JPS59159575A - 光電変換素子 - 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】 本発明は光電変換素子に関し、さらに詳しくは、粒子状
ポリチェニレンや電子受容体をドーピングした粒子状ポ
リチェニレンをバインダー樹脂膜中に分散して得られた
薄膜から成ろ光電変換素子に関するものである。

ポリチェニレンは、ジブロモチオフェンをグリニヤー反
応によって脱ハロゲン北軍縮合して得られろ物質であっ
て、従来から共役二重結合の広がった高分子としてＰ型
半導体性及び広い可視光吸収を有ずろことが知られてい
る。このような性質を有ずろ物質は、光電変換素子用材
料として有効であると考えられるが、ボリチェニ１７ン
は非浴解性でありかつ非昇華性であるために薄膜化が困
難であり、素子形成がむずかしいという欠点があって、
これまでこのものを用いた光電変換素子は実用化されて
いない。

一方、フタロシアニンの微粒子を樹脂膜中に分散させた
薄膜が光電変換素子として有効に使用しうろことが知ら
れている（：　Ｊ、ｃｈｅｍ、Ｐｈｙｓ、、　７１Ｆ３
１　、１．２１１　（１９７９年）〕。

不不発明らは、このような事情に鑑み、ポリチェニレン
をその特性を生かして光電変換素子材として容易に利用
すべく鋭意研究を重ねた結果、粒子状ポリチェニレンや
電子受容体をドーピングしり粒子状ポリチェニレンを分
散状態でバインダー樹脂中に含有させ、その薄膜を導電
性基体電極」二に形成させろことにより、その目的を達
成しうろことを見出し、この知見に基づいて不発明を完
成ずろに至った。

すなわち、不発明は、導電性基体電極上に、粒了−状ポ
リチェニレンを分散状態で含有する樹脂膜を設けて成る
九電変換素イ、及び導電性基体電極上に、電子受容体を
ドーピングしまた粒子状ポリチェニレンを分散状態で含
有する樹脂膜を設けて成ろ′ｆｉ、電変換素子を提供す
るものである。

不発明の光電変換素子に用いろポリチェニレンど（−７
ては、２，５−ジブロモチオフェンを脱ハロゲン比重縮
合（７−Ｃ得られろポリ（２，５−チェニレン）が代表
的であるが、その他にポリ（３−メチル−２，５−チェ
ニレン）などの誘導体やそれらの共重合体を挙げろこと
ができろ。不発明においては、必鮫に応じこれらに電子
受容体どして、例えばヨウ素、五ノソ化ヒ素、三酸化硫
黄などをケミカルドーピングしたものを用いる。これら
のポリチェニレンは、数ミクロン−数十ミクロンの大き
さの微粒子と（−て用いろことが好まし２い。

また、不発明の光電変換素子にバインダーとして用いろ
樹脂膜の相別については特に制限はなく、通常成形材料
どＩ〜て用いらｆ”していろもの、例えばポリスチレン
、ポリ酢酸ビニル、ポリアクリロニトリル、ポリカーボ
ネ−１・、ポリ塩化ビニル、ボリノツ化ビニリデンなど
を挙げることが一〇きる。

これらのバインダー樹脂膜用材料と前記のポリチェニレ
ンとの混合割合は、形成されろ膜厚や用いる樹脂の種類
などによって適宜選択さ灼、ろが、通常重量基準で１：
４ないし４：１の範囲が適当である。ポリチェニレンの
含有量があまり多すぎろと形成されろ膜の強度が低下し
て膜に亀裂が生じやずく、またあまり少なすきろとエネ
ルギー変換効率が悪くなって実用的でない。好ましい混
合は 割合守重量基準で２：３〜３：２の範囲であ７．、）。

不発明の光電変換素子を製造づ−ろには、まずポリチェ
ニレン又は電子受容体をドーピングしたポリチェニレン
とバインダー樹脂とを浴剤に加え゛℃バインダー樹脂を
溶解させ、これらのボリヂエニレン粉末粒子を均一に分
散させたスラリーを形成させ７−）。用いろ浴剤の種類
については、バインダー樹脂を溶解ｌ〜５ろものであれ
ば特に制限はなく、またその使用量は、均質スラ））−
を形成すそンことができ、かつ膜形成のために揮散させ
ろことを考慮して、Ｊｌ（１常両混合成分合計昂１００
ｍｇに対し、１〜３ゴ程度／〕−有利である。また混合
を十分に行うために、こ第１．らの４１合物を金属製又
はめのつ製の密封容器に人ｆ’Ｌ、例えばスベソクス（
Ｓｐｅｘ　）社製のミキサーミルＮ１５．１００などを
用いて激しく振動させろことは望まＩ−い方法である。

混合時間は全体の箱４、液の粘度あるいは混合手段など
によって選択されろが、通常２０分〜２時間の範囲か適
当千ｋ）ろ。

このようにして得られた均質スラリーは、欠いて膜を形
成させろために、停電１１゛基体電ｆＩｉ、　ｆ：に塗
布され、浴剤は揮散除去さλ」、乙）。この導電、性基
体７ｔ’ｒ、極−Ｌへの塗布法として、例えばスピンコ
ーティングｆ１：、アプリクーター法、４゛ヤスト法な
ど各種の力を去夕用いろことかて゛きろが、スピンコー
ティング法がもつとも一般的である。このスピンコーー
ｊ゛イング法はスピンヅ−の回転を利用して、そのヘッ
ドに同定した基板面に滴下したスラリーを延展さ＋３１
塗膜を形成させろ方法であって、通常スピンナーの回転
数は２００〜２０００ｒｐｍ、回転時間ば０．５秒〜３
分間が採用され４）。回転直後の膜は多量の浴剤を含む
ので、例えば膜を９０′Ｃの温度に／Ｊ１】熱し、２４
時間以上真空乾燥して浴剤を完全に揮散させろことが必
要である。

また導電性基体電極としては、例えば白金、ノくラジウ
ム、イリジウム、チタン、銀、銅などの金属、又はスラ
イドガラスや透明プラスチック根土に金属薄膜を被着さ
せたもの、あえ）いは透明導電ガラスなどか用いられろ
。

さらに、導電性基体電極上に形成さね７たΣＪｚ　リチ
ェニレン又は電子受容体をドーピングしたポリチェニレ
ンを分散状態で含有１′ろ樹脂膜素子は、その上１ｍＫ
辿常知ら」ｔている方法によって仕事関数の小さな金属
、例えばアルミニウド・、ガリウノ１、インジウム、マ
グネジウド、カルシウドなどがフロント電極として蒸着
されろ。このような金属蒸措膜は一光電変換の起源とな
るバリヤーを形成する電極であるとともに、元を素子膜
まで透過させろための窓を兼ねろので、可視光を５〜２
（）係透過する半ろ明な膜に形成さ灼４）。

このようにして形成された光電変換素子において、フロ
ント電極及び導電性基体電極に回路をつくるためのリー
ド線は、通常銀ペーストによって接続されろ。

添付図面は、不発明の光電変換素子を組込んだ光−電気
エネルギー変換装置及びその測定付属器機を連結したエ
ネルギー変換測定系の１例の断面略解図である。図にお
いて、分散状態のポリチェニレン粒子又は電子受容体を
ドーピングしたポリチェニレン粒子１を含有保持してい
るバインダー樹脂膜２の上面に半透明の金属薄膜電極３
が蒸着形成されており、該樹脂膜２は導電性基体電極と
して、例えばガラス基板５の面に形成された透明な導電
膜電極４の上面に密着形成されている。前記フロント電
極３と導電膜電極４には銀ペースト６．６′により接合
されたリード線７，７′が負荷抵抗８を介して接続され
、また該抵抗８の両端の電位差を測定するために電圧計
９が取り付けられてその電圧変化が電圧計により測定さ
れろ。

この光電変換素子のエネルギー変換効率の評価は、光照
射量と負荷抵抗両端の電圧変化を測定して算出されるが
、その際負荷抵抗を適当に選ぶことによって、開放電圧
（＝＝、Ｖｏｃ　）　、短絡光電流（工ｓｃ）及び最適
負荷条件を見出すことができる。

不発明においては、変換効率ηの計算は次式によって行
うことができろ。

（ただし、ＦＦは曲線因子、Ｐｉｎは入射光エネルギー
であって、フロント電極の透過率を補正したものである
） 不発明の光電変換素子は、ポリチェニレン又は電子受容
体をドーピングしたポリチェニレンの粒子をバインダー
樹脂に分散して薄膜化したものであって、共役系高分子
の半導体としての性能を効率よく利用し、元エネルギー
を電気エネルギーに変換することができろ。

さらに不発明の光電変換素子は、その製造も極めて容易
であって安価に提供できろのみでな（、大寸法の素子も
容易に形成されうろ。

次に実施例によって本発明をさらに詳細に説明する。

実施例１ ポリチェニレン粒子６０ｍ？、ポリフッ化ビニリデン４
０Ｔｎｇ及びジメチルホルムアミド１７を混合し、十分
に混和してスラリーを形成させた。次いで得られたスラ
リーをスピンナーヘッドに固定した透明導電ガラス面に
滴下し、スピンナーをｉｓｏ。

ｒｐｍで約１０秒間回転させて膜を形成させた。この膜
を７０℃の温度で２４時間真空乾燥し溶剤を完全に除い
て薄膜としたのち、その上面にアルミニウムを蒸着させ
て半透明の被膜を形成させ光電変換素子とした。

このものの元−電気エネルギー変換特性を測定した結果
、ハロゲンランプの白色光で素子薄膜面への入射光強度
０．４ｍＷ／ｃＩＩテの条件下で、開放起電力Ｖｏｃ　
＝　０　、３６Ｖ、短絡電流工ｓｃ　＝１．１５Ｘ１０
−’、Ａ７２４、フィルファクターＦＦ＝　０．３８、
変換効率η＝４Ｘ１０−’係で゛あった。

実施例２ ポリチェニレン粒子にヨウ素を３重量係ケミカルドーピ
ングした物質４９ｍ７、ポリ酢酸ビニル２１ｍＬｊ及び
シクロへキサノン１−を混合し、十分に混和してスラリ
ーを形成させた。以下実施例１と同様な方法によって光
電変換素子を形成し、その特性を測定した結果、ハロゲ
ンランプの白色光下ｏ、３４ｍｗ／ｃｄの光強度で、開
放起電力Ｖｏｃ−０，０９Ｖ、短絡電流ｌ５ｃ＝１．２
１Ｘ１０　　Ａ／ｃ４、フィルファクターＦＦ＝０．２
４、変換効率η＝７．５Ｘ１０−５係であった。

【図面の簡単な説明】

図は不発明の光電変換素子を組込んだ元−電気エネルギ
ー変換装置及びその測定付属器機を連結したエネルギー
変換測定系の１例の断面略解図であって、図中符号１は
分散状態のポリチェニレン粒子、又は電子受容体をドー
ピングしたポリチェニレン粒子、２はバインダー樹脂膜
、３は金属薄膜電極、４は導′？１ｊ、膜電極、５はガ
ラス基板、８は負荷ｔＬ（抗、９は電圧計でル）４）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　導電性基体電極上に、粒子状ポリチェニレンを分散
   状態で含有する樹脂膜を設けて成る光電変換素子。 ２　導電性基体電極上に・、電子受容体をドーピングし
   た粒子状ポリチェニレンを分散状態で含有する樹脂膜を
   設けて成ろ光電変換素子。