JPH0974217A - 有機太陽電池 - Google Patents
有機太陽電池Info
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- JPH0974217A JPH0974217A JP7230249A JP23024995A JPH0974217A JP H0974217 A JPH0974217 A JP H0974217A JP 7230249 A JP7230249 A JP 7230249A JP 23024995 A JP23024995 A JP 23024995A JP H0974217 A JPH0974217 A JP H0974217A
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-
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- 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
- Luminescent Compositions (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 価電子制御された有機薄膜太陽電池を提供す
る。 【解決手段】 ２つの電極間に有機薄膜層を配置してな
る有機太陽電池において、該有機薄膜層が有機ｎ型半導
体と有機ｐ型半導体の均一混合膜であることを特徴とす
る。
る。 【解決手段】 ２つの電極間に有機薄膜層を配置してな
る有機太陽電池において、該有機薄膜層が有機ｎ型半導
体と有機ｐ型半導体の均一混合膜であることを特徴とす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、有機太陽電池に関
する。
する。
【０００２】
【従来の技術】有機半導体を用いる太陽電池は、シリコ
ンなどに代表される無機太陽電池に比べ製造工程の容易
さから低コストで大面積化が可能であるという利点を持
つが、エネルギー変換効率は低く実用レベルに達してい
ない。例えば、無金属フタロシアニンとアルミニウムの
接触を利用したいわゆるショットキー障壁型の素子が報
告されている(R. O. Loutfy et al., J. Chem. Phys. V
ol. 71, p1211)が、光強度を増すと変換効率が低下した
り、時間と共に素子が劣化していく。これは電極のアル
ミニウムが空気中の酸素により酸化されてしまうからで
ある。アルミニウムの代わりに有機ｎ型半導体であるペ
リレン誘導体をフタロシアニンと接合させた太陽電池
(C. W. Tang, Appl. Phys. Lett. Vol. 45, p1144)で
は、模擬太陽光下で１％の変換効率を示し、実用化の可
能性を示したが、さらに１０倍程度の向上が要求され
る。有機太陽電池の光電変換効率が低い原因として、無
機半導体は、ドーパントと共有結合で結ばれるため、ド
ーピング量とそれに伴うキャリア密度、さらには電気抵
抗を自由に制御すること、すなわち価電子制御が可能で
あるのに対して、有機半導体ではこれが達成されていな
いことが一因である。有機半導体は、ｐ型半導体特性を
示すものが多い。これは有機分子が酸化され易く空気中
の酸素が電子受容性の不純物（ドーパント）として働
き、有機分子中に正のキャリアを発生させるためであ
る。したがって、ドーピングにより生成するキャリア密
度は、有機半導体の酸化電位により決まってしまう。一
方、有機ｎ型半導体は、知られている数自体が少ないう
えに何が自然にドープされているかもわかっていない。
その中で例えば、トリフェニルメタン誘導体のカチオン
塩は、比較的安定なｎ型半導体特性を示すものとして知
られている。このような有機半導体にドナー分子やアク
セプター分子をドーピングすることで価電子制御しよう
という試みはあったがうまくドーピングできなかった
り、ドーピングできてもこれらのドーパントは弱いファ
ンデルワールス力で結合しているだけなのですぐに脱離
してしまう問題があった。
ンなどに代表される無機太陽電池に比べ製造工程の容易
さから低コストで大面積化が可能であるという利点を持
つが、エネルギー変換効率は低く実用レベルに達してい
ない。例えば、無金属フタロシアニンとアルミニウムの
接触を利用したいわゆるショットキー障壁型の素子が報
告されている(R. O. Loutfy et al., J. Chem. Phys. V
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り、時間と共に素子が劣化していく。これは電極のアル
ミニウムが空気中の酸素により酸化されてしまうからで
ある。アルミニウムの代わりに有機ｎ型半導体であるペ
リレン誘導体をフタロシアニンと接合させた太陽電池
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は、模擬太陽光下で１％の変換効率を示し、実用化の可
能性を示したが、さらに１０倍程度の向上が要求され
る。有機太陽電池の光電変換効率が低い原因として、無
機半導体は、ドーパントと共有結合で結ばれるため、ド
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抗を自由に制御すること、すなわち価電子制御が可能で
あるのに対して、有機半導体ではこれが達成されていな
いことが一因である。有機半導体は、ｐ型半導体特性を
示すものが多い。これは有機分子が酸化され易く空気中
の酸素が電子受容性の不純物（ドーパント）として働
き、有機分子中に正のキャリアを発生させるためであ
る。したがって、ドーピングにより生成するキャリア密
度は、有機半導体の酸化電位により決まってしまう。一
方、有機ｎ型半導体は、知られている数自体が少ないう
えに何が自然にドープされているかもわかっていない。
その中で例えば、トリフェニルメタン誘導体のカチオン
塩は、比較的安定なｎ型半導体特性を示すものとして知
られている。このような有機半導体にドナー分子やアク
セプター分子をドーピングすることで価電子制御しよう
という試みはあったがうまくドーピングできなかった
り、ドーピングできてもこれらのドーパントは弱いファ
ンデルワールス力で結合しているだけなのですぐに脱離
してしまう問題があった。
【０００３】有機ｐ型半導体であるフタロシアニンと有
機ｎ型半導体であるペリレン誘導体の混合層をｐｎ接合
型有機太陽電池のｐ層とｎ層の間にはさんだ３層型の素
子が横山らにより報告されている(J. Appl. Phys. Vol.
72, p3781) 。ただし、この場合、混合層は蒸着により
作成されているので均一な層ではなく絶縁体となり、混
合層を設けたことによる光電流増大効果も２倍程度にと
どまっている。
機ｎ型半導体であるペリレン誘導体の混合層をｐｎ接合
型有機太陽電池のｐ層とｎ層の間にはさんだ３層型の素
子が横山らにより報告されている(J. Appl. Phys. Vol.
72, p3781) 。ただし、この場合、混合層は蒸着により
作成されているので均一な層ではなく絶縁体となり、混
合層を設けたことによる光電流増大効果も２倍程度にと
どまっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、有機
半導体において困難とされてきた価電子制御を行うと同
時に、有機分子の励起寿命を延ばし光電流を増大させる
ことでエネルギー変換効率が低いという有機太陽電池の
欠点を解決することにある。
半導体において困難とされてきた価電子制御を行うと同
時に、有機分子の励起寿命を延ばし光電流を増大させる
ことでエネルギー変換効率が低いという有機太陽電池の
欠点を解決することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、２つの電
極間に、有機ｎ型半導体として例えばトリフェニルメタ
ン誘導体と、有機ｐ型半導体として例えばポルフィリン
誘導体とを均一混合した薄膜を形成させてなる有機太陽
電池を作成した結果、その混合比を変化させるだけでｐ
型からｎ型へ、またはｎ型からｐ型へ連続的に変化、す
なわち価電子制御できることを見いだした。さらにトリ
フェニルメタン誘導体とポルフィリン誘導体を均一混合
することでそれら単独の場合と比べてキャリア密度およ
び光電流が大きく増大することを発見し本発明に至っ
た。
極間に、有機ｎ型半導体として例えばトリフェニルメタ
ン誘導体と、有機ｐ型半導体として例えばポルフィリン
誘導体とを均一混合した薄膜を形成させてなる有機太陽
電池を作成した結果、その混合比を変化させるだけでｐ
型からｎ型へ、またはｎ型からｐ型へ連続的に変化、す
なわち価電子制御できることを見いだした。さらにトリ
フェニルメタン誘導体とポルフィリン誘導体を均一混合
することでそれら単独の場合と比べてキャリア密度およ
び光電流が大きく増大することを発見し本発明に至っ
た。
【０００６】すなわち、本発明の目的は、（１） ２つ
の電極間に有機薄膜層を配置してなる有機太陽電池にお
いて、該有機薄膜層が有機ｐ型半導体と有機ｎ型半導体
の均一混合膜であることを特徴とする有機太陽電池によ
り達成される。
の電極間に有機薄膜層を配置してなる有機太陽電池にお
いて、該有機薄膜層が有機ｐ型半導体と有機ｎ型半導体
の均一混合膜であることを特徴とする有機太陽電池によ
り達成される。
【０００７】また、本発明の目的は、（２） 上記有機
ｐ型半導体および上記有機ｎ型半導体が、溶媒可溶であ
ることを特徴とする上記（１）に示す有機太陽電池によ
っても達成される。
ｐ型半導体および上記有機ｎ型半導体が、溶媒可溶であ
ることを特徴とする上記（１）に示す有機太陽電池によ
っても達成される。
【０００８】さらに、本発明の目的は、（３） 上記有
機ｐ型半導体がポルフィリン誘導体であり、上記有機ｎ
型半導体がトリフェニルメタン誘導体であることを特徴
とする上記（１）に示す有機太陽電池によっても達成さ
れる。
機ｐ型半導体がポルフィリン誘導体であり、上記有機ｎ
型半導体がトリフェニルメタン誘導体であることを特徴
とする上記（１）に示す有機太陽電池によっても達成さ
れる。
【０００９】さらにまた、本発明の目的は、（４） 上
記均一混合膜をｐ型半導体特性を示す有機薄膜層および
／またはｎ型半導体特性を示す有機薄膜層に用いた積層
体によってｐｎ接合を形成してなることを特徴とする上
記（１）に示す有機太陽電池によっても達成される。
記均一混合膜をｐ型半導体特性を示す有機薄膜層および
／またはｎ型半導体特性を示す有機薄膜層に用いた積層
体によってｐｎ接合を形成してなることを特徴とする上
記（１）に示す有機太陽電池によっても達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明者らは、例えば、以下のよ
うに価電子制御を達成した。まず、空気中で自然にドー
プされ安定な半導体特性を示す有機ｎ型半導体と有機ｐ
型半導体をベースにしてそれらを均一混合して用いる。
有機ｎ型半導体のキャリア密度をＸとし、有機ｐ型半導
体のキャリア密度をＹとすると、混合薄膜中のキャリア
密度Ｎは、Ｎ＝Ｋ（Ｘ−Ｙ）で近似でき、Ｘのほうが大
きければ混合膜はｎ型半導体となり、Ｙのほうが大きけ
れば混合膜はｐ型半導体となることがわかった。ここで
Ｋは、混合することによりキャリア密度がどの程度増大
するかを表わす増倍率である。このように、有機ｎ型半
導体と有機ｐ型半導体を均一に混合すれば混合層は絶縁
体とはならず半導体となり、混合比を変えるだけでｎ型
またはｐ型に価電子制御できるのは有機半導体ならでは
の方法であろう。さらに、本発明の有機太陽電池では、
ベースとして用いた有機ｎ型半導体と有機ｐ型半導体の
キャリア密度を超える混合膜ができるうえ、混合するこ
とでそれら単独で作成された素子に比べて光電流が１０
培近く増大する。これは、有機ｎ型半導体が有機ｐ型半
導体に配位または水素結合することで２量体が形成さ
れ、励起状態で電子移動がおこりエキサイプレックス
（励起状態での電荷移動錯体）が形成され励起状態が安
定化し、励起寿命が延びるためと考えられる。
うに価電子制御を達成した。まず、空気中で自然にドー
プされ安定な半導体特性を示す有機ｎ型半導体と有機ｐ
型半導体をベースにしてそれらを均一混合して用いる。
有機ｎ型半導体のキャリア密度をＸとし、有機ｐ型半導
体のキャリア密度をＹとすると、混合薄膜中のキャリア
密度Ｎは、Ｎ＝Ｋ（Ｘ−Ｙ）で近似でき、Ｘのほうが大
きければ混合膜はｎ型半導体となり、Ｙのほうが大きけ
れば混合膜はｐ型半導体となることがわかった。ここで
Ｋは、混合することによりキャリア密度がどの程度増大
するかを表わす増倍率である。このように、有機ｎ型半
導体と有機ｐ型半導体を均一に混合すれば混合層は絶縁
体とはならず半導体となり、混合比を変えるだけでｎ型
またはｐ型に価電子制御できるのは有機半導体ならでは
の方法であろう。さらに、本発明の有機太陽電池では、
ベースとして用いた有機ｎ型半導体と有機ｐ型半導体の
キャリア密度を超える混合膜ができるうえ、混合するこ
とでそれら単独で作成された素子に比べて光電流が１０
培近く増大する。これは、有機ｎ型半導体が有機ｐ型半
導体に配位または水素結合することで２量体が形成さ
れ、励起状態で電子移動がおこりエキサイプレックス
（励起状態での電荷移動錯体）が形成され励起状態が安
定化し、励起寿命が延びるためと考えられる。
【００１１】本発明に用いられる有機ｎ型半導体は、共
役系の広がったπ電子化合物で電荷キャリアが電子であ
ればどのようなものでもよいが空気中で安定なｎ型半導
体特性を示し、均一混合膜を作成するためには溶媒可溶
であるトリフェニルメタン誘導体が好ましい。トリフェ
ニルメタン誘導体の具体例としては、例えば、マラカイ
トグリーン、クリスタルバイオレット、ブリリアントグ
リーン、ローダミン６ＧおよびローダミンＢなどが挙げ
られる。
役系の広がったπ電子化合物で電荷キャリアが電子であ
ればどのようなものでもよいが空気中で安定なｎ型半導
体特性を示し、均一混合膜を作成するためには溶媒可溶
であるトリフェニルメタン誘導体が好ましい。トリフェ
ニルメタン誘導体の具体例としては、例えば、マラカイ
トグリーン、クリスタルバイオレット、ブリリアントグ
リーン、ローダミン６ＧおよびローダミンＢなどが挙げ
られる。
【００１２】本発明に用いられる有機ｐ型半導体は、共
役系の広がったπ電子化合物で電荷キャリアが正孔（正
の荷電粒子）であればどのようなものでもよいが空気中
で安定なｐ型半導体特性を示し、均一混合膜を作成する
ためには溶媒可溶であるポルフィリン誘導体が好まし
い。ポルフィリン誘導体としては、テトラフェニルポル
フィリン、テトラベンズポルフィリン、フタロシアニ
ン、ナフタロシアニンなどを基本骨格とし、その芳香環
の一部がヘテロ環となっていたりまたは置換基が導入さ
れていてもよい。上記ヘテロ環としては、例えば、ピリ
ジン環が挙げられる。また、置換基としては、アルキル
基（例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イ
ソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ
−ブチル基、直鎖もしくは分岐鎖のペンチル基、直鎖も
しくは分岐鎖のヘキシル基）、アルコキシ基（例えば、
メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロ
ポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基）、
アルキルチオ基（例えば、メチルチオ基、エチルキオ
基、ｎ−プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、ｔｅｒ
ｔ−ブチルチオ基）、ベンジル基、アリール基（例え
ば、フェニル基）、アリールオキシ基（例えば、フェノ
キシ基）、アリールチオ基（例えば、フェニルチオ基）
などが挙げられる。上記ポルフィリン誘導体の具体例と
しては、例えば、５，１０，１５，２０−テトラフェニ
ルポリフィリン、５，１０，１５−トリフェニル−２０
−（２−ピリジル）ポルフィリン、５，１０，１５−ト
リフェニル−２０−（３−ピリジル）ポルフィリン、
５，１０，１５−トリフェニル−２０−（４−ピリジ
ル）ポルフィリン、５，１０，１５−トリ（４−メトキ
シフェニル）−２０−（３−ピリジル）ポルフィリン、
５，１０，１５−トリ（４−クロロフェニル）−２０−
（３−ピリジル）ポルフィリン、５，１０，１５，２０
−テトラ（２，５−ジメトキシフェニル）ポリフィリ
ン、オクタエチルポルフィリン、オクタエチルポルフィ
ラジン、２，９，１６，２３−テトラ（４−メトキシ）
フタロシアニン、２，９，１６，２３−テトラ（４−エ
トキシ）フタロシアニン、２，９，１６，２３−テトラ
（４−ブトキシ）フタロシアニン、２，９，１６，２３
−テトラ（４−メチルチオ）フタロシアニン、２，９，
１６，２３−テトラ（４−エチルチオ）フタロシアニ
ン、２，９，１６，２３−テトラ（４−ブチルチオ）フ
タロシアニン、２，９，１６，２３−テトラ（４−フェ
ノキシ）フタロシアニン、２，９，１６，２３−テトラ
（４−フェニルチオ）フタロシアニンなどが挙げられ
る。
役系の広がったπ電子化合物で電荷キャリアが正孔（正
の荷電粒子）であればどのようなものでもよいが空気中
で安定なｐ型半導体特性を示し、均一混合膜を作成する
ためには溶媒可溶であるポルフィリン誘導体が好まし
い。ポルフィリン誘導体としては、テトラフェニルポル
フィリン、テトラベンズポルフィリン、フタロシアニ
ン、ナフタロシアニンなどを基本骨格とし、その芳香環
の一部がヘテロ環となっていたりまたは置換基が導入さ
れていてもよい。上記ヘテロ環としては、例えば、ピリ
ジン環が挙げられる。また、置換基としては、アルキル
基（例えば、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、イ
ソプロピル基、ｎ−ブチル基、イソブチル基、ｔｅｒｔ
−ブチル基、直鎖もしくは分岐鎖のペンチル基、直鎖も
しくは分岐鎖のヘキシル基）、アルコキシ基（例えば、
メトキシ基、エトキシ基、ｎ−プロポキシ基、イソプロ
ポキシ基、ｎ−ブトキシ基、ｔｅｒｔ−ブトキシ基）、
アルキルチオ基（例えば、メチルチオ基、エチルキオ
基、ｎ−プロピルチオ基、イソプロピルチオ基、ｔｅｒ
ｔ−ブチルチオ基）、ベンジル基、アリール基（例え
ば、フェニル基）、アリールオキシ基（例えば、フェノ
キシ基）、アリールチオ基（例えば、フェニルチオ基）
などが挙げられる。上記ポルフィリン誘導体の具体例と
しては、例えば、５，１０，１５，２０−テトラフェニ
ルポリフィリン、５，１０，１５−トリフェニル−２０
−（２−ピリジル）ポルフィリン、５，１０，１５−ト
リフェニル−２０−（３−ピリジル）ポルフィリン、
５，１０，１５−トリフェニル−２０−（４−ピリジ
ル）ポルフィリン、５，１０，１５−トリ（４−メトキ
シフェニル）−２０−（３−ピリジル）ポルフィリン、
５，１０，１５−トリ（４−クロロフェニル）−２０−
（３−ピリジル）ポルフィリン、５，１０，１５，２０
−テトラ（２，５−ジメトキシフェニル）ポリフィリ
ン、オクタエチルポルフィリン、オクタエチルポルフィ
ラジン、２，９，１６，２３−テトラ（４−メトキシ）
フタロシアニン、２，９，１６，２３−テトラ（４−エ
トキシ）フタロシアニン、２，９，１６，２３−テトラ
（４−ブトキシ）フタロシアニン、２，９，１６，２３
−テトラ（４−メチルチオ）フタロシアニン、２，９，
１６，２３−テトラ（４−エチルチオ）フタロシアニ
ン、２，９，１６，２３−テトラ（４−ブチルチオ）フ
タロシアニン、２，９，１６，２３−テトラ（４−フェ
ノキシ）フタロシアニン、２，９，１６，２３−テトラ
（４−フェニルチオ）フタロシアニンなどが挙げられ
る。
【００１３】上記ポルフィリン誘導体の中心金属として
は、有機ｎ型半導体と配位結合や水素結合による２量体
を形成するために亜鉛、Ｈ2 （Ｈは水素原子）などが用
いられる。
は、有機ｎ型半導体と配位結合や水素結合による２量体
を形成するために亜鉛、Ｈ2 （Ｈは水素原子）などが用
いられる。
【００１４】本発明の有機太陽電池は、有機ｎ型半導体
と有機ｐ型半導体を均一混合してなる有機薄膜層を仕事
関数の大きな電極材層と仕事関数の小さな電極材層では
さんだ構造を持つ。これらの電極は、真空蒸着、イオン
スパッタリングなどの方法で５〜２００ｎｍ程度の薄膜
として形成することができる。仕事関数の大きな電極材
料としては金、白金、スズがドープされた酸化インジウ
ム（ＩＴＯ）、フッ素がドープされた酸化スズなどが使
用でき、仕事関数の小さな電極材料としてはアルミニウ
ム、インジウムなどが使用できる。
と有機ｐ型半導体を均一混合してなる有機薄膜層を仕事
関数の大きな電極材層と仕事関数の小さな電極材層では
さんだ構造を持つ。これらの電極は、真空蒸着、イオン
スパッタリングなどの方法で５〜２００ｎｍ程度の薄膜
として形成することができる。仕事関数の大きな電極材
料としては金、白金、スズがドープされた酸化インジウ
ム（ＩＴＯ）、フッ素がドープされた酸化スズなどが使
用でき、仕事関数の小さな電極材料としてはアルミニウ
ム、インジウムなどが使用できる。
【００１５】上記有機ｎ型半導体と有機ｐ型半導体を均
一混合してなる有機薄膜層は、有機ｎ型半導体と有機ｐ
型半導体の両方をよく溶解させることができる溶媒中に
溶解させ、その溶液を用いてスピンコート法により薄膜
化して得られる。こうして得られる有機ｎ型半導体と有
機ｐ型半導体の均一混合膜である有機薄膜層は、その混
合比を変えることで、ｐ型半導体にもｎ型半導体にもな
るので、それらを単独で用い金属と（ｐ型はアルミニウ
ムなどの仕事関数の小さい金属と、ｎ型は仕事関数の大
きい金属と）いわゆるショットキー障壁を形成させた
り、それらどうしあるいは他の有機半導体と２層構造に
していわゆるｐｎ接合を形成させ太陽電池とすることが
できる。
一混合してなる有機薄膜層は、有機ｎ型半導体と有機ｐ
型半導体の両方をよく溶解させることができる溶媒中に
溶解させ、その溶液を用いてスピンコート法により薄膜
化して得られる。こうして得られる有機ｎ型半導体と有
機ｐ型半導体の均一混合膜である有機薄膜層は、その混
合比を変えることで、ｐ型半導体にもｎ型半導体にもな
るので、それらを単独で用い金属と（ｐ型はアルミニウ
ムなどの仕事関数の小さい金属と、ｎ型は仕事関数の大
きい金属と）いわゆるショットキー障壁を形成させた
り、それらどうしあるいは他の有機半導体と２層構造に
していわゆるｐｎ接合を形成させ太陽電池とすることが
できる。
【００１６】有機ｎ型半導体と有機ｐ型半導体のモル混
合比（有機ｐ型半導体／（有機ｎ型半導体＋有機ｐ型半
導体）（モル比））としては、０．０１〜０．９９が好
ましいが、２量体形成による光電流増大効果が顕著に現
れる０．０５〜０．９５の範囲が特に好ましい。
合比（有機ｐ型半導体／（有機ｎ型半導体＋有機ｐ型半
導体）（モル比））としては、０．０１〜０．９９が好
ましいが、２量体形成による光電流増大効果が顕著に現
れる０．０５〜０．９５の範囲が特に好ましい。
【００１７】上記有機混合薄膜の厚さは、通常１〜１０
００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍである。膜厚は薄
すぎると電気的短絡を起こし光電変換特性を示さない
し、厚すぎると膜の電気抵抗が高くなり光電流は減少す
る。
００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍである。膜厚は薄
すぎると電気的短絡を起こし光電変換特性を示さない
し、厚すぎると膜の電気抵抗が高くなり光電流は減少す
る。
【００１８】電極材料としては、例えば、アルミニウム
（Ａｌ）と金（Ａｕ）を用いた場合の金属層の厚さは、
通常１〜３０ｎｍ、好ましくは１０〜２０ｎｍである。
膜厚は、薄すぎると電極のシート抵抗が大きくなりす
ぎ、発生した光電荷を十分に外部回路へ伝達できない
し、厚すぎると照射光の透過率が悪くなるので実用上の
変換効率が悪くなる。
（Ａｌ）と金（Ａｕ）を用いた場合の金属層の厚さは、
通常１〜３０ｎｍ、好ましくは１０〜２０ｎｍである。
膜厚は、薄すぎると電極のシート抵抗が大きくなりす
ぎ、発生した光電荷を十分に外部回路へ伝達できない
し、厚すぎると照射光の透過率が悪くなるので実用上の
変換効率が悪くなる。
【００１９】有機薄膜層を、例えば、ＡｌとＡｕでサン
ドイッチしたショットキー障壁型の素子について考える
と、有機薄膜層がｐ型半導体であれば、仕事関数の小さ
い金属であるＡｌとショットキー障壁を形成してその界
面で光電荷分離がおきる。反対側の仕事関数の大きな金
属（Ａｕ）とはオーミックな接触となり、電子はどちら
の方向にも自由に移動ができる。一方、有機薄膜層がｎ
型半導体であれば、仕事関数の大きなＡｕとの界面で光
電流が発生する。このようなショットキー型有機太陽電
池において光電流発生の活性界面がどちらかであるか判
定するには、光をＡｌ側とＡｕ側から個々に照射してみ
て発生する光電流が大きい方が活性界面であるといえ
る。なぜなら活性界面でない方から光照射すると有機薄
膜層が光学フィルターとして働き活性界面まで到達する
光量が減少するからである。逆にいえば、これを有機薄
膜層がｐ型半導体であるかｎ型半導体であるかの判定に
利用できる。すなわち、Ａｌ側から光照射した方がＡｕ
側から光照射したときより大きな光電流が発生すればそ
の有機薄膜層はｐ型半導体で、逆ならｎ型半導体であ
る。
ドイッチしたショットキー障壁型の素子について考える
と、有機薄膜層がｐ型半導体であれば、仕事関数の小さ
い金属であるＡｌとショットキー障壁を形成してその界
面で光電荷分離がおきる。反対側の仕事関数の大きな金
属（Ａｕ）とはオーミックな接触となり、電子はどちら
の方向にも自由に移動ができる。一方、有機薄膜層がｎ
型半導体であれば、仕事関数の大きなＡｕとの界面で光
電流が発生する。このようなショットキー型有機太陽電
池において光電流発生の活性界面がどちらかであるか判
定するには、光をＡｌ側とＡｕ側から個々に照射してみ
て発生する光電流が大きい方が活性界面であるといえ
る。なぜなら活性界面でない方から光照射すると有機薄
膜層が光学フィルターとして働き活性界面まで到達する
光量が減少するからである。逆にいえば、これを有機薄
膜層がｐ型半導体であるかｎ型半導体であるかの判定に
利用できる。すなわち、Ａｌ側から光照射した方がＡｕ
側から光照射したときより大きな光電流が発生すればそ
の有機薄膜層はｐ型半導体で、逆ならｎ型半導体であ
る。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。
【００２１】実施例１ イソプロピルアルコール中で超音波洗浄したガラス基板
上にアルミニウムを１０-5Ｔｏｒｒ（1Torr=133.322Pa)
の真空中で蒸着させ、約１０ｎｍの厚さの半透明電極を
形成させた。このアルミニウム層の入射光透過率は１０
％であった。次に基板を２０００ｒｐｍで回転させ、ア
ルミニウム薄膜上に、全濃度が２０ｍＭ（1M=1mol d
m-3）となるようにクロロホルム中に溶解した亜鉛
［５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリ
ン］（以下、単にＺｎｔｐｐともいう）とローダミンＢ
（以下、単にＲｈＢともいう）の混合溶液を滴下するこ
とで光電流発生層を形成させた。このときの両者のモル
混合比Ｒ［Ｚｎｔｐｐ／（Ｚｎｔｐｐ＋ＲｈＢ）］を０
〜１の間で可変させた。吸光度から測定した均一混合膜
の厚さは３５ｎｍであった。最後に均一混合膜たる有機
薄膜層の上に金を１０-5Ｔｏｒｒの真空度で２０ｎｍの
厚さ（透過率３０〜６０％）に蒸着し有効面積０．１ｃ
ｍ2 の有機太陽電池を得た。
上にアルミニウムを１０-5Ｔｏｒｒ（1Torr=133.322Pa)
の真空中で蒸着させ、約１０ｎｍの厚さの半透明電極を
形成させた。このアルミニウム層の入射光透過率は１０
％であった。次に基板を２０００ｒｐｍで回転させ、ア
ルミニウム薄膜上に、全濃度が２０ｍＭ（1M=1mol d
m-3）となるようにクロロホルム中に溶解した亜鉛
［５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリ
ン］（以下、単にＺｎｔｐｐともいう）とローダミンＢ
（以下、単にＲｈＢともいう）の混合溶液を滴下するこ
とで光電流発生層を形成させた。このときの両者のモル
混合比Ｒ［Ｚｎｔｐｐ／（Ｚｎｔｐｐ＋ＲｈＢ）］を０
〜１の間で可変させた。吸光度から測定した均一混合膜
の厚さは３５ｎｍであった。最後に均一混合膜たる有機
薄膜層の上に金を１０-5Ｔｏｒｒの真空度で２０ｎｍの
厚さ（透過率３０〜６０％）に蒸着し有効面積０．１ｃ
ｍ2 の有機太陽電池を得た。
【００２２】太陽電池特性の測定にあたり、５００Ｗキ
セノンランプからの光を分光器（日本分光製ＣＴ−１
０）に通し４４０ｎｍの単色光とし、上記で得た有機太
陽電池にＡｌ側とＡｕ側から照射し、このときに発生し
たそれぞれの短絡光電流密度（Ｊsc）をエレクトロメー
ター（ケスレー製６１４）で測定し、量子収率（それぞ
れΦ（Ａｌ）およびΦ（Ａｕ）とする）を計算した結果
を上記モル混合比（Ｒ）、ｐ型またはｎ型の判定ととも
に表１に示した。このとき照射光強度が一定となるよう
にＡｌまたはＡｕ電極の透過率を補正した。量子収率Φ
（％）は式、Φ＝１２４０００×（光電流［μＡｃ
ｍ-2］）／（光強度［μＷｃｍ-2］）×（波長［ｎ
ｍ］）で計算した。
セノンランプからの光を分光器（日本分光製ＣＴ−１
０）に通し４４０ｎｍの単色光とし、上記で得た有機太
陽電池にＡｌ側とＡｕ側から照射し、このときに発生し
たそれぞれの短絡光電流密度（Ｊsc）をエレクトロメー
ター（ケスレー製６１４）で測定し、量子収率（それぞ
れΦ（Ａｌ）およびΦ（Ａｕ）とする）を計算した結果
を上記モル混合比（Ｒ）、ｐ型またはｎ型の判定ととも
に表１に示した。このとき照射光強度が一定となるよう
にＡｌまたはＡｕ電極の透過率を補正した。量子収率Φ
（％）は式、Φ＝１２４０００×（光電流［μＡｃ
ｍ-2］）／（光強度［μＷｃｍ-2］）×（波長［ｎ
ｍ］）で計算した。
【００２３】実施例２ イソプロピルアルコール中で超音波洗浄したガラス基板
上にアルミニウムを１０-5Ｔｏｒｒ（1Torr=133.322Pa)
の真空中で蒸着させ、約１０ｎｍの厚さの半透明電極を
形成させた。このアルミニウム層の入射光透過率は１０
％であった。次に基板を２０００ｒｐｍで回転させ、ア
ルミニウム薄膜上に、全濃度が２０ｍＭ（1M=1mol d
m-3）となるようにクロロホルム中に溶解した無金属
［５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリ
ン］（以下、単にＨ2 ｔｐｐともいう）とローダミンＢ
（ＲｈＢ）の混合溶液を滴下することで光電流発生層を
形成させた。このときの両者のモル混合比Ｒ［Ｈ2 ｔｐ
ｐ／（Ｈ2 ｔｐｐ＋ＲｈＢ）］を０〜１の間で可変させ
た。吸光度から測定した均一混合膜の厚さは３５ｎｍで
あった。最後に均一混合膜たる有機薄膜層の上に金を１
０-5Ｔｏｒｒの真空度で２０ｎｍの厚さ（透過率３０〜
６０％）に蒸着し有効面積０．１ｃｍ2 の有機太陽電池
を得た。
上にアルミニウムを１０-5Ｔｏｒｒ（1Torr=133.322Pa)
の真空中で蒸着させ、約１０ｎｍの厚さの半透明電極を
形成させた。このアルミニウム層の入射光透過率は１０
％であった。次に基板を２０００ｒｐｍで回転させ、ア
ルミニウム薄膜上に、全濃度が２０ｍＭ（1M=1mol d
m-3）となるようにクロロホルム中に溶解した無金属
［５，１０，１５，２０−テトラフェニルポルフィリ
ン］（以下、単にＨ2 ｔｐｐともいう）とローダミンＢ
（ＲｈＢ）の混合溶液を滴下することで光電流発生層を
形成させた。このときの両者のモル混合比Ｒ［Ｈ2 ｔｐ
ｐ／（Ｈ2 ｔｐｐ＋ＲｈＢ）］を０〜１の間で可変させ
た。吸光度から測定した均一混合膜の厚さは３５ｎｍで
あった。最後に均一混合膜たる有機薄膜層の上に金を１
０-5Ｔｏｒｒの真空度で２０ｎｍの厚さ（透過率３０〜
６０％）に蒸着し有効面積０．１ｃｍ2 の有機太陽電池
を得た。
【００２４】太陽電池特性の測定にあたり、５００Ｗキ
セノンランプからの光を分光器（日本分光製ＣＴ−１
０）に通し４２５ｎｍの単色光とし、上記で得た有機太
陽電池にＡｌ側とＡｕ側から照射し、このときに発生し
たそれぞれの短絡光電流密度（Ｊsc）をエレクトロメー
ター（ケスレー製６１４）で測定し、量子収率（それぞ
れΦ（Ａｌ）およびΦ（Ａｕ）とする）を計算した結果
を上記モル混合比（Ｒ）、ｐ型またはｎ型の判定ととも
に表２に示した。このとき照射光強度が一定となるよう
にＡｌまたはＡｕ電極の透過率を補正した。量子収率Φ
（％）は式、Φ＝１２４０００×（光電流［μＡｃ
ｍ-2］）／（光強度［μＷｃｍ-2］）×（波長［ｎ
ｍ］）で計算した。
セノンランプからの光を分光器（日本分光製ＣＴ−１
０）に通し４２５ｎｍの単色光とし、上記で得た有機太
陽電池にＡｌ側とＡｕ側から照射し、このときに発生し
たそれぞれの短絡光電流密度（Ｊsc）をエレクトロメー
ター（ケスレー製６１４）で測定し、量子収率（それぞ
れΦ（Ａｌ）およびΦ（Ａｕ）とする）を計算した結果
を上記モル混合比（Ｒ）、ｐ型またはｎ型の判定ととも
に表２に示した。このとき照射光強度が一定となるよう
にＡｌまたはＡｕ電極の透過率を補正した。量子収率Φ
（％）は式、Φ＝１２４０００×（光電流［μＡｃ
ｍ-2］）／（光強度［μＷｃｍ-2］）×（波長［ｎ
ｍ］）で計算した。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
【発明の効果】実施例から明らかなように有機太陽電池
の光電流発生層としてローダミンＢ（有機ｎ型半導体）
とテトラフェニルポルフィリン（有機ｐ型半導体）との
均一混合薄膜を用いてその混合比を変えるだけで伝導タ
イプをｐ型からｎ型へ、またはｎ型からｐ型へ変えるこ
とができた。すなわち、有機半導体では困難とされてき
た価電子制御が可能になった。さらに混合することでキ
ャリア密度が増大し、より安定なｎまたはｐ型半導体と
なり、光電流が大きく増大した。
の光電流発生層としてローダミンＢ（有機ｎ型半導体）
とテトラフェニルポルフィリン（有機ｐ型半導体）との
均一混合薄膜を用いてその混合比を変えるだけで伝導タ
イプをｐ型からｎ型へ、またはｎ型からｐ型へ変えるこ
とができた。すなわち、有機半導体では困難とされてき
た価電子制御が可能になった。さらに混合することでキ
ャリア密度が増大し、より安定なｎまたはｐ型半導体と
なり、光電流が大きく増大した。
Claims (4)
- 【請求項１】 ２つの電極間に有機薄膜層を配置してな
る有機太陽電池において、該有機薄膜層が有機ｐ型半導
体と有機ｎ型半導体の均一混合膜であることを特徴とす
る有機太陽電池。 - 【請求項２】 前記有機ｐ型半導体および前記有機ｎ型
半導体が、溶媒可溶であることを特徴とする請求項１に
記載の有機太陽電池。 - 【請求項３】 前記有機ｐ型半導体がポルフィリン誘導
体であり、前記有機ｎ型半導体がトリフェニルメタン誘
導体であることを特徴とする請求項１に記載の有機太陽
電池。 - 【請求項４】 前記均一混合膜をｐ型半導体特性を示す
有機薄膜層および／またはｎ型半導体特性を示す有機薄
膜層に用いた積層体によってｐｎ接合を形成してなるこ
とを特徴とする請求項１に記載の有機太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7230249A JPH0974217A (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 有機太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7230249A JPH0974217A (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 有機太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0974217A true JPH0974217A (ja) | 1997-03-18 |
Family
ID=16904860
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7230249A Pending JPH0974217A (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | 有機太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0974217A (ja) |
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- 1995-09-07 JP JP7230249A patent/JPH0974217A/ja active Pending
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