JPS6317343B2 - - Google Patents
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- JPS6317343B2 JPS6317343B2 JP57072675A JP7267582A JPS6317343B2 JP S6317343 B2 JPS6317343 B2 JP S6317343B2 JP 57072675 A JP57072675 A JP 57072675A JP 7267582 A JP7267582 A JP 7267582A JP S6317343 B2 JPS6317343 B2 JP S6317343B2
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- 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
- H10K30/354—Organic devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation comprising a metal-insulator-semiconductor [m-i-s] structure
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
-
- H—ELECTRICITY
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- H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/30—Coordination compounds
- H10K85/311—Phthalocyanine
-
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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
Description
本発明は、金属層／有機金属錯体層／ポリエチ
レン層／電極材層の構造を有する光電変換素子に
関する。 従来、光電変換素子としてはシリコン等の無機
半導体を用いたものが一般的であるが、太陽光発
電子への応用の観点から、素子面積の大型化なら
びに製造コスト低減の必要性が強く要望されてい
る。かかる見地から、有機物質の半導性に着目し
て、これと光電変換素子の要素に応用するための
試みが近年活発になつた。 有機半導体を用いた光電変換素子は、そのほと
んどが、いわゆるシヨツトキー障壁型に属するも
のであつて、有機半導体の薄膜を仕事関数の差の
大きな２種の金属層（或いは金属酸化物層）の間
にはさんで、サンドイツチ形状としたものであ
る。シヨツトキー型光電変換素子は、比較的に製
作が容易で廉価であつて、かつ、障壁が表面層に
近接して存在するから短波長光に対する良好な応
答性を具備するなどの長所を有するが、反面、開
放端電圧が小さく、金属表面での光の反射率が大
きいのであまり大きな短絡電流はえられないなど
の欠点を有し、十分高い変換効率をもつた素子は
えられていない。 無機半導体を用いた光電変換素子においては、
有起半導体変換素子にみられる上記の欠点を改善
する方法として、金属層と半導体層との間に薄い
絶縁体層を介在させた構造、−（金属層／絶縁体
層／半導体層）（Metal／Insulator／
Semiconductor）−（以下MIS型構造と略記する）、
を構築することを試みた結果変換効率を向上する
ことに成功したとの報告がある。 本願発明に係る光電変換素子は、半導体層とし
て有機金属錯体を用いる光電変換素子において、
該半導体層を絶縁材としてポリエチレンの層を介
して金属の層に支持させたことを特徴とし、従来
の有機金属半導体を使用したシヨツトキー型素子
に比較して、はるかに高い開放端電圧、そして、
極めて大な光電変換効率を得る。 本願の光電変換素子に用いられる有機金属半導
体としては、フタロシアニン（以下Pcと略記す
る）及びその誘導体若しくは、テトラフエニルポ
リフイリン（以下TPPと略記する）及びその誘
導体と、周期律表のB，A，B，A，A，
B，B，B又は族の金属イオンとから成る
ものを使用する。 Pc，TPPの金属錯体の化学構造は次記一般式
で表わされる。 Pc及びTPPの金属錯体は、配位子及び中心金
属の違いにより、Ｐ型及びｎ型の半導体として知
られ、又、熱及び光に対しても極めて安定である
ことも知られている。 ここで用いる金属の層としては、ｐ型の半導体
の場合はフエルミ・レベルの小さい金属例えば、
アルミニウムが、又ｎ型の半導体の場合はフエル
ミ・レベルの大きい金属例えば、インジウムが用
いられる。 本発明における有機金属錯体半導体層の形成に
は蒸着法、スピンナー・コーテイング法或いは溶
液引き上げ法等が用いられる。形成膜厚は50Å〜
5000Åの範囲で差支えないが、500Å程度が好ま
しい。50Å以下の膜厚の場合は均一膜の形成が困
難であるばかりでなく又光吸収の面で効率が劣
る。一方、5000Å以上の膜厚の場合は電気抵抗が
大となり光電変換素子としての機能低下をもたら
す。 本発明に於ける絶縁層はポリエチレンで形成さ
れる。その膜厚は200Å〜100Åの範囲が望まし
い。 又、本発明に於ける電極材の層の形成は、蒸着
法又はスパツタリング法により行われるが、その
膜厚には特に制限はないが電極として機能する限
りは光透過性の観点から薄いものほど良好であ
る。 本発明に於ける光電変換素子は具体的には例え
ば電極材としてのAu層或いはネサガラスのよう
な電気伝導性ガラス上１に、ニツケル・フタロシ
アニン（NiPc）２、ポリエチレン（PEと略す。）
３、アルミニウム（Alと略す。）４を層状に蒸着
してMIS型構造を構築する。 以下実施例により本発明に係る素子の光電変換
特性を説明する。 本願発明に係る光電変換素子 金属層／有機錯体半導体層／ポリエチレン層／
電極材層 （実施例１及び例２）と公知のシヨツトキー型
素子 金属層／有機錯体半導体層／電極材層 （参考例Ａ及び例Ｂ）に太陽光（光強度
100mw／cm2）で照射した際のそれぞれの光電変
換特性を、開放端電圧（Voc）、短絡電流（Isc）
及び変換効率（η）を用いて比較した結果を第１
表に掲げる。
レン層／電極材層の構造を有する光電変換素子に
関する。 従来、光電変換素子としてはシリコン等の無機
半導体を用いたものが一般的であるが、太陽光発
電子への応用の観点から、素子面積の大型化なら
びに製造コスト低減の必要性が強く要望されてい
る。かかる見地から、有機物質の半導性に着目し
て、これと光電変換素子の要素に応用するための
試みが近年活発になつた。 有機半導体を用いた光電変換素子は、そのほと
んどが、いわゆるシヨツトキー障壁型に属するも
のであつて、有機半導体の薄膜を仕事関数の差の
大きな２種の金属層（或いは金属酸化物層）の間
にはさんで、サンドイツチ形状としたものであ
る。シヨツトキー型光電変換素子は、比較的に製
作が容易で廉価であつて、かつ、障壁が表面層に
近接して存在するから短波長光に対する良好な応
答性を具備するなどの長所を有するが、反面、開
放端電圧が小さく、金属表面での光の反射率が大
きいのであまり大きな短絡電流はえられないなど
の欠点を有し、十分高い変換効率をもつた素子は
えられていない。 無機半導体を用いた光電変換素子においては、
有起半導体変換素子にみられる上記の欠点を改善
する方法として、金属層と半導体層との間に薄い
絶縁体層を介在させた構造、−（金属層／絶縁体
層／半導体層）（Metal／Insulator／
Semiconductor）−（以下MIS型構造と略記する）、
を構築することを試みた結果変換効率を向上する
ことに成功したとの報告がある。 本願発明に係る光電変換素子は、半導体層とし
て有機金属錯体を用いる光電変換素子において、
該半導体層を絶縁材としてポリエチレンの層を介
して金属の層に支持させたことを特徴とし、従来
の有機金属半導体を使用したシヨツトキー型素子
に比較して、はるかに高い開放端電圧、そして、
極めて大な光電変換効率を得る。 本願の光電変換素子に用いられる有機金属半導
体としては、フタロシアニン（以下Pcと略記す
る）及びその誘導体若しくは、テトラフエニルポ
リフイリン（以下TPPと略記する）及びその誘
導体と、周期律表のB，A，B，A，A，
B，B，B又は族の金属イオンとから成る
ものを使用する。 Pc，TPPの金属錯体の化学構造は次記一般式
で表わされる。 Pc及びTPPの金属錯体は、配位子及び中心金
属の違いにより、Ｐ型及びｎ型の半導体として知
られ、又、熱及び光に対しても極めて安定である
ことも知られている。 ここで用いる金属の層としては、ｐ型の半導体
の場合はフエルミ・レベルの小さい金属例えば、
アルミニウムが、又ｎ型の半導体の場合はフエル
ミ・レベルの大きい金属例えば、インジウムが用
いられる。 本発明における有機金属錯体半導体層の形成に
は蒸着法、スピンナー・コーテイング法或いは溶
液引き上げ法等が用いられる。形成膜厚は50Å〜
5000Åの範囲で差支えないが、500Å程度が好ま
しい。50Å以下の膜厚の場合は均一膜の形成が困
難であるばかりでなく又光吸収の面で効率が劣
る。一方、5000Å以上の膜厚の場合は電気抵抗が
大となり光電変換素子としての機能低下をもたら
す。 本発明に於ける絶縁層はポリエチレンで形成さ
れる。その膜厚は200Å〜100Åの範囲が望まし
い。 又、本発明に於ける電極材の層の形成は、蒸着
法又はスパツタリング法により行われるが、その
膜厚には特に制限はないが電極として機能する限
りは光透過性の観点から薄いものほど良好であ
る。 本発明に於ける光電変換素子は具体的には例え
ば電極材としてのAu層或いはネサガラスのよう
な電気伝導性ガラス上１に、ニツケル・フタロシ
アニン（NiPc）２、ポリエチレン（PEと略す。）
３、アルミニウム（Alと略す。）４を層状に蒸着
してMIS型構造を構築する。 以下実施例により本発明に係る素子の光電変換
特性を説明する。 本願発明に係る光電変換素子 金属層／有機錯体半導体層／ポリエチレン層／
電極材層 （実施例１及び例２）と公知のシヨツトキー型
素子 金属層／有機錯体半導体層／電極材層 （参考例Ａ及び例Ｂ）に太陽光（光強度
100mw／cm2）で照射した際のそれぞれの光電変
換特性を、開放端電圧（Voc）、短絡電流（Isc）
及び変換効率（η）を用いて比較した結果を第１
表に掲げる。
【表】
上記表から明らかな通りポリエチレン層を含ま
ない公知の素子に比し、本願の素子はVoc及びη
値で約30％の向上が見られる。 絶縁体層にPEを用いた本願の素子Au／
NiPc／PE／Alについて、PE層の膜厚と光電変
換特性との関係を前記実施例と同様な条件下で求
めた結果を第２表に掲げる。（なお実施例３は公
知のシヨツトキー型Au／NiPc／Al素子に該当す
る。）
ない公知の素子に比し、本願の素子はVoc及びη
値で約30％の向上が見られる。 絶縁体層にPEを用いた本願の素子Au／
NiPc／PE／Alについて、PE層の膜厚と光電変
換特性との関係を前記実施例と同様な条件下で求
めた結果を第２表に掲げる。（なお実施例３は公
知のシヨツトキー型Au／NiPc／Al素子に該当す
る。）
【表】
上表から明らかな通り、本願の素子の構成要素
として重要なポリエチレン層の膜厚の範囲は200
Å〜100Åが好ましいことがわかる。 半導体層にNiPc錯体を用いた本願のAu／
NiPc／PE／Al素子について、半導体層（NiPc
層）の膜厚と光電変換特性との関係を前記と同様
な条件下で求めた結果を第３表に掲げる。
として重要なポリエチレン層の膜厚の範囲は200
Å〜100Åが好ましいことがわかる。 半導体層にNiPc錯体を用いた本願のAu／
NiPc／PE／Al素子について、半導体層（NiPc
層）の膜厚と光電変換特性との関係を前記と同様
な条件下で求めた結果を第３表に掲げる。
【表】
上記の表から明らかな通り、本願の素子におい
ては、有記錯体半導体層の膜厚は、実験範囲内に
おいてVoc値にはほとんど影響はないが、Isc値
には顕著に影響を及ぼすこと、最適膜厚は500Å
付近にあることがわかる。
ては、有記錯体半導体層の膜厚は、実験範囲内に
おいてVoc値にはほとんど影響はないが、Isc値
には顕著に影響を及ぼすこと、最適膜厚は500Å
付近にあることがわかる。
図はこの発明の一例の光電変換素子の拡大断面
図である。 図中：２……有機半導体層、３……絶縁材層、
４……金属の層。
図である。 図中：２……有機半導体層、３……絶縁材層、
４……金属の層。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 半導体層として有機金属錯体を用いる光電変
換素子において、該半導体層をポリエチレンの層
を介して金属の層に支持させたことを特徴とする
光電変換素子。 ２ 有機金属錯体がフタロシアニン及びその誘導
体若しくはテトラフエニルポルフイリン及びその
誘導体と周期律表のB，A，B，A，A，
B，B，B、又は族の金属イオンとから成
る錯体である前記第１項記載の光電変換素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57072675A JPS58190074A (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | 光電変換素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57072675A JPS58190074A (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | 光電変換素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58190074A JPS58190074A (ja) | 1983-11-05 |
| JPS6317343B2 true JPS6317343B2 (ja) | 1988-04-13 |
Family
ID=13496171
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57072675A Granted JPS58190074A (ja) | 1982-04-30 | 1982-04-30 | 光電変換素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58190074A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01261873A (ja) * | 1988-04-13 | 1989-10-18 | Idemitsu Kosan Co Ltd | 光電変換素子 |
| US8785624B2 (en) * | 2007-06-13 | 2014-07-22 | University Of Southern California | Organic photosensitive optoelectronic devices with nonplanar porphyrins |
| JP2010537407A (ja) | 2007-08-13 | 2010-12-02 | ユニバーシティ オブ サザン カリフォルニア | 三重項ハーベストを用いた有機感光性光電子工学装置 |
| JP5906611B2 (ja) * | 2011-08-25 | 2016-04-20 | セイコーエプソン株式会社 | 受光素子、受発光素子、受発光装置および電子機器 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53131782A (en) * | 1977-04-20 | 1978-11-16 | Exxon Research Engineering Co | Photoelectric device |
-
1982
- 1982-04-30 JP JP57072675A patent/JPS58190074A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53131782A (en) * | 1977-04-20 | 1978-11-16 | Exxon Research Engineering Co | Photoelectric device |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58190074A (ja) | 1983-11-05 |
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