JPH01209768A - 有機太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 この発明は有機太陽電池に関するものである。

〈従来の技術とその問題点〉 有機太陽電池はシリコンなどと有機色素間にｐｎ接合を
形成させ、あるいは金属と有機色素を結合し、光エネル
ギーを電気エネルギーに変換させるものであり、例えば
、クロロフィルなどの天然色素、メロシアニン、フタロ
シアニンなどの合成色素・顔料、ポリアセチレンなどの
導電性高分子材料、あるいはそれらの複合材料を用いて
真空蒸着やキャスト法により薄膜化したものが知られて
いる。

有機太陽電池は、従来のシリコン、ダルマニウム等の単
結晶にｐｎ接合を形成させたものに比べ、峰済性に秀れ
、安価に製造できるという利点を有している之め、民生
用の太陽電池として近年、着目され、開発されているも
のである。

ところで、一般に有機光導電材料を太陽電池として用い
る場合、生成した光キャリアは有機光導電層と金属電極
間に形成されるショットキー接合のポテンシャル差に従
って、移動し、光起電力を発生するが、有機光導電材料
を含む層には、キャリアトラップが多くキャリアモビリ
ティ−が低いなどキャリアの輸送性に難があるため、有
機光導を層を電荷発生物質と電荷輸送物質に機能分離・
させ、キャリアの流れをスムーズに行なうという新しい
形態が考案されている。

しかしこのような機能分離型の有機太陽電池に用込る電
荷輸送物質は、その大部分が短波長光に吸収を持つため
、太陽光などの光を長時間照射すると、電荷輸送物質の
異性化に伴うキャリアトラップの増加やモビリティの低
下を生じ、キャリア移動の妨げとなり、強い照射光に対
する不安定性による変換効率の低下という問題点があっ
た。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであっ
て、その目的とするところは、電荷輸送物質の光劣化を
抑えて連続使用安定性を確保しかつ光電変換効率の高い
有機太１湯電池を提供するにある。

く問題点を解決するための手段〉 上記目的を達成するために、本発明に係る有機太陽電池
は、４５０ｎｍ以下の短波長光を遮光するための保護層
を被覆した。

〈実施例〉 第１図は本発明に係る有機太陽電池の一実施例を示す縦
断面図である。

３は有機光導電分散薄膜であシ、これを、第１図におい
て、上側よプ光透過性電極２、下側よシ対向電極４でサ
ンドイッチ状にはさんでおシ、対向電極４は基板５にょ
シ支持されている。これに第１図に示すように上方より
光が照射されると、生成した光キャリアが有機光導電分
散薄膜３と電極２との間に形成されたショットキー接合
のポテンシャル差に従って移動し、光起電力が発生する
。

本発明に係る有機太陽電池６では、光透過性電極２をそ
の外側よシ保護層１で被覆している。

保護層ｌは４５０　ｎｍ　（ｌｎｍ＝　１０−’ｍ　）
以下の短波長光ｔ−ａ光するものでなければならない。

有機光導電分散薄膜３内の電荷輸送物質は大部分４５０
ｎｍ以下に光吸収端があることが多く、従って４５０ｎ
ｍ以下の短波長光を遮光することによシ、電荷輸送物質
の短波長光吸収を防止できるからである。

なお、保護層ｌの吸収端をλＩ　Ｃ”ｍ）　を電荷輸送
物質の吸収端λ。［ｎｍ］とすると、 λ≦λ≦λ。＋５０ であることが好ましい。電荷輸送層の吸収端λ。

と保Ｗ層の吸収端λ、との差を小さく抑えこれによシ保
護層ｌによシ必要以上の遮光が行なわれるのを抑え、保
護層を通過する可視光のｉを大きくし、これによシ光電
変換効率を高めるためである。

更に、保護層ＩＦｉ可視光に対し、少なくとも６０チ以
上の透過率、好ましくは８０係以上の透過率を有してい
ることが望ましい。本発明に係る有機太陽電池の光電変
換効率を損なわないためである。

保護層１は例えば染料色素又は顔料色素を樹脂中に分散
した有色被覆層を用いることができる。

この有色色素物質としては、例えば、アゾ染料、アクリ
ジン染料、ニトロ染料、トリフェニル・メタン染料、ア
ゾメチン染料、デンセン染料、インジがイド染料、ペン
！及びナフトキノン染料、アントラキノン染料、媒染染
料、ビラシーロン染料、スチルベン染料、キノリン染料
、チアゾール染料、ヒドラゾン染料、螢光染料、カドミ
ウムイエロー、モリブデンオレンジ、カドミウムレッド
等の色素顔料が挙げられ、これらを単独にて又は１種又
は２種以上組合せて用いることができるが、４５０ｎｍ
以下の短波長光に対して遮光効果を有するものでなけれ
ばならない。

また、保護層ｌの結着剤として用いる樹脂としては、例
えば、ボリアリレート樹脂、ポリスルホン樹脂、ポリア
ミド樹脂、アクリル樹脂、アクリロニトリル樹脂、メタ
クリル樹脂、塩化ビニル樹脂、酢酸ビニル樹脂、アルキ
ド樹脂、ポリカーボネート、ポリウレタン、ナイロンな
どを挙げることができる。

保護層ｌの膜厚は、５〜５０μｍｇましくは８〜２０μ
ｍであシ、有色色素物質と結着材との重量比は、使用膜
厚における可視光に対する透過率が６０チ以上、好まし
くは８０％以上になるように形成する。

保護層ｌは有機太陽電池６の全体を覆ってもよく、また
光照射面上を覆ってもよく、光照射面のうち電荷輸送物
質に光劣化を起こさせ光電変換効率の低下を引き起こす
部分にのみ被覆してもよい。

基板５を透明性−のものとし、基板５側より光照射を行
う場合は、基板５の外側又は基板５と対向電極４との間
に保護層を設ける。

保護層の形成法としては、浸漬コーティング法、スプレ
ーコーティング法、スピンナーコーティング法、ピード
コーティング法、マイヤーパーコーチインク法、プレー
ドコーチインｌ”法、ｏ　−５−コーティング法、カー
テンコーティング法などのコーティング法とインクレー
ジョン成形法、押出し成形法などの加工法を用いること
ができる。

なお、有機の電荷輸送物質の例としては、Ｎ−メチル−
Ｎ−７エニルヒドラジノー３−メチリデン−９−エチル
カルバゾール、Ｐ−ジエチルアミノベンズアルデヒド−
Ｎ−α−ナフチル−Ｎ−フェニルヒドラゾンなどのヒド
ラゾン系化合物、４−ジエチルアミノ−４７−シフエニ
ルアミノビフエニルなどのベンジン系化合物、α・フェ
ニル−４−Ｎ、　Ｎ’ジフェニルアミノスチルベン、５
−（４−ジメチルアミノベンジリデン）−５Ｈ−ジベン
ゾ１：　ａ、ｄ）シクロヘプタンなどのスチリル系化合
物等の４５０　ｎｍ以下の波長に吸収を有するものが挙
げられる。

また、電荷発生物質として、アゾ顔料フタロシアニン顔
料、キノン顔料、ペリレン顔料などが考えられ、上記電
荷輸送物質と、電荷発生物質とをそれぞれ適当な結着剤
と共に塗料化し、混合による単層化または積層化するこ
とにょシ有機光導電層を形成することができる。

次に本発明の具体的な実施例について説明する。

実施例　ｌ 光透過性電極２としてＩｎ２Ｏ５！極、対向電極４とし
てＡｔ電極を用い、その間て、銅フタロシアニン（以下
Ｃｕ−Ｐａと略記）からなる電荷発生物質と下記構造式
（１）の電荷輸送物質 とブチラール樹脂（商品名、エスレックＢＭ−２゜漬水
化学）の分散薄Ｍ３が密着保持されている。

一方、保護層１として、第２図に示すように４５０　ｎ
ｍ以下に吸収を持つイエローフィルム（（１幻キモトＨ
）’＠：用いた。

この有機太陽電池セル６に保護層ｌ側から白色光１００
　ｍＷ／３　　の光’１ｌｏｏ時間照射して、照射開始
前と１００時間照射終了後の光電流を測定した結果、光
電流の変動が８俤と小さく、良好な特性が得られた。ま
た、この保躇層の可視光に対する透過率は８７優であυ
、変換効率も良好な結果が得られた。結果を表１に示す
。

実施例　２ 実施例１と同じ電極を用込、電極間に下記構造式（２）
の電荷発生物質と 閣χ 下記構造式（３）の電荷輸送物質と ブチラール樹脂（エスレツクＢＭ−２，槓水化学）の分
散薄膜３ｆｔ密着保持した。

一方、保護層ｌは、下記構造式（４）の染料とポリカー
ボネート（商品名、）母ンライト　Ｌ−１２５０）をそ
れぞれ１重量部の割合で分散し膜厚２０μｍＩＣ塗工し
て形成した。実施例１と同様の評価を行なった所、実施
例１と同様光電流の変動の小さい良好な特性が得られた
。結果は表１に併記した。

実施例３ 実施例１と同じ電極を用い、電極間に下記構造式（５）
の電荷発生物質と 下記構造式（６）の電荷輸送物質とベンザール樹脂（又
はポリメチルメタアクリレート樹脂）の分教薄ａ３を密
着保持した。

二方保纒層は、下記構造式（７）の染料とＢＩＪ５Ｎ＆
　　５°５“１（７） ポリカーボネート（商品名、パンライトＬ　−１２５０
）をそれぞれ１重量部の割合で分散し膜厚２０μｍに途
工して形成した。実施例１と同様の評価を行なった所、
実施例１と同様光電流の変動の小さい良好な特性が得ら
れた。結果は表１に併記した。

実施例　４ 実施例１と同じ電極音用い、Ａｔ対向電極４側に電荷発
生層としてＣｕ−Ｐｃとブチラール樹脂の分散薄膜を設
け、更にその上に構造式（１）の電荷輸送物質とブチラ
ール樹脂の分散薄膜を形成し、その上からＩｎｋｓ電極
２で密着保持した。

一方、保１層１として下記構造式（８）の染料とｅ ポリカーボネートをそれぞれｌｒＬ量部の割合で分散し
、膜厚２０μｍＫ塗工、形成した。

実施例１と同様の評価を行なった所、実施例１と同様光
電流の変動の小さい良好な特性が得られた。結果は表１
に併記した。

比較例　１ 保護層がないほかは実施例１と同様に作成し、測定を行
なった。光電流の変動が４５俤と大きく電荷輸送物質の
光劣化が生じた。結果は表ＩＩ／ｃ示した。

比較例　２ 保護層がないほかは実施例２と同様【作成し、測定を行
なった。結果は表ＩＫ併記した。

比較例　３ 実施例１と同じ電極を用い、電極間に構造式（２）の電
荷発生物質と下記構造式（９）の電荷輸送物質とブチラ
ール樹脂（商品名、エスレックＢＭ−２）の分散薄膜３
を密着保持した。

一方、保護層１は構造式（４）の染料とポリカーポネー
ト（商品名、）譬ンライトＬ−１２５０）をそれぞれ１
重量部の割合て分散し、膜厚２ｏμｍＫ塗工して形成し
た。

実施例１と同様の測定を行なった所、電荷輸送層の吸収
端が保護層の吸収端よシ大きいため、保護層ｌを通過し
た光が電荷輸送層に吸収され、電荷輸送物質の光劣化に
伴う充電流変動が大きく良好な特性は得られなかった。

結果は表１に併記した。

比較例　４ 保護層１として第３図に示すように５００　ｎｎ＋以下
に吸収を持つレッドフィルム（（株）キモト製）を用い
た他は、実施例４と同様に作成し測定を行なった。光電
流の変動は良好であったが、保護層の吸収端が実施例４
に比し長波長側に５０　ｎｍシフトしたため通過する可
視光が減少し、光キヤリア発生を阻外し変換効率が低下
してしまった。結果は表１に併記した。

〈発明の効果〉 本発明に係る有機太陽電池は、４５０ｎｍ以下の短波長
光を遮光するための保護層を被覆したため、短波長光に
よる経時劣化を抑止しもって連続使用安定性を確保し、
また４　００　ｎｍ〜７５０　ｎｍからなる可視光の大
部分は光電変、換に寄与しうるため高い光電変換効率を
維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る有機太陽電池の一実施例を示す縦
断面図、第２図は具体的実施例１の保護層に用いたイエ
買−フィルムの光透過率−波長曲線、第３図は比較例４
の保護層に用いたレッドフィルムの光透過率−波長曲線
である。 ｌ・・・保護層、２・・・光透過性電極、３・・・有機
光導電分散薄膜、４・・・対向電極、５・・・基板、６
・・・本発明に係る有機太陽電池。 代理人　弁理士　山　下　櫃　平 第１図 七 ８８　■

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）４５０ｎｍ以下の短波長光を遮光するための保護
   層を被覆したことを特徴とする有機太陽電池。
2. （２）上記保護層が可視光に対し、少なくとも６０％以
   上の透過率を有することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の有機太陽電池。
3. （３）上記保護層の光吸収端をλ＿１［ｎｍ］、有機光
   導電層の電荷輸送物質の光吸収端をλ＿０［ｎｍ］とす
   るとき、次の条件式 λ＿０≦λ＿１≦λ＿０＋５０ を満足することを特徴とする特許請求の範囲第１項又は
   第２項記載の有機太陽電池。