP 2005-236278 JP

しかしながら、上記バルクヘテロ接合型の有機太陽電池は、必ずしも十分に高い電池効率を与えるものではなく、また、特に、作製される電池セルごとの性能のばらつきが大きいものと考えられる。 However, organic solar cells of the bulk heterojunction is not necessarily provide a sufficiently high battery efficiency and, in particular, it is considered that variation in the performance of each battery cell is fabricated is greater. 後者の性能のばらつきが大きい原因は、電荷分離界面から電子を取り出すパスがスピンコートによって成膜するときの相分離によって形成されるものであるため、成膜条件によって電子を取り出すパスの形成状態がばらつくことによるものと考えられる。 Cause variations in the latter performance is large, the path to take out electrons from the charge separation interface is intended to be formed by phase separation at the time of film formation by spin coating, the formation state of a path taking out electrons by the film forming conditions It is considered to be due to variations.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、作製される光電変換素子あるいは電池セルごとの性能のばらつきの小さい有機薄膜光電変換素子および有機薄膜太陽電池を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a performance variations small organic thin-film photoelectric conversion device and an organic thin film solar cell of each photoelectric conversion element or cell is produced .
また、本発明は、光電変換効率の高い有機薄膜光電変換素子および有機薄膜太陽電池を提供することを目的とする。 The present invention also aims to provide a high organic thin-film photoelectric conversion device and an organic thin film solar cell photoelectric conversion efficiency.

本発明に係る有機薄膜光電変換素子は、透明基板、該透明基板上に設けられる透明導電膜、該透明導電膜上に設けられるn型半導体層、該n型半導体層上に設けられるp型有機半導体層および該p型有機半導体層上に設けられる導電性基板を備える有機薄膜光電変換素子であって、 The organic thin-film photoelectric conversion device according to the present invention includes a transparent substrate, a transparent conductive film provided on the transparent substrate, n-type semiconductor layer provided on the transparent conductive film, p-type organic provided on the n-type semiconductor layer an organic thin-film photoelectric conversion device comprising a conductive substrate provided on the semiconductor layer and the p-type organic semiconductor layer,
該n型半導体層が、粒子表面を絶縁性薄膜で被覆されるとともに該絶縁性薄膜の表面にn型有機半導体を構成する電子アクセプターを担持する、n型酸化物半導体材料の酸化物微粒子の多孔質層であり、該p型有機半導体層を構成する電子ドナーが含浸されていることを特徴とする。 The n-type semiconductor layer, carrying the electronic acceptor constituting the n-type organic semiconductor on the surface of the insulating thin film while being the particle surfaces are covered with an insulating film, the porous oxide particles of the n-type oxide semiconductor material a quality layer, wherein the electron donor constituting the p-type organic semiconductor layer is impregnated.

また、本発明に係る有機薄膜光電変換素子は、好ましくは、前記電子アクセプターが、フラーレン誘導体であることを特徴とする。 The organic thin-film photoelectric conversion device according to the present invention, preferably, the electron acceptor, characterized in that it is a fullerene derivative.

また、本発明に係る有機薄膜光電変換素子は、好ましくは、前記フラーレン誘導体が、フラーレンにカルボキシル基を導入したものであることを特徴とする。 The organic thin-film photoelectric conversion device according to the present invention, preferably, the fullerene derivative, characterized in that it is obtained by introducing a carboxyl group to the fullerene.

また、本発明に係る有機薄膜光電変換素子は、好ましくは、前記酸化物微粒子の粒径が1〜500nmであることを特徴とする。 The organic thin-film photoelectric conversion device according to the present invention, preferably, the particle diameter of the oxide fine particles are characterized by a 1 to 500 nm.

また、本発明に係る有機薄膜光電変換素子は、好ましくは、前記酸化物微粒子が、酸化チタンまたは酸化スズであることを特徴とする。 The organic thin-film photoelectric conversion device according to the present invention, preferably, the oxide fine particles, characterized in that it is a titanium oxide or tin oxide.

また、本発明に係る有機薄膜光電変換素子は、好ましくは、前記電子アクセプターを担持する前記絶縁性薄膜の表面にさらに色素が担持されていることを特徴とする。 The organic thin-film photoelectric conversion device according to the present invention preferably further dye on the surface of the insulating thin film carrying said electron acceptor is characterized in that it is carried.

また、本発明に係る有機薄膜光電変換素子は、好ましくは、前記絶縁性薄膜が、アルミナ薄膜または酸化マグネシウム薄膜であることを特徴とする。 The organic thin-film photoelectric conversion device according to the present invention, it is preferable that the insulating thin film, characterized in that an alumina film or magnesium oxide film.

また、本発明に係る有機薄膜光電変換素子は、好ましくは、前記p型有機半導体層が、ポリチオフェンの層であることを特徴とする。 The organic thin-film photoelectric conversion device according to the present invention, preferably, the p-type organic semiconductor layer, characterized in that a layer of polythiophene.

また、本発明に係る有機薄膜太陽電池は、上記の有機薄膜光電変換素子を備えることを特徴とする。 The organic thin film solar cell according to the present invention is characterized by comprising the above-described organic thin-film photoelectric conversion element.

本発明に係る有機薄膜光電変換素子は、n型半導体層にp型有機半導体層が接合され、n型半導体層が、粒子表面を絶縁性薄膜で被覆されるとともに絶縁性薄膜の表面にn型有機半導体を構成する電子アクセプターを担持する、n型酸化物半導体材料の酸化物微粒子の多孔質層であり、p型有機半導体層を構成する電子ドナーが含浸されているため、作製される光電変換素子ごとの性能のばらつきが小さい。 The organic thin-film photoelectric conversion device according to the present invention, p-type organic semiconductor layer is bonded to the n-type semiconductor layer, n-type semiconductor layer, n-type on the surface of the insulating thin film while being the particle surfaces are covered with an insulating film carrying electronic acceptor constituting the organic semiconductor, a porous layer of oxide particles of the n-type oxide semiconductor material, electrons donor constituting the p-type organic semiconductor layer is impregnated, the photoelectric conversion made variations in the performance of each element is small. また、光電変換効率が高い。 The photoelectric conversion efficiency is high.
また、本発明に係る有機薄膜太陽電池は、上記の有機薄膜光電変換素子を備えるため、上記有機薄膜光電変換素子の効果を好適に得ることができる。 The organic thin film solar cell according to the present invention, since with the above organic thin-film photoelectric conversion element, it is possible to obtain suitably effects of the organic thin-film photoelectric conversion element.

本発明の実施の形態について、以下に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.

本実施の形態に係る有機薄膜光電変換素子は、透明基板、透明基板上に設けられる透明導電膜、透明導電膜上に設けられるn型半導体層、n型半導体層上に設けられるp型有機半導体層およびp型有機半導体層上に設けられる導電性基板を備える有機薄膜光電変換素子であって、n型半導体層が、粒子表面を絶縁性薄膜で被覆されるとともに絶縁性薄膜の表面にn型有機半導体を構成する電子アクセプターを担持する、n型酸化物半導体材料の酸化物微粒子の多孔質層であり、p型有機半導体層を構成する電子ドナーが含浸されたものである。 The organic thin-film photoelectric conversion device according to the present embodiment, a transparent substrate, a transparent conductive film provided on a transparent substrate, n-type semiconductor layer provided on the transparent conductive film, p-type organic semiconductor provided on the n-type semiconductor layer an organic thin-film photoelectric conversion device comprising a conductive substrate provided on the layer and the p-type organic semiconductor layer, n-type semiconductor layer, n-type on the surface of the insulating thin film while being the particle surfaces are covered with an insulating film carrying electronic acceptor constituting the organic semiconductor, a porous layer of oxide particles of the n-type oxide semiconductor material, in which electrons donor constituting the p-type organic semiconductor layer is impregnated.

上記本実施の形態に係る有機薄膜光電変換素子について、図1に示す模式図を参照してさらに説明すると、有機薄膜光電変換素子(以下、単に光電変換素子ということがある。)10は、電子を伝導する、電子アクセプター20を有するn型酸化物半導体材料の酸化物微粒子(以下、単に酸化物微粒子ということがある。)16の多孔質層(n型半導体層)12と、ホールを輸送する、電子ドナーを有するp型有機半導体層14を主要な構成要素とするものである。 An organic thin-film photoelectric conversion device according to the present embodiment, further described with reference to the schematic diagram shown in FIG. 1, the organic thin-film photoelectric conversion element (hereinafter, simply referred to as a photoelectric conversion element.) 10, electronic the conducting oxide of the n-type oxide semiconductor material having electron acceptor 20 particles (hereinafter sometimes referred to simply as oxide particles.) 16 porous layer (n-type semiconductor layer) 12, transporting holes is for the p-type organic semiconductor layer 14 having an electron donor as main components.
多孔質層12を構成する酸化物微粒子16の表面は絶縁性薄膜18で被覆される。 The surface of the oxide particles 16 constituting the porous layer 12 is covered with an insulating film 18. さらに、絶縁性薄膜18の表面にn型有機半導体を構成する電子アクセプター(有機電子アクセプター)20が担持される。 Furthermore, electronic acceptor constituting the n-type organic semiconductor (organic electronic acceptor) 20 is carried on the surface of the insulating thin film 18. また、多孔質層12の孔部22には、詳細を以下に説明するp型有機半導体層14を構成する電子ドナー(有機電子ドナー)が含浸される。 In addition, the hole portion 22 of the porous layer 12, the electron donor constituting the p-type organic semiconductor layer 14 to be described in detail below (organic electronic donor) is impregnated.
多孔質層12のp型有機半導体層14と対向する側の面に、透明導電膜24が設けられ、さらに透明導電膜24の外表面側に透明基板26が設けられる。 The surface facing the p-type organic semiconductor layer 14 of the porous layer 12, the transparent conductive film 24 is provided, the transparent substrate 26 is provided on the further outer surface side of the transparent conductive film 24.
一方、p型有機半導体層14の多孔質層12と対向する側の面に、導電性基板28が設けられる。 On the other hand, the surface of the porous layer 12 and the opposite sides of the p-type organic semiconductor layer 14, conductive substrate 28 is provided.

光電変換素子10の多孔質層12を構成するn型酸化物半導体材料の酸化物微粒子16は、本発明の効果を奏するものである限り特に限定するものではないが、好ましくは、粒径が1〜500nm、より好ましくは10〜100nmである。 Oxide particles 16 of the n-type oxide semiconductor material constituting the porous layer 12 of the photoelectric conversion element 10 is not particularly limited as long as the effect is intended to achieve the of the present invention, preferably, the particle size 1 to 500 nm, more preferably 10 to 100 nm. また、酸化物微粒子16の種類は、本発明の効果を奏するものである限り特に限定するものではなく、例えば、WO , Fe 2 O 3 , Nd 2 O 3等のn型を用いることができるが、好ましくは、酸化チタン(TiO )または酸化スズ(Sn0 )である。 The type of oxide particles 16 is not particularly limited as long as it exhibits the effect of the present invention, for example, can be used WO 3, Fe 2 O 3, n -type, such as Nd 2 O 3 but preferably is titanium oxide (TiO 2) or tin oxide (Sn0 2).
酸化物微粒子16の表面に被覆される絶縁性薄膜18は、本発明の効果を奏するものである限り特に限定するものではないが、好ましくは、アルミナ薄膜または酸化マグネシウム薄膜である。 Insulating thin film 18 to be coated on the surface of the oxide particles 16 is not particularly limited as long as it exhibits the effect of the present invention, preferably, the alumina film or magnesium oxide film.
絶縁性薄膜18の表面に担持される電子アクセプター(有機電子アクセプター)20は、本発明の効果を奏するものである限り特に限定するものではなく、例えば、ニトロ化合物、シアノ化合物、キノン類等の有機電子アクセプターを用いることができるが、好ましくは、フラーレン誘導体であり、より好ましくは、フラーレンにカルボキシル基を導入したものである。 Electronic acceptor are carried on the surface of the insulating thin film 18 (organic electronic acceptor) 20 is not particularly limited as long as it exhibits the effect of the present invention, e.g., nitro compounds, cyano compounds, organic such as quinones can be used electron acceptor, preferably a fullerene derivative, and more preferably, it is obtained by introducing a carboxyl group to the fullerene.

上記のように構成される多孔質層12は、電子アクセプター20が担持された酸化物微粒子16が、良好な電子パスを構成する。 Porous layer 12 constructed as described above, oxide fine particles 16 which electron acceptor 20 is supported constitute a good electron path.
また、このとき、絶縁性薄膜18により、酸化物微粒子16に移動した電子が電子ドナー側に逆流することが阻止される。 At this time, the insulating film 18, electrons transferred to the oxide particles 16 that are prevented from flowing back to the electronic donor.

また、多孔質層12は、電子アクセプター20を担持した絶縁性薄膜18の表面にさらに、可視光を吸収する色素が担持されていると、より好ましい。 The porous layer 12 further on the surface of the electrophotographic acceptor 20 was carried insulating thin film 18, the dye that absorbs visible light is carried, more preferred. 色素は、絶縁性薄膜18の表面に吸着される。 Dye is adsorbed on the surface of the insulating thin film 18.
色素は、適宜のものを用いることができ、例えば、N3(ソラロニクス社製 以下同じ)、N719、ブラックダイ、シアニン系色素、メロシアニン系色素等を挙げることができる。 The dyes may be used as appropriate, for example, N3 (Solaronics, Inc. hereinafter the same) include N719, a black dye, cyanine dyes, merocyanine dyes and the like.

光電変換素子10のp型有機半導体層14は、本発明の効果を奏するものである限り特に限定するものではなく、例えば、ポルフィン化合物、フタロシアニン化合物、アミン化合物等の有機電子ドナーを有する層を用いることができるが、好ましくは、ポリチオフェンの層である。 p-type organic semiconductor layer 14 of the photoelectric conversion element 10 is not particularly limited as long as it exhibits the effect of the present invention, for example, a layer having porphine compound, phthalocyanine compound, an organic electron donor amine compounds such as It may be preferably a layer of polythiophene.
有機電子ドナーは、p型有機半導体層14の内部に存在するとともに、多孔質層12の孔部に含浸され、電子アクセプター20が担持された酸化物微粒子16の表面に接する。 The organic electron donor, as well as existing within the p-type organic semiconductor layer 14 is impregnated into pores of the porous layer 12, an electron acceptor 20 is in contact with the bearing surface of the oxide particles 16. これにより、p型有機半導体とn型半導体の接合面(界面)が大きくなり、電子とホールの解離が良好に実現される。 Thus, p-type organic semiconductor and the n-type semiconductor junction surface (interface) is increased, the dissociation of the electrons and holes are well realized.
なお、製造方法を後述するように、多孔質層12にp型有機半導体を積層することで、多孔質層12の孔部に有機電子ドナーを含浸することが好適であるが、これに限らず、例えば、多孔質層12の材料に有機電子ドナーの材料の一部を混合したものを成膜することにより、有機電子ドナーを含む多孔質層12を得てもよい。 As described below a production method, by stacking the p-type organic semiconductor in the porous layer 12, but it is preferable to impregnate an organic electronic donor into the hole of the porous layer 12 is not limited thereto , for example, by forming a mixture of a part of the material of the organic electronic donor material of the porous layer 12 may be obtained a porous layer 12 containing an organic electron donor.

光電変換素子10の透明導電膜24は、適宜のものを用いることができ、そのなかでも、フッ素と酸化スズを主成分とする透明導電膜を好適に用いることができる。 The transparent conductive film 24 of the photoelectric conversion element 10 may be used as appropriate, Among them, it is possible to use a transparent conductive film mainly containing fluorine and tin oxide preferably.
また、導電性基板26は、適宜のものを用いることができ、そのなかでも、金基板を好適に用いることができる。 The conductive substrate 26 may be used as appropriate, Among them, it is possible to use a gold substrate suitably. このとき、p型有機半導体層14と金基板との間に導電性ポリマー膜を設けると、好適である。 In this case, the provision of the conductive polymer film between the p-type organic semiconductor layer 14 and the gold substrate is preferred.

以上説明した本実施の形態に係る有機薄膜光電変換素子は、作製される光電変換素子ごとの性能のばらつきが小さい。 The above-described organic thin-film photoelectric conversion device according to the present embodiment described, the variations in the performance of each photoelectric conversion element manufactured is small. また、光電変換効率が高い。 The photoelectric conversion efficiency is high.
また、この有機薄膜光電変換素子を用いた有機薄膜太陽電池は、上記光電変換素子の効果を好適に得ることができる。 The organic thin film solar cell using the organic thin-film photoelectric conversion element can be preferably obtained the effect of the photoelectric conversion element.

ここで、本実施の形態に係る有機薄膜光電変換素子の製造方法の一例について概略説明する。 Here, one example of a manufacturing method of an organic thin-film photoelectric conversion device according to the present embodiment will be schematically described.
透明電極膜を備えるガラス基板上に金属酸化物微粒子のペーストを塗布し、乾燥、加熱することにより、多孔質膜を得る。 Fine particles of a metal oxide paste was applied on a glass substrate having a transparent electrode film, drying by heating, to obtain a porous membrane. ついで、この多孔質膜をアルミニウム等のイオンを含む溶液に浸漬した後、乾燥、加熱することにより、多孔質膜の金属酸化物微粒子の表面に絶縁性薄膜を形成する。 Then, this after the porous membrane was immersed in a solution containing ions such as aluminum, drying by heating to form an insulating thin film on the surface of the metal oxide particles of the porous membrane. ついで、これをフラーレン誘導体等の電子アクセプター材料の溶液に浸漬した後、乾燥することにより、絶縁性薄膜の表面に電子アクセプターを担持する。 Subsequently, it was immersed in a solution of the electron acceptor materials such as fullerene derivatives, by drying, carrying electrons acceptor on the surface of the insulating thin film. これにより、n型半導体層となる多孔質層が得られる。 Thereby, a porous layer serving as the n-type semiconductor layer.
ついで、有機電子ドナー材料を含む溶液を多孔質層に塗布した後、乾燥することにより、多孔質層に有機電子ドナー材料を含浸するとともに、p型有機半導体層を得る。 Then, after applying a solution containing an organic electron donor material in the porous layer, followed by drying, thereby impregnating the organic electron donor material in the porous layer, to obtain a p-type organic semiconductor layer.
さらに、p型有機半導体層に導電性ポリマー溶液を塗布して、導電性ポリマー層を形成した後、導電性ポリマー層に電極材料を例えば蒸着して、導電性基板が得られる。 Further, by applying a conductive polymer solution in p-type organic semiconductor layer, after forming the conductive polymer layer, an electrode material on the conductive polymer layer for example by depositing a conductive substrate can be obtained.

実施例を挙げて、本発明をさらに説明する。 Examples, further illustrate the present invention. なお、本発明は、以下に説明する実施例に限定されるものではない。 The present invention is not limited to the embodiments set forth herein.

(実施例1) (Example 1)
F/SnO2透明導電膜を具備するガラス基板上に、チタニアペースト(チタニア平均粒径10nm、アナターゼ社製)を塗布した後、450℃で30分加熱することにより、ポーラスなチタニア電極(多孔質層)を得た(チタニア膜厚500nm)。 A glass substrate having a F / SnO2 transparent conductive film, after titania paste (titania average particle size 10 nm, manufactured by anatase Ltd.) was applied by heating 30 minutes at 450 ° C., porous titania electrode (porous layer ) was obtained (titania film thickness 500nm). このチタニア電極をイソプロポキシアルミニウムのアルコール溶液(1%)に浸漬し、30分、室温で保持した。 The titania electrode was immersed in an alcohol solution of iso-propoxy aluminum (1%), 30 minutes and held at room temperature. その後、450℃で15分加熱することにより、ポーラスチタニア表面に膜厚5nmの酸化物薄膜(絶縁性薄膜)を作製した。 Thereafter, by heating 15 minutes at 450 ° C., an oxide thin film was formed with a thickness of 5 nm (insulating thin film) on the porous titania surface. その後、カルボン酸が置換したC60を溶解したトルエン溶液(1%)に12時間浸漬した。 Then immersed for 12 hours in toluene carboxylic acid was dissolved C60 substituted solution (1%). 溶液から取り出し、トルエンでリンスした後、室温で乾燥した。 Removed from the solution, rinsed with toluene, and dried at room temperature.
ついで、ポリチオフェン(P3HT)をクロロフォルムに溶かした溶液(3%)をスピンコートにより塗布し(塗布厚み500nm)、120℃で10分乾燥させた。 Then, solution of polythiophene (P3HT) in chloroform and (3%) was applied by spin coating (coating thickness 500 nm), and dried 10 min at 120 ° C.. その後、導電性ポリマ(PEDOT-PSS)のアルコール溶液(1%)を塗布した。 Then, an alcoholic solution of conducting polymer (PEDOT-PSS) (1%) was applied. さらに、金電極をPEDOT-PSS上に蒸着することで(金膜厚500nm)、光電変換素子を得た。 Furthermore, by depositing gold electrodes on a PEDOT-PSS (KimumakuAtsu 500 nm), to obtain a photoelectric conversion element.
得られた光電変換素子を、AM1.5,100mW/cm2のソーラーシミュレーターを用いて、太陽光変換効率を測定したところ、1.3%であった。 The resulting photoelectric conversion element, by using a solar simulator of AM 1.5, 100 mW / cm @ 2, was measured sunlight conversion efficiency was 1.3%. 同様の方法で作製した10サンプルの太陽電池性能(太陽光変換効率)のばらつきは10%以内であった。 Variations in the same 10 samples prepared by the method solar cell performance (solar conversion efficiency) was within 10%.

(実施例2) (Example 2)
イソプロポキシアルミニウムのアルコール溶液(1%)に代えて酢酸マグネシウムのアルコール溶液(1%)を用いたほかは実施例1と同様の方法を用いて、光電変換素子を得た。 But using magnesium acetate alcoholic solution (1%) in place of the alcoholic solution of iso-propoxy aluminum (1%) by using the same method as in Example 1 to obtain a photoelectric conversion element.
得られた光電変換素子の太陽光変換効率は、1.7%であった。 Solar conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element was 1.7%. 同様の方法で作製した合計10サンプルの太陽電池性能(太陽光変換効率)のばらつきは10%以内であった。 Variation of a similar total were manufactured by the method 10 samples of the solar cell performance (solar conversion efficiency) was within 10%.

(実施例3) (Example 3)
チタニア電極をカルボン酸が置換したC60を溶解したトルエン溶液(1%)に12時間浸漬する方法に代えて、チタニア電極をカルボン酸が置換したC60を溶解したトルエン溶液(1%)に二酸化炭素超臨界中で反応したほかは、実施例1と同様の方法を用いて、光電変換素子を得た。 Instead of a method of immersing for 12 hours a titania electrode toluene carboxylic acid was dissolved C60 substituted solution (1%), carbon dioxide than in toluene titania electrode carboxylic acid was dissolved C60 substituted solution (1%) in addition reacted in criticality, using the same method as in example 1 to obtain a photoelectric conversion element.
得られた光電変換素子の太陽光変換効率は、2.0%であった。 Solar conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element was 2.0%. 同様の方法で作製した合計10サンプルの太陽電池性能のばらつきは10%以内であった。 Variations in solar cell performance of a total of 10 samples was prepared by the same process was within 10%.

(実施例4) (Example 4)
チタニア電極をカルボン酸が置換したC60を溶解したトルエン溶液(1%)に12時間浸漬し、乾燥する工程と、ポリチオフェン(P3HT)をクロロフォルムに溶かした溶液(3%)をスピンコートにより塗布する工程との間に、チタニア電極をトルエン溶液(1%)から取り出し、トルエンでリンスし、室温で乾燥した後、Ru色素N719の0.5%溶液に再度浸漬し、色素で被膜する工程を設けたほかは、実施例1と同様の方法を用いて、光電変換素子を得た。 Titania electrode was immersed for 12 hours in toluene carboxylic acid was dissolved C60 substituted solution (1%), and drying, a step of applying a solution prepared by dissolving the polythiophene (P3HT) in chloroform and (3%) by spin coating between, titania electrode was removed from the toluene solution (1%), rinsed with toluene and dried at room temperature, again immersed in a 0.5% solution of Ru dye N719, in addition provided with a step of coating with dye , using the same method as in example 1 to obtain a photoelectric conversion element.
得られた光電変換素子の太陽光変換効率は、2.5%であった。 Solar conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element was 2.5%. 同様の方法で作製した合計10サンプルの太陽電池性能のばらつきは10%以内であった。 Variations in solar cell performance of a total of 10 samples was prepared by the same process was within 10%.

(実施例5) (Example 5)
チタニアペーストに代えて酸化スズペースト(酸化スズ平均粒径8nm)を用いたほかは、実施例4と同様の方法を用いて、光電変換素子を得た。 Except using the tin oxide paste (tin-average particle diameter 8nm oxide) instead of the titania paste, using the same method as in Example 4 to obtain a photoelectric conversion element.
得られた光電変換素子の太陽光変換効率は、2.6%であった。 Solar conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element was 2.6%. 同様の方法で作製した合計10サンプルの太陽電池性能のばらつきは10%以内であった。 Variations in solar cell performance of a total of 10 samples was prepared by the same process was within 10%.

(比較例) (Comparative Example)
ITO透明導電膜を具備するガラス基板上に導電性ポリマ(PEDOT-PSS)のアルコール溶液(1%)を塗布した(500nm)。 Alcoholic solution of a conductive polymer on a glass substrate having a transparent conductive ITO film (PEDOT-PSS) (1%) was applied (500 nm). 100℃で乾燥後、C60誘導体(PCBM)とポリチオフェン誘導体(P3HT)(1:1、クロルベンゼン溶液 2%)を塗布した後、100℃で20分加熱することにより、700nmの厚みのバルクへテロ膜を得た。 After drying at 100 ° C., C60 derivative (PCBM) and polythiophene derivatives (P3HT) (1: 1, chlorobenzene solution 2%) was applied and by heating 20 minutes at 100 ° C., terrorism into 700nm thick bulk to obtain a membrane. 金電極をバルクへテロ膜上に蒸着した(膜厚500nm)し、バルクへテロ型光電変換素子を得た。 The gold electrode to the bulk evaporated on terror film (thickness 500 nm), to obtain a hetero type photoelectric conversion element into the bulk.
得られた光電変換素子の太陽光変換効率は、0.8%であった。 Solar conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion element was 0.8%. 同様の方法で作製した合計10サンプルの太陽電池性能のばらつきは50%以上であった。 Variations in solar cell performance of a total of 10 samples prepared by the same method was more than 50%.

本実施の形態に係る有機薄膜光電変換素子の構成を模式的に示した図である。 The structure of the organic thin-film photoelectric conversion device according to this embodiment is a diagram schematically showing.

符号の説明 DESCRIPTION OF SYMBOLS

10 有機薄膜光電変換素子 12 多孔質層 14 p型有機半導体層 16 酸化物微粒子 18 絶縁性薄膜 20 電子アクセプター 24 透明導電膜 26 透明基板 28 導電性基板 10 Organic thin-film photoelectric conversion element 12 porous layer 14 p-type organic semiconductor layer 16 oxide particles 18 insulating film 20 electron acceptor 24 transparent conductive film 26 transparent substrate 28 a conductive substrate

Claims (9)

  1. 透明基板、該透明基板上に設けられる透明導電膜、該透明導電膜上に設けられるn型半導体層、該n型半導体層上に設けられるp型有機半導体層および該p型有機半導体層上に設けられる導電性基板を備える有機薄膜光電変換素子であって、 A transparent substrate, a transparent conductive film provided on the transparent substrate, n-type semiconductor layer provided on the transparent conductive film, in the n-type semiconductor p-type organic semiconductor layer provided on layer and the p-type organic semiconductor layer an organic thin-film photoelectric conversion device comprising a conductive substrate provided,
    該n型半導体層が、粒子表面を絶縁性薄膜で被覆されるとともに該絶縁性薄膜の表面にn型有機半導体を構成する電子アクセプターを担持する、n型酸化物半導体材料の酸化物微粒子の多孔質層であり、該p型有機半導体層を構成する電子ドナーが含浸されていることを特徴とする有機薄膜光電変換素子。 The n-type semiconductor layer, carrying the electronic acceptor constituting the n-type organic semiconductor on the surface of the insulating thin film while being the particle surfaces are covered with an insulating film, the porous oxide particles of the n-type oxide semiconductor material a quality layer, an organic thin-film photoelectric conversion device characterized by electronic donor constituting the p-type organic semiconductor layer is impregnated.
  2. 前記電子アクセプターが、フラーレン誘導体であることを特徴とする請求項1記載の有機薄膜光電変換素子。 The electronic acceptors, organic thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, characterized in that the fullerene derivative.
  3. 前記フラーレン誘導体が、フラーレンにカルボキシル基を導入したものであることを特徴とする請求項2記載の有機薄膜光電変換素子。 The fullerene derivative, an organic thin-film photoelectric conversion device according to claim 2, wherein a is obtained by introducing a carboxyl group to the fullerene.
  4. 前記酸化物微粒子の粒径が1〜500nmであることを特徴とする請求項1記載の有機薄膜光電変換素子。 The organic thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the particle size of the oxide fine particles are characterized by a 1 to 500 nm.
  5. 前記酸化物微粒子が、酸化チタンまたは酸化スズであることを特徴とする請求項1記載の有機薄膜光電変換素子。 The oxide fine particles, an organic thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the titanium oxide or tin oxide.
  6. 前記電子アクセプターを担持する前記絶縁性薄膜の表面にさらに色素が担持されていることを特徴とする請求項1記載の有機薄膜光電変換素子。 The organic thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, further dyes on the surface of the insulating thin film carrying said electron acceptor is characterized in that it is carried.
  7. 前記絶縁性薄膜が、アルミナ薄膜または酸化マグネシウム薄膜であることを特徴とする請求項1記載の有機薄膜光電変換素子。 The insulating thin film, an organic thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the alumina thin film or magnesium oxide film.
  8. 前記p型有機半導体層が、ポリチオフェンの層であることを特徴とする請求項1記載の有機薄膜光電変換素子。 The p-type organic semiconductor layer, an organic thin-film photoelectric conversion device according to claim 1, characterized in that a layer of polythiophene.
  9. 請求項1〜8のうちのいずれか1項に記載の有機薄膜光電変換素子を備えることを特徴とする有機薄膜太陽電池。 The organic thin film solar cell, comprising the organic thin-film photoelectric conversion device according to any one of claims 1-8.
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