JP5774566B2 - Organic thin film solar cell - Google Patents
Organic thin film solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP5774566B2 JP5774566B2 JP2012205878A JP2012205878A JP5774566B2 JP 5774566 B2 JP5774566 B2 JP 5774566B2 JP 2012205878 A JP2012205878 A JP 2012205878A JP 2012205878 A JP2012205878 A JP 2012205878A JP 5774566 B2 JP5774566 B2 JP 5774566B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- metal oxide
- solar cell
- organic thin
- film solar
- 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.)
- Expired - Fee Related
Links
- 239000010409 thin film Substances 0.000 title claims description 78
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 148
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 148
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 93
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 80
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 77
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 77
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 50
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 50
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 claims description 36
- 239000004033 plastic Substances 0.000 claims description 35
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 26
- 230000005525 hole transport Effects 0.000 claims description 24
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 12
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 6
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 6
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 5
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011368 organic material Substances 0.000 claims description 3
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011135 tin Substances 0.000 claims description 3
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 351
- 238000000034 method Methods 0.000 description 67
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 41
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 35
- 239000000463 material Substances 0.000 description 35
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 32
- 239000010408 film Substances 0.000 description 29
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 27
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 20
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 19
- -1 titanium alkoxide Chemical class 0.000 description 19
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 16
- 239000012044 organic layer Substances 0.000 description 15
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 14
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 13
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 11
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 11
- 238000002834 transmittance Methods 0.000 description 11
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 description 10
- NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N fluorene Chemical group C1=CC=C2CC3=CC=CC=C3C2=C1 NIHNNTQXNPWCJQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 10
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 10
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 9
- 125000002723 alicyclic group Chemical group 0.000 description 9
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 9
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 9
- 229920003207 poly(ethylene-2,6-naphthalate) Polymers 0.000 description 9
- 229920005668 polycarbonate resin Polymers 0.000 description 9
- 239000004431 polycarbonate resin Substances 0.000 description 9
- 239000011112 polyethylene naphthalate Substances 0.000 description 9
- 229920000123 polythiophene Polymers 0.000 description 9
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 8
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 8
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 description 8
- XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N C60 fullerene Chemical compound C12=C3C(C4=C56)=C7C8=C5C5=C9C%10=C6C6=C4C1=C1C4=C6C6=C%10C%10=C9C9=C%11C5=C8C5=C8C7=C3C3=C7C2=C1C1=C2C4=C6C4=C%10C6=C9C9=C%11C5=C5C8=C3C3=C7C1=C1C2=C4C6=C2C9=C5C3=C12 XMWRBQBLMFGWIX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- CUJRVFIICFDLGR-UHFFFAOYSA-N acetylacetonate Chemical compound CC(=O)[CH-]C(C)=O CUJRVFIICFDLGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 7
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 7
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 7
- 229920001609 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) Polymers 0.000 description 6
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 125000005842 heteroatom Chemical group 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 6
- 229920001225 polyester resin Polymers 0.000 description 6
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 6
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 6
- MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N [60]pcbm Chemical compound C123C(C4=C5C6=C7C8=C9C%10=C%11C%12=C%13C%14=C%15C%16=C%17C%18=C(C=%19C=%20C%18=C%18C%16=C%13C%13=C%11C9=C9C7=C(C=%20C9=C%13%18)C(C7=%19)=C96)C6=C%11C%17=C%15C%13=C%15C%14=C%12C%12=C%10C%10=C85)=C9C7=C6C2=C%11C%13=C2C%15=C%12C%10=C4C23C1(CCCC(=O)OC)C1=CC=CC=C1 MCEWYIDBDVPMES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 5
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 5
- 239000012702 metal oxide precursor Substances 0.000 description 5
- 239000009719 polyimide resin Substances 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 5
- ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 2-Butanone Chemical compound CCC(C)=O ZWEHNKRNPOVVGH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 9H-carbazole Chemical compound C1=CC=C2C3=CC=CC=C3NC2=C1 UJOBWOGCFQCDNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001328 Polyvinylidene chloride Polymers 0.000 description 4
- YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N Thiophene Chemical compound C=1C=CSC=1 YTPLMLYBLZKORZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 4
- 238000007865 diluting Methods 0.000 description 4
- 125000003983 fluorenyl group Chemical group C1(=CC=CC=2C3=CC=CC=C3CC12)* 0.000 description 4
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 4
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 4
- 229920001230 polyarylate Polymers 0.000 description 4
- 239000005033 polyvinylidene chloride Substances 0.000 description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 4
- XSCHRSMBECNVNS-UHFFFAOYSA-N quinoxaline Chemical compound N1=CC=NC2=CC=CC=C21 XSCHRSMBECNVNS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920005992 thermoplastic resin Polymers 0.000 description 4
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 4
- ODIGIKRIUKFKHP-UHFFFAOYSA-N (n-propan-2-yloxycarbonylanilino) acetate Chemical compound CC(C)OC(=O)N(OC(C)=O)C1=CC=CC=C1 ODIGIKRIUKFKHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N Ethene Chemical compound C=C VGGSQFUCUMXWEO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N Ethyl acetate Chemical compound CCOC(C)=O XEKOWRVHYACXOJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 3
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 3
- 239000004697 Polyetherimide Substances 0.000 description 3
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 3
- 125000003647 acryloyl group Chemical group O=C([*])C([H])=C([H])[H] 0.000 description 3
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N diethylene glycol Chemical compound OCCOCCO MTHSVFCYNBDYFN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000007062 hydrolysis Effects 0.000 description 3
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000003475 lamination Methods 0.000 description 3
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 description 3
- 239000000113 methacrylic resin Substances 0.000 description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 3
- 229920000301 poly(3-hexylthiophene-2,5-diyl) polymer Polymers 0.000 description 3
- 229920000172 poly(styrenesulfonic acid) Polymers 0.000 description 3
- 229920006122 polyamide resin Polymers 0.000 description 3
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 3
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 3
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 3
- 229920001601 polyetherimide Polymers 0.000 description 3
- 229920005672 polyolefin resin Polymers 0.000 description 3
- 229920005990 polystyrene resin Polymers 0.000 description 3
- 229940005642 polystyrene sulfonic acid Drugs 0.000 description 3
- 229920005749 polyurethane resin Polymers 0.000 description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 3
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- FNQJDLTXOVEEFB-UHFFFAOYSA-N 1,2,3-benzothiadiazole Chemical compound C1=CC=C2SN=NC2=C1 FNQJDLTXOVEEFB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 2-Aminoethan-1-ol Chemical compound NCCO HZAXFHJVJLSVMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005964 Acibenzolar-S-methyl Substances 0.000 description 2
- NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M Acrylate Chemical compound [O-]C(=O)C=C NIXOWILDQLNWCW-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002799 BoPET Polymers 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000005977 Ethylene Substances 0.000 description 2
- ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N Formamide Chemical compound NC=O ZHNUHDYFZUAESO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N Magnesium oxide Chemical compound [Mg]=O CPLXHLVBOLITMK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N N-Methylpyrrolidone Chemical compound CN1CCCC1=O SECXISVLQFMRJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N Naphthalene Chemical compound C1=CC=CC2=CC=CC=C21 UFWIBTONFRDIAS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004962 Polyamide-imide Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002125 Sokalan® Polymers 0.000 description 2
- YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N acetylacetone Chemical compound CC(=O)CC(C)=O YRKCREAYFQTBPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004703 alkoxides Chemical class 0.000 description 2
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 2
- 150000004945 aromatic hydrocarbons Chemical class 0.000 description 2
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N chlorobenzene Chemical compound ClC1=CC=CC=C1 MVPPADPHJFYWMZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006482 condensation reaction Methods 0.000 description 2
- 229920001940 conductive polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920000547 conjugated polymer Polymers 0.000 description 2
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 2
- JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N cyclohexanone Chemical compound O=C1CCCCC1 JHIVVAPYMSGYDF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000009820 dry lamination Methods 0.000 description 2
- 239000000839 emulsion Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 2
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 2
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 2
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 2
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 2
- 229920001477 hydrophilic polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 2
- 238000007733 ion plating Methods 0.000 description 2
- 229920000554 ionomer Polymers 0.000 description 2
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 2
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 2
- VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N perchloric acid Chemical compound OCl(=O)(=O)=O VLTRZXGMWDSKGL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229920002006 poly(N-vinylimidazole) polymer Polymers 0.000 description 2
- 229920002401 polyacrylamide Polymers 0.000 description 2
- 239000004584 polyacrylic acid Substances 0.000 description 2
- 229920002312 polyamide-imide Polymers 0.000 description 2
- 229920000767 polyaniline Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920000098 polyolefin Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000128 polypyrrole Polymers 0.000 description 2
- 229920002717 polyvinylpyridine Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- UTUZBCDXWYMYGA-UHFFFAOYSA-N silafluorene Chemical compound C12=CC=CC=C2CC2=C1C=CC=[Si]2 UTUZBCDXWYMYGA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N silicon monoxide Chemical compound [Si-]#[O+] LIVNPJMFVYWSIS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- YJSKZIATOGOJEB-UHFFFAOYSA-N thieno[2,3-b]pyrazine Chemical compound C1=CN=C2SC=CC2=N1 YJSKZIATOGOJEB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GBSZYMVOJYAZPH-UHFFFAOYSA-N thieno[2,3-e][1]benzothiole Chemical compound S1C=CC2=C1C=CC1=C2SC=C1 GBSZYMVOJYAZPH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VJYJJHQEVLEOFL-UHFFFAOYSA-N thieno[3,2-b]thiophene Chemical compound S1C=CC2=C1C=CS2 VJYJJHQEVLEOFL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229930192474 thiophene Natural products 0.000 description 2
- VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N titanium(IV) isopropoxide Chemical compound CC(C)O[Ti](OC(C)C)(OC(C)C)OC(C)C VXUYXOFXAQZZMF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- CYSGHNMQYZDMIA-UHFFFAOYSA-N 1,3-Dimethyl-2-imidazolidinon Chemical compound CN1CCN(C)C1=O CYSGHNMQYZDMIA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CVBUKMMMRLOKQR-UHFFFAOYSA-N 1-phenylbutane-1,3-dione Chemical compound CC(=O)CC(=O)C1=CC=CC=C1 CVBUKMMMRLOKQR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YBYIRNPNPLQARY-UHFFFAOYSA-N 1H-indene Natural products C1=CC=C2CC=CC2=C1 YBYIRNPNPLQARY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BAMPPWBGPVMCLP-UHFFFAOYSA-N 2,2-difluoro-1-phenylbutane-1,3-dione Chemical compound CC(=O)C(F)(F)C(=O)C1=CC=CC=C1 BAMPPWBGPVMCLP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 2-METHOXYETHANOL Chemical compound COCCO XNWFRZJHXBZDAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWBOVWUPSFARMR-UHFFFAOYSA-N 2-fluoro-1-phenylbutane-1,3-dione Chemical compound CC(=O)C(F)C(=O)C1=CC=CC=C1 PWBOVWUPSFARMR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZPSJGADGUYYRKE-UHFFFAOYSA-N 2H-pyran-2-one Chemical compound O=C1C=CC=CO1 ZPSJGADGUYYRKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WQYWXQCOYRZFAV-UHFFFAOYSA-N 3-octylthiophene Chemical compound CCCCCCCCC=1C=CSC=1 WQYWXQCOYRZFAV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- VVXLFFIFNVKFBD-UHFFFAOYSA-N 4,4,4-trifluoro-1-phenylbutane-1,3-dione Chemical compound FC(F)(F)C(=O)CC(=O)C1=CC=CC=C1 VVXLFFIFNVKFBD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001479434 Agfa Species 0.000 description 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910016569 AlF 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N Alumina Chemical class [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101001074560 Arabidopsis thaliana Aquaporin PIP1-2 Proteins 0.000 description 1
- 241001120493 Arene Species 0.000 description 1
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000861 Mg alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylacetamide Chemical compound CN(C)C(C)=O FXHOOIRPVKKKFG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 1
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 1
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 1
- 229920000265 Polyparaphenylene Polymers 0.000 description 1
- XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M Propionate Chemical compound CCC([O-])=O XBDQKXXYIPTUBI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002042 Silver nanowire Substances 0.000 description 1
- 229910003087 TiOx Inorganic materials 0.000 description 1
- BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N Vinyl chloride Chemical compound ClC=C BZHJMEDXRYGGRV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000010724 Wisteria floribunda Nutrition 0.000 description 1
- KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N acetic acid trimethyl ester Natural products COC(C)=O KXKVLQRXCPHEJC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001720 action spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 239000005456 alcohol based solvent Substances 0.000 description 1
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001408 amides Chemical class 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004982 aromatic amines Chemical class 0.000 description 1
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001716 carbazoles Chemical class 0.000 description 1
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 1
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000002091 cationic group Chemical group 0.000 description 1
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 1
- 230000005591 charge neutralization Effects 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 238000010549 co-Evaporation Methods 0.000 description 1
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 125000004177 diethyl group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([H])* 0.000 description 1
- IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N dimethyl carbonate Chemical compound COC(=O)OC IEJIGPNLZYLLBP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000003759 ester based solvent Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 239000004210 ether based solvent Substances 0.000 description 1
- 239000005038 ethylene vinyl acetate Substances 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 239000011888 foil Substances 0.000 description 1
- 229910003472 fullerene Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009477 glass transition Effects 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 238000004770 highest occupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- 150000004678 hydrides Chemical class 0.000 description 1
- 150000003949 imides Chemical class 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000007641 inkjet printing Methods 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001678 irradiating effect Effects 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000005453 ketone based solvent Substances 0.000 description 1
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 1
- 238000001182 laser chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M lithium fluoride Inorganic materials [Li+].[F-] PQXKHYXIUOZZFA-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 229920001684 low density polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 239000004702 low-density polyethylene Substances 0.000 description 1
- 238000004768 lowest unoccupied molecular orbital Methods 0.000 description 1
- SJCKRGFTWFGHGZ-UHFFFAOYSA-N magnesium silver Chemical compound [Mg].[Ag] SJCKRGFTWFGHGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 239000006224 matting agent Substances 0.000 description 1
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001512 metal fluoride Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 1
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002825 nitriles Chemical class 0.000 description 1
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N nitrogen group Chemical group [N] QJGQUHMNIGDVPM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920006284 nylon film Polymers 0.000 description 1
- 229920000620 organic polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000000059 patterning Methods 0.000 description 1
- 238000005191 phase separation Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005268 plasma chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920001200 poly(ethylene-vinyl acetate) Polymers 0.000 description 1
- 229920000052 poly(p-xylylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920000553 poly(phenylenevinylene) Polymers 0.000 description 1
- 229920001197 polyacetylene Polymers 0.000 description 1
- 229920000058 polyacrylate Polymers 0.000 description 1
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 1
- 229920006290 polyethylene naphthalate film Polymers 0.000 description 1
- 239000003505 polymerization initiator Substances 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 1
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 description 1
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 description 1
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 description 1
- 150000004033 porphyrin derivatives Chemical class 0.000 description 1
- 150000004032 porphyrins Chemical class 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- FVSKHRXBFJPNKK-UHFFFAOYSA-N propionitrile Chemical compound CCC#N FVSKHRXBFJPNKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N pyrrolidin-2-one Chemical compound O=C1CCCN1 HNJBEVLQSNELDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 1
- 238000005546 reactive sputtering Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
- 238000002230 thermal chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical effect Effects 0.000 description 1
- 229920002725 thermoplastic elastomer Polymers 0.000 description 1
- 229920001187 thermosetting polymer Polymers 0.000 description 1
- 150000003577 thiophenes Chemical class 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N tioxidazole Chemical compound CCCOC1=CC=C2N=C(NC(=O)OC)SC2=C1 HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000012780 transparent material Substances 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/80—Constructional details
- H10K30/81—Electrodes
- H10K30/82—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes
- H10K30/83—Transparent electrodes, e.g. indium tin oxide [ITO] electrodes comprising arrangements for extracting the current from the cell, e.g. metal finger grid systems to reduce the serial resistance of transparent electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/20—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising organic-organic junctions, e.g. donor-acceptor junctions
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K30/00—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation
- H10K30/50—Photovoltaic [PV] devices
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K77/00—Constructional details of devices covered by this subclass and not covered by groups H10K10/80, H10K30/80, H10K50/80 or H10K59/80
- H10K77/10—Substrates, e.g. flexible substrates
- H10K77/111—Flexible substrates
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Description
本発明は、有機薄膜太陽電池に係り、特に、所定の平均粒子径を有する金属酸化物粒子より形成される金属酸化物層を少なくとも2層有する電子輸送層を備えた有機薄膜太陽電池に関する。 The present invention relates to an organic thin film solar cell, and more particularly to an organic thin film solar cell including an electron transport layer having at least two metal oxide layers formed from metal oxide particles having a predetermined average particle diameter.
近年、ソフトマターとしてのフレキシブル電子デバイスが注目されている。なかでも軽量、低コスト化が期待できるフレキシブル有機電子デバイス、特に有機薄膜太陽電池への期待が高まっている。
有機薄膜太陽電池の構成としては、少なくとも一方が透明な2つの異種電極間に、電子伝導性および/またはホール伝導性の有機薄膜を配置してなるものが一般的である。このような有機薄膜太陽電池は、シリコン等を用いてなる無機デバイスに比べて製造が容易であり、低コストに製造しうるという利点があり、実用化が望まれている。
In recent years, flexible electronic devices as soft matter have attracted attention. In particular, there is an increasing expectation for flexible organic electronic devices, particularly organic thin-film solar cells, that can be expected to be lightweight and cost-effective.
As a configuration of the organic thin film solar cell, an organic thin film having electron conductivity and / or hole conductivity is generally arranged between two different electrodes, at least one of which is transparent. Such an organic thin film solar cell is easy to manufacture as compared with an inorganic device using silicon or the like, and has an advantage that it can be manufactured at a low cost.
例えば、特許文献1では、メッシュ電極を有する光電セル(有機薄膜太陽電池)が開示されており、連続的なロール・ツー・ロールで製造しうる十分な可撓性を有する旨が述べられている。
なお、特許文献1においては、電子輸送層としてLiFや金属酸化物が使用される旨が述べられている。
For example, Patent Document 1 discloses a photoelectric cell (organic thin-film solar battery) having a mesh electrode, and states that it has sufficient flexibility that can be manufactured by continuous roll-to-roll. .
In Patent Document 1, it is stated that LiF or a metal oxide is used for the electron transport layer.
一方、近年、有機薄膜太陽電池に対しては、自動車のボディや建物の屋根など平面以外の曲面や複雑な形状へ貼り付けて使用するために、折り曲げられた後にも優れた光電変換効率を示すことが求められている。
本発明者らは、特許文献1に記載される金属酸化物を含む電子輸送層を有する有機薄膜太陽電池を用いて、所定の屈曲試験(折り曲げ試験)後の光電変換効率の測定を行ったところ、屈曲試験前と比較して、光電変換効率が大きく低下することを見出した。
また、そもそも特許文献1に記載される有機薄膜太陽電池では、折り曲げる前の状態での光電変換効率も昨今求められるレベルに達しておらず、更なる改良が必要であった。
On the other hand, in recent years, for organic thin-film solar cells, it shows excellent photoelectric conversion efficiency even after being bent because it is used by pasting it on curved surfaces other than flat surfaces and complex shapes such as automobile bodies and building roofs. It is demanded.
When the present inventors measured the photoelectric conversion efficiency after a predetermined | prescribed bending test (bending test) using the organic thin-film solar cell which has an electron carrying layer containing the metal oxide described in patent document 1. The present inventors have found that the photoelectric conversion efficiency is greatly reduced as compared with that before the bending test.
In the first place, in the organic thin film solar cell described in Patent Document 1, the photoelectric conversion efficiency in a state before being bent does not reach the level required recently, and further improvement is necessary.
本発明は、上記実情に鑑みて、折り曲げ処理を施す前において優れた光電変換性能を示すと共に、折り曲げ処理前後での光電変換性能の劣化が抑制されている有機薄膜太陽電池を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an organic thin-film solar cell that exhibits excellent photoelectric conversion performance before being subjected to bending treatment, and that suppresses deterioration of photoelectric conversion performance before and after the bending treatment. And
本発明者らは、従来技術の問題点について鋭意検討を行った結果、折り曲げ試験後の光電変換性能の劣化の主な原因として、無機物である金属酸化物を含む電子輸送層が関連していることを見出した。より具体的には、有機薄膜太陽電池を折り曲げた際に、無機物である金属酸化物で構成された電子輸送層部分に大きなストレスがかかり、クラックや層の剥離を引き起こしていることが原因であることを見出した。
本発明者らは、該知見に基づいて、以下の構成により課題が解決できることを見出した。
As a result of intensive studies on the problems of the prior art, the present inventors are related to an electron transport layer containing a metal oxide that is an inorganic substance as a main cause of deterioration in photoelectric conversion performance after a bending test. I found out. More specifically, when an organic thin-film solar cell is bent, a large stress is applied to the electron transport layer portion composed of a metal oxide that is an inorganic substance, causing cracks and peeling of the layer. I found out.
Based on this finding, the present inventors have found that the problem can be solved by the following configuration.
(1) プラスチック支持体上に、少なくとも、負極と、電子輸送層と、有機材料を少なくとも含む光電変換層と、正孔輸送層と、正極とをこの順で有し、負極が、金属パターン層および透明導電性樹脂層を含み、電子輸送層が、平均粒子径1〜10nmの金属酸化物粒子より形成される第1金属酸化物層と、平均粒子径20〜100nmの金属酸化物粒子より形成される第2金属酸化物層との少なくとも2層を含む、有機薄膜太陽電池。
(2) 金属酸化物粒子が、亜鉛、チタン、スズ、および、タングステンからなる群から選択される少なくとも一つの金属原子を有する金属酸化物粒子を含む、(1)に記載の有機薄膜太陽電池。
(3) 第1金属酸化物層の層厚が10〜100nmである、(1)または(2)に記載の有機薄膜太陽電池。
(4) 第2金属酸化物層の層厚が10〜200nmである、(1)〜(3)のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。
(5) さらに、ガスバリア層を有する、(1)〜(4)のいずれかに記載の有機薄膜太陽電池。
(1) On a plastic support, it has at least a negative electrode, an electron transport layer, a photoelectric conversion layer containing at least an organic material, a hole transport layer, and a positive electrode in this order, and the negative electrode is a metal pattern layer And a transparent conductive resin layer, wherein the electron transport layer is formed of a first metal oxide layer formed from metal oxide particles having an average particle diameter of 1 to 10 nm and metal oxide particles having an average particle diameter of 20 to 100 nm. An organic thin film solar cell comprising at least two layers with a second metal oxide layer.
(2) The organic thin-film solar cell according to (1), wherein the metal oxide particles include metal oxide particles having at least one metal atom selected from the group consisting of zinc, titanium, tin, and tungsten.
(3) The organic thin-film solar cell according to (1) or (2), wherein the first metal oxide layer has a thickness of 10 to 100 nm.
(4) The organic thin-film solar cell according to any one of (1) to (3), wherein the second metal oxide layer has a thickness of 10 to 200 nm.
(5) Furthermore, the organic thin-film solar cell in any one of (1)-(4) which has a gas barrier layer.
本発明によれば、折り曲げ処理を施す前において優れた光電変換性能を示すと共に、折り曲げ処理前後での光電変換性能の劣化が抑制されている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, while performing the photoelectric conversion performance outstanding before performing a bending process, the organic thin film solar cell by which deterioration of the photoelectric conversion performance before and behind a bending process is suppressed can be provided.
以下に、本発明の有機薄膜太陽電池の好適形態について詳述する。
まず、従来技術と比較した本発明の特徴点の一つとしては、電子輸送層が平均粒子径の異なる金属酸化物粒子より形成される層を少なくとも2つ有する点が挙げられる。より具体的には、電子輸送層が、平均粒子径1〜10nmの金属酸化物粒子より形成される第1金属酸化物層と、平均粒子径20〜100nmの金属酸化物粒子より形成される第2金属酸化物層とを有する点が挙げられる。電子輸送層が少なくともこの2つの層を有することにより、金属酸化物粒子間の電子輸送能が向上し、光電変換効率が向上する。また、有機薄膜太陽電池が折り曲げられた際に、第1金属酸化物層中の粒子径の小さい金属酸化物粒子が、第1金属酸化物層と接している第2金属酸化物層中のより大きな金属酸化物粒子間に入り込むように移動して、電子輸送層にかかる変形のストレスを軽減することができる。結果として、電子輸送層中でのクラックや、隣接する他の層との剥離などの発生が抑制されていると推測される。
Below, the suitable form of the organic thin-film solar cell of this invention is explained in full detail.
First, one of the features of the present invention compared to the prior art is that the electron transport layer has at least two layers formed of metal oxide particles having different average particle diameters. More specifically, the electron transport layer is a first metal oxide layer formed of metal oxide particles having an average particle diameter of 1 to 10 nm and a metal oxide particle having an average particle diameter of 20 to 100 nm. The point which has a 2 metal oxide layer is mentioned. When the electron transport layer has at least these two layers, the electron transport ability between the metal oxide particles is improved, and the photoelectric conversion efficiency is improved. Further, when the organic thin film solar cell is bent, the metal oxide particles having a small particle size in the first metal oxide layer are twisted in the second metal oxide layer in contact with the first metal oxide layer. By moving so as to enter between large metal oxide particles, the stress of deformation applied to the electron transport layer can be reduced. As a result, it is presumed that the occurrence of cracks in the electron transport layer and separation from other adjacent layers are suppressed.
[第1の実施形態]
図1は、本発明の有機薄膜太陽電池の第1の実施形態の層構成を模式的に示す断面図である。有機薄膜太陽電池10は、プラスチック支持体12、負極14、電子輸送層16、光電変換層18、正孔輸送層20、正極22をこの順で有する。負極14は、金属パターン層24と透明導電性樹脂層26とを有する。電子輸送層16は、第1金属酸化物層28と第2金属酸化物層30とを有する。なお、有機薄膜太陽電池10は、いわゆる逆型有機薄膜太陽電池であり、プラスチック支持体12側の表面が受光面であって、プラスチック支持体に近い側の電極が負極に該当する。つまり、プラスチック支持体12側から光が照射され、プラスチック支持体12、負極14、および電子輸送層16を通って、光電変換層18に光が到達する。
以下では、まず、電子輸送層16について詳述し、その後他の構成(プラスチック支持体12、負極14、光電変換層18、正孔輸送層20、正極22)について詳述する。
なお、本願明細書において「〜」とは、その前後に記載される数値を下限値および上限値として含む意味で使用される。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the layer configuration of the first embodiment of the organic thin-film solar cell of the present invention. The organic thin film
In the following, first, the
In the present specification, “to” is used to mean that the numerical values described before and after it are included as a lower limit value and an upper limit value.
(電子輸送層)
電子輸送層16は、光電変換層18から負極14への電子の輸送が容易に行われるように、負極14と光電変換層18との間に設けられる層である。なお、電子輸送層16は、光電変換層18から負極14へ正孔が移動するのをブロックする機能も有する。
電子輸送層16は、負極14上に、隣接する第1金属酸化物層28と第2金属酸化物層30とをこの順で有する。以下では、第1金属酸化物層28および第2金属酸化物層30について詳述する。
(Electron transport layer)
The
The
第1金属酸化物層28は、平均粒子径1〜10nmの金属酸化物粒子(以後、適宜金属酸化物粒子Aとも称する)より形成される層である。つまり、第1金属酸化物層28は、主に金属酸化物粒子より構成され、通常、いわゆる多孔質層である。
使用される金属酸化物粒子Aの種類は限定されず、例えば、n型半導体の性質を有する金属酸化物粒子を好適に使用できる。例えば、亜鉛、チタン、スズ、およびタングステンからなる群から選択される少なくとも一つの金属原子を有する金属酸化物粒子が挙げられる。なかでも、折り曲げ前の初期の光電変換性能がより優れる点で、亜鉛およびチタンからなる群から選択される少なくとも一つの金属原子を有する金属酸化物粒子が好ましい。
The first
The kind of the metal oxide particle A used is not limited, for example, the metal oxide particle which has the property of an n-type semiconductor can be used conveniently. Examples thereof include metal oxide particles having at least one metal atom selected from the group consisting of zinc, titanium, tin, and tungsten. Among these, metal oxide particles having at least one metal atom selected from the group consisting of zinc and titanium are preferable in that the initial photoelectric conversion performance before bending is more excellent.
金属酸化物粒子Aの平均粒子径は、1〜10nmである。平均粒子径がこの範囲であることにより、折り曲げ試験後の光電変換性能が維持される。なかでも、折り曲げ後の光電変換性能がより優れる点で、2〜8nmが好ましく、3〜6nmがより好ましい。
なお、金属酸化物粒子Aの平均粒子径の測定方法は、第1金属酸化物層28の断面を電子顕微鏡で観察し、少なくとも100個以上の金属酸化物粒子の直径を測定し、それらを算術平均して求める。なお、金属酸化物粒子Aが球状でない場合、その長径を直径として取り扱う。なお、簡易的には原子間力顕微鏡(AFM)を用いて表面の凹凸周期から直径を求めてもよい。
The average particle diameter of the metal oxide particles A is 1 to 10 nm. When the average particle diameter is within this range, the photoelectric conversion performance after the bending test is maintained. Especially, 2-8 nm is preferable and 3-6 nm is more preferable at the point which the photoelectric conversion performance after bending is more excellent.
The average particle diameter of the metal oxide particles A is measured by observing the cross section of the first
第1金属酸化物層28の層厚は特に制限されないが、折り曲げ後の光電変換性能がより優れる点で、5〜200nmが好ましく、10〜100nmがより好ましい。
Although the layer thickness in particular of the 1st
第2金属酸化物層30は、平均粒子径20〜100nmの金属酸化物粒子(以後、適宜金属酸化物粒子Bとも称する)より形成される層である。つまり、第2金属酸化物層30は、主に金属酸化物粒子より構成され、通常、いわゆる多孔質層である。
金属酸化物粒子Bの種類は、上述した金属酸化物粒子Aの種類と同義である。
金属酸化物粒子Bの平均粒子径は、20〜100nmである。平均粒子径がこの範囲であることにより、優れた光電変換性能が得られる。なかでも、光電変換性能がより優れる点で、20〜80nmが好ましく、30〜60nmがより好ましい。
なお、金属酸化物粒子Bの平均粒子径の測定方法は、第2金属酸化物層30の断面を電子顕微鏡で観察し、少なくとも100個以上の金属酸化物粒子の直径を測定し、それらを算術平均して求める。なお、金属酸化物粒子Bが球状でない場合、その長径を直径として取り扱う。
The second
The kind of the metal oxide particle B is synonymous with the kind of the metal oxide particle A described above.
The average particle diameter of the metal oxide particles B is 20 to 100 nm. When the average particle diameter is within this range, excellent photoelectric conversion performance can be obtained. Especially, 20-80 nm is preferable and 30-60 nm is more preferable at the point which photoelectric conversion performance is more excellent.
The average particle diameter of the metal oxide particles B is measured by observing the cross section of the second
第2金属酸化物層30の層厚は特に制限されないが、折り曲げ前の初期の光電変換性能がより優れる点で、10〜500nmが好ましく、20〜300nmがより好ましい。
The layer thickness of the second
第1金属酸化物層28および第2金属酸化物層30の製造方法は、上述した金属酸化物粒子より形成される層が製造できれば特に制限されない。
例えば、金属酸化物粒子を含む塗膜形成用組成物を使用する方法が挙げられる。例えば、平均粒子径1〜10nmの金属酸化物粒子を含む塗膜形成用組成物を負極14上に塗布して、必要に応じて、加熱処理を施して、第1金属酸化物層28を作製する方法が挙げられる。なお、第2金属酸化物層30を作製する場合、第1金属酸化物層28上に平均粒子径20〜100nmの金属酸化物粒子を含む塗膜形成用組成物を塗布して、上記と同様の手順で、第2金属酸化物層30を作製する。
The manufacturing method of the 1st
For example, the method of using the composition for coating-film formation containing a metal oxide particle is mentioned. For example, a coating film-forming composition containing metal oxide particles having an average particle diameter of 1 to 10 nm is applied on the
塗膜形成用組成物には金属酸化物粒子以外に、必要に応じて、各種溶媒が含まれていてもよい。溶媒が含まれることにより、第1金属酸化物層28または第2金属酸化物層30の層厚の調整がより容易となる。
使用される溶媒の種類は特に制限されず、水または有機溶媒が挙げられる。有機溶媒としては、例えば、アルコール系溶媒(例えば、メタノール、エタノール、イソプロパノール、)、ケトン系溶媒(例えば、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン)、芳香族炭化水素溶媒(例えば、トルエン、キシレン)、アミド系溶媒(例えば、ホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチルピロリドン)、ニトリル系溶媒(例えば、アセトニトリル、プロピオニトリル)、エステル系溶媒(例えば、酢酸メチル、酢酸エチル)、カーボネート系溶媒(例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート)、エーテル系溶媒、ハロゲン系溶媒などが挙げられる。これらの溶媒を、2種以上混合して使用してもよい。
In addition to the metal oxide particles, the coating film forming composition may contain various solvents as necessary. By including the solvent, it becomes easier to adjust the thickness of the first
The kind in particular of solvent used is not restrict | limited, Water or an organic solvent is mentioned. Examples of organic solvents include alcohol solvents (eg, methanol, ethanol, isopropanol), ketone solvents (eg, acetone, methyl ethyl ketone, cyclohexanone), aromatic hydrocarbon solvents (eg, toluene, xylene), amide solvents. (Eg, formamide, dimethylacetamide, N-methylpyrrolidone), nitrile solvents (eg, acetonitrile, propionitrile), ester solvents (eg, methyl acetate, ethyl acetate), carbonate solvents (eg, dimethyl carbonate, diethyl) Carbonate), ether solvents, halogen solvents and the like. Two or more of these solvents may be mixed and used.
塗膜形成用組成物を負極14上に塗布した後に実施される任意工程である加熱処理によって、形成された塗膜から溶媒などが容易に除去されると共に、金属酸化物粒子間の結合がより強化される。加熱処理の条件は特に制限されず、使用される金属酸化物粒子の種類などに応じて、最適な条件が選択される。なかでも、50〜250℃(より好ましくは80〜180℃)で5分〜4時間(より好ましくは10分〜2時間)の加熱処理を実施するのが好ましい。
The heat treatment, which is an optional step performed after the coating film-forming composition is applied on the
第1金属酸化物層28および第2金属酸化物層30の他の製造方法としては、上述した金属酸化物粒子を含む塗膜形成用組成物以外に、金属酸化物前駆体を含む塗膜形成用組成物を使用する方法も挙げられる。例えば、所定の大きさの金属酸化物粒子を形成し得る金属酸化物前駆体を含む塗膜形成用組成物を負極14上に塗布して、必要に応じて加熱処理を施し、平均粒子径1〜10nmの金属酸化物粒子を形成させ、第1金属酸化物層28を作製する方法が挙げられる。
なお、第2金属酸化物層30を作製する場合、第1金属酸化物層28上に金属酸化物前駆体を含む塗膜形成用組成物を塗布して、上記と同様の手順で、第2金属酸化物層30を作製する。
As another manufacturing method of the first
In addition, when producing the 2nd
使用される金属酸化物前駆体の種類は、所定の条件で上述した所定の大きさの金属酸化物粒子を調製できる化合物であれば、特に制限されない。例えば、β−ジケトナート錯体、および金属キレートなどの金属錯体が挙げられる。
β−ジケトナート錯体としては、例えば、金属原子(例えば、上述した金属酸化物粒子に含まれる金属原子)と、アセチルアセトン、ベンゾイルアセトン、ベンゾイルトリフルオロアセトン、ベンゾイルジフルオロアセトンまたはベンゾイルフルオロアセトンとの錯体が挙げられる。より具体的には、Zn(acac)2などが挙げられる。
より具体的には、Zn(acac)2を含む塗膜形成用組成物を負極14上に塗布して、加熱処理を施すと、上述した所定の平均粒子径を有する金属酸化物粒子(ZnO)が形成され、所望の第1金属酸化物層28または第2金属酸化物層30が得られる。
なお、金属酸化物前駆体として金属アルコキシドを使用する場合は、その種類によっては所望の第1金属酸化物層28と第2金属酸化物層30を製造することが困難である。例えば、チタンアルコキシドなどを使用すると、加水分解速度の制御が難しく、所望の第1金属酸化物層28や第2金属酸化物層30が得られない。
The type of the metal oxide precursor to be used is not particularly limited as long as it is a compound capable of preparing the above-described metal oxide particles having a predetermined size under predetermined conditions. Examples thereof include β-diketonate complexes and metal complexes such as metal chelates.
Examples of the β-diketonate complex include complexes of metal atoms (for example, metal atoms contained in the metal oxide particles described above) and acetylacetone, benzoylacetone, benzoyltrifluoroacetone, benzoyldifluoroacetone, or benzoylfluoroacetone. It is done. More specifically, Zn (acac) 2 and the like can be mentioned.
More specifically, when a coating film-forming composition containing Zn (acac) 2 is applied on the
In addition, when using a metal alkoxide as a metal oxide precursor, it is difficult to manufacture the desired 1st
(プラスチック支持体)
プラスチック支持体12は、上記電子輸送層16を含む各種層を保持し、有機薄膜太陽電池10に可撓性を付与する支持体であり、材質、厚みなどに特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
(Plastic support)
The
プラスチック支持体12の素材としては、具体的には、例えば、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、セルロースアシレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、シクロオレフィンコポリマー、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂、フルオレン環変性ポリエステル樹脂、アクリロイル化合物などの熱可塑性樹脂が挙げられる。
Specific examples of the material for the
プラスチック支持体12は、耐熱性を有する素材からなることが好ましい。具体的には、ガラス転移温度(Tg)が60℃以上、および、線熱膨張係数が40ppm/℃以下のうち、少なくともいずれかの物性を満たす耐熱性を有し、さらに、露光波長に対し高い透明性を有する素材により成形された支持体であることが好ましい。
なお、プラスチック支持体12のTgおよび線膨張係数は、JIS K 7121に記載のプラスチックの転移温度測定方法、および、JIS K 7197に記載のプラスチックの熱機械分析による線膨張率試験方法により測定され、本発明においては、プラスチック支持体12のTgおよび線膨張係数は、この方法により測定した値を用いている。
The
The Tg and linear expansion coefficient of the
耐熱性に優れる熱可塑性樹脂として、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET:65℃)、ポリエチレンナフタレート(PEN:120℃)、ポリカーボネート(PC:140℃)、脂環式ポリオレフィン(例えば日本ゼオン(株)製 ゼオノア1600:160℃)、ポリアリレート(PAr:210℃)、ポリエーテルスルホン(PES:220℃)、ポリスルホン(PSF:190℃)、シクロオレフィンコポリマー(COC:特開2001−150584号公報の化合物:162℃)、フルオレン環変性ポリカーボネート(BCF−PC:特開2000−227603号公報の化合物:225℃)、脂環変性ポリカーボネート(IP−PC:特開2000−227603号公報の化合物:205℃)、アクリロイル化合物(特開2002−80616号公報の化合物:300℃以上)、ポリイミド等が挙げられる(以上、括弧内において、略称などと併記した数値は、当該樹脂のTgをそれぞれ示す)。なかでも、特に透明性が求められる用途には、脂環式ポリオレフィン等を使用するのが好ましい。
なお、プラスチック支持体12のTgや線膨張係数は、添加剤などによって調整することができる。
As a thermoplastic resin having excellent heat resistance, for example, polyethylene terephthalate (PET: 65 ° C.), polyethylene naphthalate (PEN: 120 ° C.), polycarbonate (PC: 140 ° C.), alicyclic polyolefin (for example, manufactured by Nippon Zeon Co., Ltd.) ZEONOR 1600: 160 ° C., polyarylate (PAr: 210 ° C.), polyethersulfone (PES: 220 ° C.), polysulfone (PSF: 190 ° C.), cycloolefin copolymer (COC: compound of JP 2001-150584 A: 162 ° C.), fluorene ring-modified polycarbonate (BCF-PC: compound of JP 2000-227603 A: 225 ° C.), alicyclic modified polycarbonate (IP-PC: compound of JP 2000-227603 A: 205 ° C.), Acryloyl compounds 2002-80616 compound: 300 [deg.] C. or higher), polyimide, and the like (the numerical values written in abbreviated parenthesis in the parentheses indicate Tg of the resin). Especially, it is preferable to use alicyclic polyolefin etc. for the use for which transparency is especially required.
The Tg and the linear expansion coefficient of the
プラスチック支持体12は、光に対して透明であることが好ましい。言い換えると、透明プラスチック支持体であることが好ましい。より具体的には、400〜1000nmの波長範囲の光に対する光透過率は、通常、80%以上が好ましく、85%以上がより好ましく、90%以上がさらに好ましい。なお、光透過率は、JIS−K7105に記載された方法、すなわち積分球式光透過率測定装置を用いて全光透過率および散乱光量を測定し、全光透過率から拡散透過率を引いて算出することができる。本明細書においては、光透過率は、この方法を用いた値を採用している。
The
プラスチック支持体12の厚みに関して特に制限はないが、典型的には1〜800μmであり、好ましくは10〜300μmである。
プラスチック支持体12の裏面(負極14を設置しない側の面)には、公知の機能性層を設けてもよい。機能性層の例としては、後述するガスバリア層、マット剤層、反射防止層、ハードコート層、防曇層、防汚層等が挙げられる。このほか、機能性層に関しては特開2006−289627号公報の段落番号〔0036〕〜〔0038〕に詳しく記載されている。
Although there is no restriction | limiting in particular regarding the thickness of the
A known functional layer may be provided on the back surface of the plastic support 12 (the surface on which the
(負極14)
負極14は、プラスチック支持体12上に配置される電極層(電子捕集電極層)であり、金属パターン層24と透明導電性樹脂層26とを有する。金属パターン層24は、複数の金属配線層32から構成される。負極14が延性に優れる金属パターン層24および透明導電性樹脂層26を備えることにより、可撓性に優れる有機薄膜太陽電池10が得られる。
(Negative electrode 14)
The
負極14の層厚は特に制限されないが、50nm〜1μmであることが好ましく、100nm〜300nmであることがより好ましい。また、負極14は、比抵抗が8×10-3Ω・cm以下であることが好ましい。
負極14は、透明性および導電性が双方高いものであることが好ましい。高い透明性のためには、金属パターン層24の開口部の面積が大きい(開口率が大きい)ことが好ましい。一方、高い導電性のためには、同じ金属で比較した場合は金属配線層32の断面積が大きいことが好ましい
The layer thickness of the
It is preferable that the
図2は金属パターン層24の矢視平面図であり、金属パターン層24は複数の細線状の金属配線層32から構成され、金属配線層32はストライプ状に配置されている。なお、金属パターン層24のパターン形状は図2の態様に限定されず、メッシュ、ハニカム、菱形など任意に設計できる。
なお、金属パターン層24によって規定される開口部の開口率は、透明性の点から、70%以上が好ましく、80%以上がより好ましい。光透過率と導電性はトレードオフの関係にあるため、開口率は大きいほど好ましいが、現実的には95%以下となる。なお、開口部とは金属パターン層24が形成されていない開口領域34を意味し、より詳しくは、金属パターン層24が形成されておらず、後述する透明導電性樹脂層26がある負極14上の領域を意図する。なお、開口率は、開口領域34の面積率[開口領域34の面積/(開口領域34の面積+金属パターン層24の面積)]を意味する。
FIG. 2 is an arrow plan view of the
The opening ratio of the opening defined by the
金属パターン層24の金属配線層32の材料としては、導電性が高い金属または合金であれば特に制限されないが、比抵抗が1×10-5Ω・cm以下の金属または合金からなることが好ましい。このような金属または合金としては、より具体的には、金、白金、鉄、銅、銀、ニッケル、アルミニウム、およびこれら金属を含む合金などが挙げられる。より好ましい例としては、銅、銀、またはこれらを含む合金が挙げられる。金属材料自体の低コスト化の観点や耐マイグレーションの観点では、銅が好ましい。
The material of the
金属配線層32の平面視による線幅Wは、透明性の観点から、0.1〜1mm以下が好ましく、金属配線層32の間隔Dは、透明性の観点から、3〜30mmが好ましい。
金属配線層32の抵抗値としては、50Ω/cm以下が好ましく、20Ω/cm以下がより好ましく、10Ω/cm以下がさらに好ましい。このような導電性(低抵抗であること)を実現するには、金属配線層32の断面積を大きくする方法がある。また、開口率を大きくするには、断面の形状として、フィルム平面方向の長さ(線幅)が短く層厚方向の長さ(層厚)が大きいことが有利である。
ところが、このような断面を有する金属配線層32を設置すると大きな段差が生じやすい。有機薄膜太陽電池10では光電変換層18の層厚が比較的薄い場合が多く、金属配線層32により生じた段差が大きいと、金属配線層32の凸部の角で短絡(故障)しやすい。このため、金属配線層32起因の段差を小さくし、金属配線層32凸部の角を鈍角化することは、開口率を高めるよりも重要な課題であり、開口率をある程度犠牲にした設計を採らざるを得ない場合もある。すなわち、金属配線層32断面の形状として、線幅が長く層厚が薄い設計が選択される。好ましい線幅と層厚の比率は、20000:1〜200:1の範囲である。ここで、層厚とは線幅の中で最も厚い部分の値を用いる。
The line width W in plan view of the
The resistance value of the
However, when the
金属配線層32の断面形状は、図1においては長方形である。
ただし、金属配線層32の断面形状はこの形態に限定されず、等脚台形、鈍角二等辺三角形、半円形、円弧と弦で囲まれる図形、これらを変形した図形などが可能である。このとき、長方形のように凸部の角が直角である断面よりも、テーパのある等脚台形や鈍角二等辺三角形の方が、短絡が起きにくく好ましい。また、明確に角がある断面よりも、曲線やスロープによって段差を滑らかにしたような断面形状の方が、短絡が起きにくく好ましい。
The cross-sectional shape of the
However, the cross-sectional shape of the
金属パターン層24の設置方法は特に制限されず、例えば、蒸着法、スパッタ法、印刷法、インクジェット法などがあり、適宜選択される。金属パターン層24を印刷法やインクジェット法で形成する場合、所望の導電性を損なわない範囲で、バインダーが添加されてもよい。バインダーの例としては、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、ポリイミド樹脂、フッ素化ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、セルロースアシレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、シクロオレフィンコポリマー、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂、フルオレン環変性ポリエステル樹脂、アクリロイル化合物などの熱可塑性樹脂や、ゼラチン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピリジン、ポリビニルイミダゾールなどの親水性ポリマー等が挙げられる。これらのポリマーは膜強度を高めるために架橋構造を形成したものであってもよい。
The installation method of the
なお、金属パターン層24の構成は図2の態様に限定されず、図3に示すように、金属配線層32と交差するバスライン36を有していてもよい。
バスライン36は、動作面全体にとって必要な導電性を確保するといった観点から、形成される配線である。バスライン36の好ましい線幅は、線幅1〜5mmが好ましく、1〜3mmがより好ましい。
バスライン36の線幅は、必ずしも均一である必要はない。バスライン36と金属配線層32とは同一材料であっても、異なる材料であってもよい。バスライン36は通常、金属配線層32と直交するように設置されるが、90度以外の角度で交差するものであってもよい。バスライン36の厚み、断面形状、材質については、金属配線層32と同様の定義が適用される。
The configuration of the
The
The line width of the
バスライン36の間隔(ピッチ)は金属配線層32と同様に、大面積の導電性と光透過率の妥協点としての最適条件が選ばれる。具体的には、隣り合うバスライン36を接続する金属配線層32の導電性で決定される。典型的には、隣り合う2本のバスライン36を接続する金属配線層32の抵抗値が、一本につき50Ω以下となる間隔が選ばれることが好ましい。抵抗値は20Ω以下が好ましく、10Ω以下が特に好ましい。
バスライン36のピッチは、好ましくは40〜200mmである。
As with the
The pitch of the
バスライン36は蒸着法で形成してもよいし、印刷法、インクジェット法などの方法で形成してもよい。金属配線層32とバスライン36とを同一の組成の材料を用いて同時に形成することが、コストの観点で有利である。金属配線層32とバスライン36とをマスク蒸着法を用いてロール・トゥ・ロールで同時に作製する場合、一般的に、金属配線層32を作製するための固定マスクと、バスライン36を作製するための可動式マスクを有する設備が必要となる。
The
透明導電性樹脂層26は、金属パターン層24を覆うと共に、金属パターン層24の開口領域34に充填される層である。透明導電性樹脂層26は、有機薄膜太陽電池10の発光スペクトルまたは作用スペクトル範囲において透明であることが要し、通常、可視光から近赤外光の光透過性に優れることを要する。具体的には、層厚0.1μmとしたとき、波長400nm〜800nm領域における平均光透過率が50%以上であることが好ましく、75%以上であることがより好ましく、85%以上であることがさらに好ましい。
The transparent
透明導電性樹脂層26の厚みは特に制限されないが、20〜500nmが好ましく、30〜300nmがより好ましく、50〜200nmがさらに好ましい。
透明導電性樹脂層26としては、上記透明性を有し、導電性を有するものであれば特に制限されないが、成膜後の比抵抗が8×10-3Ω・cm以下である透明導電性樹脂を主成分とすることが好ましい。ここで主成分とは、透明導電性樹脂層26全量に対する、含量80%以上の成分を意味する。
このような比抵抗を実現する透明導電性樹脂としては、導電性ナノ材料のアクリルポリマー等への分散物(例えば、銀ナノワイヤー、カーボンナノチューブ、グラフェンなど)、導電性ポリマー(例えば、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレン、ポリアセチレン、ポリキノキサリン、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアジアゾール等や、これら導電骨格を複数種有するポリマー等)が挙げられる。
Although the thickness in particular of the transparent
The transparent
Transparent conductive resins that realize such specific resistance include dispersions of conductive nanomaterials in acrylic polymers (eg, silver nanowires, carbon nanotubes, graphene, etc.), conductive polymers (eg, polythiophene, polypyrrole). Polyaniline, polyphenylene vinylene, polyphenylene, polyacetylene, polyquinoxaline, polyoxadiazole, polybenzothiadiazole, and the like, and polymers having a plurality of these conductive skeletons).
これらのなかではポリチオフェンが好ましく、ポリエチレンジオキシチオフェンが特に好ましい。これらのポリチオフェンは導電性を得るために、通常、部分酸化されている。導電性ポリマーの導電性は部分酸化の程度(ドープ量)で調節することができ、ドープ量が多いほど導電性が高くなる。部分酸化によりポリチオフェンはカチオン性となるので、電荷を中和するための対アニオンを有する。そのようなポリチオフェンの例としては、ポリスチレンスルホン酸を対イオンとするポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOTPSS)が挙げられる。
PEDOT−PSSは導電性を高める目的で高沸点の有機溶媒を含有してもよい。高沸点有機溶媒の例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、ジメチルスルホキシド、N−メチルピロリドン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン等が挙げられる。
上記比抵抗を実現する具体的な商品例としては、アグファ社製、Orgacon(オルガコン)S−305、H.C.シュタルク社製、Clevios(クレビオス)PH−1000などが挙げられる。
Among these, polythiophene is preferable, and polyethylenedioxythiophene is particularly preferable. These polythiophenes are usually partially oxidized in order to obtain conductivity. The conductivity of the conductive polymer can be adjusted by the degree of partial oxidation (doping amount), and the higher the doping amount, the higher the conductivity. Since polythiophene becomes cationic by partial oxidation, it has a counter anion to neutralize the charge. An example of such a polythiophene is polyethylene dioxythiophene (PEDOTPSS) having polystyrene sulfonic acid as a counter ion.
PEDOT-PSS may contain an organic solvent having a high boiling point for the purpose of increasing conductivity. Examples of the high boiling point organic solvent include ethylene glycol, diethylene glycol, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone and the like.
Specific product examples for realizing the specific resistance include Orgacon (Orgacon) S-305, manufactured by Agfa Co., Ltd. C. A Stark company make and Clevios (Clebios) PH-1000 etc. are mentioned.
透明導電性樹脂層26には、所望の導電性を損なわない範囲であれば、他のポリマーが添加されてもよい。他のポリマーは塗布性を向上させる目的や膜強度を高める目的で添加される。
他のポリマーの例としては、ポリエステル樹脂、メタクリル樹脂、メタクリル酸−マレイン酸共重合体、ポリスチレン樹脂、透明フッ素樹脂、ポリイミド、フッ素化ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、セルロースアシレート樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリカーボネート樹脂、脂環式ポリオレフィン樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂、ポリスルホン樹脂、シクロオレフィンコポリマー、フルオレン環変性ポリカーボネート樹脂、脂環変性ポリカーボネート樹脂、フルオレン環変性ポリエステル樹脂、アクリロイル化合物などの熱可塑性樹脂や、ゼラチン、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルピロリドン、ポリビニルピリジン、ポリビニルイミダゾールなどの親水性ポリマー等が挙げられる。これらのポリマーは膜強度を高めるために架橋構造を形成したものであってもよい。
Other polymers may be added to the transparent
Examples of other polymers include polyester resin, methacrylic resin, methacrylic acid-maleic acid copolymer, polystyrene resin, transparent fluororesin, polyimide, fluorinated polyimide resin, polyamide resin, polyamideimide resin, polyetherimide resin, cellulose Acylate resin, polyurethane resin, polyether ether ketone resin, polycarbonate resin, alicyclic polyolefin resin, polyarylate resin, polyether sulfone resin, polysulfone resin, cycloolefin copolymer, fluorene ring modified polycarbonate resin, alicyclic modified polycarbonate resin, Thermoplastic resins such as fluorene ring-modified polyester resins and acryloyl compounds, gelatin, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, polyacrylamide, polyvinyl pyrone Pyrrolidone, polyvinyl pyridine, hydrophilic polymers such as polyvinyl imidazole, and the like. These polymers may have a cross-linked structure to increase the film strength.
透明導電性樹脂層26は、上述した金属パターン層24が形成した後、公知の手段で成膜することが、金属パターン層24により生じた段差を透明導電性樹脂で平滑化されるため、好ましい。
なお、透明導電性樹脂層26の成膜方法の好適態様としては、透明導電性樹脂を含む組成物を金属パターン層24が配置されたプラスチック支持体12上に塗布して、必要に応じて加熱処理を行い、透明導電性樹脂層26を形成する方法などが挙げられる。
The transparent
As a preferred embodiment of the method for forming the transparent
(光電変換層)
光電変換層18は、有機薄膜太陽電池10の電荷分離に寄与し、生じた電子および正孔を各々反対方向の電極に向かって輸送する機能を有する層である。
光電変換層18は、有機材料である電子供与性材料(正孔輸送材料)と電子受容性材料(電子輸送材料)とを混合したバルクヘテロ構造を有する。
使用される電子供与性材料の種類は特に制限されず、HOMO準位が4.5eV〜6.0eVのπ電子共役化合物が好ましく、具体的には、各種のアレーン(例えば、チオフェン、カルバゾール、フルオレン、シラフルオレン、チエノピラジン、チエノベンゾチオフェン、ジチエノシロール、キノキサリン、ベンゾチアジアゾール、チエノチオフェンなど)をカップリングさせた共役ポリマー、フェニレンビニレン系ポリマー、ポルフィリン類、フタロシアニン類等が例示される。このほか、Chem.Rev.2007,107,953−1010にHole Transport materialとして記載されている化合物群やジャーナル オブジ アメリカン ケミカル ソサエティー第131巻、16048頁(2009年)に記載のポルフィリン誘導体も適用可能である。
これらの中では、チオフェン、カルバゾール、フルオレン、シラフルオレン、チエノピラジン、チエノベンゾチオフェン、ジチエノシロール、キノキサリン、ベンゾチアジアゾール、およびチエノチオフェンからなる群より選ばれた構成単位をカップリングさせた共役ポリマーが特に好ましい。具体例としては、ポリ3−ヘキシルチオフェン、ポリ3−オクチルチオフェン、ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサエティー第130巻、3020頁(2008年)に記載の各種ポリチオフェン誘導体、アドバンスト マテリアルズ第19巻、2295頁(2007年)に記載のPCDTBT、ジャーナル オブ ジアメリカン ケミカル ソサエティー第130巻、732頁(2008年)に記載のPCDTQx、PCDTPP、PCDTPT、PCDTBX、PCDTPX、ネイチャー フォトニクス第3巻、649頁(2009年)に記載のPBDTTT−E、PBDTTTC、PBDTTT−CF、アドバンスト マテリアルズ第22巻1−4頁(2010年)に記載のPTB7等が挙げられる。
(Photoelectric conversion layer)
The
The
The kind of the electron donating material to be used is not particularly limited, and a π electron conjugated compound having a HOMO level of 4.5 eV to 6.0 eV is preferable, and specifically, various arenes (for example, thiophene, carbazole, fluorene). Conjugated polymers, phenylene vinylene-based polymers, porphyrins, phthalocyanines, and the like, which are coupled to each other), silafluorene, thienopyrazine, thienobenzothiophene, dithienosilole, quinoxaline, benzothiadiazole, thienothiophene, and the like. In addition, Chem. Rev. The compound group described as Hole Transport material in 2007, 107, 953-1010, and the porphyrin derivative described in Journal of the American Chemical Society vol. 131, page 16048 (2009) are also applicable.
Among these, a conjugated polymer obtained by coupling a structural unit selected from the group consisting of thiophene, carbazole, fluorene, silafluorene, thienopyrazine, thienobenzothiophene, dithienosilole, quinoxaline, benzothiadiazole, and thienothiophene is particularly preferable. Specific examples include poly-3-hexylthiophene, poly-3-octylthiophene, various polythiophene derivatives described in Journal of the American Chemical Society, Volume 130, page 3020 (2008), Advanced Materials, Volume 19, pages 2295 ( PCDTBT described in 2007), Journal of the American Chemical Society, Volume 130, page 732 (2008), PCDTQx, PCDTPP, PCDTPT, PCDTBX, PCDTPX, Nature Photonics Volume 3, page 649 (2009) PBDTTTT-E, PBDTTTC, PBDTTTT-CF, and PTB7 described in Advanced Materials, Vol. 22, pages 1-4 (2010).
使用される電子受容性材料の種類は特に制限されないが、LUMO準位が3.5eV〜4.5eVのπ電子共役化合物が好ましく、具体的には、フラーレンおよびその誘導体、フェニレンビニレン系ポリマー、ナフタレンテトラカルボン酸イミド誘導体、ペリレンテトラカルボン酸イミド誘導体などが挙げられる。これらの中では、フラーレン誘導体が好ましい。フラーレン誘導体の具体例としてはC60、フェニル−C61−酪酸メチル(文献等でPCBM、[60]PCBM、あるいはPC61BMと称されるフラーレン誘導体)、C70、フェニル−C71−酪酸メチル(多くの文献等でPCBM、[70]PCBM、あるいはPC71BMと称されるフラーレン誘導体)、およびアドバンスト ファンクショナル マテリアルズ第19巻、779−788頁(2009年)に記載のフラーレン誘導体、ジャーナル オブ ジ アメリカン ケミカル ソサエティー第131巻、16048頁(2009年)に記載のフラーレン誘導体SIMEF等が挙げられる。 The kind of the electron-accepting material used is not particularly limited, but a π-electron conjugated compound having an LUMO level of 3.5 eV to 4.5 eV is preferable. Specifically, fullerene and its derivatives, phenylene vinylene-based polymers, naphthalene Examples include tetracarboxylic imide derivatives and perylene tetracarboxylic imide derivatives. Of these, fullerene derivatives are preferred. Specific examples of fullerene derivatives include C60, phenyl-C61-methyl butyrate (fullerene derivatives referred to as PCBM, [60] PCBM, or PC61BM in literature), C70, phenyl-C71-methyl butyrate (in many literatures, etc.) Fullerene derivatives referred to as PCBM, [70] PCBM, or PC71BM), and fullerene derivatives described in Advanced Functional Materials Vol. 19, pages 779-788 (2009), Journal of the American Chemical Society, Vol. 131. 16048 (2009) and the fullerene derivative SIMEF.
光電変換層18に含まれる電子供与性材料と電子受容性材料との混合比は、変換効率が最も高くなるように調整される。電子供与性材料と電子受容性材料との混合比は、通常は、質量比で、10:90〜90:10の範囲から選ばれる。このような混合有機層の形成方法としては、例えば、真空蒸着による共蒸着方法が挙げられる。または、電子供与性材料と電子受容性材料、両方の有機材料が溶解する溶媒を用いて溶剤塗布することによって混合有機層を作製することも可能である。
The mixing ratio of the electron donating material and the electron accepting material contained in the
光電変換層18の層厚は10nm〜500nmが好ましく、20nm〜300nmが特に好ましい。
バルクヘテロ型の光電変換層18においては、電子供与性材料と電子受容性材料とは完全に均一に混合していてもよいし、1nm〜1μmのドメインサイズとなるように相分離していてもよい。相分離構造は、不規則構造でも規則構造でもよい。規則構造を形成する場合、ナノインプリント法等のトップダウンによる規則構造でもよいし、自己組織化等のボトムアップによるものでもよい。
The layer thickness of the
In the bulk hetero
なお、図1においては、光電変換層18はバルクヘテロ型の場合について詳述したが、この態様には限定されない。
光電変換層は、電子供与性材料を含む電子供与性層(ホール輸送層)と電子受容性材料を含む電子受容性層(電子輸送層)からなる平面ヘテロ構造でもよい。平面ヘテロ構造をとる場合、正極側に電子供与性層が負極側も電子受容性層が配置される。また、平面ヘテロ構造の中間層としてバルクヘテロ層を有するハイブリッド構造であってもよい。
なお、平面ヘテロ構造の場合に、電子供与性層および電子受容性層において、使用される電子供与性材料および電子受容性材料は、上述の通りである。
In FIG. 1, the
The photoelectric conversion layer may have a planar heterostructure composed of an electron donating layer (hole transport layer) containing an electron donating material and an electron accepting layer (electron transport layer) containing an electron accepting material. When a planar heterostructure is adopted, an electron donating layer is arranged on the positive electrode side, and an electron accepting layer is also arranged on the negative electrode side. Moreover, the hybrid structure which has a bulk hetero layer as an intermediate | middle layer of a planar heterostructure may be sufficient.
In the case of a planar heterostructure, the electron-donating material and the electron-accepting material used in the electron-donating layer and the electron-accepting layer are as described above.
光電変換層18が平面ヘテロ構造を有する場合、電子供与性層の層厚は特に制限されないが、光電変換性能の点から、5〜500nmが好ましく、10〜200nmが特に好ましい。
光電変換層18が平面ヘテロ構造を有する場合、電子受容性層の層厚は特に制限されないが、光電変換性能の点から、5〜500nmが好ましく、10〜200nmが特に好ましい。
When the
When the
(正孔輸送層)
正孔輸送層20は、光電変換層18から正極22への正孔の輸送が容易に行われるように、光電変換層18と正極22との間に設けられる層である。なお、正孔輸送層20は、光電変換層18から正極22へ電子が移動するのをブロックする機能も有する。
正孔輸送層20に使用される材料は特に制限されず、公知の材料を用いることができるが、例えば、芳香族アミン誘導体、チオフェン誘導体、縮合芳香環化合物、カルバゾール誘導体、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどが挙げられる。このほか、Chem.Rev.2007年,第107巻,953−1010頁にHole Transport materialとして記載されている化合物群も適用可能である。
なかでもポリチオフェンが好ましく、ポリエチレンジオキシチオフェンがより好ましい。ポリエチレンジオキシチオフェンは体積抵抗率が10Ωcmを下回らない程度にドープ(部分酸化)されていてもよい。このとき、電荷中和のために過塩素酸、ポリスチレンスルホン酸などに由来する対アニオンを有してもよい。
(Hole transport layer)
The
The material used for the
Of these, polythiophene is preferable, and polyethylenedioxythiophene is more preferable. Polyethylenedioxythiophene may be doped (partially oxidized) to such an extent that the volume resistivity does not fall below 10 Ωcm. At this time, you may have a counter anion derived from perchloric acid, polystyrene sulfonic acid, etc. for charge neutralization.
正孔輸送層20に用いる材料としては、酸化モリブデンまたはポリチオフェンが好ましく、酸化モリブデンまたはポリエチレンジオキシチオフェンがより好ましい。
正孔輸送層20の層厚は、電子の漏出を抑制するに十分な厚みを選択する必要があり、そのような観点からは厚みは0.1nm以上であることが好ましく、厚みの上限には特に制限はないが、製造効率の観点からは50nm以下であることが好ましい。より好ましい厚みは1〜20nmの範囲である。
As a material used for the
The layer thickness of the
(正極22)
正極22は、正孔輸送層22上に配置される電極層である。
正極22は、通常、金属電極層である場合が多く、仕事関数の比較的小さい金属で構成されることが好ましく、例えば、アルミニウム、マグネシウム、銀、銀−マグネシウム合金等が例示される。
(Positive electrode 22)
The
The
正極22の層厚は特に制限されないが、光電変換性能の点から、10〜500nmが好ましく、50〜300nmがより好ましい。
正極22は、各種の湿式製膜法、蒸着法やスパッタ法等の乾式製膜法、転写法、印刷法など、いずれによっても形成することができる。これらの中で、印刷法、インクジェット法、蒸着法が好ましい。
正極22を形成するに際してのパターニングは、印刷、インクジェット等の方法が例示される。フォトリソグラフィーなどによる化学的エッチングによって行ってもよいし、レーザーなどによる物理的エッチングによって行ってもよく、マスクを重ねて真空蒸着やスパッタ等を行ってもよい。
なお、本発明において、正極22の形成位置は特に制限はなく、正孔輸送層20上の全部に形成されていてもよく、その一部に形成されていてもよい。
The layer thickness of the
The
Examples of the patterning for forming the
In the present invention, the formation position of the
(任意の構成層)
図1に示す有機薄膜太陽電池10は、上述したプラスチック支持体12、負極14、電子輸送層16、光電変換層18、正孔輸送層20、正極22を有するが、該形態には限定されず、必要に応じて上記以外の層を有していてもよい。
以下に、その例を示す。
(Any constituent layer)
The organic thin film
An example is shown below.
(上部封止部材)
有機薄膜太陽電池は、正極22上にさらに上部封止部材を有していてもよい。上部封止部材が配置されることにより、外界の雰囲気から有機薄膜太陽電池が隔離され、光電変換性能がより向上する。
上部封止部材は、保護層、ガスバリア層、接触材層、または、プラスチック支持体を含んでもよい。上部封止部材の好ましい構成例としては、正極22側から、保護層、接着剤層、ガスバリア層、プラスチック支持体の順で積層された積層体が挙げられる。以下に、各層の構成について詳述する。
(Upper sealing member)
The organic thin film solar cell may further have an upper sealing member on the
The upper sealing member may include a protective layer, a gas barrier layer, a contact material layer, or a plastic support. A preferable configuration example of the upper sealing member includes a laminate in which a protective layer, an adhesive layer, a gas barrier layer, and a plastic support are laminated in this order from the
保護層は、通常、MgO、SiO、SiO2、Al2O3、Y2O3、TiO2等の金属酸化物、SiNx等の金属窒化物、SiNxOy等の金属窒化酸化物、MgF2、LiF、AlF3、CaF2等の金属フッ化物、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリパラキシリレンなどのポリマー等が挙げられる。これらのうち、金属の酸化物、窒化物、窒化酸化物が好ましく、珪素、アルミニウムの酸化物、窒化物、窒化酸化物が特に好ましい。保護層は、単層でも上記から選ばれる異なる材料の多層構成であってもよい。 Protective layer is typically, MgO, SiO, SiO 2, Al 2 O 3, Y 2 O 3, TiO metal oxides such as 2, metal nitrides such as SiN x, metal nitride oxide such as SiN x O y, MgF 2, LiF, AlF 3, CaF 2 , etc. of the metal fluoride, polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or a polymer such as poly-para-xylylene and the like. Of these, metal oxides, nitrides, and nitride oxides are preferable, and silicon, aluminum oxides, nitrides, and nitride oxides are particularly preferable. The protective layer may be a single layer or a multilayer structure of different materials selected from the above.
保護層の形成方法については、特に限定はなく、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、反応性スパッタリング法、MBE(分子線エピタキシ)法、クラスターイオンビーム法、イオンプレーティング法、プラズマ重合法(高周波励起イオンプレーティング法)、プラズマCVD法、レーザーCVD法、熱CVD法、ガスソースCVD法、真空紫外CVD法、コーティング法、印刷法、転写法などを適用できる。 The method for forming the protective layer is not particularly limited, and for example, vacuum deposition, sputtering, reactive sputtering, MBE (molecular beam epitaxy), cluster ion beam, ion plating, plasma polymerization (high frequency) Excited ion plating method), plasma CVD method, laser CVD method, thermal CVD method, gas source CVD method, vacuum ultraviolet CVD method, coating method, printing method, transfer method and the like can be applied.
ガスバリア層は、ガスバリア性を有する層であれば、特に制限はない。通常、ガスバリア層は無機物の層(無機層と称することがある)である。無機層に含まれる無機物としては、典型的には、ホウ素、マグネシウム、アルミニウム、珪素、チタン、亜鉛、スズの酸化物、窒化物、酸窒化物、炭化物、水素化物などが挙げられる。これらは純物質でもよいし、複数組成からなる混合物や傾斜材料層でもよい。これらのうち、アルミニウムの酸化物、窒化物若しくは酸窒化物、または、珪素の酸化物、窒化物若しくは酸窒化物が好ましい。
ガスバリア層としては有機層を使用することもでき、低コストかつ製造が用意で、透明性が高いことから、(メタ)アクリレートの重合体が好ましい。
The gas barrier layer is not particularly limited as long as it has a gas barrier property. Usually, the gas barrier layer is an inorganic layer (sometimes referred to as an inorganic layer). Typical examples of the inorganic substance contained in the inorganic layer include boron, magnesium, aluminum, silicon, titanium, zinc, tin oxide, nitride, oxynitride, carbide, hydride, and the like. These may be pure substances, or may be a mixture of multiple compositions or a gradient material layer. Among these, aluminum oxide, nitride or oxynitride, or silicon oxide, nitride or oxynitride is preferable.
As the gas barrier layer, an organic layer can be used, and a polymer of (meth) acrylate is preferable because it is low in cost, ready for production, and has high transparency.
ガスバリア層としての無機層は単層でも、複数層の積層でもよい。ガスバリア層が積層構造を有する場合、無機層と有機層との積層でもよく、複数の無機層と複数の有機層の交互積層でもよい。有機層、無機層の具体的な例や積層方法については、特開2010−87339号公報に記載されている。なお、同公報における「有機ポリマー層」の用語が本発明における有機層の用語に該当する。
ガスバリア層としての無機層の厚みに関しては特に限定はないが、1層に付き、通常、5〜500nmの範囲内であり、好ましくは10〜200nmである。無機層は複数のサブレイヤーから成る積層構造であってもよい。この場合、各サブレイヤーが同じ組成であっても異なる組成であってもよい。
ガスバリア層としての有機層の厚みに関しては特に限定はないが、1層に付き、300〜3000nmが好ましい。
また、米国公開特許2004−46497号明細書に開示してあるように、無機層とそれに隣接する有機層との界面が明確で無く、組成が層厚方向で連続的に変化する層であってもよい。
The inorganic layer as the gas barrier layer may be a single layer or a laminate of a plurality of layers. When the gas barrier layer has a laminated structure, it may be a laminate of an inorganic layer and an organic layer, or may be an alternating laminate of a plurality of inorganic layers and a plurality of organic layers. Specific examples of the organic layer and the inorganic layer and the lamination method are described in JP 2010-87339 A. The term “organic polymer layer” in this publication corresponds to the term organic layer in the present invention.
Although there is no limitation in particular about the thickness of the inorganic layer as a gas barrier layer, it is attached to 1 layer, and is in the range of 5-500 nm normally, Preferably it is 10-200 nm. The inorganic layer may have a laminated structure including a plurality of sublayers. In this case, each sublayer may have the same composition or a different composition.
Although there is no limitation in particular regarding the thickness of the organic layer as a gas barrier layer, 300-3000 nm is preferable per one layer.
Further, as disclosed in US Patent Publication No. 2004-46497, the interface between the inorganic layer and the organic layer adjacent thereto is not clear, and the composition is a layer whose composition changes continuously in the layer thickness direction. Also good.
接着剤としては、特に制限はないが、例えば、エマルジョンタイプの接着剤、ワックスホットメルトラミネーション用接着剤、およびドライラミネーション用接着剤などが好ましい。
エマルジョンタイプの接着剤の例としては、熱可塑性エラストマー、LDPE、IO(アイオノマー)、PVDC、PE(ポリエチレン)ワックスなどを分散したコーティング剤等が挙げられる。
ワックスホットメルトラミネーション用接着剤の例としては、PVDC(ポリ塩化ビニリデン樹脂をコートしたOPP(二軸延伸ポリプロピレンフィルム、ナイロンフィルム、PETフィルム、PVAフィルム)などが挙げられる。
ドライラミネーション用接着剤の例としては、塩化ビニル・酢酸ビニル共重合体、EVA(エチレン・酢酸ビニル共重合体)、アイオノマー共重合体、ポリ塩化ビニリデン、エチレン・ビニルアルコール共重合体、ニトロセルロース、酢酸セルロース、およびシリコーンなどが挙げられる。
The adhesive is not particularly limited, and for example, an emulsion type adhesive, an adhesive for wax hot melt lamination, an adhesive for dry lamination, and the like are preferable.
Examples of the emulsion type adhesive include a coating agent in which thermoplastic elastomer, LDPE, IO (ionomer), PVDC, PE (polyethylene) wax and the like are dispersed.
Examples of the wax hot melt lamination adhesive include PVDC (OPP (biaxially stretched polypropylene film, nylon film, PET film, PVA film) coated with polyvinylidene chloride resin).
Examples of adhesives for dry lamination include vinyl chloride / vinyl acetate copolymer, EVA (ethylene / vinyl acetate copolymer), ionomer copolymer, polyvinylidene chloride, ethylene / vinyl alcohol copolymer, nitrocellulose, Examples include cellulose acetate and silicone.
プラスチック支持体の定義はすでに述べたものと同様である。 The definition of the plastic support is similar to that already described.
上述した上部封止部材の設置方法は特に制限されず、例えば、まず、正極22上に保護層を設ける。その後、プラスチック支持体上にガスバリア層を設置した封止フィルム(プラスチック支持体)を作製し、上記保護層上に接着剤を介して封止フィルムを接着する。上部に透明性が必要とされない場合、保護層上に金属箔をラミネートしたガスバリア性フィルムを接着する方法をとってもよい。
The installation method of the upper sealing member described above is not particularly limited. For example, first, a protective layer is provided on the
また、プラスチック支持体12の負極14側の表面には、上述したガスバリア層が配置されていてよい。言い換えると、プラスチック支持体12と負極14との間に、ガスバリア層が配置されていてもよい。ガスバリア層の態様は、上述の通りである。
Further, the gas barrier layer described above may be disposed on the surface of the
[第2の実施形態]
図4は、本発明の有機薄膜太陽電池の第2の実施形態の層構成を模式的に示す断面図である。有機薄膜太陽電池100は、プラスチック支持体12、負極14、電子輸送層16、光電変換層18、正孔輸送層20、正極22をこの順で有する。負極14は、金属パターン層24と透明導電性樹脂層26とを有する。電子輸送層16は、第2金属酸化物層30と第1金属酸化物層28とを有する。なお、有機薄膜太陽電池10は、有機薄膜太陽電池100と同様に、いわゆる逆型有機薄膜太陽電池であり、プラスチック支持体12側の表面が受光面であって、プラスチック支持体に近い側の電極が負極に該当する。
図4に示す有機薄膜太陽電池100は、第1金属酸化物層28と第2金属酸化物層30との積層順番が異なる点を除いて、図1に示す有機薄膜太陽電池10と同様の構成を有するものであるので、同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その説明を省略する。
有機薄膜太陽電池100では、負極14上に第2金属酸化物層30が配置され、さらに第2金属酸化物層30上に第1金属酸化物層28が配置されている。第1金属酸化物層28と第2金属酸化物層30との積層順番が異なっていても、上述した有機薄膜太陽電池10と同様に、有機薄膜太陽電池100は折り曲げ後においても優れた光電変換性能を示す。
[Second Embodiment]
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing the layer configuration of the second embodiment of the organic thin-film solar cell of the present invention. The organic thin film
The organic thin film
In the organic thin film
以下、実施例により、本発明について更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these.
<実施例1>
プラスチック支持体である厚み100μmのポリエチレンナフタレートフィルム(以下PENフィルムと略す)の一面上にガスバリア層を形成し、PENフィルムの他面上に負極、電子輸送層、光電変換層、正孔輸送層、正極を積層することにより、実施例1の有機薄膜太陽電池を作製した。
以下に、詳細な手順を示す。
<Example 1>
A gas barrier layer is formed on one surface of a 100 μm thick polyethylene naphthalate film (hereinafter abbreviated as a PEN film), which is a plastic support, and a negative electrode, an electron transport layer, a photoelectric conversion layer, and a hole transport layer are formed on the other surface of the PEN film. The organic thin film solar cell of Example 1 was produced by laminating the positive electrode.
The detailed procedure is shown below.
〔ガスバリア層の形成〕
PENフィルム上に、ワイヤーバーを用いて、重合性組成物(ダイセルサイテック社製EB−3702(13g)、共栄社化学製ライトアクリレートTMP−A(6g)、日本化薬製KAYAMER PM−21(1g)、Lamberti社製紫外線重合開始剤ESACURE KTO−46(0.5g)、2−ブタノン190gの混合溶液)を塗布した。乾燥後、窒素置換法により酸素濃度が0.1%となったチャンバー内にて高圧水銀ランプの紫外線を照射(積算照射量1J/cm2)して有機層を硬化させ、層厚が1.5μmの有機層を形成した。
スパッタリング装置を用いて、有機層の上に無機層(酸化アルミニウム層)を形成した。ターゲットとしてアルミニウムを、放電ガスとしてアルゴンを、反応ガスとして酸素を用いた。製膜圧力は0.1Pa、到達層厚は40nmであった。
得られた積層体上に上記重合性組成物を前記同様の方法で塗布、硬化させ、層厚が1.5μmの有機層を形成した。
このようにしてPENフィルム上に有機層、無機層、有機層の3層からなるガスバリア層を形成した。このガスバリア層を有するPETフィルムの40℃・相対湿度90%における水蒸気透過率を、水蒸気透過率測定器(MOCON社製、PERMATRAN−W3/31)を用いて測定したところ、この測定の検出限界値(0.005g/m2/day)以下であった。
[Formation of gas barrier layer]
On the PEN film, using a wire bar, a polymerizable composition (EB-3702 (13 g) manufactured by Daicel Cytec Co., Ltd., light acrylate TMP-A (6 g) manufactured by Kyoeisha Chemical Co., Ltd.), KAYAMER PM-21 (1 g) manufactured by Nippon Kayaku Co., Ltd. Lambberti UV polymerization initiator ESACURE KTO-46 (0.5 g), 2-butanone 190 g mixed solution) was applied. After drying, the organic layer is cured by irradiating with ultraviolet rays from a high-pressure mercury lamp (accumulated dose 1 J / cm 2 ) in a chamber in which the oxygen concentration is 0.1% by the nitrogen substitution method. A 5 μm organic layer was formed.
An inorganic layer (aluminum oxide layer) was formed on the organic layer using a sputtering apparatus. Aluminum was used as a target, argon was used as a discharge gas, and oxygen was used as a reaction gas. The film forming pressure was 0.1 Pa, and the reaching layer thickness was 40 nm.
On the obtained laminate, the polymerizable composition was applied and cured by the same method as described above to form an organic layer having a layer thickness of 1.5 μm.
Thus, the gas barrier layer which consists of three layers, an organic layer, an inorganic layer, and an organic layer, was formed on the PEN film. When the water vapor transmission rate at 40 ° C. and 90% relative humidity of the PET film having the gas barrier layer was measured using a water vapor transmission rate measuring device (manufactured by MOCON, PERMATRAN-W3 / 31), the detection limit value of this measurement (0.005 g / m 2 / day) or less.
[負極の形成]
ガスバリア層が成膜されたPENフィルムをそれぞれ25mm角に裁断し、25mm角基板用のマスクを真空蒸着装置にセットし、ガスバリア層上に抵抗加熱法によって銀の金属配線層を100nm蒸着して金属パターン層を形成した。蒸着はデポアップで、蒸着パターンは、線幅0.3mm、線の長さ20mm、線の間隔4mmの平行ストライプである。このパターンを形成するために、厚さ0.1mmのステンレスマスクを、PENフィルムの下方に1mmのクリアランスでセットした。
次に、金属パターン層中の金属配線層の末端同士を、銀ペーストを使って互いに接触させた。
[Formation of negative electrode]
Each PEN film on which a gas barrier layer is formed is cut into 25 mm squares, a mask for a 25 mm square substrate is set in a vacuum deposition apparatus, and a silver metal wiring layer is deposited on the gas barrier layer by a resistance heating method to a thickness of 100 nm. A pattern layer was formed. Deposition is performed by deposition, and the deposition pattern is a parallel stripe having a line width of 0.3 mm, a line length of 20 mm, and a line interval of 4 mm. In order to form this pattern, a stainless steel mask having a thickness of 0.1 mm was set below the PEN film with a clearance of 1 mm.
Next, the ends of the metal wiring layers in the metal pattern layer were brought into contact with each other using a silver paste.
〔透明導電性樹脂層の形成〕
次に、金属パターン層が形成された面の上面から、ポリエチレンジオキシチオフェン・ポリスチレンスルホン酸(略称:PEDOT−PSS)の水分散物(アグファ社製、オルガコンS−305)をスピンコートした。次に、このフィルムを110℃で20分間加熱乾燥して、透明導電性樹脂からなる透明導電性樹脂層を形成した。このとき、透明導電性樹脂層の層厚は100nmであった。
[Formation of transparent conductive resin layer]
Next, an aqueous dispersion of polyethylene dioxythiophene / polystyrene sulfonic acid (abbreviation: PEDOT-PSS) (manufactured by Agfa, Olgacon S-305) was spin-coated from the upper surface of the surface on which the metal pattern layer was formed. Next, this film was heat-dried at 110 ° C. for 20 minutes to form a transparent conductive resin layer made of a transparent conductive resin. At this time, the thickness of the transparent conductive resin layer was 100 nm.
[電子輸送層の形成]
次に、Zn(acac)2(和光純薬社製)を含むエタノール溶液を透明導電性樹脂層上に塗布して、160℃で20分間加熱処理を施し、第1金属酸化物層を形成した。なお、エタノール溶液中におけるZn(acac)2の含有量は、エタノール100質量部に対して、0.5質量部であった。
得られた第1金属酸化物層の表面を原子間力顕微鏡で観察したところ、第1金属酸化物層は、平均粒子径5nmのZnO粒子で形成された層であることが確認された。また、第1金属酸化物層の層厚は、80nmであった。
[Formation of electron transport layer]
Next, an ethanol solution containing Zn (acac) 2 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was applied on the transparent conductive resin layer and subjected to heat treatment at 160 ° C. for 20 minutes to form a first metal oxide layer. . The content of Zn (acac) 2 in the ethanol solution was 0.5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of ethanol.
When the surface of the obtained first metal oxide layer was observed with an atomic force microscope, it was confirmed that the first metal oxide layer was a layer formed of ZnO particles having an average particle diameter of 5 nm. The layer thickness of the first metal oxide layer was 80 nm.
次に、ZnO粒子を含むエタノール溶液(アルドリッチ社製)をエタノールで8倍に希釈した溶液を、第1金属酸化物層上に塗布してそのまま乾燥し、第2金属酸化物層を形成した。なお、溶液中のZnO粒子の平均粒子径は40nmであり、その含有量はエタノール溶媒100質量部に対して、5質量部であった。
得られた第2金属酸化物層を電子顕微鏡で観察したところ、第2金属酸化物層は、出発物質である平均粒子径40nmのZnO粒子で形成された多孔質層であることが確認された。また、第2金属酸化物層の層厚は、100nmであった。
Next, a solution obtained by diluting an ethanol solution containing ZnO particles (manufactured by Aldrich) eight times with ethanol was applied onto the first metal oxide layer and dried as it was to form a second metal oxide layer. In addition, the average particle diameter of the ZnO particle | grains in a solution was 40 nm, and the content was 5 mass parts with respect to 100 mass parts of ethanol solvents.
When the obtained second metal oxide layer was observed with an electron microscope, it was confirmed that the second metal oxide layer was a porous layer formed of ZnO particles having an average particle diameter of 40 nm as a starting material. . The layer thickness of the second metal oxide layer was 100 nm.
〔光電変換層の形成〕
光電変換層として、バルクヘテロ層を形成した。P3HT(ポリ−3−ヘキシルチオフェン、Lisicon SP−001(商品名)、メルク社製)20mg、および、ICBA(インデンC60ビスアダクト、アルドリッチ社製)14mgをクロロベンゼン1mlに溶解させ、バルクヘテロ層塗布液とした。これを上記第2金属酸化物層上にスピンコートし、バルクヘテロ層を形成した。スピンコーターの回転速度は500rpm、乾燥層厚は180nmであった。
その後、ホットプレートを用いて130℃で15分間加熱した。
[Formation of photoelectric conversion layer]
A bulk hetero layer was formed as the photoelectric conversion layer. 20 mg of P3HT (poly-3-hexylthiophene, Lisicon SP-001 (trade name), manufactured by Merck) and 14 mg of ICBA (indene C60 bis-adduct, manufactured by Aldrich) were dissolved in 1 ml of chlorobenzene to obtain a bulk hetero layer coating solution. . This was spin-coated on the second metal oxide layer to form a bulk hetero layer. The rotation speed of the spin coater was 500 rpm, and the dry layer thickness was 180 nm.
Then, it heated for 15 minutes at 130 degreeC using the hotplate.
[正孔輸送層の形成]
上記で作製した光電変換層の表面に、プレクストロニクス社製プレクスコアOC−1200をスピンコートし、100℃で20分間加熱乾燥して、正孔輸送層を形成した。このとき、正孔輸送層の層厚は40nmであった。
[Formation of hole transport layer]
The surface of the photoelectric conversion layer produced above was spin-coated with Plexcornics OC-1200 manufactured by Plextronics, and heated and dried at 100 ° C. for 20 minutes to form a hole transport layer. At this time, the layer thickness of the hole transport layer was 40 nm.
[正極の形成]
正孔輸送層の上にアルミニウムを100nmの厚さとなるように蒸着し、正極を形成した。このとき、光電変換の有効面積が1cm2となるようにマスク蒸着した。
[Formation of positive electrode]
Aluminum was deposited on the hole transport layer to a thickness of 100 nm to form a positive electrode. At this time, mask vapor deposition was performed so that the effective area of photoelectric conversion was 1 cm 2 .
〔発電効率の測定〕
上記で得られた有機薄膜太陽電池に、ペクセルテクノロジーズ社L12型ソーラシミュレーターを用いて、AM1.5G、80mW/cm2の模擬太陽光を照射しながら、ソースメジャーユニット(SMU2400型、KEITHLEY社製)を用いて電圧範囲−0.1Vから1.0Vにて、発生する電流値を測定した。得られた電流電圧特性をペクセルテクノロジーズ社I−Vカーブアナライザーを用いて評価し、特性パラメーターとして初期電池特性である変換効率(%)を算出した。測定結果を下記表1に示す。
[Measurement of power generation efficiency]
The organic thin-film solar cell obtained above was irradiated with simulated sunlight of AM1.5G and 80 mW / cm 2 using a Pexel Technologies L12 solar simulator, while measuring the source measure unit (SMU2400, manufactured by KEITHLEY) ) Was used to measure the generated current value in the voltage range of −0.1 V to 1.0 V. The obtained current-voltage characteristics were evaluated using a Pexel Technologies IV curve analyzer, and the conversion efficiency (%), which is the initial battery characteristics, was calculated as a characteristic parameter. The measurement results are shown in Table 1 below.
〔発電効率の測定(屈曲試験後の測定)〕
次に、以下の屈曲試験を行った。その後、屈曲試験後の有機薄膜太陽電池の変換効率を上記方法にて測定した。屈曲試験前後の変換効率の比(屈曲試験後の変換効率/屈曲試験前の変換効率)を求め、以下の基準に沿って評価した。実用上、Aであることが必要である。測定結果を下記表1の「屈曲試験評価」欄に示す。
「A」:比が0.95以上1.00である場合
「B」:比が0.60以上0.95未満である場合
「C」:比が0.60未満である場合
[Measurement of power generation efficiency (measurement after bending test)]
Next, the following bending test was performed. Then, the conversion efficiency of the organic thin film solar cell after a bending test was measured by the said method. The ratio of the conversion efficiency before and after the bending test (conversion efficiency after the bending test / conversion efficiency before the bending test) was determined and evaluated according to the following criteria. In practice, it is necessary to be A. The measurement results are shown in the “Bend test evaluation” column of Table 1 below.
“A”: When the ratio is 0.95 or more and 1.00 “B”: When the ratio is 0.60 or more and less than 0.95 “C”: When the ratio is less than 0.60
なお、屈曲試験は、有機薄膜太陽電池を直径30mmのステンレス製パイプに、光電変換層設置面が外側になるように180度巻きつけ、すぐに元の平面状に戻すという操作を、100回繰り返した。
In the bending test, an organic thin-film solar cell is wound around a stainless steel pipe with a diameter of 30 mm, 180 degrees so that the photoelectric conversion layer installation surface is on the outside, and immediately returned to the original
<実施例2>
Zn(acac)2(和光純薬社製)を含むエタノール溶液の代わりにTiO2含有溶液(Solaronix社製、TiO2の平均粒子径7nm)を使用した以外は、実施例1と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Example 2>
A procedure similar to that of Example 1 was used except that a TiO 2 -containing solution (manufactured by Solaronix, average particle diameter of TiO 2 ) was used instead of the ethanol solution containing Zn (acac) 2 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). An organic thin film solar cell was manufactured and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<実施例3>
第1金属酸化物層の厚みを80nmから20nmに変更した以外は、実施例2と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Example 3>
Except having changed the thickness of the 1st metal oxide layer from 80 nm to 20 nm, the organic thin film solar cell was manufactured in the same procedure as Example 2, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<実施例4>
第1金属酸化物層の厚みを80nmから20nmに変更した以外は、実施例1と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Example 4>
Except having changed the thickness of the 1st metal oxide layer from 80 nm to 20 nm, the organic thin film solar cell was manufactured in the same procedure as Example 1, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<実施例5>
第1金属酸化物層の厚みを80nmから50nmに変更した以外は、実施例1と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Example 5>
Except having changed the thickness of the 1st metal oxide layer from 80 nm to 50 nm, the organic thin film solar cell was manufactured in the same procedure as Example 1, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<実施例6>
第1金属酸化物層の厚みを80nmから150nmに変更した以外は、実施例1と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Example 6>
Except having changed the thickness of the 1st metal oxide layer from 80 nm to 150 nm, the organic thin-film solar cell was manufactured in the same procedure as Example 1, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<実施例7>
第2金属酸化物層の厚みを100nmから200nmに変更した以外は、実施例1と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Example 7>
Except for changing the thickness of the second metal oxide layer from 100 nm to 200 nm, an organic thin film solar cell was produced in the same procedure as in Example 1, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<実施例8>
第2金属酸化物層の厚みを100nmから400nmに変更した以外は、実施例1と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Example 8>
Except having changed the thickness of the 2nd metal oxide layer from 100 nm to 400 nm, the organic thin-film solar cell was manufactured in the same procedure as Example 1, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<実施例9>
正極を以下の手順で製造した以外は、実施例1と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
正極は、富士フイルムディマティックス社製DMP−2831型インクジェット装置を用いて、1μmの厚さとなるように銀インクを塗布した。ポストベークとして、空気中にて140℃で30分加熱した。銀インクは、ハリマ化成製NANOPASTE(Ag)NPS−JLを用いた。
<Example 9>
Except that the positive electrode was manufactured according to the following procedure, an organic thin film solar cell was manufactured according to the same procedure as in Example 1, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
The positive electrode was coated with silver ink to a thickness of 1 μm using a DMP-2831 type inkjet device manufactured by Fuji Film Dimatics. As a post-bake, it was heated in air at 140 ° C. for 30 minutes. As the silver ink, Harima Kasei NANOPASTE (Ag) NPS-JL was used.
<実施例10>
正極の形成後、正極上に東セロ製、太陽電池封止用EVA(熱硬化剤の混合されたエチレン−酢酸ビニル共重合体、0.5mm厚、商品名ソーラーエバ)を接着剤として、上記で作製したガスバリア層を有するPENフィルムを重ね合わせ、140℃で真空ラミネートした。このとき、ガスバリア層がEVAの側となるように貼り合せた。
得られた上部封止部材付き有機薄膜太陽電池の変換効率を、実施例1と同様の方法で測定した。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Example 10>
After the formation of the positive electrode, Tosero made EVA, solar cell sealing EVA (ethylene-vinyl acetate copolymer mixed with thermosetting agent, 0.5 mm thickness, trade name Solar EVA) on the positive electrode as an adhesive The produced PEN film having a gas barrier layer was superposed and vacuum laminated at 140 ° C. At this time, it bonded so that a gas barrier layer might become the EVA side.
The conversion efficiency of the obtained organic thin film solar cell with an upper sealing member was measured in the same manner as in Example 1. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<比較例1>
第2金属酸化物層を形成しなかった以外は、実施例1と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Comparative Example 1>
Except that the second metal oxide layer was not formed, an organic thin film solar cell was produced in the same procedure as in Example 1, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<比較例2>
第2金属酸化物層を形成しなかった以外は、実施例2と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Comparative Example 2>
Except that the second metal oxide layer was not formed, an organic thin film solar cell was produced in the same procedure as in Example 2, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<比較例3>
第1金属酸化物層を形成しなかった以外は、実施例1と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Comparative Example 3>
Except that the first metal oxide layer was not formed, an organic thin film solar cell was produced in the same procedure as in Example 1, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<比較例4>
ZnO粒子を含むエタノール溶液(アルドリッチ社製)をエタノールで8倍に希釈した溶液の代わりにTiO2粒子を含む水分散液(日揮触媒化成株式会社製、HPW−200C、平均粒子径:200nm)を使用した以外は、実施例8と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Comparative Example 4>
Instead of a solution obtained by diluting an ethanol solution containing ZnO particles (Aldrich) eight times with ethanol, an aqueous dispersion containing TiO 2 particles (manufactured by JGC Catalysts & Chemicals, HPW-200C, average particle size: 200 nm) is used. Except for the use, an organic thin-film solar cell was produced in the same procedure as in Example 8, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<比較例5>
Zn(acac)2(和光純薬社製)を含むエタノール溶液の代わりに、TiO2粒子を含む水分散液(日揮触媒化成株式会社製、HPW−18NR、平均粒子径:16nm)を使用した以外は、実施例1と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Comparative Example 5>
Instead of using an ethanol solution containing Zn (acac) 2 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), an aqueous dispersion containing TiO 2 particles (manufactured by JGC Catalysts & Chemicals, HPW-18NR, average particle size: 16 nm) was used. Manufactured the organic thin film solar cell in the same procedure as Example 1, and performed various measurements. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<比較例6>
ZnO粒子を含むエタノール溶液(アルドリッチ社製)をエタノールで8倍に希釈した溶液の代わりに、TiO2粒子を含む水溶液(日揮触媒化成株式会社製、HPW−18NR、平均粒子径:16nm)を使用した以外は、実施例1と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Comparative Example 6>
Instead of a solution obtained by diluting an ethanol solution containing ZnO particles (Aldrich) eight times with ethanol, an aqueous solution containing TiO 2 particles (manufactured by JGC Catalysts & Chemicals, HPW-18NR, average particle size: 16 nm) is used. Except for the above, an organic thin film solar cell was produced in the same procedure as in Example 1, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<比較例7>
ZnO粒子を含むエタノール溶液(アルドリッチ社製)をエタノールで8倍に希釈した溶液の代わりに、TiO2粒子を含む水分散液(日揮触媒化成株式会社製、HPW−18NR、平均粒子径:16nm)を使用した以外は、実施例2と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。測定結果を下記表1にまとめて示す。
<Comparative Example 7>
Instead of a solution obtained by diluting an ethanol solution containing ZnO particles (Aldrich) eight times with ethanol, an aqueous dispersion containing TiO 2 particles (manufactured by JGC Catalysts & Chemicals, HPW-18NR, average particle size: 16 nm) The organic thin-film solar cell was manufactured in the same procedure as in Example 2 except that was used, and various measurements were performed. The measurement results are summarized in Table 1 below.
<比較例8>
Zn(acac)2(和光純薬社製)を含むエタノール溶液の代わりに、以下の酸化チタンプレカーサーを含む溶液を使用して、実施例1と同様の手順で、有機薄膜太陽電池を製造し、各種測定を行った。
なお、酸化チタンプレカーサー溶液の調製方法は、チタンテトライソプロポキシド10ml、2−メトキシエタノール50ml、エタノールアミン5mlを混合し、80℃で2時間加熱し、その後120℃で1時間加熱した後に、トルエン15mlを加えて酸化チタンプレカーサー溶液とした。測定結果を下記表1にまとめて示す。
なお、比較例8で得られた有機薄膜太陽電池では、第1金属酸化物層の代わりに、酸化チタンプレカーサーの加水分解・縮合反応より形成されるアモルファスTiO2層が形成されており、このアモルファスTiO2層には所定の平均粒子径の金属酸化物粒子は含まれていない。
<Comparative Example 8>
Instead of an ethanol solution containing Zn (acac) 2 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), a solution containing the following titanium oxide precursor was used to produce an organic thin film solar cell in the same procedure as in Example 1, Various measurements were performed.
The titanium oxide precursor solution was prepared by mixing 10 ml of titanium tetraisopropoxide, 50 ml of 2-methoxyethanol and 5 ml of ethanolamine, heating at 80 ° C. for 2 hours, and then heating at 120 ° C. for 1 hour, followed by toluene. 15 ml was added to obtain a titanium oxide precursor solution. The measurement results are summarized in Table 1 below.
In the organic thin film solar cell obtained in Comparative Example 8, an amorphous TiO 2 layer formed by hydrolysis / condensation reaction of a titanium oxide precursor is formed instead of the first metal oxide layer. The TiO 2 layer does not contain metal oxide particles having a predetermined average particle size.
表1に示すように、本発明の有機薄膜太陽電池は、屈曲試験前において優れた光電変換性能を示すと共に、屈曲試験後においても光電変換性能の劣化がほとんどなく、優れた折り曲げ耐性を有することが確認された。
なかでも、実施例1〜6の比較から分かるように、第1金属酸化物層の厚みが10〜100nmの範囲である実施例1〜5においては、屈曲試験前において優れた光電変換性能を示すことが確認された。
また、実施例1、7および8の比較から分かるように、第2金属酸化物層の厚みが10〜200nmの範囲である実施例1および7においては、屈曲試験前において優れた光電変換性能を示すことが確認された。
さらに、実施例1と2、または、実施例3と4との比較から分かるように、第1金属酸化物層および第2金属酸化物層で同じ金属酸化物(ZnO)を使用した場合、より優れた光電変換性能を示すことが確認された。
As shown in Table 1, the organic thin-film solar cell of the present invention exhibits excellent photoelectric conversion performance before the bending test, has almost no deterioration in photoelectric conversion performance after the bending test, and has excellent bending resistance. Was confirmed.
In particular, as can be seen from the comparison of Examples 1 to 6, Examples 1 to 5 in which the thickness of the first metal oxide layer is in the range of 10 to 100 nm show excellent photoelectric conversion performance before the bending test. It was confirmed.
Further, as can be seen from the comparison between Examples 1, 7 and 8, in Examples 1 and 7 in which the thickness of the second metal oxide layer is in the range of 10 to 200 nm, excellent photoelectric conversion performance is obtained before the bending test. It was confirmed to show.
Furthermore, as can be seen from the comparison between Examples 1 and 2 or Examples 3 and 4, when the same metal oxide (ZnO) is used in the first metal oxide layer and the second metal oxide layer, It was confirmed that the photoelectric conversion performance was excellent.
一方、本発明の有機薄膜太陽電池の構成を有さない比較例1〜8に示す態様においては、屈曲試験前の光電変換性能が劣る、または、屈曲試験後の光電変換性能の劣化が生じた。
より具体的には、比較例1および2に示すように、第2金属酸化物層を設けなかった場合、特に、屈曲試験前の光電変換性能が劣っていた。
比較例3に示すように、第1金属酸化物層を設けなかった場合、特に、屈曲試験後の光電変換性能の劣化が生じていた。
比較例4に示すように、第2金属酸化物層に使用する金属酸化物粒子の大きさが範囲外の場合、特に、屈曲試験前の光電変換性能が劣っていた。
比較例5に示すように、第1金属酸化物層に使用する金属酸化物粒子の大きさが範囲外の場合、特に、屈曲試験後の光電変換性能の劣化が生じていた。
比較例6および7に示すように、第2金属酸化物層に使用する金属酸化物粒子の大きさが範囲外の場合、屈曲試験前の光電変換性能が劣ると共に、屈曲試験後の光電変換性能の劣化も生じていた。
比較例8に示すように、第1金属酸化物層が金属アルコキシドの加水分解・縮合反応により形成されるアモルファスTiOx層(緻密層)の場合、屈曲試験前の光電変換性能が劣ると共に、屈曲試験後の光電変換性能の劣化も生じていた。
On the other hand, in the embodiments shown in Comparative Examples 1 to 8 that do not have the configuration of the organic thin film solar cell of the present invention, the photoelectric conversion performance before the bending test is inferior, or the photoelectric conversion performance after the bending test is deteriorated. .
More specifically, as shown in Comparative Examples 1 and 2, when the second metal oxide layer was not provided, the photoelectric conversion performance before the bending test was particularly poor.
As shown in Comparative Example 3, when the first metal oxide layer was not provided, particularly, the photoelectric conversion performance after the bending test was deteriorated.
As shown in Comparative Example 4, when the size of the metal oxide particles used for the second metal oxide layer was out of the range, the photoelectric conversion performance before the bending test was particularly poor.
As shown in Comparative Example 5, when the size of the metal oxide particles used for the first metal oxide layer was out of the range, the photoelectric conversion performance after the bending test was deteriorated in particular.
As shown in Comparative Examples 6 and 7, when the size of the metal oxide particles used in the second metal oxide layer is out of the range, the photoelectric conversion performance before the bending test is inferior, and the photoelectric conversion performance after the bending test. Degradation also occurred.
As shown in Comparative Example 8, when the first metal oxide layer is an amorphous TiOx layer (dense layer) formed by hydrolysis / condensation reaction of metal alkoxide, the photoelectric conversion performance before the bending test is inferior and the bending test is performed. Later degradation of the photoelectric conversion performance also occurred.
〔発電効率の測定(耐湿試験後の測定)〕
上記実施例10で得られた有機薄膜太陽電池を60℃・相対湿度90%の高温高湿室内に100時間静置した後、上記方法にて変換効率を測定した。耐湿試験前後の変換効率の比(耐湿試験後の変換効率/耐湿試験前の変換効率)を求め、以下の基準に沿って評価した。実用上、Aであることが必要である。
「A」:比が0.95以上1.00である場合
「B」:比が0.60以上0.95未満である場合
「C」:比が0.60未満である場合
実施例10で得られた有機薄膜太陽電池の評価は「A」であり、高温高湿試験後においても、優れた光電変換特性を示すことが確認された。
[Measurement of power generation efficiency (measurement after moisture resistance test)]
The organic thin-film solar cell obtained in Example 10 was left in a high-temperature and high-humidity chamber at 60 ° C. and 90% relative humidity for 100 hours, and then the conversion efficiency was measured by the above method. The ratio of the conversion efficiency before and after the moisture resistance test (conversion efficiency after the moisture resistance test / conversion efficiency before the moisture resistance test) was determined and evaluated according to the following criteria. In practice, it is necessary to be A.
“A”: When the ratio is 0.95 or more and 1.00 “B”: When the ratio is 0.60 or more and less than 0.95 “C”: When the ratio is less than 0.60 In Example 10 The evaluation of the obtained organic thin film solar cell was “A”, and it was confirmed that excellent photoelectric conversion characteristics were exhibited even after the high temperature and high humidity test.
10,100 有機薄膜太陽電池
12 プラスチック支持体
14 負極
16 電子輸送層
18 光電変換層
20 正孔輸送層
22 正極
24 金属パターン層
26 透明導電性樹脂層
28 第1金属酸化物層
30 第2金属酸化物層
32 金属配線層
34 開口領域
36 バスライン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,100 Organic thin film
Claims (5)
前記負極が、金属パターン層および透明導電性樹脂層を含み、
前記電子輸送層が、平均粒子径1〜10nmの金属酸化物粒子より形成される第1金属酸化物層と、平均粒子径20〜100nmの金属酸化物粒子より形成される第2金属酸化物層との少なくとも2層を含む、有機薄膜太陽電池。 On the plastic support, at least a negative electrode, an electron transport layer, a photoelectric conversion layer containing at least an organic material, a hole transport layer, and a positive electrode in this order,
The negative electrode includes a metal pattern layer and a transparent conductive resin layer,
The electron transport layer includes a first metal oxide layer formed from metal oxide particles having an average particle diameter of 1 to 10 nm, and a second metal oxide layer formed from metal oxide particles having an average particle diameter of 20 to 100 nm. An organic thin film solar cell including at least two layers.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012205878A JP5774566B2 (en) | 2012-09-19 | 2012-09-19 | Organic thin film solar cell |
PCT/JP2013/071357 WO2014045748A1 (en) | 2012-09-19 | 2013-08-07 | Organic thin film solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012205878A JP5774566B2 (en) | 2012-09-19 | 2012-09-19 | Organic thin film solar cell |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014060351A JP2014060351A (en) | 2014-04-03 |
JP5774566B2 true JP5774566B2 (en) | 2015-09-09 |
Family
ID=50341072
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2012205878A Expired - Fee Related JP5774566B2 (en) | 2012-09-19 | 2012-09-19 | Organic thin film solar cell |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5774566B2 (en) |
WO (1) | WO2014045748A1 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6114710B2 (en) * | 2014-03-27 | 2017-04-12 | 富士フイルム株式会社 | Solar cell |
US10584202B2 (en) * | 2014-04-14 | 2020-03-10 | Toray Industries, Inc | Photovoltaic element |
CN105762282A (en) * | 2016-04-15 | 2016-07-13 | 中国科学院上海技术物理研究所 | Highlight absorbing ultrathin perovskite photoelectric conversion film structure |
KR102202046B1 (en) * | 2018-03-27 | 2021-01-11 | 울산과학기술원 | Flexible organic solar cells and manufacturing method of thereof |
JP2020025068A (en) | 2018-07-31 | 2020-02-13 | 株式会社リコー | Photoelectric conversion element, photoelectric conversion element module, organic thin-film solar cell, electronic device, and power supply module |
JP2022014935A (en) | 2020-07-08 | 2022-01-21 | 株式会社リコー | Photoelectric conversion element, photoelectric conversion element module, electronic device, power supply module and manufacturing method of photoelectric conversion element |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1606846B1 (en) * | 2003-03-24 | 2010-10-27 | Konarka Technologies, Inc. | Photovoltaic cell with mesh electrode |
JP2009076668A (en) * | 2007-09-20 | 2009-04-09 | Dainippon Printing Co Ltd | Organic thin-film solar cell |
JP5444743B2 (en) * | 2009-02-03 | 2014-03-19 | コニカミノルタ株式会社 | Organic photoelectric conversion element |
US20120227807A1 (en) * | 2009-10-30 | 2012-09-13 | Takehito Kato | Organic photovoltaic cell |
JP2012038829A (en) * | 2010-08-05 | 2012-02-23 | Fuji Electric Co Ltd | Organic solar battery |
KR20140015290A (en) * | 2011-01-06 | 2014-02-06 | 린텍 가부시키가이샤 | Transparent conductive laminate body and organic thin film device |
-
2012
- 2012-09-19 JP JP2012205878A patent/JP5774566B2/en not_active Expired - Fee Related
-
2013
- 2013-08-07 WO PCT/JP2013/071357 patent/WO2014045748A1/en active Application Filing
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2014060351A (en) | 2014-04-03 |
WO2014045748A1 (en) | 2014-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5625852B2 (en) | Organic photoelectric conversion device and method for producing organic photoelectric conversion device | |
JP5961094B2 (en) | Organic thin film solar cell | |
JP5774566B2 (en) | Organic thin film solar cell | |
JP5814843B2 (en) | Flexible organic electronic devices | |
JP5748350B2 (en) | Transparent conductive film, method for producing the same, flexible organic electronic device, and organic thin film solar cell | |
KR101342778B1 (en) | Photoelectric conversion element and manufacturing method thereof | |
WO2013128932A1 (en) | Transparent conductive film, and organic thin film solar cell equipped with same | |
JP5484279B2 (en) | Solar cell | |
JP2007005620A (en) | Organic thin film solar cell | |
JP5444743B2 (en) | Organic photoelectric conversion element | |
WO2012020657A1 (en) | Transparent conductive film, manufacturing method therefor, organic electronic device, and organic thin film solar cell | |
JP5789971B2 (en) | Manufacturing method of organic thin film solar cell | |
WO2011158874A1 (en) | Organic thin film solar cell | |
JP2012059417A (en) | Transparent conductive film, method of manufacturing the same, electronic device, and organic thin film solar cell | |
JP2012099592A (en) | Organic photoelectric conversion element, solar cell and method for manufacturing the same | |
WO2012039246A1 (en) | Organic thin film solar cell and process for production thereof | |
JP5359255B2 (en) | Organic photoelectric conversion element | |
JP2011155155A (en) | Transparent conductive film and method of manufacturing the same, and organic thin-film solar cell | |
JP2013089684A (en) | Organic photoelectric conversion element and solar cell using the same | |
JP5870722B2 (en) | Organic photoelectric conversion element and solar cell | |
JP2012079869A (en) | Organic thin-film solar cell | |
JP2012129278A (en) | Organic photoelectric conversion element, method for manufacturing the same, and solar cell | |
JP5304448B2 (en) | Organic photoelectric conversion element | |
JP5310230B2 (en) | Organic photoelectric conversion element | |
JP6003071B2 (en) | Tandem organic photoelectric conversion device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141010 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20150616 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20150701 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5774566 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |