JP5362017B2 - Organic thin film solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、有機半導体を用いた有機薄膜太陽電池に関する。 The present invention relates to an organic thin film solar cell using an organic semiconductor.
有機薄膜太陽電池は、導電性ポリマーやフラーレン等を組み合わせた有機薄膜半導体を用いた太陽電池である。有機薄膜太陽電池は、無機系材料をベースとした太陽電池に比べて簡便な方法で生産でき、低コストであるというメリットがある。その反面、有機薄膜太陽電池の光電変換効率や寿命は、従来の無機系太陽電池と比較して低いという問題を有する。 An organic thin film solar cell is a solar cell using an organic thin film semiconductor in which a conductive polymer, fullerene, or the like is combined. Organic thin-film solar cells can be produced by a simpler method than solar cells based on inorganic materials, and have the advantage of low cost. On the other hand, the photoelectric conversion efficiency and life of the organic thin film solar cell have a problem that it is lower than that of a conventional inorganic solar cell.
そのため、有機薄膜太陽電池の光電変換効率を向上させるための種々の工夫がなされている(例えば、特許文献1および特許文献2)。特許文献1には、光電変換層にフラーレンナノウィスカを含有させた有機薄膜太陽電池素子が開示されている。特許文献2には、正孔輸送層にポリチオフェン誘導体および/またはポリフェニレンビニレン(PPV)誘導体を含有させ、電子輸送層にポリフルオレン誘導体および/またはフラーレン誘導体を含有させた有機薄膜太陽電池が開示されている。
Therefore, various ideas for improving the photoelectric conversion efficiency of the organic thin film solar cell have been made (for example,
本発明の目的は、光電変換効率の高い有機薄膜太陽電池を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an organic thin-film solar cell with high photoelectric conversion efficiency.
本発明の有機薄膜太陽電池は、互いに離間して配置された、少なくとも一方が光透過性である一対の電極と、前記電極間に設けられた、p型有機半導体とn型有機半導体とを含むバルクヘテロ接合型の光電変換層とを具備し、前記n型有機半導体は、0.1重量%〜10重量%のフラーレンC70と、残部のC70PCBMとを含むことを特徴とする。 The organic thin-film solar cell of the present invention includes a pair of electrodes that are spaced apart from each other and at least one of which is light transmissive, and a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor provided between the electrodes. The n-type organic semiconductor includes 0.1 wt% to 10 wt% of fullerene C70 and the balance of C70PCBM .
本発明によれば、光電変換効率の高い有機薄膜太陽電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, an organic thin film solar cell with high photoelectric conversion efficiency can be provided.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態に係る有機薄膜太陽電池の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view of an organic thin-film solar cell according to an embodiment of the present invention.
図1に示す有機薄膜太陽電池は、互いに離間して配置された一対の電極(陽極11および陰極12)と、前記電極11および12の間に配置された光電変換層13を具備し、これらが基板10上に配置された構成を有する。また任意に、陽極11と光電変換層13との間に、正孔輸送層14を具備する。
The organic thin film solar cell shown in FIG. 1 includes a pair of electrodes (
図2は、本発明の他の実施形態に係る有機薄膜太陽電池の断面図である。図2に示す有機薄膜太陽電池は、さらに陰極12と光電変換層13との間に電子輸送層15を具備する。
FIG. 2 is a cross-sectional view of an organic thin-film solar cell according to another embodiment of the present invention. The organic thin film solar cell shown in FIG. 2 further includes an
以下、本発明の有機薄膜太陽電池の各構成部材について、具体的に説明する。 Hereinafter, each structural member of the organic thin-film solar cell of this invention is demonstrated concretely.
(基板)
基板10は、他の構成部材を支持するためのものである。この基板10は、熱や有機溶剤によって変質しないものが好ましい。基板10の材料としては、例えば、無アルカリガラス、石英ガラス等の無機材料、ポリエチレン、PET、PEN、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマー等のプラスチック、高分子フィルム、SUS、シリコン等の金属基板等が挙げられる。基板10は、透明なものであっても不透明なものであっても特に限定されるものではない。しかし不透明な基板を使用する場合、基板とは反対側の電極が透明または半透明であることが好ましい。基板の厚さは、その他の構成部材を支持するために十分な強度があれば、特に限定されない。(substrate)
The
(陽極)
陽極11は、基板10の上に積層される。陽極11の材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されない。通常は、透明または半透明の導電性を有する材料を、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等で成膜する。例えば、導電性の金属酸化物膜、半透明の金属薄膜等を陽極11として使用することができる。具体的には、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化スズ、およびそれらの複合体であるインジウム・スズ・オキサイド(ITO)、FTO、インジウム・亜鉛・オキサイド等からなる導電性ガラスを用いて作製された膜(NESA等)や、金、白金、銀、銅等が用いられる。特に、ITOまたはFTOが好ましい。また、電極材料として、有機系の導電性ポリマーであるポリアニリンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体等を用いてもよい。陽極11の膜厚は、ITOの場合、30〜300nmであることが好ましい。30nmより薄くすると、導電性が低下して抵抗が高くなり、光電変換効率低下の原因となる。300nmよりも厚くすると、ITOに可撓性がなくなり、応力が作用するとひび割れてしまう。陽極11のシート抵抗は可能な限り低いことが好ましく、10Ω/□以下であることが好ましい。陽極11は、単層であってもよく、異なる仕事関数の材料で構成される層を積層したものであってもよい。(anode)
The
(正孔輸送層)
正孔輸送層14は、任意に、陽極11と光電変換層13との間に配置される。正孔輸送層14の機能は、下部の電極の凹凸をレベリングして太陽電池素子の短絡を防ぐこと、正孔のみを効率的に輸送すること、光電変換層13の界面近傍で発生した励起子の消滅を防ぐこと等である。正孔輸送層14の材料としては、PEDOT/PSS(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンスルホネート))等のポリチオフェン系ポリマー、ポリアニリン、ポリピロール等の有機導電性ポリマーを使用することができる。ポリチオフェン系ポリマーの代表的な製品としては、例えば、スタルク社のBaytronP AI4083が挙げられる。(Hole transport layer)
The
正孔輸送層14の材料としてBaytronP AI4083を使用する場合、膜厚は20〜200nmであることが好ましい。薄すぎる場合は、下部電極の短絡を防止する作用がなくなり、ショートが発生してしまう。厚すぎる場合は、膜抵抗が大きくなることにより発生した電流が制限され、光変換効率が低下してしまう。
When BaytronP AI4083 is used as the material for the
正孔輸送層14の成膜方法は、薄膜を形成できる方法であれば特に限定されないが、例えばスピンコート法を使用することが可能である。正孔輸送層14の材料を所望の膜厚に塗布した後、ホットプレート等で加熱乾燥する。塗布する溶液は、予めフィルターでろ過したものを使用してもよい。
The method for forming the
(光電変換層)
光電変換層13は、陽極11と陰極12との間に配置される。本発明に係る太陽電池は、バルクヘテロ型の有機薄膜太陽電池である。光電変換層13は、p型有機半導体とn型有機半導体とを混合したものを積層することにより形成され、ミクロ層分離構造をとる。バルクへテロ型は、混合されたn型有機半導体とp型有機半導体が光電変換層内でナノオーダーのサイズのpn接合を形成し、接合面において生じる光電荷分離を利用して電流を得る。n型有機半導体は、電子受容性の性質を有する材料で構成される。一方、p型有機半導体は、電子供与性の性質を有する材料で構成される。(Photoelectric conversion layer)
The
本発明は、フラーレン誘導体にフラーレンC70をドープしたn型有機半導体を使用する。フラーレンC70は光キャリア発生剤として、フラーレン誘導体は電荷輸送剤として作用する。このようにそれぞれの機能を利用した構成にすることにより、総合的に有機薄膜太陽電池の光電変換効率を高めることができる。 The present invention uses an n-type organic semiconductor in which fullerene derivatives are doped with fullerene C70. Fullerene C70 acts as a photocarrier generator, and fullerene derivatives act as charge transport agents. Thus, by using the configuration utilizing each function, the photoelectric conversion efficiency of the organic thin film solar cell can be enhanced comprehensively.
後で詳しく説明するが、有機薄膜太陽電池の光電変換プロセスは、a)有機分子が光を吸収して励起子を発生する過程、b)励起子の移動および拡散の過程、c)励起子の電荷分離の過程、d)両極への電荷輸送の過程に大きく分けられる。本発明の太陽電池におけるn型有機半導体では、上記光電変換プロセスのc)およびd)の過程を効率的に行うためにフラーレン誘導体を使用し、a)の過程を効率的に行うために光キャリア発生効率の高いフラーレンC70を使用する。 As will be described in detail later, the photoelectric conversion process of the organic thin-film solar cell includes: a) a process in which organic molecules absorb light to generate excitons, b) a process of exciton migration and diffusion, c) exciton processes The process of charge separation can be roughly divided into d) the process of charge transport to both electrodes. In the n-type organic semiconductor in the solar cell of the present invention, a fullerene derivative is used to efficiently perform the processes c) and d) of the photoelectric conversion process, and an optical carrier is used to efficiently perform the process a). Fullerene C70 having high generation efficiency is used.
電荷輸送剤として作用するフラーレン誘導体は、フラーレン骨格を有する誘導体であれば特に限定されるものではない。具体的には、C60、C70、C76、C78、C84等を基本骨格として構成される誘導体が挙げられる。フラーレン誘導体は、フラーレン骨格における炭素原子が任意の官能基で修飾されていてもよく、この官能基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。フラーレン誘導体は、フラーレン結合ポリマーも含む。溶剤に親和性の高い官能基を有し、溶媒への可溶性が高いフラーレン誘導体が好ましい。 The fullerene derivative acting as a charge transfer agent is not particularly limited as long as it is a derivative having a fullerene skeleton. Specific examples include derivatives composed of C60, C70, C76, C78, C84, etc. as the basic skeleton. In the fullerene derivative, carbon atoms in the fullerene skeleton may be modified with an arbitrary functional group, and these functional groups may be bonded to each other to form a ring. Fullerene derivatives also include fullerene bonded polymers. A fullerene derivative having a functional group with high affinity for the solvent and high solubility in the solvent is preferred.
フラーレン誘導体における官能基としては、例えば、水素原子;水酸基;フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;シアノ基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基、チエニル基、ピリジル基等の芳香族複素環基等が挙げられる。具体的には、C60H36、C70H36等の水素化フラーレン、C60、C70等のオキサイドフラーレン、フラーレン金属錯体等が挙げられる。 Examples of the functional group in the fullerene derivative include hydrogen atom; hydroxyl group; halogen atom such as fluorine atom and chlorine atom; alkyl group such as methyl group and ethyl group; alkenyl group such as vinyl group; cyano group; methoxy group and ethoxy group. Alkoxy groups such as phenyl groups, aromatic hydrocarbon groups such as naphthyl groups, and aromatic heterocyclic groups such as thienyl groups and pyridyl groups. Specific examples include hydrogenated fullerenes such as C60H36 and C70H36, oxide fullerenes such as C60 and C70, and fullerene metal complexes.
上述した中でも、フラーレン誘導体として、60PCBM([6,6]-フェニル C61 酪酸メチルエステル)または70PCBM([6,6]-フェニル C71 酪酸メチルエステル)を使用することが特に好ましい。 Among the above-described compounds, it is particularly preferable to use 60PCBM ([6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester) or 70PCBM ([6,6] -phenyl C71 butyric acid methyl ester) as the fullerene derivative.
本発明に使用されるフラーレン誘導体の具体的構造の例を、以下に示す。
光キャリア発生剤として作用するフラーレンC70は、以下のような構造を有する。
一般的に高次フラーレンと呼ばれるものには、C70、C76、C78、C84等があるが、この中でも特に、C70の光キャリア発生効率が高い。そのため、本発明では、n型有機半導体中において、光キャリア発生剤としてフラーレンC70を使用する。 Commonly referred to as higher-order fullerenes include C70, C76, C78, C84, etc. Among them, C70 has a particularly high photocarrier generation efficiency. Therefore, in the present invention, fullerene C70 is used as a photocarrier generator in the n-type organic semiconductor.
フラーレンC70の光キャリア発生効率が他のフラーレンに比べて高いことは、内部量子効率を比較することにより確認できる。内部量子効率は、帯電光減衰法(Xerographic Discharge法)(J. Mort, M. Machonkin, I. Chen, and R. Ziolo, Phylos. Mag. Lett. 67, 77 (1993)を参照されたい)により測定することができる。ここでは、内部量子効率の測定を、文献(電子情報通信学会技術研究報告. OME, 有機エレクトロニクス Technical report of IEICE. OME 95(50) pp. 29-34 19950519 「高分子中に分散したC70の光伝導」)を参考にして行った。 It can be confirmed by comparing the internal quantum efficiency that the photocarrier generation efficiency of fullerene C70 is higher than that of other fullerenes. The internal quantum efficiency is determined by the Xerographic Discharge method (see J. Mort, M. Machonkin, I. Chen, and R. Ziolo, Phylos. Mag. Lett. 67, 77 (1993)). Can be measured. Here, the measurement of internal quantum efficiency is performed in the literature (Technical Report of IEICE. OME, Organic Electronics Technical report of IEICE. OME 95 (50) pp. 29-34 19950519 “Light of C70 dispersed in polymer. Conduction ") was performed as a reference.
マトリックスポリマーとして、フラーレン分子と電荷移動相互作用をしにくいポリスチレンポリマーを使用した。また、光キャリアと双極子のクーロン相互作用によるホールのトラップや内部電場を避けるために、電荷輸送剤として双極子モーメントの小さいトリフェニルジアミン(TPD)を用いた。TPDの構造式を以下に示す。
有機膜の組成は、ポリスチレン49重量%、TPD50重量%、フラーレン類1重量%とした。これらを、超音波分散機を用いてクロロベンゼンに溶解した。厚さ1mmのガラス基板上に蒸着された厚さ200nmのアルミニウム膜上に、この溶液をスピンコーターで塗布し、膜厚約2μmの有機膜を得た。最後に真空乾燥機で100℃にて乾燥して試料を作製した。 The composition of the organic film was 49% by weight of polystyrene, 50% by weight of TPD, and 1% by weight of fullerenes. These were dissolved in chlorobenzene using an ultrasonic disperser. This solution was applied on a 200 nm thick aluminum film deposited on a 1 mm thick glass substrate with a spin coater to obtain an organic film having a thickness of about 2 μm. Finally, it was dried at 100 ° C. with a vacuum dryer to prepare a sample.
帯電光減衰法による内部量子効率の測定は、ペーパーアナライザEPA−8100(川口電機社製)を用いて行った。試料表面をコロナ放電により帯電させ、試料の表面から光を照射することで光キャリアを発生させる。発生した光キャリアは、帯電によって形成された電場によって移動し、表面の電荷を打ち消すことで表面電位が減衰する。 Measurement of the internal quantum efficiency by the charged light attenuation method was performed using a paper analyzer EPA-8100 (manufactured by Kawaguchi Electric Co., Ltd.). The sample surface is charged by corona discharge, and light is emitted from the surface of the sample to generate photocarriers. The generated photocarrier is moved by the electric field formed by charging, and the surface potential is attenuated by canceling the surface charge.
測定結果に基づき、以下の式を用いて、フラーレン類の内部量子効率を求めた。なお、試料の光吸収率は、キセノン光源をモノクロメータで分光しサンプル基板に照射して、これを通過した光のパワーを各波長で測定し、基板の光吸収率を差し引くことで算出した。光パワーメータとして株式会社エーディーシー製の光パワーメータTQ8210を用いた。 Based on the measurement results, the internal quantum efficiency of fullerenes was determined using the following equation. The light absorptance of the sample was calculated by spectroscopically irradiating the sample substrate with a xenon light source and irradiating the sample substrate, measuring the power of light passing through the sample substrate at each wavelength, and subtracting the light absorptance of the substrate. An optical power meter TQ8210 manufactured by ADC Co., Ltd. was used as the optical power meter.
J=C(dV/dt)・・・(1)
Φ=J/eI・・・(2)
ここで、Jは光電流、Φは内部量子効率、Cは試料の静電容量、Iは試料が吸収した光量子数、eは電荷素量である。J = C (dV / dt) (1)
Φ = J / eI (2)
Here, J is the photocurrent, Φ is the internal quantum efficiency, C is the capacitance of the sample, I is the number of photons absorbed by the sample, and e is the elementary charge.
フラーレン類の内部量子効率を算出した結果を図3に示す。フラーレン類として、フラーレンC60、フラーレンC70、60PCBM([6,6]-フェニル C61 酪酸メチルエステル)および70PCBM([6,6]-フェニル C71 酪酸メチルエステル)を用いた。図3によると、フラーレンC70の内部量子効率が他のフラーレン類と比較して優れていることが分かる。つまり、フラーレンC70を有機薄膜太陽電池のアクセプターとして使用すれば、高効率の有機薄膜太陽電池を作製できることを示している。 The results of calculating the internal quantum efficiency of fullerenes are shown in FIG. As fullerenes, fullerene C60, fullerene C70, 60PCBM ([6,6] -phenyl C61 butyric acid methyl ester) and 70PCBM ([6,6] -phenyl C71 butyric acid methyl ester) were used. FIG. 3 shows that the internal quantum efficiency of fullerene C70 is superior to other fullerenes. That is, when fullerene C70 is used as an acceptor of an organic thin film solar cell, it shows that a highly efficient organic thin film solar cell can be produced.
しかし、フラーレンC70は溶媒への溶解性が悪く、均一な膜を成膜することが困難である。よって、塗布法により作製される太陽電池のn型有機半導体としてフラーレンC70を使用しても、従来は変換効率の良い太陽電池を得ることができなかった。 However, fullerene C70 has poor solubility in a solvent, and it is difficult to form a uniform film. Therefore, even when fullerene C70 is used as an n-type organic semiconductor of a solar cell produced by a coating method, a solar cell with good conversion efficiency could not be obtained conventionally.
一方、n型有機半導体としてフラーレン誘導体を使用した場合には、溶剤への溶解性が良好であり、成膜性にも優れているため、自己組織化構造ができる。しかし、上記で述べたとおり、フラーレン誘導体の光キャリア発生効率は、フラーレンC70に比べて劣る。 On the other hand, when a fullerene derivative is used as the n-type organic semiconductor, the solubility in a solvent is good and the film forming property is also excellent, so that a self-organized structure can be formed. However, as described above, the photocarrier generation efficiency of the fullerene derivative is inferior to that of fullerene C70.
そこで本発明では、成膜性のよいフラーレン誘導体にフラーレンC70をドープした組成のn型有機半導体を使用する。 Therefore, in the present invention, an n-type organic semiconductor having a composition in which fullerene C70 is doped into a fullerene derivative having good film forming properties is used.
図4は、本発明の有機薄膜太陽電池の光電変換層の構造を示す概念図である。p型有機半導体1とn型有機半導体であるフラーレン誘導体4が自己組織化により配向し、フラーレン誘導体4に3で表されるフラーレンC70がドープされた構造をしている。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing the structure of the photoelectric conversion layer of the organic thin film solar cell of the present invention. The p-type
フラーレン誘導体は溶剤への溶解性が良好であり、成膜性にも優れているため、このような自己組織化構造ができる。また、フラーレン誘導体とフラーレンC70を混合した溶液から成膜した膜は、フラーレンC70の凝集も少なくなる傾向にあった。光励起効率の高いフラーレンC70で発生した光キャリアは、自己組織化されたフラーレン誘導体を通して電極まで輸送される。 Since the fullerene derivative has good solubility in a solvent and excellent film forming property, such a self-organized structure can be formed. In addition, a film formed from a solution in which fullerene derivatives and fullerene C70 are mixed has a tendency to reduce aggregation of fullerene C70. The photocarrier generated in the fullerene C70 having high photoexcitation efficiency is transported to the electrode through the self-assembled fullerene derivative.
このような構成とすることで、従来まで塗布法にて作製が困難であったフラーレンC70を利用することが可能となり、フラーレンC70の優れた光励起効率の高さを素子の光電変換効率に反映させることができるようになった。 With such a configuration, it is possible to use fullerene C70, which has been difficult to produce by a coating method until now, and reflect the high photoexcitation efficiency of fullerene C70 in the photoelectric conversion efficiency of the device. I was able to do it.
n型有機半導体におけるフラーレン誘導体とフラーレンC70の混合比率は、フラーレンC70が0.1〜80重量%であり、残部がフラーレン誘導体であることが好ましい。フラーレンC70の含有率が0.1重量%未満であると、光キャリアの発生効率を高めることができず、光電変換効率の高い太陽電池を提供することができない。一方、フラーレンC70の含有率が80重量%を超えると、フラーレンC70が溶媒に均一に分散せず、均一な膜を成膜することができない。その結果、光キャリアの輸送パスが不均一になり、光電変換効率の低下を招く。 As for the mixing ratio of the fullerene derivative and fullerene C70 in the n-type organic semiconductor, it is preferable that the fullerene C70 is 0.1 to 80% by weight and the remainder is the fullerene derivative. When the content of fullerene C70 is less than 0.1% by weight, the generation efficiency of photocarriers cannot be increased, and a solar cell with high photoelectric conversion efficiency cannot be provided. On the other hand, if the content of fullerene C70 exceeds 80% by weight, fullerene C70 is not uniformly dispersed in the solvent, and a uniform film cannot be formed. As a result, the transport path of the optical carrier becomes non-uniform, leading to a decrease in photoelectric conversion efficiency.
好ましくは、n型有機半導体におけるフラーレン誘導体とフラーレンC70の混合比率は、フラーレンC70が0.1〜10重量%であり、残部がフラーレン誘導体である。 Preferably, the mixing ratio of the fullerene derivative and fullerene C70 in the n-type organic semiconductor is 0.1 to 10% by weight of the fullerene C70, and the remainder is the fullerene derivative.
さらに好ましくは、n型有機半導体におけるフラーレン誘導体とフラーレンC70の混合比率は、フラーレンC70が0.1〜4.0重量%であり、残部がフラーレン誘導体である。 More preferably, the mixing ratio of the fullerene derivative and fullerene C70 in the n-type organic semiconductor is 0.1 to 4.0% by weight of the fullerene C70, and the remainder is the fullerene derivative.
p型有機半導体は、電子供与性の材料である。例えば、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリピロールおよびその誘導体、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリフェニルジアミン誘導体、オリゴチオフェンおよびその誘導体、ポリビニルカルバゾールおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、側鎖または主鎖に芳香族アミンを有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリンおよびその誘導体、フタロシアニン誘導体、ポルフィリンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリチエニレンビニレンおよびその誘導体等を使用することができ、これらを併用してもよい。また、これらの共重合体を使用してもよく、例えば、チオフェン−フルオレン共重合体、フェニレンエチニレン−フェニレンビニレン共重合体等が挙げられる。 A p-type organic semiconductor is an electron donating material. For example, polythiophene and its derivatives, polypyrrole and its derivatives, pyrazoline derivatives, arylamine derivatives, stilbene derivatives, triphenyldiamine derivatives, oligothiophene and its derivatives, polyvinylcarbazole and its derivatives, polysilane and its derivatives, side chain or main chain Polysiloxane derivatives having an aromatic amine, polyaniline and derivatives thereof, phthalocyanine derivatives, porphyrin and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polythienylene vinylene and derivatives thereof, and the like may be used in combination. . These copolymers may be used, and examples thereof include a thiophene-fluorene copolymer, a phenylene ethynylene-phenylene vinylene copolymer, and the like.
好ましいp型有機半導体は、π共役を有する導電性高分子であるポリチオフェンおよびその誘導体である。ポリチオフェンおよびその誘導体は、優れた立体規則性を確保することができ、溶媒への溶解性が比較的高い。ポリチオフェンおよびその誘導体は、チオフェン骨格を有する化合物であれば特に限定されない。ポリチオフェンおよびその誘導体の具体例としては、ポリ3−メチルチオフェン、ポリ3−ブチルチオフェン、ポリ3−ヘキシルチオフェン、ポリ3−オクチルチオフェン、ポリ3−デシルチオフェン、ポリ3−ドデシルチオフェン等のポリアルキルチオフェン;ポリ3−フェニルチオフェン、ポリ3−(p−アルキルフェニルチオフェン)等のポリアリールチオフェン;ポリ3−ブチルイソチオナフテン、ポリ3−ヘキシルイソチオナフテン、ポリ3−オクチルイソチオナフテン、ポリ3−デシルイソチオナフテン等のポリアルキルイソチオナフテン;ポリエチレンジオキシチオフェン等が挙げられる。 A preferred p-type organic semiconductor is polythiophene which is a conductive polymer having π conjugation and derivatives thereof. Polythiophene and its derivatives can ensure excellent stereoregularity and have relatively high solubility in a solvent. Polythiophene and derivatives thereof are not particularly limited as long as they are compounds having a thiophene skeleton. Specific examples of polythiophene and derivatives thereof include polyalkylthiophenes such as poly-3-methylthiophene, poly-3-butylthiophene, poly-3-hexylthiophene, poly-3-octylthiophene, poly-3-decylthiophene, poly-3-dodecylthiophene, etc. Polyarylthiophene such as poly-3-phenylthiophene and poly-3- (p-alkylphenylthiophene); poly-3-butylisothionaphthene, poly-3-hexylisothionaphthene, poly-3-octylisothionaphthene, poly-3- And polyalkylisothionaphthene such as decylisothionaphthene; polyethylenedioxythiophene and the like.
これらの導電性高分子は、溶媒に溶解させた溶液を塗布することにより成膜可能である。従って、大面積の有機薄膜太陽電池を、印刷法等により、安価な設備にて低コストで製造できるという利点がある。 These conductive polymers can be formed by applying a solution dissolved in a solvent. Therefore, there is an advantage that a large-area organic thin film solar cell can be manufactured at low cost with inexpensive equipment by a printing method or the like.
光電変換層におけるn型有機半導体とp型有機半導体の混合比率は、n型有機半導体の含有率を30〜70重量%とすることが好ましい。 The mixing ratio of the n-type organic semiconductor and the p-type organic semiconductor in the photoelectric conversion layer is preferably such that the content of the n-type organic semiconductor is 30 to 70% by weight.
有機半導体を塗布するためには、溶媒に溶解する必要があるが、それに用いる溶媒としては、例えば、トルエン、キシレン、テトラリン、デカリン、メシチレン、n−ブチルベンゼン、sec−ブチルベゼン、tert−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン、トリクロロベンゼン等のハロゲン化芳香族炭化水素系溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等のエーテル類が挙げられる。特に、ハロゲン系の芳香族溶剤が好ましい。 In order to apply an organic semiconductor, it is necessary to dissolve in a solvent. Examples of the solvent used therefor include toluene, xylene, tetralin, decalin, mesitylene, n-butylbenzene, sec-butylbesen, tert-butylbenzene and the like. Unsaturated hydrocarbon solvents, halogenated aromatic hydrocarbon solvents such as chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, carbon tetrachloride, chloroform, dichloromethane, dichloroethane, chlorobutane, bromobutane, chloropentane, chlorohexane, bromohexane, chloro Halogenated saturated hydrocarbon solvents such as cyclohexane, and ethers such as tetrahydrofuran and tetrahydropyran. In particular, a halogen-based aromatic solvent is preferable.
溶液を塗布し成膜する方法としては、スピンコート法、ディップコート法、キャスティング法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、スプレー法、スクリーン印刷、グラビア印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、グラビアオフセット印刷、ディスペンサー塗布、ノズルコート法、キャピラリーコート法、インクジェット法等が挙げられ、これらの塗布法を単独で、もしくは組み合わせて用いることができる。 As a method of applying a solution to form a film, spin coating, dip coating, casting, bar coating, roll coating, wire bar coating, spraying, screen printing, gravure printing, flexographic printing, offset Examples thereof include a printing method, gravure offset printing, dispenser coating, nozzle coating method, capillary coating method, and ink jet method, and these coating methods can be used alone or in combination.
(電子輸送層)
電子輸送層15は、任意に、陰極12と光電変換層13との間に配置される。通常、透明または半透明の材料を真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等で成膜する。電子輸送層材料としてはAlq3などのキノリン類、BCPなどのフェナンスロリン誘導体、BNDやPBDさらにはOXDなどのオキサジアゾール誘導体、オキサジアゾール二量体、スターバーストアキサジアゾール、トリアゾール誘導体、フェニルキノキサリン誘導体、シロール誘導体、無機物としては酸化チタン、フラーレン類、フッ化リチウム等のアルカリ金属、アルカリ土類金属のハロゲン化物、酸化物等を挙げることができる。電子輸送層15の適正膜厚は材質により大きく異なるため調整が必要であるが、一般的には0.1nm〜100nmの範囲である。膜厚が上記範囲より薄い場合は、ホールブロック効果が減少してしまうため、発生したエキシトンが電子とホールに解離する前に失活してしまい、効率的に電流を取り出すことができない。膜厚が厚い場合には、電子輸送層が抵抗体として作用し、電圧降下を招く。また電子輸送層15の成膜に長時間を要し、有機層にダメージを与えて性能が劣化してしまう。さらに、材料を大量に使用するため、成膜装置の占有時間が長くなり、コストアップにつながる。(Electron transport layer)
The
(陰極)
陰極12は、光電変換層13(または電子輸送層15)の上に積層される。通常、透明または半透明の導電性を有する材料を真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等で成膜する。電極材料としては、導電性の金属酸化物膜、金属薄膜等が挙げられる。陽極11を仕事関数の高い材料を用いて形成した場合、陰極12には仕事関数の低い材料を用いることが好ましい。仕事関数の低い材料としては、例えば、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が挙げられる。具体的には、Li、In、Al、Ca、Mg、Sm、Tb、Yb、Zr、Li、Na、K、Rb、Cs、Sr、Ba等を挙げることができる。(cathode)
The
陰極12は、単層であってもよく、異なる仕事関数の材料で構成される層を積層したものであってもよい。また、前記仕事関数の低い材料のうちの1つ以上と、金、銀、白金、銅、マンガン、チタン、コバルト、ニッケル、タングステン、錫などとの合金でもよい。合金の例としては、リチウム−アルミニウム合金、リチウム−マグネシウム合金、リチウム−インジウム合金、マグネシウム−銀合金、マグネシウム−インジウム合金、マグネシウム−アルミニウム合金、インジウム−銀合金、カルシウム−アルミニウム合金等が挙げられる。
The
陰極12の膜厚は1nm〜500nm、好ましくは10nm〜300nmである。膜厚が上記範囲より薄い場合は、抵抗が大きくなりすぎ、発生した電荷を十分に外部回路へ伝達できない。膜厚が厚い場合には、陰極12の成膜に長時間を要し、有機層にダメージを与えて性能が劣化してしまう。さらに、材料を大量に使用するため、成膜装置の占有時間が長くなり、コストアップに繋がってしまう。
The film thickness of the
以上、基板の上に陽極を積層し、基板と反対側に陰極を配置した構成の有機薄膜太陽電池について説明したが、陽極と陰極の位置は逆であってもよい。 As described above, the organic thin film solar cell having the structure in which the anode is stacked on the substrate and the cathode is disposed on the opposite side of the substrate has been described. However, the positions of the anode and the cathode may be reversed.
後処理として、上記のように得られた太陽電池素子をホットプレート上で150℃、30分間アニーリングする。アニーリング後の素子を、中央を切削した封止ガラスをエポキシ樹脂で接着して封止する。最後に、正負の電極から引き出し電極を取り出し、有機薄膜太陽電池が得られる。 As a post-treatment, the solar cell element obtained as described above is annealed on a hot plate at 150 ° C. for 30 minutes. The element after annealing is sealed by adhering a sealing glass whose center is cut with an epoxy resin. Finally, an extraction electrode is taken out from the positive and negative electrodes to obtain an organic thin film solar cell.
次に、本発明の有機薄膜太陽電池の発電反応について説明する。 Next, the power generation reaction of the organic thin film solar cell of the present invention will be described.
図5は、バルクへテロ接合型の太陽電池の動作メカニズムを説明する図である。上述したように、有機薄膜太陽電池の光電変換プロセスは、a)有機分子が光を吸収して励起子を発生する過程、b)励起子の移動および拡散の過程、c)励起子の電荷分離の過程、d)両極への電荷輸送の過程に大きく分けられる。 FIG. 5 is a diagram for explaining an operation mechanism of a bulk heterojunction solar cell. As described above, the photoelectric conversion process of the organic thin film solar cell includes a) a process in which organic molecules absorb light to generate excitons, b) a process of exciton transfer and diffusion, and c) charge separation of excitons. D) The process can be roughly divided into the process of charge transport to both electrodes.
ステップa)では、ドナーまたはアクセプターが光を吸収することにより励起子が発生する。この発生効率をη1とする。次に、ステップb)では、発生した励起子がp/n接合面へ拡散により移動する。この拡散効率をη2とする。励起子には寿命があるため、拡散長程度しか移動できない。ステップc)では、p/n接合面に到達した励起子がエレクトロンとホールに分離される。この励起子の分離の効率をη3とする。最後にステップd)にて、それぞれの光キャリアはp/n材料中を通じて電極へと輸送され、外部回路に取り出される。この輸送効率をη4とする。 In step a), excitons are generated by absorption of light by the donor or acceptor. Let this generation efficiency be η1. Next, in step b), the generated excitons move to the p / n junction surface by diffusion. This diffusion efficiency is assumed to be η2. Since excitons have a lifetime, they can move only about the diffusion length. In step c), excitons that have reached the p / n junction are separated into electrons and holes. The efficiency of exciton separation is η3. Finally, in step d), each optical carrier is transported through the p / n material to the electrode and taken out to an external circuit. This transport efficiency is assumed to be η4.
本発明では、フラーレン誘導体を使用することにより前記ステップc)およびd)が改善され、フラーレンC70を使用することにより前記ステップa)が改善される。 In the present invention, the steps c) and d) are improved by using a fullerene derivative, and the step a) is improved by using fullerene C70.
照射された光子に対する発生したキャリアの外部取り出し効率は、次の式で表すことが出来る。この値が太陽電池の量子効率に相当する。
ηEQE=η1・η2・η3・η4。The external extraction efficiency of the generated carriers for the irradiated photons can be expressed by the following equation. This value corresponds to the quantum efficiency of the solar cell.
η EQE = η1, η2, η3, η4.
以下の実施例1〜10では、p型有機半導体の比率を50重量%、n型有機半導体の比率を50重量%として、n型有機半導体中のフラーレンC70の比率を変化させた場合の光電変換効率を測定した。 In the following Examples 1 to 10, photoelectric conversion when the ratio of the fullerene C70 in the n-type organic semiconductor is changed with the ratio of the p-type organic semiconductor being 50% by weight and the ratio of the n-type organic semiconductor being 50% by weight. Efficiency was measured.
[実施例1]
まず、光電変換層となる有機半導体の固形分の調製を行った。
p型有機半導体としてP3HT(ポリ3−ヘキシルチオフェン)を50重量部、n型有機半導体として、70PCBMを49.95重量部とフラーレンC70を0.05重量部準備し、これらを混合した(n型有機半導体中の、フラーレンC70の含有率は0.1重量%)。[Example 1]
First, the solid content of the organic semiconductor used as a photoelectric converting layer was prepared.
50 parts by weight of P3HT (poly-3-hexylthiophene) as a p-type organic semiconductor, 49.95 parts by weight of 70PCBM and 0.05 part by weight of fullerene C70 as n-type organic semiconductors were prepared and mixed (n-type) The content of fullerene C70 in the organic semiconductor is 0.1% by weight).
次に、溶媒であるモノクロロベンゼン1mlに対して、前記固形分25mgをサンプル瓶の中に加え、超音波洗浄機(井内盛栄堂(株)製US−2)中で50℃、2時間超音波照射することにより溶解させ、光電変換層の塗布溶液を得た。最後に、光電変換層の塗布溶液を0.2μmのフィルターで濾過した。 Next, with respect to 1 ml of monochlorobenzene as a solvent, 25 mg of the solid content is added into a sample bottle, and ultrasonic waves are applied at 50 ° C. for 2 hours in an ultrasonic cleaning machine (US-2 manufactured by Inoue Seieido Co., Ltd.). It melt | dissolved by irradiating and obtained the coating solution of the photoelectric converting layer. Finally, the photoelectric conversion layer coating solution was filtered through a 0.2 μm filter.
基板は、20mm×20mm、厚さ0.7mmのガラス基板である。このガラス基板にITO透明導電層をスパッタ法で140nm堆積し、ITO部をフォトリソグラフィー法により3.2mm×20mmの長方形状にパターニングしたITO付ガラス基板を得た。 The substrate is a glass substrate having a size of 20 mm × 20 mm and a thickness of 0.7 mm. An ITO transparent conductive layer having a thickness of 140 nm was deposited on this glass substrate by a sputtering method, and an ITO glass substrate obtained by patterning the ITO portion into a rectangular shape of 3.2 mm × 20 mm by a photolithography method was obtained.
この基板を界面活性剤(和光純薬製NCW1001)を1%含有した純水にて5分間超音波洗浄した後、純水の流水にて15分間洗浄した。さらにアセトンで5分間超音波洗浄し、イソプロピルアルコール(IPA)で5分間超音波洗浄した後、120℃の恒温槽で60分間乾燥した。
その後、この基板を10分間UV処理し、表面を親水化した。This substrate was ultrasonically cleaned with pure water containing 1% of a surfactant (NCW1001 manufactured by Wako Pure Chemical Industries) for 5 minutes, and then washed with flowing pure water for 15 minutes. Furthermore, it was ultrasonically cleaned with acetone for 5 minutes, ultrasonically cleaned with isopropyl alcohol (IPA) for 5 minutes, and then dried in a constant temperature bath at 120 ° C. for 60 minutes.
Thereafter, the substrate was UV-treated for 10 minutes to make the surface hydrophilic.
塗布による成膜は以下のように行った。
まずITO付ガラス基板上に、正孔輸送層となるPEDOT/PSS水溶液(スタルク社製 ポリ(3,4-エチレンジオキシチオフェン)-ポリ(スチレンスルホネート)、商品名Baytron P AI4083)をスピンコート法により50nmの厚さに成膜し、ホットプレート上で200℃/5分間加熱乾燥した。なおPEDOT/PSS水溶液は、予め0.1μmのフィルターで濾過したものを使用した。Film formation by coating was performed as follows.
First, a PEDOT / PSS aqueous solution (Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) -poly (styrenesulfonate), trade name Baytron P AI4083, manufactured by Starck Co., Ltd.) as a hole transport layer is spin coated on a glass substrate with ITO. The film was formed to a thickness of 50 nm by heating at 200 ° C. for 5 minutes on a hot plate. In addition, the PEDOT / PSS aqueous solution used what was previously filtered with the 0.1 micrometer filter.
次に、光電変換層の塗布溶液を正孔輸送層上に滴下し、スピンコート法により膜厚140nmの光電変換層となる有機半導体層を形成した。 Next, the coating solution for the photoelectric conversion layer was dropped onto the hole transport layer, and an organic semiconductor layer to be a 140 nm-thick photoelectric conversion layer was formed by spin coating.
次に、陰極を真空蒸着装置にて蒸着法により成膜した。基板ホルダーに光電変換層を塗布し終えたITO付ガラス基板をセットして、陰極パターンマスクを重ね、蒸着機内に設置した。陰極パターンマスクは3.2mm幅の長方形状のスリットを有し、ITO層とスリットが交差するように配置した。従って、有機薄膜太陽電池素子の面積はこの交差する部分の面積となり、0.1024cm2(3.2mm×3.2mm)である。蒸着装置を真空度が3×10−6torrになるまで排気し、Alの線材を抵抗加熱し、アルミニウム層を80nmの厚さに蒸着した。Next, the cathode was formed into a film by a vapor deposition method using a vacuum vapor deposition apparatus. The ITO-attached glass substrate on which the photoelectric conversion layer had been applied to the substrate holder was set, and the cathode pattern mask was overlaid and placed in the vapor deposition machine. The cathode pattern mask had a rectangular slit with a width of 3.2 mm, and was arranged so that the ITO layer and the slit intersected. Therefore, the area of the organic thin film solar cell element is the area of this intersecting portion, and is 0.1024 cm 2 (3.2 mm × 3.2 mm). The vapor deposition apparatus was evacuated until the degree of vacuum became 3 × 10 −6 torr, the Al wire rod was resistance-heated, and the aluminum layer was deposited to a thickness of 80 nm.
次に、蒸着が終了した基板をホットプレート上で150℃/30分間アニーリングした。
次に、アニーリング後の基板を、中央を切削した封止ガラスをエポキシ樹脂で接着して封止した。
最後に、正負の電極から引き出し電極を取り出し、有機薄膜太陽電池とした。Next, the substrate after vapor deposition was annealed on a hot plate at 150 ° C./30 minutes.
Next, the substrate after annealing was sealed by adhering a sealing glass whose center was cut with an epoxy resin.
Finally, the extraction electrode was taken out from the positive and negative electrodes to obtain an organic thin film solar cell.
このようにして作製した有機薄膜太陽電池について、電気出力測定装置(株式会社マキ製作所)にて光電変換効率ηnを測定した。測定用光源は、装置に付属のソーラシュミレータを用い、照射光による入力エネルギーを100mW/cm2とした。本装置により電子負荷によるIV特性を測定し、光電変換効率を求めた。照射光による入力エネルギーを100mW/cm2で規格化した測定では、光電変換効率ηnは、
ηn=VOC・JSC・FF
で与えられる。ここで、VOCは開放電圧、JSCは短絡電流密度、FFはフィルファクターである。算出した光電変換効率は2.93%であった。For the organic thin-film solar cell thus produced, the photoelectric conversion efficiency η n was measured with an electrical output measuring device (Maki Seisakusho Co., Ltd.). As a measurement light source, a solar simulator attached to the apparatus was used, and the input energy by irradiation light was set to 100 mW / cm 2 . The IV characteristic due to the electronic load was measured by this apparatus, and the photoelectric conversion efficiency was obtained. In the measurement in which the input energy by the irradiation light is normalized at 100 mW / cm 2 , the photoelectric conversion efficiency η n is
η n = V OC・ J SC・ FF
Given in. Here, V OC is an open circuit voltage, J SC is a short circuit current density, and FF is a fill factor. The calculated photoelectric conversion efficiency was 2.93%.
[実施例2〜10]
実施例2〜10については、n型有機半導体中のフラーレン誘導体とフラーレンC70の比率を表1に示すように変化させて、実施例1と同様に試験した。使用したp型有機半導体およびフラーレン誘導体は、実施例1と同一である。[Examples 2 to 10]
About Examples 2-10, the ratio of the fullerene derivative and fullerene C70 in an n-type organic semiconductor was changed as shown in Table 1, and it tested similarly to Example 1. FIG. The p-type organic semiconductor and fullerene derivative used are the same as in Example 1.
[実施例11〜14]
実施例11〜14については、p型有機半導体とn型有機半導体の比率を表1に示すように変化させて、実施例1と同様に試験した。実施例11〜14では、n型有機半導体中のフラーレンC70の比率は0.6重量%とした。使用したp型有機半導体およびフラーレン誘導体は、実施例1と同一である。[Examples 11 to 14]
About Examples 11-14, the ratio of a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor was changed as shown in Table 1, and it tested similarly to Example 1. FIG. In Examples 11 to 14, the ratio of fullerene C70 in the n-type organic semiconductor was 0.6% by weight. The p-type organic semiconductor and fullerene derivative used are the same as in Example 1.
[比較例1]
光電変換層の塗布溶液の組成を、p型有機半導体であるP3HT(ポリ3−ヘキシルチオフェン)を50重量部、n型有機半導体である70PCBMを50重量部とした。[Comparative Example 1]
The composition of the coating solution for the photoelectric conversion layer was 50 parts by weight of P3HT (poly-3-hexylthiophene), which is a p-type organic semiconductor, and 50 parts by weight of 70 PCBM, which is an n-type organic semiconductor.
他は実施例1と同様にして有機薄膜太陽電池を作製し、光電変換効率を測定した。算出した光電変換効率は0.95%であった。 Others produced the organic thin film solar cell like Example 1, and measured the photoelectric conversion efficiency. The calculated photoelectric conversion efficiency was 0.95%.
[比較例2]
光電変換層の塗布溶液の組成を、p型有機半導体であるP3HT(ポリ3−ヘキシルチオフェン)を50重量部、n型有機半導体であるフラーレンC70を50重量部とした。[Comparative Example 2]
The composition of the coating solution for the photoelectric conversion layer was 50 parts by weight of P3HT (poly-3-hexylthiophene) as a p-type organic semiconductor and 50 parts by weight of fullerene C70 as an n-type organic semiconductor.
他は実施例1と同様にして有機薄膜太陽電池を作製し、光電変換効率を測定した。算出した光電変換効率は0.1%であった。 Others produced the organic thin film solar cell like Example 1, and measured the photoelectric conversion efficiency. The calculated photoelectric conversion efficiency was 0.1%.
光電変換層を光学顕微鏡で観察するとフラーレンC70の凝集物が多数見られ、均一な膜を得ることが出来なかった。 When the photoelectric conversion layer was observed with an optical microscope, many aggregates of fullerene C70 were observed, and a uniform film could not be obtained.
上記実施例1〜14および比較例1〜2で得られた結果を、以下の表にまとめる。
実施例1〜10の結果から、n型有機半導体中のフラーレンC70の比率と光電変換効率との関係を示すグラフを作成し、図6に示す。 From the results of Examples 1 to 10, a graph showing the relationship between the ratio of fullerene C70 in the n-type organic semiconductor and the photoelectric conversion efficiency is prepared and shown in FIG.
n型有機半導体中のフラーレンC70の比率が0.1〜10重量%の範囲で2.3%以上の光電変換効率が得られ、n型有機半導体中のフラーレンC70の比率が0.1〜4重量%の範囲で2.7%以上の光電変換効率が得られている。
以下に、出願当初の請求の範囲に記載していた発明を付記する。
[1]
互いに離間して配置された、少なくとも一方が光透過性である一対の電極と、
前記電極間に設けられた、p型有機半導体とn型有機半導体とを含むバルクヘテロ接合型の光電変換層と
を具備する有機薄膜太陽電池であって、
前記n型有機半導体は、0.1重量%〜80重量%のフラーレンC70と、残部のフラーレン誘導体とを含むことを特徴とする有機薄膜太陽電池。
[2]
前記n型有機半導体は、0.1重量%〜10重量%のフラーレンC70を含むことを特徴とする項1に記載の有機薄膜太陽電池。
[3]
前記n型有機半導体は、0.1重量%〜4.0重量%のフラーレンC70を含むことを特徴とする項1に記載の有機薄膜太陽電池。
[4]
前記フラーレン誘導体はC70誘導体であることを特徴とする項1に記載の有機薄膜太陽電池。
[5]
前記p型有機半導体はチオフェン系導電性高分子であることを特徴とする項1に記載の有機薄膜太陽電池。
[6]
前記フラーレンC70は光キャリア発生剤であり、前記フラーレン誘導体は電荷輸送剤であることを特徴とする項1に記載の有機薄膜太陽電池。
When the ratio of fullerene C70 in the n-type organic semiconductor is 0.1 to 10% by weight, a photoelectric conversion efficiency of 2.3% or more is obtained, and the ratio of fullerene C70 in the n-type organic semiconductor is 0.1 to 4 A photoelectric conversion efficiency of 2.7% or more is obtained in the range of wt%.
The invention described in the claims at the beginning of the application will be appended.
[1]
A pair of electrodes disposed at a distance from each other, at least one of which is light transmissive;
A bulk heterojunction photoelectric conversion layer including a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor provided between the electrodes;
An organic thin film solar cell comprising:
The n-type organic semiconductor includes 0.1% by weight to 80% by weight of fullerene C70 and the remaining fullerene derivative.
[2]
The organic thin film solar cell according to
[3]
The organic thin-film solar cell according to
[4]
[5]
The organic thin-film solar cell according to
[6]
The organic thin-film solar cell according to
1…p型有機半導体、3…フラーレンC70、4…フラーレン誘導体、10…基板、11…陽極、12…陰極、13…光電変換層、14…正孔輸送層、15…電子輸送層。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記電極間に設けられた、p型有機半導体とn型有機半導体とを含むバルクヘテロ接合型の光電変換層と
を具備する有機薄膜太陽電池であって、
前記n型有機半導体は、0.1重量%〜10重量%のフラーレンC70と、残部のC70PCBMとを含むことを特徴とする有機薄膜太陽電池。 A pair of electrodes disposed at a distance from each other, at least one of which is light transmissive;
An organic thin-film solar cell comprising a bulk heterojunction photoelectric conversion layer including a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor provided between the electrodes,
The n-type organic semiconductor includes 0.1 wt% to 10 wt% of fullerene C70 and the balance C70PCBM .
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