JP5287137B2 - 有機光電変換素子の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の有機光電変換素子の製造方法を図を用いて説明する。図1(a)において、第1の電極1の上に、第1の電荷輸送層2を形成し、p型半導体材料前駆体とn型半導体材料前駆体のいずれかを含む第1の発電層3を形成して、第1の電極構成体11を作製する。一方、第2の電極6の上に、第2の電荷輸送層5を形成し、p型半導体材料前駆体とn型半導体材料前駆体のいずれかを含む第2の発電層4を形成して、第2の電極構成体12を作製する。
n型半導体材料前駆体の例としては、フラーレン、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化物を骨格として含む、化合物であって、熱或いは紫外線によって高分子化するものを挙げることができる。
本発明のp型半導体材料前駆体としては、縮合多環芳香族化合物前駆体を挙げることができる。縮合多環芳香族化合物前駆体としては、例えば、アントラセン、テトラセン、ペンタセン、ヘキサセン、ヘプタセン、クリセン、ピセン、フルミネン、ピレン、ペロピレン、ペリレン、テリレン、クオテリレン、コロネン、オバレン、サーカムアントラセン、ビスアンテン、ゼスレン、ヘプタゼスレン、ピランスレン、ビオランテン、イソビオランテン、サーコビフェニル、アントラジチオフェン等の前駆体が挙げられる。
図1に示した、第1の電荷輸送層2および第2の電荷輸送層5は、本発明において、発電層で発生した電子および正孔といった電荷を取り出す層として用いることが特徴である。電荷輸送層をより詳しく分類すると、正孔輸送層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子ブロック層を挙げることができ、それぞれ発電層で発生した正孔を輸送もしくはブロック、同じく電子を輸送もしくはブロックする能力を有し、電荷をより効率的に取り出すことが可能となるため、特にバルクヘテロジャンクション型の光電変換素子において好ましく用いることができる。
図1において、第1の電極1、第2の電極6はそれぞれ図示しない基板によって支持された態様であることが好ましい。この場合、第1の電極1側若しくは第2の電極6側どちらかの基板が、少なくとも光電変換される光を透過させることが可能な、即ちこの光電変換すべき光の波長に対して実質透明な部材であり、例えば、ガラス基板や樹脂基板等が用いられる。更に、第1の電極1若しくは第2の電極6のうち、少なくとも一方は実質透明であることが好ましい。これは発電部において光電変換される光を透過させることが可能な電極であり、好ましくは300〜800nmの波長の光を透過する電極である。材料としては、例えば、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金等の金属薄膜、金属ナノファイバーやカーボンナノチューブといった導電性繊維、導電性高分子を好ましく用いることができる。対して、もう一方の電極は、金属(例えば金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素、あるいは上述した実質透明な電極と同じ材料を用いることができるが、これに限らない。
〔有機光電変換素子の作製〕
(有機光電変換素子SC−101の作製)
20mm×110mm角サイズのバリア層付き200μm厚二軸延伸ポリエチレンナフタレート(PEN)基板上に、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nm堆積したもの(シート抵抗13Ω/□)を用い、光電変換に寄与する有効受光面積を約10mm×100mm角の約1000mm2となる様に作製し透明電極(第1の電極)を形成した。
前記SC−101の作製法と同様に準備した透明電極(第1の電極)上に、導電性高分子であるBaytron P4083(スタルクヴィテック社製)を膜厚30nmになるように塗布した後、大気中140℃で乾燥させ正孔輸送層を成膜した。
前記SC−101の作製法と同様に準備した透明電極(第1の電極)上に、導電性高分子であるBaytron P4083(スタルクヴィテック社製)を膜厚30nmになるように塗布した後、大気中140℃で乾燥させ正孔輸送層を成膜し、第1の電極構成体11を作製した。
前記SC−101の作製法と同様に準備した正孔輸送層付き電極構成体の上に、クロロベンゼンにP3HT(プレクストロニクス社製:レジオレギュラーポリ−3−ヘキシルチオフェン)(Mw=52000、高分子p型半導体材料前駆体)と、PCBM(Mw=911、低分子n型半導体材料前駆体)(フロンティアカーボン:6,6−フェニル−C61−ブチリックアシッドメチルエステル)を質量比1:1になるように3.0質量%溶液を調整し、フィルターでろ過しながら膜厚50nmになるように塗布を行い、室温で放置し第1の発電層3を成膜して第1の電極構成体11を作製した。
前記SC−101の作製法と同様に準備した正孔輸送層付き電極構成体の上に、クロロベンゼンに例示化合物2(三次元架橋型高分子p型半導体材料のモノマー)と、PCBM(Mw=911、低分子n型半導体材料前駆体)(フロンティアカーボン:6,6−フェニル−C61−ブチリックアシッドメチルエステル)を質量比1:1になるように3.0質量%溶液を調整し、フィルターでろ過しながら膜厚50nmになるように塗布を行い、室温で放置し第1の発電層3を成膜して第1の電極構成体11を作製した。
前記SC−105の作製法において、第1の発電層および第2の発電層に用いるPCBMに換えて、例示化合物1を用いた以外はSC−105の作製法と同様にしてSC−106を得た。
前記SC−106の作製法において、第1の電極構成体11の第1の発電層と、第2の電極構成体12の第2の発電層とを対向させて貼り合せ、1MPaの圧力を掛けながら、ベーク処理およびUV光照射を行った以外は、SC−106の作製法と同様にしてSC−107を得た。
前記SC−107の作製法において、第1の発電層を構成する例示化合物2と例示化合物1を質量比1.2:0.8とし、第2の発電層を構成する例示化合物2と例示化合物1を質量比0.8:1.2として作製した以外は、SC−107の作製法と同様にしてSC−108を得た。
上記方法で作製した有機光電変換素子について、ソーラーシミュレーターを用いたAM1.5Gフィルター、100mW/cm2の強度の光を照射し、有効面積を4.0mm2にしたマスクを受光部に重ね、同素子上に形成した4箇所の受光部それぞれについて、短絡電流密度Jsc(mA/cm2)及び開放電圧Voc(V)、フィルファクターffから式1を用いてエネルギー変換効率η(%)を得て、その平均値を求め、SC−101のエネルギー変換効率を100としたとき相対値を表1に示した。
〔折り曲げ耐性評価〕
上記方法で作製した有機光電変換素子について、1インチφのプラスチック製の円柱棒を用意し、表裏を1セットとして、50セット巻きつけた前後のエネルギー変換効率ηの保持率を式2に従って求め、表1に示した。
2 第1の電荷輸送層
3 第1の発電層
4 第2の発電層
5 第2の電荷輸送層
6 第2の電極
10 有機光電変換素子
11 第1の電極構成体
12 第2の電極構成体
13 有機光電変換素子の前駆体
Claims (7)
- 第1の電極上に、第1の電荷輸送層を形成する工程と、少なくともp型半導体材料前駆体とn型半導体材料前駆体のいずれかを含む第1の発電層を形成する工程とからなる第1の工程と、第2の電極上に、第2の電荷輸送層を形成する工程と、少なくともp型半導体材料前駆体とn型半導体材料前駆体のいずれかを含む第2の発電層を形成する工程とからなる第2の工程の後、該第1の工程で作製した第1の発電層と、該第2の工程で作製した第2の発電層とを対向させて貼り合せた後、前記p型半導体材料前駆体、若しくはn型半導体材料前駆体を、外部刺激による化学構造変化をさせることによって、該第1の発電層と該第2の発電層とを接合させることを特徴とする有機光電変換素子の製造方法。
- 有機光電変換素子が、p型半導体材料とn型半導体材料を含むバルクヘテロジャンクション層からなる発電層を有す有機光電変換素子であることを特徴とする請求項1記載の有機光電変換素子の製造方法。
- 前記p型半導体材料前駆体とn型半導体材料前駆体のうち少なくとも一方が、架橋性の置換基を有した前駆体であることを特徴とする請求項1記載の有機光電変換素子の製造方法。
- 前記外部刺激が、加熱処理、およびUV光照射処理から選ばれる少なくともいずれかであることを特徴とする請求項1又は3記載の有機光電変換素子の製造方法。
- 前記貼り合せと接合を、加圧したまま外部刺激処理することを特徴とする請求項1、3又は4記載の有機光電変換素子の製造方法。
- 前記第1の発電層と第2の発電層に含まれる、p型半導体材料とn型半導体材料の組成比が異なることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項記載の有機光電変換素子の製造方法。
- 前記第1の発電層と第2の発電層とが、それぞれ塗布法により形成されることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項記載の有機光電変換素子の製造方法。
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