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JP2006245073A - Organic thin film solar cell - Google Patents

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JP2006245073A
JP2006245073A JP2005055150A JP2005055150A JP2006245073A JP 2006245073 A JP2006245073 A JP 2006245073A JP 2005055150 A JP2005055150 A JP 2005055150A JP 2005055150 A JP2005055150 A JP 2005055150A JP 2006245073 A JP2006245073 A JP 2006245073A
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Japan
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layer
derivative
electrode layer
solar cell
transport layer
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JP2005055150A
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Japanese (ja)
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Kojiro Okawa
晃次郎 大川
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Dai Nippon Printing Co Ltd
Original Assignee
Dai Nippon Printing Co Ltd
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Abstract

【課題】 本発明は、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池を提供することを主目的とするものである。
【解決手段】 本発明は、基板と、上記基板上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、正孔輸送層および電子輸送層を有する光電変換層と、上記光電変換層上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、上記正孔輸送層は、ポリチオフェン誘導体またはポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)の少なくともいずれか一方を有し、上記電子輸送層は、ポリフルオレン誘導体またはフラーレン誘導体の少なくともいずれか一方を有することを特徴とする有機薄膜太陽電池を提供することにより、上記課題を解決する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic thin film solar cell having high energy conversion efficiency.
The present invention includes a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode layer and having a hole transport layer and an electron transport layer, and An organic thin film solar cell formed on a photoelectric conversion layer and having a second electrode layer which is an electrode facing the first electrode layer, wherein the hole transport layer is a polythiophene derivative or a polyphenylene vinylene derivative (PPV) The above problem is solved by providing an organic thin-film solar cell having at least one of the above, wherein the electron transport layer has at least one of a polyfluorene derivative or a fullerene derivative.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、電子受容性および電子供与性の機能を一組として、pn接合を利用したヘテロ接合型の有機薄膜太陽電池に関するものである。   The present invention relates to a heterojunction type organic thin-film solar cell using a pn junction with a set of electron accepting and electron donating functions.

有機薄膜太陽電池は、2つの異種電極間に、電子供与性および電子受容性の機能を有する有機薄膜を配置してなる太陽電池であり、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が容易であり、かつ低コストで大面積化が可能であるという利点を持つ。しかしながら、エネルギー変換効率が低いことから実用に供することは困難であった。したがって、有機薄膜太陽電池においては、エネルギー変換効率の高効率化が最大の課題となっている。   An organic thin film solar cell is a solar cell in which an organic thin film having an electron donating function and an electron accepting function is disposed between two different electrodes, and has a manufacturing process compared to an inorganic solar cell represented by silicon or the like. It has an advantage that it is easy and can be enlarged at low cost. However, since the energy conversion efficiency is low, it has been difficult to put it to practical use. Therefore, in the organic thin-film solar cell, increasing the energy conversion efficiency is the biggest issue.

最近では、有機薄膜太陽電池のエネルギー変換効率を向上させるために、有機薄膜に用いられる有機材料の特徴を生かした工夫が試みられており、非特許文献1および非特許文献2に開示されている。   Recently, in order to improve the energy conversion efficiency of organic thin film solar cells, attempts have been made to make use of the characteristics of organic materials used in organic thin films, which are disclosed in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2. .

上述したような有機薄膜太陽電池としては、例えば、有機薄膜が電子輸送層および正孔輸送層からなるバイレイヤー型有機薄膜太陽電池の例を挙げることができる。一般に、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池は、透明基板と、上記透明基板上に形成された透明電極と、上記透明電極上に形成され、電子供与体として機能する正孔輸送層および電子受容体として機能する電子輸送層を有する光電変換層と、上記光電変換層上に形成され、上記透明電極と対向する電極である対向電極とを有するものである。このバイレイヤー型有機薄膜太陽電池においては、電子供与体として機能する正孔輸送層にp型有機半導体を用い、電子受容体として機能する電子輸送層にn型有機半導体を用いることにより、2つの層の界面でpn接合が形成され、光電変換に寄与している。   Examples of the organic thin film solar cell as described above include an example of a bilayer type organic thin film solar cell in which the organic thin film is composed of an electron transport layer and a hole transport layer. In general, a bilayer organic thin film solar cell includes a transparent substrate, a transparent electrode formed on the transparent substrate, a hole transport layer and an electron acceptor that are formed on the transparent electrode and function as an electron donor. A photoelectric conversion layer having a functioning electron transport layer, and a counter electrode which is formed on the photoelectric conversion layer and is opposed to the transparent electrode. In this bilayer organic thin-film solar cell, a p-type organic semiconductor is used for the hole transport layer that functions as an electron donor, and an n-type organic semiconductor is used for the electron transport layer that functions as an electron acceptor. A pn junction is formed at the interface of the layers and contributes to photoelectric conversion.

このようなバイレイヤー型有機薄膜太陽電池の例として、非特許文献1には、p型有機半導体であるペリレン誘導体(PTCBI)、およびn型有機半導体である銅フタロシアニン(CuPc)を用いた有機薄膜太陽電池が挙げられている。   As an example of such a bilayer type organic thin film solar cell, Non-Patent Document 1 discloses an organic thin film using a perylene derivative (PTCBI) which is a p-type organic semiconductor and copper phthalocyanine (CuPc) which is an n-type organic semiconductor. Solar cells are mentioned.

また、エネルギー変換効率を向上させるために、pn接合部分を拡張させる方法として、p型有機半導体とn型有機半導体とを単純積層するのではなく、混合するという方法もある。p型有機半導体とn型有機半導体とを混合することにより、分子レベルでのpn接合が膜中に広く形成されるため、光電変換に寄与できる体積が増すのである。   Further, as a method for expanding the pn junction portion in order to improve energy conversion efficiency, there is a method in which a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor are not simply stacked but mixed. By mixing the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor, a pn junction at the molecular level is widely formed in the film, so that the volume that can contribute to photoelectric conversion increases.

このような混合型の有機薄膜太陽電池の例として、非特許文献1には、ポリフェニレンビニレン系のp型共役ポリマー(MEH−PPV)、およびn型有機半導体であるフラーレン誘導体(PCBM)を用いた有機薄膜太陽電池が挙げられている。その他にも、p型共役ポリマーであるポリ−3−アルキルチエフェン誘導体(P3RT)を用いた系、また、ポリフェニレンビニレン系のp型共役ポリマー(MEH−PPV)にシアノ基を導入してn型化したポリフェニレンビニレン誘導体(CN−PPV)や、カーボンナノチューブ(CNT)をn型有機半導体として用いた系が挙げられている。   As an example of such a mixed organic thin film solar cell, Non-Patent Document 1 uses a polyphenylene vinylene-based p-type conjugated polymer (MEH-PPV) and a fullerene derivative (PCBM) which is an n-type organic semiconductor. Organic thin film solar cells are mentioned. In addition, a p-type conjugated polymer poly-3-alkylthiephene derivative (P3RT) is used, or a polyphenylene vinylene-based p-type conjugated polymer (MEH-PPV) is introduced with a n-type Examples include a system using a converted polyphenylene vinylene derivative (CN-PPV) or carbon nanotube (CNT) as an n-type organic semiconductor.

上記のp型有機半導体およびn型有機半導体としては、上述したように、導電性高分子に代表される共役高分子が広く用いられている。しかしながら、導電性高分子等の有機材料の多くのものがp型半導体的性質を示すため、n型半導体的性質で良好な特性のものはあまり知られていない。また、共役高分子は、正孔輸送能力が比較的高いという利点がある一方で、光の吸収係数はあまり大きくなく、特に可視光領域の長波長側ではほとんど光起電力を示さず、入射した光を有効利用できないことから、エネルギー変換効率が上がらないという欠点がある。さらに、上記のような有機薄膜太陽電池では、一般に使用されている光電変換層の形成材料の電荷輸送能の不足に伴い、電圧は得られるものの、十分な電流が得られず、結果としてエネルギー変換効率は低くなってしまうという問題もある。   As the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor, as described above, conjugated polymers represented by conductive polymers are widely used. However, since many organic materials such as conductive polymers exhibit p-type semiconductor properties, few n-type semiconductor properties with good characteristics are known. Conjugated polymers have the advantage of a relatively high hole transport capability, but the light absorption coefficient is not so large, and they are not incident on the long wavelength side of the visible light region. Since light cannot be used effectively, there is a drawback that the energy conversion efficiency does not increase. Furthermore, in the organic thin-film solar cell as described above, due to the lack of charge transport ability of the commonly used photoelectric conversion layer forming material, a voltage is obtained, but a sufficient current cannot be obtained, resulting in energy conversion. There is also a problem that efficiency is lowered.

以上のことから、エネルギー変換効率を向上させるために、半導体的性質が良好であり、また、光の吸収係数の高い有機材料の開発が求められている。   From the above, in order to improve the energy conversion efficiency, development of an organic material having good semiconductor properties and a high light absorption coefficient is required.

MATERIAL STAGE vol.2,No.9 2002 p.37-42 中村潤一ら著「有機薄膜太陽電池‐ドナー・アクセプター相互作用の活用‐」MATERIAL STAGE vol.2, No.9 2002 p.37-42 Junichi Nakamura et al. "Organic thin-film solar cells-utilization of donor-acceptor interaction" 応用物理 第71巻 第4号(2002)p.425-428 昆野昭則著「有機太陽電池の現状と展望」Applied Physics Vol.71 No.4 (2002) p.425-428 Akinori Kuno "Current Status and Prospects of Organic Solar Cells"

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池を提供することを主目的とするものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and has as its main object to provide an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency.

上記目的を達成するために、本発明者らは、光電変換層の形成材料として、電荷輸送能の高い材料を検討するともに、またその新規な組み合わせ、さらには有機薄膜太陽電池の層構造の検討によって、光吸収も比較的良好に行われ、電流も増加させることができる効果により、高いエネルギー変換効率が得られることを見出した。   In order to achieve the above object, the present inventors examined materials having a high charge transporting ability as a material for forming a photoelectric conversion layer, a novel combination thereof, and further studied a layer structure of an organic thin film solar cell. Thus, it has been found that high energy conversion efficiency can be obtained due to the effect that light absorption is relatively good and current can be increased.

すなわち、本発明は、基板と、上記基板上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、正孔輸送層および電子輸送層を有する光電変換層と、上記光電変換層上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、
上記正孔輸送層は、ポリチオフェン誘導体またはポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)の少なくともいずれか一方を有し、
上記電子輸送層は、ポリフルオレン誘導体またはフラーレン誘導体の少なくともいずれか一方を有することを特徴とする有機薄膜太陽電池を提供する。
That is, the present invention includes a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode layer and having a hole transport layer and an electron transport layer, and the photoelectric conversion. An organic thin film solar cell having a second electrode layer formed on a layer and facing the first electrode layer,
The hole transport layer has at least one of a polythiophene derivative or a polyphenylene vinylene derivative (PPV),
The electron transport layer provides at least one of a polyfluorene derivative or a fullerene derivative, and provides an organic thin film solar cell.

本発明においては、正孔輸送層がポリチオフェン誘導体および/またはポリフェニレンビニレン(PPV)誘導体を有し、電子輸送層がポリフルオレン誘導体および/またはフラーレン誘導体を有しており、このようなパッキングおよび電荷輸送性に優れた材料を複数組み合わせることにより、電荷取出し性に優れ、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。また、ポリフルオレン誘導体は光の吸収係数が高いことから、電子輸送層がポリフルオレン誘導体を有する場合は、光起電力が高くなり、エネルギー変換効率を向上させることができる。   In the present invention, the hole transport layer has a polythiophene derivative and / or a polyphenylene vinylene (PPV) derivative, and the electron transport layer has a polyfluorene derivative and / or a fullerene derivative. By combining a plurality of materials having excellent properties, it is possible to obtain an organic thin film solar cell having excellent charge extraction properties and high energy conversion efficiency. Further, since the polyfluorene derivative has a high light absorption coefficient, when the electron transport layer has a polyfluorene derivative, the photovoltaic power is increased, and the energy conversion efficiency can be improved.

本発明は、また、基板と、上記基板上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、電子正孔輸送層である光電変換層と、上記光電変換層上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、
上記電子正孔輸送層は、ポリチオフェン誘導体またはポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)の少なくともいずれか一方を有し、かつ、ポリフルオレン誘導体またはフラーレン誘導体の少なくともいずれか一方を有することを特徴とする有機薄膜太陽電池を提供する。
The present invention also includes a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode layer, which is an electron-hole transport layer, and the photoelectric conversion layer. An organic thin film solar cell formed and having a second electrode layer that is an electrode facing the first electrode layer,
The electron-hole transport layer has at least one of a polythiophene derivative or a polyphenylene vinylene derivative (PPV), and has at least one of a polyfluorene derivative or a fullerene derivative, I will provide a.

本発明によれば、電子正孔輸送層がポリチオフェン誘導体および/またはポリフェニレンビニレン(PPV)誘導体を有し、かつ、ポリフルオレン誘導体および/またはフラーレン誘導体を有しており、このようなパッキングおよび電荷輸送性に優れた材料を複数組み合わせることにより、電荷取出し性に優れ、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。また、ポリフルオレン誘導体は光の吸収係数が高いことから、電子正孔輸送層がポリフルオレン誘導体を有する場合は、光起電力が高くなり、エネルギー変換効率をより向上させることができる。   According to the present invention, the electron-hole transport layer has a polythiophene derivative and / or a polyphenylene vinylene (PPV) derivative, and has a polyfluorene derivative and / or a fullerene derivative, such packing and charge transport. By combining a plurality of materials having excellent properties, it is possible to obtain an organic thin film solar cell having excellent charge extraction properties and high energy conversion efficiency. In addition, since the polyfluorene derivative has a high light absorption coefficient, when the electron-hole transport layer has a polyfluorene derivative, the photovoltaic power increases and the energy conversion efficiency can be further improved.

さらに、本発明は、基板と、上記基板上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、電子正孔輸送層である光電変換層と、上記光電変換層上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、
上記電子正孔輸送層は、ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体を有することを特徴とする有機薄膜太陽電池を提供する。
Furthermore, the present invention provides a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode layer, which is an electron-hole transport layer, and the photoelectric conversion layer. An organic thin film solar cell formed and having a second electrode layer that is an electrode facing the first electrode layer,
The electron-hole transport layer provides an organic thin-film solar cell having a polyfluorene derivative and a fullerene derivative.

本発明によれば、電子正孔輸送層に含まれるポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体が、パッキングおよび電荷輸送性に優れた材料であるので、電荷取出し性に優れ、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。   According to the present invention, since the polyfluorene derivative and fullerene derivative contained in the electron-hole transport layer are materials excellent in packing and charge transportability, the organic thin film solar cell is excellent in charge extraction property and high in energy conversion efficiency. It can be.

また、本発明においては、上記ポリチオフェン誘導体が、側鎖としてアルキル基、チエニル基、またはフェニル基のいずれかを有することが好ましい。上記のような側鎖を導入することにより、有機溶媒に対する可溶性が高くなり、取扱い性が向上するからである。   In the present invention, the polythiophene derivative preferably has any of an alkyl group, a thienyl group, or a phenyl group as a side chain. This is because by introducing the side chain as described above, the solubility in an organic solvent is increased and the handleability is improved.

さらに、本発明においては、上記ポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)が、側鎖としてアルコキシ基を有することが好ましい。アルコキシ基を導入することにより、有機溶媒に対する可溶性が高くなり、取扱い性が向上するからである。   Furthermore, in this invention, it is preferable that the said polyphenylene vinylene derivative (PPV) has an alkoxy group as a side chain. This is because by introducing an alkoxy group, the solubility in an organic solvent is increased, and the handleability is improved.

また、本発明においては、上記ポリフルオレン誘導体が、側鎖としてアルキル基を有することが好ましい。アルキル基を導入することにより、有機溶媒に対する可溶性が高くなり、取扱い性が向上するからである。   In the present invention, the polyfluorene derivative preferably has an alkyl group as a side chain. This is because by introducing an alkyl group, the solubility in an organic solvent is increased, and the handleability is improved.

さらに、本発明においては、上記フラーレン誘導体は、高次フラーレン類、表面修飾基を有する表面修飾フラーレン類またはフラーレン結合ポリマー類であることが好ましい。   Furthermore, in the present invention, the fullerene derivative is preferably a higher-order fullerene, a surface-modified fullerene having a surface-modifying group, or a fullerene-bonded polymer.

また、本発明おいては、上記第1電極層の全光線透過率が90%以上であり、シート抵抗が20Ω/□以下であることが好ましい。上記全光線透過率が上記範囲であることにより、光を効率的に吸収することができ、上記シート抵抗が上記範囲であることにより、発生した光電荷を十分に外部回路へ伝達することができるからである。   Moreover, in this invention, it is preferable that the total light transmittance of the said 1st electrode layer is 90% or more, and sheet resistance is 20 ohms / square or less. When the total light transmittance is within the above range, light can be efficiently absorbed, and when the sheet resistance is within the above range, the generated photocharge can be sufficiently transmitted to an external circuit. Because.

さらに、本発明においては、上記第1電極層と上記光電変換層との間に、正孔取出し層が形成されていることが好ましい。これにより、光電変換層から第1電極層への正孔取出し効率が高められるため、エネルギー変換効率を向上させることが可能となるからである。   Furthermore, in the present invention, it is preferable that a hole extraction layer is formed between the first electrode layer and the photoelectric conversion layer. This is because the efficiency of extracting holes from the photoelectric conversion layer to the first electrode layer is increased, so that the energy conversion efficiency can be improved.

また、本発明においては、上記光電変換層と上記第2電極層との間に、電子取出し層が形成されていることが好ましい。これにより、光電変換層から第2電極層への電子取出し効率が高められるため、エネルギー変換効率を向上させることが可能となるからである。   Moreover, in this invention, it is preferable that the electron extraction layer is formed between the said photoelectric converting layer and the said 2nd electrode layer. This is because the efficiency of extracting electrons from the photoelectric conversion layer to the second electrode layer can be increased, so that the energy conversion efficiency can be improved.

本発明においては、正孔輸送機能を有する材料としてポリチオフェン誘導体および/またはポリフェニレンビニレン(PPV)誘導体を用い、また電子輸送機能を有する材料としてポリフルオレン誘導体および/またはフラーレン誘導体を用い、このようなパッキングおよび電荷輸送性に優れた材料を複数組み合わせることにより、電荷取出し性に優れ、より高効率な有機薄膜太陽電池とすることができる。   In the present invention, a polythiophene derivative and / or a polyphenylene vinylene (PPV) derivative is used as a material having a hole transport function, and a polyfluorene derivative and / or fullerene derivative is used as a material having an electron transport function. In addition, by combining a plurality of materials excellent in charge transportability, it is possible to obtain a more efficient organic thin-film solar cell with excellent charge extraction performance.

以下、本発明の有機薄膜太陽電池について詳細に説明する。   Hereinafter, the organic thin film solar cell of the present invention will be described in detail.

A.有機薄膜太陽電池
まず、本発明の有機薄膜太陽電池について説明する。
A. First, the organic thin film solar cell of the present invention will be described.

本発明の有機薄膜太陽電池は、電子受容性および電子供与性の機能を一組として、pn接合を利用したヘテロ接合型の有機薄膜太陽電池であり、光電変換層の構成により2つの態様に分けることができる。すなわち、光電変換層が、電子供与体として機能する正孔輸送層および電子受容体として機能する電子輸送層を有する態様と、電子供与体および電子受容体の両方の機能を有する電子正孔輸送層からなる態様とに分けることができる。本発明においては、上記2つの態様を、それぞれ、電子受容性の機能を有する電子輸送層および電子供与性の機能を有する正孔輸送層を各々別個に積層させた構造のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池と、電子供与性および電子受容性の機能を一つの層に混合させた電子正孔輸送層を用いたバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池ということとする。   The organic thin film solar cell of the present invention is a heterojunction type organic thin film solar cell using a pn junction with a set of electron accepting and electron donating functions, and is divided into two modes according to the configuration of the photoelectric conversion layer. be able to. That is, the photoelectric conversion layer has a hole transport layer that functions as an electron donor and an electron transport layer that functions as an electron acceptor, and an electron hole transport layer that functions as both an electron donor and an electron acceptor It can be divided into the aspect which consists of. In the present invention, the bi-layer type organic thin film solar having a structure in which the electron transport layer having an electron-accepting function and the hole transport layer having an electron-donating function are separately laminated, respectively, in the above two embodiments. A bulk heterojunction organic thin-film solar cell using a battery and an electron-hole transport layer in which electron-donating and electron-accepting functions are mixed in one layer is assumed.

なお、本発明において光電変換層とは、有機薄膜太陽電池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って輸送させる機能を有する部材を意味する。   In the present invention, the photoelectric conversion layer means a member that contributes to charge separation of the organic thin film solar cell and has a function of transporting the generated electrons and holes toward electrodes in opposite directions.

以下、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池およびバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池に分けて説明する。   Hereinafter, the bilayer type organic thin film solar cell and the bulk heterojunction type organic thin film solar cell will be described separately.

1.バイレイヤー型有機薄膜太陽電池
本態様の有機薄膜太陽電池は、基板と、上記基板上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、正孔輸送層および電子輸送層を有する光電変換層と、上記光電変換層上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、上記正孔輸送層は、ポリチオフェン誘導体またはポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)の少なくともいずれか一方を有し、上記電子輸送層は、ポリフルオレン誘導体またはフラーレン誘導体の少なくともいずれか一方を有することを特徴とするものである。
1. Bilayer type organic thin film solar cell The organic thin film solar cell of this aspect is formed on a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, and a hole transport layer and an electron transport layer formed on the first electrode layer. An organic thin film solar cell having a photoelectric conversion layer having a second electrode layer formed on the photoelectric conversion layer and facing the first electrode layer, wherein the hole transport layer comprises polythiophene It has at least one of a derivative or a polyphenylene vinylene derivative (PPV), and the electron transport layer has at least one of a polyfluorene derivative or a fullerene derivative.

本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池について、図面を用いて説明する。図1は、本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池の一例を示す概略断面図である。図1に示すように、本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池は、基板1と、上記基板1上に形成された第1電極層2と、上記第1電極層2上に形成され、正孔輸送層4および電子輸送層5を有する光電変換層3と、上記光電変換層3上に形成され、上記第1電極層2と対向する電極である第2電極層7とを有するものである。   The bilayer type organic thin film solar cell of this aspect is demonstrated using drawing. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of the bilayer organic thin film solar cell of this embodiment. As shown in FIG. 1, the bilayer organic thin film solar cell of this embodiment is formed on a substrate 1, a first electrode layer 2 formed on the substrate 1, and a first electrode layer 2. A photoelectric conversion layer 3 having a hole transport layer 4 and an electron transport layer 5, and a second electrode layer 7 formed on the photoelectric conversion layer 3 and facing the first electrode layer 2. .

本態様においては、正孔輸送層がポリチオフェン誘導体および/またはポリフェニレンビニレン誘導体を有し、電子輸送層がポリフルオレン誘導体および/またはフラーレン誘導体を有しており、このような電荷輸送性に優れた材料を組み合わせることにより、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。   In this embodiment, the hole transport layer has a polythiophene derivative and / or a polyphenylene vinylene derivative, and the electron transport layer has a polyfluorene derivative and / or a fullerene derivative. By combining these, an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency can be obtained.

また、本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池は、光電変換層3として、電子受容性の機能を有する電子輸送層5および電子供与性の機能を有する正孔輸送層4を各々別個に形成し、それらの界面において形成されるpn接合を利用して光電荷分離を生じさせ、光電流を得るものである。
以下、このようなバイレイヤー型有機薄膜太陽電池の各構成について説明する。
Moreover, the bilayer type organic thin film solar cell of this aspect forms the electron transport layer 5 which has an electron-accepting function, and the positive hole transport layer 4 which has an electron-donating function separately as the photoelectric converting layer 3, respectively. The photocurrent is separated by using a pn junction formed at the interface to obtain a photocurrent.
Hereinafter, each structure of such a bilayer type organic thin film solar cell will be described.

(1)基板
まず、本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池に用いられる基板について説明する。本態様において、基板は、透明なものであっても不透明なものであっても特に限定されるものではないが、例えば、この基板側が光の受光面となる場合には、透明基板であることが好ましい。この透明基板としては、特に限定されるものではなく、例えば石英ガラス、パイレックス(登録商標)、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を挙げることができる。
(1) Substrate First, a substrate used for the bilayer organic thin film solar cell of this embodiment will be described. In this embodiment, the substrate is not particularly limited, whether it is transparent or opaque. For example, when the substrate side is a light receiving surface, it is a transparent substrate. Is preferred. The transparent substrate is not particularly limited, and for example, a non-flexible transparent rigid material such as quartz glass, Pyrex (registered trademark), synthetic quartz plate, or a transparent resin film, an optical resin plate, etc. The transparent flexible material which has flexibility can be mentioned.

本態様においては、上記の中でも基板が透明樹脂フィルム等のフレキシブル材であることが好ましい。透明樹脂フィルムは、加工性に優れており、製造コスト低減や軽量化、割れにくい有機薄膜太陽電池の実現において有用であり、曲面への適用等の種々のアプリケーションへの適用可能性が広がるからである。   In this aspect, among the above, the substrate is preferably a flexible material such as a transparent resin film. Transparent resin films are excellent in processability, and are useful in the realization of organic thin-film solar cells that reduce manufacturing costs, reduce weight, and are difficult to break, and expand the applicability to various applications such as application to curved surfaces. is there.

(2)第1電極層
次に、本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池に用いられる第1電極層について説明する。本態様において、第1電極層は、上記基板上に形成されるものである。
(2) 1st electrode layer Next, the 1st electrode layer used for the bilayer type organic thin-film solar cell of this aspect is demonstrated. In this aspect, the first electrode layer is formed on the substrate.

このような第1電極層を形成する材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、光の照射方向や、後述する第2電極層を形成する材料の仕事関数等を考慮して適宜選択することが好ましい。例えば、第2電極層を形成する材料を、仕事関数が低い材料とした場合には、第1電極層を形成する材料は、仕事関数が高い材料が好ましい。仕事関数が高い材料としては、例えばAu、Ag、Co、Ni、Pt、C、ITO、SnO、フッ素をドープしたSnO、ZnO等を挙げることができる。また、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池の基板を受光面とした場合には、第1電極層を透明電極とすることが好ましく、この場合、一般的に透明電極として使用されているものを用いることができる。具体的には、In−Zn−O(IZO)、In−Sn−O(ITO)、ZnO−Al、Zn−Sn−O等を挙げることができる。 The material for forming the first electrode layer is not particularly limited as long as it has conductivity. However, considering the irradiation direction of light, the work function of the material for forming the second electrode layer described later, and the like. It is preferable to select appropriately. For example, when the material for forming the second electrode layer is a material having a low work function, the material for forming the first electrode layer is preferably a material having a high work function. Examples of the material having a high work function include Au, Ag, Co, Ni, Pt, C, ITO, SnO 2 , fluorine-doped SnO 2 , and ZnO. Further, when the substrate of the bilayer type organic thin film solar cell is used as the light receiving surface, the first electrode layer is preferably a transparent electrode, and in this case, one generally used as a transparent electrode is used. Can do. Specifically, In—Zn—O (IZO), In—Sn—O (ITO), ZnO—Al, Zn—Sn—O, and the like can be given.

本態様おいては、第1電極層の全光線透過率が85%以上、中でも90%以上、特に92%以上であることが好ましい。本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池の基板を受光面とした場合、第1電極層の全光線透過率が上記範囲であることにより、第1電極層では光を十分に透過することができ、光電変換層にて光を効率的に吸収することができるからである。   In this embodiment, the total light transmittance of the first electrode layer is 85% or more, preferably 90% or more, and particularly preferably 92% or more. When the substrate of the bilayer organic thin film solar cell of this aspect is a light receiving surface, the first electrode layer can sufficiently transmit light because the total light transmittance of the first electrode layer is in the above range. This is because light can be efficiently absorbed by the photoelectric conversion layer.

なお、上記全光線透過率は、可視光領域において、スガ試験株式会社製 全光線透過率装置(COLOUR S&M COMPUTER MODEL SM−C:型番)を用いて測定した値である。   In addition, the said total light transmittance is the value measured in the visible light area | region using the Suga Test Co., Ltd. total light transmittance apparatus (COLOUR S & M COMPUTER MODEL SM-C: model number).

また、本態様においては、第1電極層のシート抵抗が20Ω/□以下、中でも10Ω/□以下、特に5Ω/□以下であることが好ましい。シート抵抗が上記範囲より大きい場合、発生した光電荷を十分に外部回路へ伝達できない可能性があるからである。   In this embodiment, the sheet resistance of the first electrode layer is preferably 20Ω / □ or less, more preferably 10Ω / □ or less, and particularly preferably 5Ω / □ or less. This is because when the sheet resistance is larger than the above range, the generated photocharge may not be sufficiently transmitted to the external circuit.

なお、上記シート抵抗は、三菱化学株式会社製 表面抵抗計(ロレスタMCP:四端子プローブ)を用い、JIS R1637(ファインセラミックス薄膜の低効率試験方法:4探針法による測定方法)に基づき、測定した値である。   The sheet resistance is measured based on JIS R1637 (low-efficiency test method for fine ceramic thin film: 4-probe method) using a surface resistance meter (Loresta MCP: 4-terminal probe) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. It is the value.

上記第1電極層は、単層からなる場合であってもよく、また、異なる仕事関数の材料を用い、積層されてなる場合であってもよい。このような第1電極層の膜厚としては、単層からなる第1電極層の場合はその膜厚が、複数層からなる場合は総膜厚が、0.1〜500nmの範囲内、その中でも、1nm〜300nmの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より薄い場合は、第1電極層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可能性があり、一方、膜厚が上記範囲より厚い場合には、全光線透過率が低下し、エネルギー変換効率を低下させる可能性があるからである。   The first electrode layer may be a single layer, or may be laminated using materials having different work functions. As the film thickness of the first electrode layer, in the case of the first electrode layer made of a single layer, the film thickness thereof is in the range of 0.1 to 500 nm in the case of being made of a plurality of layers. Especially, it is preferable that it exists in the range of 1 nm-300 nm. When the film thickness is smaller than the above range, the sheet resistance of the first electrode layer becomes too large, and the generated photocharge may not be sufficiently transmitted to the external circuit. This is because there is a possibility that the total light transmittance is lowered and the energy conversion efficiency is lowered.

また、上記第1電極層は、基板上に全面に形成されていてもよく、パターン状に形成されていてもよい。   The first electrode layer may be formed on the entire surface of the substrate or may be formed in a pattern.

さらに、上記第1電極層の形状としては、フラットな形状であってもよく、テクスチャー構造、ピラミッド構造、波型構造、くし型構造、ナノピロー構造等の凹凸状であってもよい。例えば第1電極層の形状が凹凸状である場合は、入射光が第1電極層の凹凸形状により散乱されるため、後述する光電変換層は光を多く取り込むことができる。これにより、光を有効に利用することができるため、エネルギー変換効率を向上させることができる。   Furthermore, the shape of the first electrode layer may be a flat shape, or may be an uneven shape such as a texture structure, a pyramid structure, a wave structure, a comb structure, or a nano pillow structure. For example, when the shape of the first electrode layer is uneven, incident light is scattered by the uneven shape of the first electrode layer, so that the photoelectric conversion layer described later can take in much light. Thereby, since light can be used effectively, energy conversion efficiency can be improved.

上記第1電極層の形成方法としては、一般に用いられている方法を用いることができ、具体的には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のPVD法や、CVD法等の乾式塗工法、およびITO微粒子を含有する塗工液等を塗布する湿式塗工法を挙げることができる。また、第1電極層をパターン状に形成する場合のパターニング方法としては、第1電極層を所望のパターンに精度良く形成することができる方法であれば特に限定されないが、具体的には、フォトリソグラフィー法等を挙げることができる。   As the method for forming the first electrode layer, a generally used method can be used. Specifically, a PVD method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method, or a dry method such as a CVD method. Examples thereof include a coating method and a wet coating method in which a coating solution containing ITO fine particles is applied. The patterning method for forming the first electrode layer in a pattern is not particularly limited as long as it can accurately form the first electrode layer in a desired pattern. Lithographic methods and the like can be mentioned.

(3)光電変換層
次に、本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池に用いられる光電変換層について説明する。本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池における光電変換層は、上記第1電極層上に形成され、正孔輸送層および電子輸送層から構成されるものである。
(3) Photoelectric conversion layer Next, the photoelectric conversion layer used for the bilayer type organic thin film solar cell of this aspect is demonstrated. The photoelectric conversion layer in the bilayer type organic thin film solar cell of this embodiment is formed on the first electrode layer and is composed of a hole transport layer and an electron transport layer.

本態様においては、正孔輸送層がポリチオフェン誘導体および/またはポリフェニレンビニレン誘導体を有し、電子輸送層がポリフルオレン誘導体および/またはフラーレン誘導体を有しており、このような電荷輸送性に優れた材料を組み合わせることにより、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。
以下、このような光電変換層を構成する正孔輸送層および電子輸送層に分けて説明する。
In this embodiment, the hole transport layer has a polythiophene derivative and / or a polyphenylene vinylene derivative, and the electron transport layer has a polyfluorene derivative and / or a fullerene derivative. By combining these, an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency can be obtained.
Hereinafter, description will be made by dividing into a hole transport layer and an electron transport layer constituting such a photoelectric conversion layer.

(正孔輸送層)
本態様において、正孔輸送層は、ポリチオフェン誘導体またはポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)の少なくともいずれか一方を有するものである。
(Hole transport layer)
In this embodiment, the hole transport layer has at least one of a polythiophene derivative or a polyphenylene vinylene derivative (PPV).

本態様に用いられるポリチオフェン誘導体としては、ポリチオフェン、ポリチオフェンの誘導体、ならびにポリチオフェンおよびポリチオフェンの誘導体の混合物を挙げることができる。   Examples of the polythiophene derivative used in this embodiment include polythiophene, polythiophene derivatives, and a mixture of polythiophene and polythiophene derivatives.

また、ポリチオフェン誘導体としては、下記一般式(1)で表されるようなチオフェン骨格を有する化合物が挙げられる。   Examples of the polythiophene derivative include a compound having a thiophene skeleton represented by the following general formula (1).

Figure 2006245073
Figure 2006245073

本態様においては、上記一般式(1)において、チオフェン骨格における炭素原子は、いずれも任意の基で置換されていてもよく、この置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。また、1分子中に含まれるn個のチオフェン骨格単位は、その置換基を含め、同一であっても異なっていてもよい。   In this embodiment, in the general formula (1), all of the carbon atoms in the thiophene skeleton may be substituted with any group, and these substituents may be bonded to each other to form a ring. . Further, the n thiophene skeleton units contained in one molecule may be the same or different including the substituent.

また、上記ポリチオフェン誘導体において、上記のような構成単位を主とした際の重合度、および平均分子量としては、特に限定されるものではない。   Moreover, in the said polythiophene derivative, it does not specifically limit as a polymerization degree at the time of making the above structural units mainly, and an average molecular weight.

本態様においては、ポリチオフェン誘導体が、置換基を有するものであることが好ましい。ポリチオフェン自体は有機溶媒に対する可溶性に乏しいが、後述するような置換基を導入することにより、有機溶媒に対する可溶性が高くなるため、後述する湿式塗工法により正孔輸送層を形成することが可能となるからである。このような置換基としては、ポリチオフェンの所要の特性を阻害しない限り特に限定されないが、例えばフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;シアノ基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基;チエニル基、ピリジル基等の芳香族複素環基等が挙げられる。また、本態様においては、上記の中でも、側鎖としてアルキル基、チエニル基、またはフェニル基のいずれかを有するポリチオフェン誘導体であることがより好ましい。   In this embodiment, the polythiophene derivative preferably has a substituent. Polythiophene itself is poorly soluble in organic solvents, but by introducing a substituent as described later, the solubility in organic solvents is increased, so that a hole transport layer can be formed by a wet coating method described later. Because. Such substituents are not particularly limited as long as they do not impair the required properties of polythiophene. For example, halogen atoms such as fluorine atoms and chlorine atoms; alkyl groups such as methyl groups and ethyl groups; alkenyl groups such as vinyl groups; A cyano group; an alkoxy group such as a methoxy group and an ethoxy group; an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group and a naphthyl group; and an aromatic heterocyclic group such as a thienyl group and a pyridyl group. Moreover, in this aspect, among the above, a polythiophene derivative having any of an alkyl group, a thienyl group, or a phenyl group as a side chain is more preferable.

また、下記化学式で表される、側鎖としてアルキル基(R)を有するポリチオフェン誘導体が好適である。   In addition, a polythiophene derivative having an alkyl group (R) as a side chain represented by the following chemical formula is preferable.

Figure 2006245073
Figure 2006245073

本態様に用いられるポリフェニレンビニレン誘導体としては、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンビニレンの誘導体、ならびにポリフェニレンビニレンおよびポリフェニレンビニレンの誘導体の混合物を挙げることができる。   Examples of the polyphenylene vinylene derivative used in this embodiment include polyphenylene vinylene, polyphenylene vinylene derivatives, and mixtures of polyphenylene vinylene and polyphenylene vinylene derivatives.

また、ポリフェニレンビニレン誘導体としては、下記一般式(2)で表されるようなフェニレンビニレン骨格を有する化合物が挙げられる。   Moreover, as a polyphenylene vinylene derivative, the compound which has a phenylene vinylene skeleton as represented by following General formula (2) is mentioned.

Figure 2006245073
Figure 2006245073

本態様においては、上記一般式(2)において、フェニレンビニレン骨格における炭素原子は、いずれも任意の基で置換されていてもよく、この置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。また、1分子中に含まれるn個のフェニレンビニレン骨格単位は、その置換基を含め、同一であっても異なっていてもよい。   In this embodiment, in the above general formula (2), any carbon atom in the phenylene vinylene skeleton may be substituted with any group, and these substituents may be bonded to each other to form a ring. Good. Further, the n phenylene vinylene skeleton units contained in one molecule may be the same or different including the substituent.

また、上記ポリフェニレンビニレン誘導体において、上記のような構成単位を主とした際の重合度、および平均分子量としては、特に限定されるものではない。   Moreover, in the said polyphenylene vinylene derivative, it does not specifically limit as a polymerization degree at the time of making the above structural units mainly, and an average molecular weight.

本態様においては、ポリフェニレンビニレン誘導体が、置換基を有するものであることが好ましい。後述するような置換基を導入することにより、有機溶媒に対する可溶性が高くなるため、後述する湿式塗工法により正孔輸送層を形成することが可能となるからである。また、置換基の導入により、電荷輸送能が向上するからである。このような置換基としては、ポリフェニレンビニレンの所要の特性を阻害しない限り特に限定されないが、例えばフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;シアノ基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基;チエニル基、ピリジル基等の芳香族複素環基等が挙げられる。また、本態様においては、上記の中でも、側鎖としてアルコキシ基を有するポリフェニレンビニレン誘導体であることが好ましい。   In this embodiment, it is preferable that the polyphenylene vinylene derivative has a substituent. This is because by introducing a substituent as described later, the solubility in an organic solvent is increased, so that a hole transport layer can be formed by a wet coating method described later. In addition, the charge transport ability is improved by the introduction of the substituent. Such a substituent is not particularly limited as long as it does not hinder the required characteristics of polyphenylene vinylene. For example, a halogen atom such as a fluorine atom or a chlorine atom; an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group; an alkenyl group such as a vinyl group; Cyano group; alkoxy group such as methoxy group and ethoxy group; aromatic hydrocarbon group such as phenyl group and naphthyl group; aromatic heterocyclic group such as thienyl group and pyridyl group; Moreover, in this aspect, among the above, a polyphenylene vinylene derivative having an alkoxy group as a side chain is preferable.

また、本態様において、正孔輸送層を形成する材料としては、(i)ポリチオフェン誘導体、(ii)ポリフェニレンビニレン誘導体、(iii)ポリチオフェン誘導体およびポリフェニレンビニレン誘導体が挙げられる。   In this embodiment, examples of the material for forming the hole transport layer include (i) polythiophene derivatives, (ii) polyphenylene vinylene derivatives, (iii) polythiophene derivatives, and polyphenylene vinylene derivatives.

上記正孔輸送層がポリチオフェン誘導体およびポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)の両方を有する場合、その混合比としては、ポリチオフェン誘導体およびポリフェニレンビニレン誘導体の種類や、第1電極層および第2電極層との組み合わせによっても異なるため、最適な混合比に適宜調整することが好ましい。具体的には重量比で、ポリチオフェン誘導体:ポリフェニレンビニレン誘導体=100:1〜1:100の範囲内であることが望ましい。   When the hole transport layer has both a polythiophene derivative and a polyphenylene vinylene derivative (PPV), the mixing ratio depends on the type of the polythiophene derivative and the polyphenylene vinylene derivative and the combination with the first electrode layer and the second electrode layer. Therefore, it is preferable to adjust the mixing ratio appropriately. Specifically, it is desirable that the polythiophene derivative: polyphenylene vinylene derivative = 100: 1 to 1: 100 by weight ratio.

(電子輸送層)
次に、本態様に用いられる電子輸送層について説明する。本態様において、電子輸送層は、ポリフルオレン誘導体またはフラーレン誘導体の少なくともいずれか一方を有するものである。
(Electron transport layer)
Next, the electron transport layer used in this embodiment will be described. In this embodiment, the electron transport layer has at least one of a polyfluorene derivative or a fullerene derivative.

まず、ポリフルオレンについて説明する。ポリフルオレンは、成膜性に優れ、長い共役系を有しながら青色発光する材料として注目されている。このポリフルオレンに側鎖としてアルキル基等を導入した誘導体は、有機溶媒への可溶性が高いことから、有機エレクトロルミネッセンス素子等としての応用が試みられている。   First, polyfluorene will be described. Polyfluorene is attracting attention as a material that emits blue light while having excellent film formability and a long conjugated system. Derivatives in which an alkyl group or the like is introduced as a side chain into this polyfluorene are highly soluble in organic solvents, and therefore are being applied as organic electroluminescent devices.

本態様に用いられるポリフルオレン誘導体としては、ポリフルオレン、ポリフルオレンの誘導体、ならびにポリフルオレンおよびポリフルオレンの誘導体の混合物を挙げることができる。   Examples of the polyfluorene derivative used in this embodiment include polyfluorene, a polyfluorene derivative, and a mixture of polyfluorene and a polyfluorene derivative.

また、ポリフルオレン誘導体としては、下記一般式(3)で表されるようなフルオレン骨格を有する化合物が挙げられる。   Examples of the polyfluorene derivative include compounds having a fluorene skeleton as represented by the following general formula (3).

Figure 2006245073
Figure 2006245073

本態様においては、上記一般式(3)において、フルオレン骨格における炭素原子は、いずれも任意の基で置換されていてもよく、この置換基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。また、1分子中に含まれるn個のフルオレン骨格単位は、その置換基を含め、同一であっても異なっていてもよい。   In this aspect, in the above general formula (3), any carbon atom in the fluorene skeleton may be substituted with any group, and these substituents may be bonded to each other to form a ring. . Further, the n fluorene skeleton units contained in one molecule may be the same or different including the substituent.

また、上記ポリフルオレン誘導体において、上記のような構成単位を主とした際の重合度、および平均分子量としては、特に限定されるものではない。   Moreover, in the said polyfluorene derivative, it does not specifically limit as a polymerization degree at the time of making the above structural units mainly, and an average molecular weight.

本態様においては、ポリフルオレン誘導体が、置換基を有するものであることが好ましい。後述するような置換基を導入することにより、有機溶媒に対する可溶性が高くなるため、後述する湿式塗工法により電子輸送層を形成することが可能となるからである。このような置換基としては、ポリフルオレンの所要の特性を阻害しない限り特に限定されないが、例えばフッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;シアノ基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基;チエニル基、ピリジル基等の芳香族複素環基等が挙げられる。また、本態様においては、上記の中でも、側鎖としてアルキル基を有するポリフルオレン誘導体であることが好ましい。   In this embodiment, it is preferable that the polyfluorene derivative has a substituent. This is because by introducing a substituent as described later, the solubility in an organic solvent is increased, so that an electron transport layer can be formed by a wet coating method described later. Such a substituent is not particularly limited as long as the required properties of polyfluorene are not impaired. For example, a halogen atom such as a fluorine atom or a chlorine atom; an alkyl group such as a methyl group or an ethyl group; an alkenyl group such as a vinyl group; Cyano group; alkoxy group such as methoxy group and ethoxy group; aromatic hydrocarbon group such as phenyl group and naphthyl group; aromatic heterocyclic group such as thienyl group and pyridyl group; Moreover, in this aspect, among the above, a polyfluorene derivative having an alkyl group as a side chain is preferable.

一方、フラーレンは、サッカーボール状分子として知られるC60に代表される球状炭素分子であり、1985年にクロトーとスモーリーにより発見されて以来、そのユニークな構造に由来する特異な機能を発揮する新たな材料を創製し得るものとして期待されている。例えば、C60は非常に電子を受け取りやすく、アニオンラジカルとして安定に存在できるため、光電変換素子などの機能性材料として注目されている。このような材料として利用するためには薄膜の形成が必要不可欠となるが、C60は非常に会合しやすいため、均一な薄膜の形成は困難であった。フラーレンを薄膜化するため、従来より主として行なわれている手法は、薄膜形成性に優れた置換基や基板に結合性の置換基でフラーレンを化学修飾することである。例えば、金基板と結合できるようにチオール部位等を修飾したC60が挙げられる。また、電子受容性の物質を、電子を与えやすくカチオンラジカルとして存在できる物質と組み合わせることにより光電変換能が向上することは一般に知られているが、フラーレンの場合、電子供与性の部位を有する化合物をC60のようなフラーレンに共有結合を介して結合させる方法もある。 Meanwhile, the fullerene is a spherical carbon molecules represented by C 60, known as a soccer ball-like molecule, since it was discovered by Kroto and Smalley in 1985, new to exert a peculiar features derived from its unique structure It is expected to be able to create new materials. For example, since C60 is very easy to receive electrons and can exist stably as an anion radical, it has attracted attention as a functional material such as a photoelectric conversion element. Such in order to use as the material is formed of a thin film is essential, C 60 because very easy to associate to form a uniform thin film is difficult. In order to reduce the thickness of fullerenes, a technique that has been mainly performed conventionally is to chemically modify fullerenes with substituents that are excellent in thin film formation properties or substituents that are bonded to a substrate. For example, C 60 having a modified thiol sites, etc. As can be combined with gold substrates. Further, it is generally known that an electron-accepting substance is combined with a substance that can easily give an electron and can exist as a cation radical, so that the photoelectric conversion ability is generally improved. In the case of fullerene, a compound having an electron-donating moiety the is also a method of bonding via a covalent bond to the fullerene such as C 60.

本態様に用いられるフラーレン誘導体としては、フラーレン、フラーレンの誘導体、ならびにフラーレンおよびフラーレンの誘導体の混合物を挙げることができる。   Examples of the fullerene derivative used in this embodiment include fullerene, a fullerene derivative, and a mixture of fullerene and a fullerene derivative.

本態様において、フラーレン誘導体としては、フラーレン骨格を有する化合物であれば特に限定されない。また、フラーレン骨格における炭素原子は、いずれも任意の基で表面修飾されていてもよく、この表面修飾基同士が互いに結合して環を形成していてもよい。また、1分子中に含まれるフラーレン骨格単位は、その表面修飾基を含め、同一であっても異なっていてもよい。   In this embodiment, the fullerene derivative is not particularly limited as long as it is a compound having a fullerene skeleton. In addition, any carbon atom in the fullerene skeleton may be surface-modified with an arbitrary group, and the surface-modifying groups may be bonded to each other to form a ring. Further, the fullerene skeleton units contained in one molecule may be the same or different including the surface modifying group.

また、上記フラーレン誘導体において、上記のような構成単位を主とした際の重合度、および平均分子量としては、特に限定されるものではない。   In the fullerene derivative, the degree of polymerization and the average molecular weight when the above-described structural units are mainly used are not particularly limited.

このようなフラーレン誘導体としては、例えば高次フラーレン類、表面修飾基を有する表面修飾フラーレン類、バッキーオニオン、フラーレン結合ポリマー類等が挙げられる。上記の中でも、本態様においては、高次フラーレン類、表面修飾フラーレン類またはフラーレン結合ポリマー類であることが好ましい。   Examples of such fullerene derivatives include higher-order fullerenes, surface-modified fullerenes having a surface-modifying group, bucky onions, and fullerene-bonded polymers. Among these, in this embodiment, higher-order fullerenes, surface-modified fullerenes, or fullerene-bonded polymers are preferable.

上記高次フラーレン類としては、具体的にC60、C70、C76、C78、C84等を用いることができる。なお、本発明において高次フラーレン類とは、高次フラーレンおよび高次フラーレンの誘導体を意味するものである。 Specific examples of the higher order fullerenes include C 60 , C 70 , C 76 , C 78 , C 84, and the like. In the present invention, higher-order fullerenes mean higher-order fullerenes and derivatives of higher-order fullerenes.

また、上記表面修飾基を有する表面修飾フラーレン類における表面修飾基としては、例えば水素原子;水酸基;フッ素原子、塩素原子等のハロゲン原子;メチル基、エチル基等のアルキル基;ビニル基等のアルケニル基;シアノ基;メトキシ基、エトキシ基等のアルコキシ基;フェニル基、ナフチル基等の芳香族炭化水素基、チエニル基、ピリジル基等の芳香族複素環基等が挙げられる。具体的には、C6036、C7036等の水素化フラーレン、C60、C70等のオキサイドフラーレン、フラーレン金属錯体等が挙げられる。なお、本発明において、表面修飾フラーレン類とは、表面修飾フラーレンおよび表面修飾フラーレンの誘導体を意味するものである。 Examples of the surface modifying group in the surface modified fullerene having the surface modifying group include a hydrogen atom; a hydroxyl group; a halogen atom such as a fluorine atom and a chlorine atom; an alkyl group such as a methyl group and an ethyl group; and an alkenyl such as a vinyl group. A cyano group; an alkoxy group such as a methoxy group or an ethoxy group; an aromatic hydrocarbon group such as a phenyl group or a naphthyl group; an aromatic heterocyclic group such as a thienyl group or a pyridyl group; Specific examples include hydrogenated fullerenes such as C 60 H 36 and C 70 H 36 , oxide fullerenes such as C 60 and C 70 , fullerene metal complexes, and the like. In the present invention, the surface-modified fullerenes mean surface-modified fullerenes and surface-modified fullerene derivatives.

さらに、上記フラーレン結合ポリマー類としては、例えば主骨格として導電性高分子を有し、その側鎖としてフラーレン類を有するものが挙げられる。導電性高分子としては、例えば液晶性を有する環状化合物や、ポルフィリン環を包含するもの等が挙げられる。また、フラーレン類としては、上述した高次フラーレン類、表面修飾フラーレン類等が挙げられる。なお、本発明において、フラーレン結合ポリマー類とは、フラーレン結合ポリマーおよびフラーレン結合ポリマーの誘導体を意味するものである。   Furthermore, examples of the fullerene-bonded polymers include those having a conductive polymer as a main skeleton and fullerenes as side chains thereof. Examples of the conductive polymer include cyclic compounds having liquid crystallinity, and those containing a porphyrin ring. Examples of fullerenes include the above-described higher-order fullerenes and surface-modified fullerenes. In the present invention, fullerene bonded polymers mean fullerene bonded polymers and derivatives of fullerene bonded polymers.

本態様において、電子輸送層を形成する材料の組み合わせとしては、(i)ポリフルオレン誘導体、(ii)フラーレン誘導体、(iii)ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体が挙げられる。   In this embodiment, the combination of materials forming the electron transport layer includes (i) a polyfluorene derivative, (ii) a fullerene derivative, (iii) a polyfluorene derivative and a fullerene derivative.

上記電子輸送層がポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体の両方を有する場合、その混合比としては、ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体の種類や、第1電極層および第2電極層との組み合わせによっても異なるため、最適な混合比に適宜調整することが好ましい。具体的には重量比で、ポリフルオレン誘導体:フラーレン誘導体=5:1〜1:10の範囲内であることが望ましい。   When the electron transport layer has both a polyfluorene derivative and a fullerene derivative, the mixing ratio varies depending on the type of the polyfluorene derivative and the fullerene derivative and the combination with the first electrode layer and the second electrode layer. It is preferable to adjust appropriately to the optimum mixing ratio. Specifically, it is desirable that the weight ratio is within the range of polyfluorene derivative: fullerene derivative = 5: 1 to 1:10.

(正孔輸送層および電子輸送層)
本態様においては、上述したように、正孔輸送層がポリチオフェン誘導体および/またはポリフェニレンビニレン誘導体を有し、電子輸送層がポリフルオレン誘導体および/またはフラーレン誘導体を有しており、このような電荷輸送性に優れた材料を組み合わせることにより、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。
(Hole transport layer and electron transport layer)
In this embodiment, as described above, the hole transport layer has a polythiophene derivative and / or a polyphenylene vinylene derivative, and the electron transport layer has a polyfluorene derivative and / or a fullerene derivative. By combining materials having excellent properties, an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency can be obtained.

本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池に用いられる正孔輸送層および電子輸送層を形成する材料の組み合わせとしては、上述した正孔輸送層および電子輸送層を形成する材料をそれぞれ組み合わせたものが挙げられる。すなわち、(i)正孔輸送層:ポリチオフェン誘導体、電子輸送層:ポリフルオレン誘導体、(ii)正孔輸送層:ポリチオフェン誘導体、電子輸送層:フラーレン誘導体、(iii)正孔輸送層:ポリチオフェン誘導体、電子輸送層:ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体、(iv)正孔輸送層:ポリフェニレンビニレン誘導体、電子輸送層:ポリフルオレン誘導体、(v)正孔輸送層:ポリフェニレンビニレン誘導体、電子輸送層:フラーレン誘導体、(vi)正孔輸送層:ポリフェニレンビニレン誘導体、電子輸送層:ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体、(vii)正孔輸送層:ポリチオフェン誘導体およびポリフェニレンビニレン誘導体、電子輸送層:ポリフルオレン誘導体、(viii)正孔輸送層:ポリチオフェン誘導体およびポリフェニレンビニレン誘導体、電子輸送層:フラーレン誘導体、(ix)正孔輸送層:ポリチオフェン誘導体およびポリフェニレンビニレン誘導体、電子輸送層:ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体が挙げられる。   As a combination of the material for forming the hole transport layer and the electron transport layer used in the bilayer type organic thin film solar cell of this embodiment, the combination of the materials for forming the hole transport layer and the electron transport layer described above may be used. Can be mentioned. (I) hole transport layer: polythiophene derivative, electron transport layer: polyfluorene derivative, (ii) hole transport layer: polythiophene derivative, electron transport layer: fullerene derivative, (iii) hole transport layer: polythiophene derivative, Electron transport layer: polyfluorene derivative and fullerene derivative, (iv) hole transport layer: polyphenylene vinylene derivative, electron transport layer: polyfluorene derivative, (v) hole transport layer: polyphenylene vinylene derivative, electron transport layer: fullerene derivative, (Vi) hole transport layer: polyphenylene vinylene derivative, electron transport layer: polyfluorene derivative and fullerene derivative, (vii) hole transport layer: polythiophene derivative and polyphenylene vinylene derivative, electron transport layer: polyfluorene derivative, (viii) positive Pore transport layer: polythiophene derivative and poly Examples include rephenylene vinylene derivatives, electron transport layers: fullerene derivatives, (ix) hole transport layers: polythiophene derivatives and polyphenylene vinylene derivatives, electron transport layers: polyfluorene derivatives and fullerene derivatives.

本態様においては、上記の組み合わせの中でも、電子輸送層がポリフルオレン誘導体を有することが好ましい。ポリフルオレン誘導体は光の吸収係数が高いことから、入射した光を有効に利用することができ、光起電力が高くなるため、エネルギー変換効率を向上させることができるからである。   In this embodiment, among the above combinations, the electron transport layer preferably has a polyfluorene derivative. This is because the polyfluorene derivative has a high light absorption coefficient, so that incident light can be used effectively and the photovoltaic power increases, so that the energy conversion efficiency can be improved.

また、本態様において、正孔輸送層および電子輸送層に用いる材料の好適な組み合わせとしては、上記の組み合わせのうち、正孔輸送層が少なくともポリチオフェン誘導体を有し、電子輸送層が少なくともポリフルオレン誘導体を有する組み合わせが挙げられる。   In this embodiment, a preferable combination of materials used for the hole transport layer and the electron transport layer is, among the above combinations, the hole transport layer has at least a polythiophene derivative, and the electron transport layer has at least a polyfluorene derivative. The combination which has is mentioned.

本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池においては、光電変換層が、図1に示すように正孔輸送層4および電子輸送層5が各々一層からなる場合でもよく、図3に示すように、正孔輸送層4および電子輸送層5を各々複数層有する場合であってもよい。   In the bilayer type organic thin film solar cell of this embodiment, the photoelectric conversion layer may be composed of one hole transport layer 4 and one electron transport layer 5 as shown in FIG. 1, and as shown in FIG. There may be a case where each of the hole transport layer 4 and the electron transport layer 5 has a plurality of layers.

また、電子輸送層および正孔輸送層の膜厚は特に限定されないが、具体的には、各々の膜厚が0.1nm〜1500nmの範囲内、その中でも、5nm〜300nmの範囲内であることが好ましい。電子輸送層および正孔輸送層の膜厚が上記範囲よりも厚い場合には、電子輸送層および正孔輸送層における膜抵抗が高くなる可能性があるからである。一方、電子輸送層および正孔輸送層の膜厚が上記範囲よりも薄い場合、第1電極層と第2電極層との間で短絡が生じる可能性があるからである。   In addition, the thicknesses of the electron transport layer and the hole transport layer are not particularly limited, but specifically, each thickness is in the range of 0.1 nm to 1500 nm, and in particular, in the range of 5 nm to 300 nm. Is preferred. This is because when the film thickness of the electron transport layer and the hole transport layer is thicker than the above range, the film resistance in the electron transport layer and the hole transport layer may be increased. On the other hand, when the film thicknesses of the electron transport layer and the hole transport layer are thinner than the above range, a short circuit may occur between the first electrode layer and the second electrode layer.

上記電子輸送層または正孔輸送層を形成する方法としては、所定の膜厚に均一に形成することができる方法であれば特に限定されない。例えば電子輸送層または正孔輸送層の形成材料を溶媒に溶解または分散させ、塗布する湿式塗工法が挙げられる。   The method for forming the electron transport layer or the hole transport layer is not particularly limited as long as it can be uniformly formed in a predetermined film thickness. For example, there is a wet coating method in which a material for forming an electron transport layer or a hole transport layer is dissolved or dispersed in a solvent and applied.

このような湿式塗工法としては、具体的に、ダイコート法、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法、ビードコート法、スプレーコート法、インクジェット法等を挙げることができる。その中でも、スピンコート法またはダイコート法であることが好ましい。これらの方法は、光電変換層を上記範囲内の膜厚となるように精度良く形成することができるからである。   Specific examples of such wet coating methods include die coating methods, spin coating methods, dip coating methods, roll coating methods, bead coating methods, spray coating methods, and ink jet methods. Among these, a spin coating method or a die coating method is preferable. This is because these methods can form the photoelectric conversion layer with high accuracy so that the film thickness is in the above range.

(4)第2電極層
次に、本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池に用いられる第2電極層について説明する。本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池における第2電極層は、上記光電変換層上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である。
(4) 2nd electrode layer Next, the 2nd electrode layer used for the bilayer type organic thin film solar cell of this aspect is demonstrated. The 2nd electrode layer in the bilayer type organic thin film solar cell of this aspect is an electrode which is formed on the said photoelectric converting layer, and opposes the said 1st electrode layer.

このような第2電極層を形成する材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、光の照射方向や、上記第1電極層を形成する材料の仕事関数等を考慮して適宜選択することが好ましい。例えば、上記基板を受光面とした場合には、上記第1電極層が透明電極となり、このような場合には、第2電極層は透明でなくともよい。また、第1電極層を仕事関数が高い材料を用いて形成した場合には、第2電極層は仕事関数が低い材料を用いて形成することが好ましく、具体的に仕事関数が低い材料としては、Li、In、Al、Ca、Mg、Sm、Tb、Yb、Zr、LiF等を挙げることができる。また、第2電極層は、単層からなる場合であってもよく、また、異なる仕事関数の材料を用い、積層されてなる場合であってもよい。   The material for forming the second electrode layer is not particularly limited as long as it has conductivity, but considering the irradiation direction of light, the work function of the material for forming the first electrode layer, and the like. It is preferable to select appropriately. For example, when the substrate is a light receiving surface, the first electrode layer is a transparent electrode. In such a case, the second electrode layer may not be transparent. In addition, when the first electrode layer is formed using a material having a high work function, the second electrode layer is preferably formed using a material having a low work function. , Li, In, Al, Ca, Mg, Sm, Tb, Yb, Zr, LiF, and the like. In addition, the second electrode layer may be a single layer or may be laminated using materials having different work functions.

上記第2電極層の膜厚は、第2電極層が単層からなる場合にはその膜厚が、複数層からなる場合には各層を合わせた総膜厚が、0.1nm〜500nmの範囲内、中でも、1nm〜300nmの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より薄い場合は、第2電極層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可能性があり、一方、膜厚が上記範囲より厚い場合には光の透過率が低下し、光の変換効率を低下させる可能性があるからである。   The film thickness of the second electrode layer is in the range of 0.1 nm to 500 nm when the second electrode layer is composed of a single layer, and in the case where the second electrode layer is composed of a plurality of layers, the total film thickness of each layer is combined. Among these, it is preferable to be in the range of 1 nm to 300 nm. When the film thickness is smaller than the above range, the sheet resistance of the second electrode layer becomes too large, and the generated photocharge may not be sufficiently transmitted to the external circuit. This is because the light transmittance is lowered and the light conversion efficiency may be lowered.

また、上記第2電極層は、光電変換層上に全面に形成されていてもよく、パターン状に形成されていてもよい。   Further, the second electrode layer may be formed on the entire surface of the photoelectric conversion layer or may be formed in a pattern.

このような第2電極層の形成方法としては、一般に使用される方法を用いることができ、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のPVD法や、CVD法等の乾式塗工法、およびAg等の金属コロイドを含有する金属ペースト等を用いて塗布する湿式塗工法を挙げることができる。   As a method for forming such a second electrode layer, a generally used method can be used, for example, a PVD method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or a dry coating method such as a CVD method. And a wet coating method in which a metal paste containing a metal colloid such as Ag is used.

また、第2電極層をパターン状に形成する場合のパターニング方法としては、第2電極層を所望のパターンに精度良く形成することができる方法であれば特に限定されないが、具体的には、フォトリソグラフィー法等を挙げることができる。   The patterning method for forming the second electrode layer in a pattern is not particularly limited as long as the second electrode layer can be accurately formed in a desired pattern. Lithographic methods and the like can be mentioned.

(5)その他
(正孔取出し層)
本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池においては、例えば図4に示すように、上記第1電極層2と上記光電変換層3との間に正孔取出し層8が形成されていてもよい。
(5) Others (Hole extraction layer)
In the bilayer type organic thin film solar cell of this aspect, for example, as shown in FIG. 4, a hole extraction layer 8 may be formed between the first electrode layer 2 and the photoelectric conversion layer 3.

本態様において、正孔取出し層とは、上記光電変換層から上記第1電極層への正孔の取出しが容易に行われるように設けられる層である。これにより、光電変換層から第1電極層への正孔取出し効率が高められるため、エネルギー変換効率を向上させることが可能となる。   In this embodiment, the hole extraction layer is a layer provided so that holes can be easily extracted from the photoelectric conversion layer to the first electrode layer. Thereby, since the hole extraction efficiency from the photoelectric conversion layer to the first electrode layer is increased, the energy conversion efficiency can be improved.

このような正孔取出し層に用いられる材料としては、光電変換層から第1電極層への正孔の取出しを安定化させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ドープされたポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、トリフェニルジアミン(TPD)等の導電性有機化合物、またはテトラチオフルバレン、テトラメチルフェニレンジアミン等の電子供与性化合物と、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン等の電子受容性化合物とからなる電荷移動錯体を形成する有機材料等を挙げることができる。また、Au、In、Ag、Pd等の金属等の薄膜も使用することができる。さらに、金属等の薄膜は、単独で形成してもよく、上記の有機材料と組み合わせて用いてもよい。   The material used for such a hole extraction layer is not particularly limited as long as the material can stabilize the extraction of holes from the photoelectric conversion layer to the first electrode layer. Specifically, conductive organic compounds such as doped polyaniline, polyphenylene vinylene, polythiophene, polypyrrole, polyparaphenylene, polyacetylene, triphenyldiamine (TPD), or electron donation such as tetrathiofulvalene, tetramethylphenylenediamine, etc. An organic material that forms a charge transfer complex composed of an organic compound and an electron-accepting compound such as tetracyanoquinodimethane and tetracyanoethylene. Also, a thin film of metal such as Au, In, Ag, Pd, etc. can be used. Furthermore, a thin film of metal or the like may be formed alone or in combination with the above organic material.

本態様においては、上記の中でも、特にポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、トリフェニルジアミン(TPD)等が好ましい。   In this aspect, among the above, polyethylenedioxythiophene (PEDOT), triphenyldiamine (TPD) and the like are particularly preferable.

上記正孔取出し層の膜厚としては、上記有機材料を用いた場合は、10〜200nmの範囲内であることが好ましく、上記金属薄膜である場合は、0.1〜5nmの範囲内であることが好ましい。   The thickness of the hole extraction layer is preferably in the range of 10 to 200 nm when the organic material is used, and in the range of 0.1 to 5 nm in the case of the metal thin film. It is preferable.

(電子取出し層)
本態様のバイレイヤー型有機薄膜太陽電池においては、例えば図4に示すように、上記光電変換層3と上記第2電極層7との間に電子取出し層9が形成されていてもよい。
(Electronic extraction layer)
In the bilayer type organic thin film solar cell of this embodiment, for example, as shown in FIG. 4, an electron extraction layer 9 may be formed between the photoelectric conversion layer 3 and the second electrode layer 7.

本態様において、電子取出し層とは、上記光電変換層から上記第2電極層への電子の取出しが容易に行われるように設けられる層である。これにより、光電変換層から第2電極層への電子取出し効率が高められるため、エネルギー変換効率を向上させることが可能となる。   In this embodiment, the electron extraction layer is a layer provided so that electrons can be easily extracted from the photoelectric conversion layer to the second electrode layer. Thereby, since the electron extraction efficiency from the photoelectric conversion layer to the second electrode layer is increased, the energy conversion efficiency can be improved.

このような電子取出し層に用いられる材料としては、光電変換層から第2電極層への電子の取出しを安定化させる材料であれば特に限定されない。具体的には、ドープされたポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、トリフェニルジアミン(TPD)等の導電性有機化合物、またはテトラチオフルバレン、テトラメチルフェニレンジアミン等の電子供与性化合物と、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン等の電子受容性化合物とからなる電荷移動錯体を形成する有機材料等を挙げることができる。また、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属との金属ドープ層が挙げられる。好適な材料としては、BCP(バソキュプロイン)または、Bphen(バソフェナントロン)と、Li、Cs、Ba、Srなどの金属ドープ層が挙げられる。   A material used for such an electron extraction layer is not particularly limited as long as it is a material that stabilizes extraction of electrons from the photoelectric conversion layer to the second electrode layer. Specifically, conductive organic compounds such as doped polyaniline, polyphenylene vinylene, polythiophene, polypyrrole, polyparaphenylene, polyacetylene, triphenyldiamine (TPD), or electron donation such as tetrathiofulvalene, tetramethylphenylenediamine, etc. An organic material that forms a charge transfer complex composed of an organic compound and an electron-accepting compound such as tetracyanoquinodimethane and tetracyanoethylene. Moreover, the metal dope layer with an alkali metal or alkaline-earth metal is mentioned. Suitable materials include BCP (bathocuproin) or Bphen (bassophenantrone) and metal doped layers such as Li, Cs, Ba, Sr.

(保護シート)
本態様においては、例えば図4に示すように、第2電極層7上に保護シート10が形成されていてもよい。本態様において、保護シートとは、本発明の有機薄膜太陽電池を外界から保護するために設けられる層である。
(Protective sheet)
In this embodiment, for example, as shown in FIG. 4, a protective sheet 10 may be formed on the second electrode layer 7. In this embodiment, the protective sheet is a layer provided to protect the organic thin film solar cell of the present invention from the outside world.

このような保護シートに用いられる材料としては、アルミニウム等の金属板もしくは金属箔、フッ素系樹脂シート、環状ポリオレフィン系樹脂シート、ポリカーボネート系樹脂シート、ポリ(メタ)アクリル系樹脂シート、ポリアミド系樹脂シート、ポリエステル系樹脂シート、または耐候性フィルムとバリアフィルムとをラミネート積層した複合シートなどが挙げられる。   Materials used for such protective sheets include metal plates or metal foils such as aluminum, fluorine resin sheets, cyclic polyolefin resin sheets, polycarbonate resin sheets, poly (meth) acrylic resin sheets, polyamide resin sheets. , A polyester resin sheet, or a composite sheet obtained by laminating and laminating a weather resistant film and a barrier film.

上記保護シートの厚みは、20μm〜500μmの範囲内が好ましく、より好ましくは50μm〜200μmの範囲内である。   The thickness of the protective sheet is preferably in the range of 20 μm to 500 μm, more preferably in the range of 50 μm to 200 μm.

また、上記保護シートは、後述するバリア層の欄に記載するような、バリア性を有するものであってもよい。   Further, the protective sheet may have a barrier property as described in the column of a barrier layer described later.

さらに、上記保護シートには、着色等により意匠性を付与することもできる。この際、保護シートへの顔料の練り込等により着色してもよく、例えば青色ハードコート層等の着色層を積層することにより着色してもよい。   Furthermore, the design properties can be imparted to the protective sheet by coloring or the like. At this time, it may be colored by kneading the pigment into the protective sheet or the like, for example, by laminating a colored layer such as a blue hard coat layer.

(充填材層)
本態様においては、上記第2電極層と上記保護シートとの間に、充填材層が形成されていてもよい。本態様において、充填材層とは、有機薄膜太陽電池の裏面側、すなわち第2電極層と、上記保護シートとを接着させ、有機薄膜太陽電池を封止するために設けられる層である。
(Filler layer)
In this aspect, a filler layer may be formed between the second electrode layer and the protective sheet. In this embodiment, the filler layer is a layer provided to seal the organic thin film solar cell by bonding the back surface side of the organic thin film solar cell, that is, the second electrode layer and the protective sheet.

このような充填材層としては、一般に太陽電池の充填材層として使用されているものであればよく、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂が挙げられる。   As such a filler layer, what is generally used as a filler layer of a solar cell should just be mentioned, for example, ethylene-vinyl acetate copolymer resin is mentioned.

また、上記充填材層の厚みは、50μm〜2000μmの範囲内であることが好ましく、200μm〜800μmの範囲内であることがより好ましい。厚みが上記範囲より薄くなると強度が低下し、逆に厚みが上記範囲より厚くなるとクラック等が発生しやすくなるからである。   Moreover, it is preferable that the thickness of the said filler layer exists in the range of 50 micrometers-2000 micrometers, and it is more preferable that it exists in the range of 200 micrometers-800 micrometers. This is because when the thickness is less than the above range, the strength is reduced, and conversely, when the thickness is greater than the above range, cracks and the like are likely to occur.

(バリア層)
本態様においては、上記基板の表面、または上記保護シートの表面にバリア層が形成されていてもよい。また、上記基板または上記保護シートが複数層からなる場合は、各層の間にバリア層を設けてもよい。本態様に用いられるバリア層は、透明な層であり、かつ外部からの酸素や水蒸気の浸入を妨げ、本発明の有機薄膜太陽電池を保護するために設けられる層である。
(Barrier layer)
In this embodiment, a barrier layer may be formed on the surface of the substrate or the surface of the protective sheet. Moreover, when the said board | substrate or the said protective sheet consists of multiple layers, you may provide a barrier layer between each layer. The barrier layer used in this embodiment is a transparent layer, and is a layer provided to prevent the entry of oxygen and water vapor from the outside and protect the organic thin film solar cell of the present invention.

本態様に用いられるバリア層は、酸素透過率が、5cc/m・day以下であり、中でも10−1cc/m・day以下であることが好ましい。また水蒸気透過率は、1g/m・day以下であり、中でも10−1g/m・day以下であることが好ましい。 The barrier layer used in this embodiment has an oxygen permeability of 5 cc / m 2 · day or less, and preferably 10 −1 cc / m 2 · day or less. The water vapor transmission rate is 1 g / m 2 · day or less, and preferably 10 −1 g / m 2 · day or less.

ここで、上記酸素透過率は、酸素ガス透過率測定装置(MOCON社製、OX−TRAN 2/20)を用い、23℃、90%Rhの条件で測定したものである。また、上記水蒸気透過率は、水蒸気透過率測定装置(MOCON社製、PERMATRAN−W 3/31)を用い、37.8℃、100%Rhの条件で測定したものである。   Here, the oxygen permeability is measured under the conditions of 23 ° C. and 90% Rh using an oxygen gas permeability measuring device (manufactured by MOCON, OX-TRAN 2/20). The water vapor transmission rate was measured using a water vapor transmission rate measuring device (manufactured by MOCON, PERMATRAN-W 3/31) under conditions of 37.8 ° C. and 100% Rh.

このようなバリア層としては、上述したバリア性を有する層であれば、特に限定されるものではないが、そのバリア性の高さ等から、蒸着法により形成された蒸着層を有することが好ましい。   Such a barrier layer is not particularly limited as long as it has the above-described barrier properties, but it is preferable to have a vapor deposition layer formed by a vapor deposition method because of its high barrier properties. .

上記蒸着層としては、蒸着法により形成される層であれば、その蒸着法の種類等は特に限定されるものではなく、CVD法であってもよく、またPVD法であってもよい。蒸着層が、例えばプラズマCVD法等のCVD法により形成される場合には、緻密でバリア性の高い層を形成することが可能となるが、本態様においては、製造効率やコスト等の面からPVD法であることが好ましい。本態様に用いられるPVD法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等が挙げられるが、中でも、そのバリア性等の面から、真空蒸着法であることが好ましい。本態様に用いられる真空蒸着法として、具体的には、例えばエレクトロンビーム(EB)加熱方式による真空蒸着法、または高周波誘電加熱方式による真空蒸着法等が挙げられる。   The vapor deposition layer is not particularly limited as long as it is a layer formed by a vapor deposition method, and may be a CVD method or a PVD method. When the vapor deposition layer is formed by a CVD method such as a plasma CVD method, it is possible to form a dense and high barrier layer, but in this aspect, from the viewpoint of manufacturing efficiency and cost The PVD method is preferred. Examples of the PVD method used in this embodiment include a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, and an ion plating method. Among these, the vacuum vapor deposition method is preferable from the standpoint of barrier properties. Specific examples of the vacuum deposition method used in this embodiment include a vacuum deposition method using an electron beam (EB) heating method, a vacuum deposition method using a high frequency dielectric heating method, and the like.

また、上記蒸着層の材料としては、金属または無機酸化物が好ましく、Ti、Al、Mg、Zr、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化イットリウム、B、CaO等を挙げることができ、中でも酸化珪素であることが好ましい。酸化珪素からなる層は、高いバリア性と透明性とを有するからである。 Further, the material for the vapor deposition layer is preferably a metal or an inorganic oxide, Ti, Al, Mg, Zr, silicon oxide, aluminum oxide, silicon oxynitride, aluminum oxynitride, magnesium oxide, zinc oxide, indium oxide, oxide Tin, yttrium oxide, B 2 O 3 , CaO and the like can be mentioned, and among these, silicon oxide is preferable. This is because the layer made of silicon oxide has high barrier properties and transparency.

また、本態様における蒸着層の厚さは、用いられる材料の種類、構成により最適条件が異なり、適宜選択されるが、5nm〜1000nm、中でも10nm〜500nmの範囲内であることが好ましい。蒸着層の厚さが、上記の範囲より薄い場合には、均一な層とすることが困難な場合があり、上記バリア性を得ることができない場合があるからである。また、蒸着層の厚さが上記の範囲より厚い場合には、成膜後に、引っ張り等の外的要因により、蒸着層に亀裂が生じること等により、バリア性が著しく損なわれる可能性があるためであり、また形成に時間を要し、生産性も低下するからである。   In addition, the thickness of the vapor deposition layer in this embodiment is appropriately selected depending on the type and configuration of the material used, and is appropriately selected, but is preferably within a range of 5 nm to 1000 nm, and more preferably 10 nm to 500 nm. This is because if the thickness of the vapor deposition layer is thinner than the above range, it may be difficult to obtain a uniform layer and the barrier property may not be obtained. In addition, when the thickness of the vapor deposition layer is larger than the above range, the barrier property may be significantly impaired after the film formation due to a crack in the vapor deposition layer due to external factors such as pulling. In addition, it takes time to form and the productivity is also lowered.

(層構成)
本態様においては、上記第1電極層および上記第2電極層間に光電変換層が配置されているものであれば特に限定されない。例えば、上述したように、光電変換層を単層のみならず、複数層設ける場合であってもよく、また、光電変換層を複数層形成した場合には、光電変換層間に、別個電極層を設ける場合であってもよい。具体的には、図5に示すように、2層の光電変換層3間に別個、第2電極層7を形成するような場合である。
(Layer structure)
In this embodiment, there is no particular limitation as long as a photoelectric conversion layer is disposed between the first electrode layer and the second electrode layer. For example, as described above, the photoelectric conversion layer may be provided not only as a single layer but also as a plurality of layers. When a plurality of photoelectric conversion layers are formed, a separate electrode layer is provided between the photoelectric conversion layers. It may be provided. Specifically, as shown in FIG. 5, the second electrode layer 7 is separately formed between the two photoelectric conversion layers 3.

2.バルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池
次に、本態様のバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池について説明する。本態様のバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池は、電子正孔輸送層である光電変換層に用いられる材料の組み合わせにより2つの態様に分けることができる。以下、各態様について説明する。
2. Bulk heterojunction type organic thin film solar cell Next, the bulk heterojunction type organic thin film solar cell of this aspect is demonstrated. The bulk heterojunction organic thin film solar cell of this embodiment can be divided into two embodiments depending on the combination of materials used for the photoelectric conversion layer which is an electron-hole transport layer. Hereinafter, each aspect will be described.

(1)第1の態様
本態様のバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池の第1の態様は、基板と、上記基板上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、電子正孔輸送層である光電変換層と、上記光電変換層上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、上記電子正孔輸送層は、ポリチオフェン誘導体またはポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)の少なくともいずれか一方を有し、かつ、ポリフルオレン誘導体またはフラーレン誘導体の少なくともいずれか一方を有することを特徴とするものである。
(1) 1st aspect The 1st aspect of the bulk heterojunction type organic thin film solar cell of this aspect is formed on a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, and the first electrode layer. An organic thin-film solar cell having a photoelectric conversion layer that is an electron-hole transport layer and a second electrode layer that is formed on the photoelectric conversion layer and is opposed to the first electrode layer, The electron-hole transport layer has at least one of a polythiophene derivative or a polyphenylene vinylene derivative (PPV), and has at least one of a polyfluorene derivative or a fullerene derivative.

本態様のバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池について、図面を用いて説明する。図2は、本態様のバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池の一例を示す概略断面図である。図2に示すように、本態様のバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池は、基板1と、上記基板1上に形成された第1電極層2と、上記第1電極層2上に形成され、電子正孔輸送層6である光電変換層3と、上記光電変換層3上に形成され、上記第1電極層2と対向する電極である第2電極層7とを有するものである。   The bulk heterojunction type organic thin film solar cell of this aspect is demonstrated using drawing. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the bulk heterojunction organic thin film solar cell of this embodiment. As shown in FIG. 2, the bulk heterojunction organic thin film solar cell of this embodiment is formed on the substrate 1, the first electrode layer 2 formed on the substrate 1, and the first electrode layer 2. The photoelectric conversion layer 3 that is the electron-hole transport layer 6 and the second electrode layer 7 that is formed on the photoelectric conversion layer 3 and that faces the first electrode layer 2 are provided.

本態様においては、電子正孔輸送層がポリチオフェン誘導体および/またはポリフェニレンビニレン誘導体を有し、かつ、ポリフルオレン誘導体および/またはフラーレン誘導体を有している点に特徴を有するものであり、このような電荷輸送性に優れた材料を組み合わせることにより、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。   This embodiment is characterized in that the electron-hole transport layer has a polythiophene derivative and / or a polyphenylene vinylene derivative and has a polyfluorene derivative and / or a fullerene derivative. By combining materials excellent in charge transportability, an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency can be obtained.

また、本態様のバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池は、光電変換層3として、電子受容性および電子供与性の両方の機能を有する電子正孔輸送層6とし、電子正孔輸送層内で形成されるpn接合を利用して光電荷分離を生じさせ、光電流を得る太陽電池である。   Moreover, the bulk heterojunction type organic thin-film solar cell of this aspect is the electron hole transport layer 6 having both functions of the electron accepting property and the electron donating property as the photoelectric conversion layer 3, and in the electron hole transport layer. This is a solar cell that uses the pn junction formed to generate photocharge separation and obtain a photocurrent.

本発明においては、特に限定されるものではないが、有機薄膜太陽電池が、上記バイレイヤー型有機薄膜太陽電池と比較して、バルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池であることが好ましい。pn接合が電子正孔輸送層中に広く形成されるため、光電変換に寄与できる体積が増すからである。   In the present invention, although not particularly limited, the organic thin film solar cell is preferably a bulk heterojunction organic thin film solar cell as compared with the bilayer organic thin film solar cell. This is because the pn junction is widely formed in the electron-hole transport layer, so that the volume that can contribute to photoelectric conversion increases.

以下、このようなバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池の各構成について説明する。なお、本態様のバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池に用いられる基板、第1電極層、第2電極層、正孔取出し層、電子取出し層およびその他の層に関しては、上述した「1.バイレイヤー型有機薄膜太陽電池」に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。   Hereinafter, each structure of such a bulk heterojunction organic thin film solar cell will be described. In addition, regarding the substrate, the first electrode layer, the second electrode layer, the hole extraction layer, the electron extraction layer, and other layers used in the bulk heterojunction organic thin film solar cell of this embodiment, the above-mentioned “1. Since it is the same as that described in “Layer Type Organic Thin Film Solar Cell”, the description here is omitted.

(光電変換層)
本態様のバルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池における光電変換層は、上記第1電極層上に形成されるものであり、電子受容性および電子供与性の両方の機能を有する電子正孔輸送層である。
(Photoelectric conversion layer)
The photoelectric conversion layer in the bulk heterojunction organic thin film solar cell of this embodiment is formed on the first electrode layer and is an electron hole transport layer having both electron accepting and electron donating functions. .

本態様において、電子正孔輸送層は、ポリチオフェン誘導体またはポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)の少なくともいずれか一方を有し、かつ、ポリフルオレン誘導体またはフラーレン誘導体の少なくともいずれか一方を有するものである。   In this embodiment, the electron-hole transport layer has at least one of a polythiophene derivative or a polyphenylene vinylene derivative (PPV), and has at least one of a polyfluorene derivative or a fullerene derivative.

本態様によれば、電子正孔輸送層がポリチオフェン誘導体および/またはポリフェニレンビニレン誘導体を有し、かつ、ポリフルオレン誘導体および/またはフラーレン誘導体を有しており、このような電荷輸送性に優れた材料を組み合わせることにより、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。   According to this aspect, the electron-hole transport layer has a polythiophene derivative and / or a polyphenylene vinylene derivative, and also has a polyfluorene derivative and / or a fullerene derivative, and such a material having excellent charge transportability. By combining these, an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency can be obtained.

本態様において、電子正孔輸送層を形成する材料の組み合わせとしては、電子供与性であるポリチオフェン誘導体およびポリフェニレンビニレン誘導体と、電子受容性であるポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体とをそれぞれ組み合わせたものが挙げられる。すなわち、(i)ポリチオフェン誘導体/ポリフルオレン誘導体、(ii)ポリチオフェン誘導体/フラーレン誘導体、(iii)ポリチオフェン誘導体/ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体、(iv)ポリフェニレンビニレン誘導体/ポリフルオレン誘導体、(v)ポリフェニレンビニレン誘導体/フラーレン誘導体、(vi)ポリフェニレンビニレン誘導体/ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体、(vii)ポリチオフェン誘導体およびポリフェニレンビニレン誘導体/ポリフルオレン誘導体、(viii)ポリチオフェン誘導体およびポリフェニレンビニレン誘導体/フラーレン誘導体、(ix)ポリチオフェン誘導体およびポリフェニレンビニレン誘導体/ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体が挙げられる。   In this embodiment, the combination of materials for forming the electron-hole transport layer includes a combination of an electron-donating polythiophene derivative and a polyphenylenevinylene derivative, and an electron-accepting polyfluorene derivative and a fullerene derivative. It is done. (I) polythiophene derivative / polyfluorene derivative, (ii) polythiophene derivative / fullerene derivative, (iii) polythiophene derivative / polyfluorene derivative and fullerene derivative, (iv) polyphenylene vinylene derivative / polyfluorene derivative, (v) polyphenylene vinylene Derivatives / fullerene derivatives, (vi) polyphenylene vinylene derivatives / polyfluorene derivatives and fullerene derivatives, (vii) polythiophene derivatives and polyphenylene vinylene derivatives / polyfluorene derivatives, (viii) polythiophene derivatives and polyphenylene vinylene derivatives / fullerene derivatives, (ix) polythiophenes Derivatives and polyphenylene vinylene derivatives / polyfluorene derivatives and fullerene derivatives.

本態様においては、上記の組み合わせの中でも、電子正孔輸送層がポリフルオレン誘導体を有することが好ましい。ポリフルオレン誘導体は光の吸収係数が高いことから、入射した光を有効に利用することができ、光起電力が高くなるため、エネルギー変換効率をより向上させることができるからである。   In this embodiment, among the above combinations, the electron-hole transport layer preferably has a polyfluorene derivative. This is because the polyfluorene derivative has a high light absorption coefficient, so that incident light can be used effectively and the photovoltaic power is increased, so that the energy conversion efficiency can be further improved.

また、本態様において、電子正孔輸送層に用いる材料の好適な組み合わせとしては、上記の組み合わせのうち、電子輸送機能を有する材料として少なくともフラーレン誘導体を有し、正孔輸送機能を有する材料として少なくともポリチオフェン誘導体を有する組み合わせである。   In this embodiment, a preferable combination of materials used for the electron-hole transport layer includes at least a fullerene derivative as a material having an electron transport function among the above combinations, and at least as a material having a hole transport function. A combination having a polythiophene derivative.

なお、ポリチオフェン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体に関しては、上述した「1.バイレイヤー型有機薄膜太陽電池」に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。   The polythiophene derivative, the polyphenylene vinylene derivative, the polyfluorene derivative, and the fullerene derivative are the same as those described in “1. Bilayer type organic thin film solar cell” described above, and thus description thereof is omitted here.

上記電子正孔輸送層におけるポリチオフェン誘導体、ポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)、ポリフルオレン誘導体、およびフラーレン誘導体の混合比としては、各材料の種類や、第1電極層および第2電極層との組み合わせによって異なるため、用いる材料により最適な混合比に適宜調整することが好ましい。   The mixing ratio of the polythiophene derivative, polyphenylene vinylene derivative (PPV), polyfluorene derivative, and fullerene derivative in the electron hole transport layer varies depending on the type of each material and the combination of the first electrode layer and the second electrode layer. Therefore, it is preferable to adjust the mixing ratio appropriately depending on the material used.

例えば、上述した電子正孔輸送層に用いる材料の好適な組み合わせのうち、電子正孔輸送層がポリチオフェン誘導体、ポリフルオレン誘導体、フラーレン誘導体を有する場合、これらの混合比としては、ポリチオフェン誘導体:ポリフルオレン誘導体:フラーレン誘導体=X:Y:Z(重量比)とすると、X=1のとき、Y=1〜4、Z=0.5〜5の範囲内であることが好ましく、Y=2〜3、Z=1〜2の範囲内であることがより好ましい。   For example, among the preferred combinations of materials used for the electron hole transport layer described above, when the electron hole transport layer has a polythiophene derivative, a polyfluorene derivative, or a fullerene derivative, the mixing ratio of these may be a polythiophene derivative: polyfluorene. Derivative: Fullerene derivative = X: Y: Z (weight ratio) When X = 1, it is preferable that Y = 1 to 4, Z = 0.5 to 5 and Y = 2 to 3 , Z = 1 to 2 is more preferable.

このような電子正孔輸送層の膜厚としては、一般的にバルクヘテロ接合型において採用されている膜厚であれば特に限定されないが、具体的には、0.2nm〜3000nmの範囲内、その中でも、10nm〜600nmの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より厚い場合には、電子正孔輸送層における膜抵抗が高くなる可能性があり、一方、膜厚が上記範囲より薄い場合には、第1電極層および第2電極層に短絡が生じる可能性があるからである。   The film thickness of such an electron hole transport layer is not particularly limited as long as it is a film thickness generally employed in a bulk heterojunction type, and specifically, within a range of 0.2 nm to 3000 nm, Especially, it is preferable that it exists in the range of 10 nm-600 nm. When the film thickness is thicker than the above range, the film resistance in the electron-hole transport layer may be increased. On the other hand, when the film thickness is thinner than the above range, the first electrode layer and the second electrode layer This is because a short circuit may occur.

また、電子正孔輸送層を形成する方法としては、所定の膜厚に均一に形成することができる方法であれば特に限定されない。例えば、上述した電子正孔輸送層の形成材料を溶媒に溶解または分散させ、塗布する湿式塗工法により電子正孔輸送層を形成することができる。   In addition, the method for forming the electron hole transport layer is not particularly limited as long as it can be uniformly formed in a predetermined film thickness. For example, the electron hole transport layer can be formed by a wet coating method in which the above-described material for forming the electron hole transport layer is dissolved or dispersed in a solvent and applied.

このような湿式塗工法としては、具体的に、ダイコート法、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法、ビードコート法、スプレーコート法等を挙げることができる。その中でも、スピンコート法またはダイコート法であることが好ましい。これらの方法は、光電変換層を上記範囲内の膜厚に精度良く形成することができるからである。   Specific examples of such a wet coating method include a die coating method, a spin coating method, a dip coating method, a roll coating method, a bead coating method, and a spray coating method. Among these, a spin coating method or a die coating method is preferable. This is because these methods can form the photoelectric conversion layer with a film thickness within the above range with high accuracy.

また、電子正孔輸送層の層の数は、一層であってもよく、複数層であってもよい。   Moreover, the number of layers of the electron hole transport layer may be one layer or a plurality of layers.

(2)第2の態様
本態様のバルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池の第2の態様は、基板と、上記基板上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成され、電子正孔輸送層である光電変換層と、上記光電変換層上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、上記電子正孔輸送層は、ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体を有することを特徴とするものである。
(2) Second Aspect A second aspect of the bulk heterojunction organic thin film solar cell of this aspect is formed on a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, and on the first electrode layer. An organic thin-film solar cell having a photoelectric conversion layer that is an electron-hole transport layer and a second electrode layer that is formed on the photoelectric conversion layer and is opposed to the first electrode layer, The electron-hole transport layer has a polyfluorene derivative and a fullerene derivative.

本態様においては、電子正孔輸送層が、ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体を有しており、フラーレン誘導体は電子輸送として機能し、ポリフルオレン誘導体は正孔輸送として機能している。このフラーレン誘導体は電子輸送性に優れており、また、ポリフルオレン誘導体は光の吸収係数が高いことから、入射した光を有効に利用することができ、光起電力が高くなるため、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。   In this embodiment, the electron-hole transport layer has a polyfluorene derivative and a fullerene derivative, the fullerene derivative functions as electron transport, and the polyfluorene derivative functions as hole transport. This fullerene derivative has excellent electron transport properties, and the polyfluorene derivative has a high light absorption coefficient, so that incident light can be used effectively and the photovoltaic power is increased, resulting in higher energy conversion efficiency. High organic thin film solar cell.

なお、ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体に関しては、上述した「1.バイレイヤー型有機薄膜太陽電池」に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。   The polyfluorene derivative and the fullerene derivative are the same as those described in “1. Bilayer type organic thin film solar cell” described above, and thus the description thereof is omitted here.

上記電子正孔輸送層におけるポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体の混合比としては、第1電極層および第2電極層との組み合わせによって異なるが、例えば、ポリフルオレン誘導体:フラーレン誘導体=A:B(重量比)とすると、A=1のとき、B=0.01〜100であることが好ましく、B=0.1〜10の範囲内であることがより好ましい。   The mixing ratio of the polyfluorene derivative and the fullerene derivative in the electron-hole transport layer varies depending on the combination of the first electrode layer and the second electrode layer. For example, polyfluorene derivative: fullerene derivative = A: B (weight ratio) ), When A = 1, B = 0.01 to 100 is preferable, and B = 0.1 to 10 is more preferable.

なお、電子正孔輸送層である光電変換層のその他の点については、上記第1の態様に記載したものと同様であり、また、基板、第1電極層、第2電極層、正孔取出し層、電子取出し層およびその他の層については、上述した「1.バイレイヤー型有機薄膜太陽電池」に記載したものと同様であるので、ここでの説明は省略する。   In addition, about the other point of the photoelectric converting layer which is an electron hole transport layer, it is the same as that of what was described in the said 1st aspect, Moreover, a board | substrate, a 1st electrode layer, a 2nd electrode layer, a hole extraction The layers, the electron extraction layer, and other layers are the same as those described in “1. Bi-layer type organic thin film solar cell” described above, and thus the description thereof is omitted here.

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。   The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.

以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.

[実施例1]
(第1電極層の形成)
超バリア性フィルム基板の表面にSiOによるバリア層を形成し、このバリア層上に透明電極であるITO膜(膜厚:150nm、シート抵抗:15Ω/□)をIP法により成膜し、パターニングした。次いで、上記ITO膜付基板をアセトンで洗浄し、IPAを用いて洗浄して、パターン状の第1電極層を形成した。
[Example 1]
(Formation of first electrode layer)
A barrier layer made of SiO 2 is formed on the surface of the super-barrier film substrate, and an ITO film (film thickness: 150 nm, sheet resistance: 15Ω / □), which is a transparent electrode, is formed on the barrier layer by the IP method and patterned. did. Next, the substrate with ITO film was washed with acetone and washed with IPA to form a patterned first electrode layer.

(正孔取出し層の形成)
上記第1電極層上に、PEDOT:PSS(ポリ(3,4)−エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォネート水分散液)(Bayer社製、品名BaytronP)をスピンコートし、150℃で30分間乾燥させ、膜厚40nmの正孔取出し層を形成した。
(Formation of hole extraction layer)
On the first electrode layer, PEDOT: PSS (poly (3,4) -ethylenedioxythiophene / polystyrene sulfonate aqueous dispersion) (Bayer, product name: BaytronP) was spin-coated and heated at 150 ° C. for 30 minutes. It was made to dry and the 40-nm-thick hole extraction layer was formed.

(光電変換層の形成)
正孔輸送層として、ポリチオフェン誘導体(P3HT:ポリ3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル(レジオレギュラー))をクロロホルム溶媒中に濃度が0.1重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を上記正孔取出し層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚30nmの正孔輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
As a hole transport layer, a polythiophene derivative (P3HT: poly-3-hexylthiophene-2,5-diyl (resiregular)) was dissolved in a chloroform solvent so as to have a concentration of 0.1% by weight. A coating solution was prepared by filtering with a 2 μm filter paper. This coating solution was spin-coated on the hole extraction layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form a hole transport layer having a thickness of 30 nm.

次に、電子輸送層として、ポリフルオレン誘導体をキシレン溶媒中に濃度が0.3重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を、上記正孔輸送層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚30nmの電子輸送層を形成した。   Next, as an electron transport layer, a polyfluorene derivative was dissolved in a xylene solvent so as to have a concentration of 0.3% by weight, and this solution was filtered with a 0.2 μm filter paper to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole transport layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form an electron transport layer having a thickness of 30 nm.

さらに、上記正孔輸送層および電子輸送層を形成した基板を150℃の条件で30分アニール処理し、塗工成分のパッキングや配向性を向上させた。   Further, the substrate on which the hole transport layer and the electron transport layer were formed was annealed at 150 ° C. for 30 minutes to improve the packing and orientation of the coating components.

(第2電極層の形成)
上記電子輸送層上に、Caを蒸着法により10nmの膜厚となるように成膜し、さらにその上にAlを蒸着法により50nmの膜厚となるように成膜して、第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
A second electrode layer is formed by depositing Ca on the electron transport layer to a thickness of 10 nm by a vapor deposition method, and further depositing Al on the electron transport layer to a thickness of 50 nm by a vapor deposition method. Formed.

最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バイレイヤー型の有機薄膜太陽電池を作製した。   Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bilayer type organic thin film solar cell.

[実施例2]
(第1電極層の形成)
超バリア性フィルム基板の表面にSiOによるバリア層を形成し、このバリア層上に透明電極であるITO膜(膜厚:150nm、シート抵抗:15Ω/□)をスパッタリング法によりテクスチャー構造となるように成膜し、パターニングした。次いで、上記ITO膜付基板をアセトンで洗浄し、IPAを用いて洗浄して、第1電極層を形成した。
[Example 2]
(Formation of first electrode layer)
A barrier layer made of SiO 2 is formed on the surface of the super-barrier film substrate, and an ITO film (film thickness: 150 nm, sheet resistance: 15Ω / □) as a transparent electrode is formed on the barrier layer to have a texture structure by sputtering. A film was formed and patterned. Next, the substrate with ITO film was washed with acetone and washed with IPA to form a first electrode layer.

(正孔取出し層の形成)
実施例1と同様にして、上記第1電極層上に正孔取出し層を形成した。
(Formation of hole extraction layer)
In the same manner as in Example 1, a hole extraction layer was formed on the first electrode layer.

(光電変換層の形成)
電子正孔輸送層として、ポリチオフェン誘導体(P3HT:ポリ3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル(レジオレギュラー))と、ポリフルオレン誘導体と、フラーレン誘導体(PCBM:[6,6]−フェニル−C61ブチリックアシッドメチルエステル)とをクロロホルム溶媒中に、重量比が1:1:1となり、濃度が0.1重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を上記正孔取出し層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚50nmの電子正孔輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
As an electron hole transport layer, a polythiophene derivative (P3HT: poly-3-hexylthiophene-2,5-diyl (resiregular)), a polyfluorene derivative, and a fullerene derivative (PCBM: [6,6] -phenyl-C61 butyl) Rick Acid Methyl Ester) is dissolved in a chloroform solvent so that the weight ratio is 1: 1: 1 and the concentration is 0.1% by weight, and this solution is filtered with a 0.2 μm filter paper and coated. A working solution was prepared. This coating solution was spin-coated on the hole extraction layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form an electron-hole transport layer having a thickness of 50 nm.

さらに、上記電子正孔輸送層を形成した基板を150℃の条件で30分アニール処理し、塗工成分のパッキングや配向性を向上させた。   Furthermore, the substrate on which the electron hole transport layer was formed was annealed at 150 ° C. for 30 minutes to improve the packing and orientation of the coating components.

(第2電極層の形成)
実施例1と同様にして、上記電子正孔輸送層上に第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
In the same manner as in Example 1, a second electrode layer was formed on the electron hole transport layer.

最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池を作製した。   Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bulk heterojunction type organic thin film solar cell.

[実施例3]
(第1電極層の形成)
ガラス基板の表面に、ガラス基板からのアルカリ拡散を防止するためにSiOによるバリア層を形成し、このバリア層上に透明電極であるSnO膜として、その表面が結晶性を有する微細なテクスチャー構造の凹凸を有し、膜厚900nm、シート抵抗10Ω/□の膜をCVD法により成膜し、パターニングした。次いで、上記SnO膜付基板をアセトンで洗浄し、IPAを用いて洗浄して、パターン状の第1電極層を形成した。
[Example 3]
(Formation of first electrode layer)
A barrier layer made of SiO 2 is formed on the surface of the glass substrate in order to prevent alkali diffusion from the glass substrate, and the SnO 2 film that is a transparent electrode is formed on the barrier layer as a transparent texture. A film having an uneven structure, a film thickness of 900 nm, and a sheet resistance of 10Ω / □ was formed by a CVD method and patterned. Next, the SnO 2 film-coated substrate was washed with acetone and washed with IPA to form a patterned first electrode layer.

(正孔取出し層の形成)
実施例1と同様にして、上記第1電極層上に正孔取出し層を形成した。
(Formation of hole extraction layer)
In the same manner as in Example 1, a hole extraction layer was formed on the first electrode layer.

(光電変換層の形成)
電子正孔輸送層として、ポリチオフェン誘導体(P3HT:ポリ3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル(レジオレギュラー))と、ポリフルオレン誘導体と、フラーレン誘導体(PCBM:[6,6]−フェニル−C61ブチリックアシッドメチルエステル)とをクロロホルム溶媒中に、重量比が1:2:2となり、濃度が0.5重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を上記正孔取出し層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚120nmの電子正孔輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
As an electron hole transport layer, a polythiophene derivative (P3HT: poly-3-hexylthiophene-2,5-diyl (resiregular)), a polyfluorene derivative, and a fullerene derivative (PCBM: [6,6] -phenyl-C61 butyl) Rick Acid Methyl Ester) is dissolved in a chloroform solvent so that the weight ratio is 1: 2: 2 and the concentration is 0.5% by weight, and this solution is filtered with a filter paper of φ0.2 μm. A working solution was prepared. This coating solution was spin-coated on the hole extraction layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form an electron-hole transport layer having a thickness of 120 nm.

さらに、上記電子正孔輸送層を形成した基板を150℃の条件で30分アニール処理し、塗工成分のパッキングや配向性を向上させた。   Furthermore, the substrate on which the electron hole transport layer was formed was annealed at 150 ° C. for 30 minutes to improve the packing and orientation of the coating components.

(第2電極層の形成)
上記電子正孔輸送層上に、LiFを蒸着法により1nmの膜厚となるように成膜し、さらにその上にAlを蒸着法により50nmの膜厚となるように成膜して、第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
On the electron-hole transport layer, LiF was deposited to a thickness of 1 nm by a vapor deposition method, and further Al was deposited to a thickness of 50 nm by a vapor deposition method. An electrode layer was formed.

最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池を作製した。   Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bulk heterojunction type organic thin film solar cell.

[実施例4]
(第1電極層の形成)
実施例2と同様にして、超バリア性フィルム基板上に第1電極層を形成した。
[Example 4]
(Formation of first electrode layer)
In the same manner as in Example 2, a first electrode layer was formed on the super-barrier film substrate.

(正孔取出し層の形成)
上記第1電極層上に、Auを蒸着法により0.5nmの膜厚となるように成膜し、さらにその上にPEDOT:PSS(ポリ(3,4)−エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォネート水分散液)(Bayer社製、品名BaytronP)をスピンコートし、150℃で30分間乾燥させ、膜厚40nmの正孔取出し層を形成した。
(Formation of hole extraction layer)
On the first electrode layer, Au was deposited to a thickness of 0.5 nm by a vapor deposition method, and further, PEDOT: PSS (poly (3,4) -ethylenedioxythiophene / polystyrene sulfone) was formed thereon. (Nate aqueous dispersion) (product name: BaytronP, manufactured by Bayer) was spin-coated and dried at 150 ° C. for 30 minutes to form a hole extraction layer having a thickness of 40 nm.

(光電変換層の形成)
電子正孔輸送層として、ポリフェニビニレン誘導体と、ポリフルオレン誘導体と、フラーレン誘導体(PCBM:[6,6]−フェニル−C61ブチリックアシッドメチルエステル)とをクロロホルム溶媒中に、重量比が1:2:4となり、濃度が0.5重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を上記正孔取出し層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚120nmの電子正孔輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
As an electron-hole transport layer, a polyphenvinylene derivative, a polyfluorene derivative, and a fullerene derivative (PCBM: [6,6] -phenyl-C61 butyric acid methyl ester) in a chloroform solvent in a weight ratio of 1: The solution was dissolved so as to have a ratio of 2: 4 and a concentration of 0.5% by weight, and this solution was filtered with a 0.2 μm filter paper to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole extraction layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form an electron-hole transport layer having a thickness of 120 nm.

さらに、上記電子正孔輸送層を形成した基板を150℃の条件で30分アニール処理し、塗工成分のパッキングや配向性を向上させた。   Furthermore, the substrate on which the electron hole transport layer was formed was annealed at 150 ° C. for 30 minutes to improve the packing and orientation of the coating components.

(第2電極層の形成)
実施例3と同様にして、上記電子正孔輸送層上に第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
In the same manner as in Example 3, a second electrode layer was formed on the electron hole transport layer.

最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池を作製した。   Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bulk heterojunction type organic thin film solar cell.

[実施例5]
(第1電極層の形成)
実施例2と同様にして、超バリア性フィルム基板上に第1電極層を形成した。
[Example 5]
(Formation of first electrode layer)
In the same manner as in Example 2, a first electrode layer was formed on the super-barrier film substrate.

(正孔取出し層の形成)
実施例4と同様にして、上記第1電極層上に正孔取出し層を形成した。
(Formation of hole extraction layer)
In the same manner as in Example 4, a hole extraction layer was formed on the first electrode layer.

(光電変換層の形成)
電子正孔輸送層として、ポリチオフェン誘導体(P3HT:ポリ3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル(レジオレギュラー))と、ポリフェニビニレン誘導体と、ポリフルオレン誘導体と、フラーレン誘導体(PCBM:[6,6]−フェニル−C61ブチリックアシッドメチルエステル)とをクロロホルム溶媒中に、重量比が1:1:1:2となり、濃度が0.5重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を上記正孔取出し層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚120nmの電子正孔輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
As the electron-hole transport layer, a polythiophene derivative (P3HT: poly-3-hexylthiophene-2,5-diyl (resiregular)), a polyphenivinylene derivative, a polyfluorene derivative, and a fullerene derivative (PCBM: [6, 6 ] -Phenyl-C61 butyric acid methyl ester) is dissolved in chloroform solvent so that the weight ratio is 1: 1: 1: 2 and the concentration is 0.5% by weight. A coating solution was prepared by filtering with a filter paper. This coating solution was spin-coated on the hole extraction layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form an electron-hole transport layer having a thickness of 120 nm.

さらに、上記電子正孔輸送層を形成した基板を150℃の条件で30分アニール処理し、塗工成分のパッキングや配向性を向上させた。   Furthermore, the substrate on which the electron hole transport layer was formed was annealed at 150 ° C. for 30 minutes to improve the packing and orientation of the coating components.

(第2電極層の形成)
上記電子正孔輸送層上に、Inを蒸着法により0.5nmの膜厚となるように成膜し、さらにその上にAlを蒸着法により50nmの膜厚となるように成膜して、第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
On the electron-hole transport layer, In was deposited to a thickness of 0.5 nm by an evaporation method, and further Al was deposited to a thickness of 50 nm by an evaporation method, A second electrode layer was formed.

最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池を作製した。   Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bulk heterojunction type organic thin film solar cell.

[実施例6]
(第1電極層の形成)
ガラス基板を用いた以外は、実施例2と同様にして、第1電極層を形成した。
[Example 6]
(Formation of first electrode layer)
A first electrode layer was formed in the same manner as in Example 2 except that a glass substrate was used.

(光電変換層の形成)
正孔輸送層として、ポリチオフェン誘導体(P3HT:ポリ3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル(レジオレギュラー))をクロロホルム溶媒中に濃度が0.1重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を上記第1電極層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚30nmの正孔輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
As a hole transport layer, a polythiophene derivative (P3HT: poly-3-hexylthiophene-2,5-diyl (resiregular)) was dissolved in a chloroform solvent so as to have a concentration of 0.1% by weight. A coating solution was prepared by filtering with a 2 μm filter paper. This coating solution was spin-coated on the first electrode layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form a 30 nm-thick hole transport layer.

次に、電子輸送層として、ポリフルオレン誘導体とフラーレン誘導体(PCBM:[6,6]−フェニル−C61ブチリックアシッドメチルエステル)とをクロロホルム溶媒中に、重量比が1:4となり、濃度が0.5重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を、上記正孔輸送層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚30nmの電子輸送層を形成した。   Next, as an electron transport layer, a polyfluorene derivative and a fullerene derivative (PCBM: [6,6] -phenyl-C61 butyric acid methyl ester) in a chloroform solvent have a weight ratio of 1: 4 and a concentration of 0. The solution was dissolved to 5 wt%, and this solution was filtered with a 0.2 μm filter paper to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole transport layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form an electron transport layer having a thickness of 30 nm.

さらに、上記正孔輸送層および電子輸送層を形成した基板を150℃の条件で30分アニール処理し、塗工成分のパッキングや配向性を向上させた。   Further, the substrate on which the hole transport layer and the electron transport layer were formed was annealed at 150 ° C. for 30 minutes to improve the packing and orientation of the coating components.

(第2電極層の形成)
上記電子輸送層上に、Alを蒸着法により500nmの膜厚となるように成膜して、第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
On the said electron carrying layer, Al was formed into a film by the vapor deposition method so that it might become a film thickness of 500 nm, and the 2nd electrode layer was formed.

最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バイレイヤー型の有機薄膜太陽電池を作製した。   Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bilayer type organic thin film solar cell.

[実施例7]
(第1電極層の形成)
ガラス基板の表面に、ガラス基板からのアルカリ拡散を防止するためにSiOによるバリア層を形成し、このバリア層上に透明電極であるSnO膜として、その表面が結晶性を有する微細なテクスチャー構造の凹凸を有し、膜厚900nm、シート抵抗10Ω/□の膜をCVD法により成膜し、パターニングした。次いで、上記SnO膜付基板をアセトンで洗浄し、IPAを用いて洗浄して、パターン状の第1電極層を形成した。
[Example 7]
(Formation of first electrode layer)
A barrier layer made of SiO 2 is formed on the surface of the glass substrate in order to prevent alkali diffusion from the glass substrate, and the SnO 2 film that is a transparent electrode is formed on the barrier layer as a transparent texture. A film having an uneven structure, a film thickness of 900 nm, and a sheet resistance of 10Ω / □ was formed by a CVD method and patterned. Next, the SnO 2 film-coated substrate was washed with acetone and washed with IPA to form a patterned first electrode layer.

(正孔取出し層の形成)
上記第1電極層上に、Auを蒸着法により0.5nmの膜厚となるように成膜し、正孔取出し層を形成した。
(Formation of hole extraction layer)
On the first electrode layer, Au was deposited to a thickness of 0.5 nm by an evaporation method to form a hole extraction layer.

(光電変換層の形成)
正孔輸送層として、ポリチオフェン誘導体(P3HT:ポリ3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル(レジオレギュラー))と、ポリフェニレンビニレン誘導体とをクロロホルム溶媒中に重量比が1:1となり、濃度が0.3重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を上記正孔取出し層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚30nmの正孔輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
As a hole transport layer, a polythiophene derivative (P3HT: poly-3-hexylthiophene-2,5-diyl (resiregular)) and a polyphenylene vinylene derivative are mixed in a chloroform solvent at a weight ratio of 1: 1 and a concentration of 0.1. The solution was dissolved to 3% by weight, and this solution was filtered with a filter paper of φ0.2 μm to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole extraction layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form a hole transport layer having a thickness of 30 nm.

次に、電子輸送層として、ポリフルオレン誘導体をキシレン溶媒中に濃度が0.3重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を、上記正孔輸送層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚30nmの電子輸送層を形成した。   Next, as an electron transport layer, a polyfluorene derivative was dissolved in a xylene solvent so as to have a concentration of 0.3% by weight, and this solution was filtered with a 0.2 μm filter paper to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole transport layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form an electron transport layer having a thickness of 30 nm.

さらに、上記正孔輸送層および電子輸送層を形成した基板を150℃の条件で30分アニール処理し、塗工成分のパッキングや配向性を向上させた。   Further, the substrate on which the hole transport layer and the electron transport layer were formed was annealed at 150 ° C. for 30 minutes to improve the packing and orientation of the coating components.

(第2電極層の形成)
実施例6と同様にして、上記電子輸送層上に第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
In the same manner as in Example 6, a second electrode layer was formed on the electron transport layer.

最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バイレイヤー型の有機薄膜太陽電池を作製した。   Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bilayer type organic thin film solar cell.

[実施例8]
(第1電極層の形成)
実施例2と同様にして、超バリア性フィルム基板上に第1電極層を形成した。
[Example 8]
(Formation of first electrode layer)
In the same manner as in Example 2, a first electrode layer was formed on the super-barrier film substrate.

(正孔取出し層の形成)
実施例4と同様にして、上記第1電極層上に正孔取出し層を形成した。
(Formation of hole extraction layer)
In the same manner as in Example 4, a hole extraction layer was formed on the first electrode layer.

(光電変換層の形成)
正孔輸送層として、ポリチオフェン誘導体(P3HT:ポリ3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル(レジオレギュラー))と、ポリフェニレンビニレン誘導体とをクロロホルム溶媒中に重量比が1:1となり、濃度が0.3重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を上記正孔取出し層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚30nmの正孔輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
As a hole transport layer, a polythiophene derivative (P3HT: poly-3-hexylthiophene-2,5-diyl (resiregular)) and a polyphenylene vinylene derivative are mixed in a chloroform solvent at a weight ratio of 1: 1 and a concentration of 0.1. The solution was dissolved to 3% by weight, and this solution was filtered with a filter paper of φ0.2 μm to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole extraction layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form a hole transport layer having a thickness of 30 nm.

次に、電子輸送層として、ポリフルオレン誘導体と、フラーレン誘導体(PCBM:[6,6]−フェニル−C61ブチリックアシッドメチルエステル)とをクロロホルム溶媒中に、重量比が1:2となり、濃度が0.3重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を、上記正孔輸送層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚30nmの電子輸送層を形成した。   Next, as an electron transport layer, a polyfluorene derivative and a fullerene derivative (PCBM: [6,6] -phenyl-C61 butyric acid methyl ester) in a chloroform solvent have a weight ratio of 1: 2, and the concentration is The solution was dissolved so as to be 0.3% by weight, and this solution was filtered with a filter paper of φ0.2 μm to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole transport layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form an electron transport layer having a thickness of 30 nm.

さらに、上記正孔輸送層および電子輸送層を形成した基板を150℃の条件で30分アニール処理し、塗工成分のパッキングや配向性を向上させた。   Further, the substrate on which the hole transport layer and the electron transport layer were formed was annealed at 150 ° C. for 30 minutes to improve the packing and orientation of the coating components.

(第2電極層の形成)
実施例5と同様にして、上記電子輸送層上に第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
In the same manner as in Example 5, a second electrode layer was formed on the electron transport layer.

最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バイレイヤー型の有機薄膜太陽電池を作製した。   Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bilayer type organic thin film solar cell.

[比較例1]
ガラス基板表面にSiOによるバリア層を形成し、このバリア層上に透明電極であるITO膜(膜厚:150nm、シート抵抗:15Ω/□)をIP法により成膜し、パターニングした。次いで、上記ITO膜付基板をアセトンで洗浄し、IPAを用いて洗浄して、パターン状の第1電極層を形成した。
[Comparative Example 1]
A barrier layer of SiO 2 was formed on the glass substrate surface, and an ITO film (film thickness: 150 nm, sheet resistance: 15Ω / □) as a transparent electrode was formed on the barrier layer by the IP method and patterned. Next, the substrate with ITO film was washed with acetone and washed with IPA to form a patterned first electrode layer.

(正孔取出し層の形成)
上記第1電極層上に、PEDOT:PSS(ポリ(3,4)−エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォネート水分散液)(Bayer社製、品名BaytronP)をスピンコートし、150℃で30分間乾燥させ、膜厚40nmの正孔取出し層を形成した。
(Formation of hole extraction layer)
On the first electrode layer, PEDOT: PSS (poly (3,4) -ethylenedioxythiophene / polystyrene sulfonate aqueous dispersion) (Bayer, product name: BaytronP) was spin-coated and heated at 150 ° C. for 30 minutes. It was made to dry and the 40-nm-thick hole extraction layer was formed.

(光電変換層の形成)
正孔輸送層として、亜鉛[5,10,15,20 テトラフェニルポルフィリン]をクロロホルム溶媒中に、濃度が0.1重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を上記正孔取出し層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚30nmの正孔輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
As a hole transport layer, zinc [5,10,15,20 tetraphenylporphyrin] is dissolved in chloroform solvent so that the concentration becomes 0.1% by weight, and this solution is filtered with a filter paper of φ0.2 μm. Thus, a coating solution was prepared. This coating solution was spin-coated on the hole extraction layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form a hole transport layer having a thickness of 30 nm.

次に、電子輸送層として、ローダミンBをクロロホルム溶媒中に、濃度が0.1重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を、上記正孔輸送層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚30nmの電子輸送層を形成した。   Next, as an electron transport layer, rhodamine B was dissolved in a chloroform solvent so as to have a concentration of 0.1% by weight, and this solution was filtered with a 0.2 μm filter paper to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole transport layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form an electron transport layer having a thickness of 30 nm.

さらに、上記正孔輸送層および電子輸送層を形成した基板を150℃の条件で30分アニール処理し、塗工成分のパッキングや配向性を向上させた。   Further, the substrate on which the hole transport layer and the electron transport layer were formed was annealed at 150 ° C. for 30 minutes to improve the packing and orientation of the coating components.

(第2電極層の形成)
上記電子輸送層上に、Caを蒸着法により10nmの膜厚となるように成膜し、さらにその上にAlを蒸着法により50nmの膜厚となるように成膜して、第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
A second electrode layer is formed by depositing Ca on the electron transport layer to a thickness of 10 nm by a vapor deposition method, and further depositing Al on the electron transport layer to a thickness of 50 nm by a vapor deposition method. Formed.

最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バイレイヤー型の有機薄膜太陽電池を作製した。   Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bilayer type organic thin film solar cell.

[比較例2]
(第1電極層および正孔取出し層の形成)
比較例1と同様にして、ガラス基板上に第1電極層および正孔取出し層を形成した。
[Comparative Example 2]
(Formation of first electrode layer and hole extraction layer)
In the same manner as in Comparative Example 1, a first electrode layer and a hole extraction layer were formed on a glass substrate.

(光電変換層の形成)
電子正孔輸送層として、亜鉛[5,10,15,20 テトラフェニルポルフィリン]と、ローダミンBとをクロロホルム溶媒中に、重量比が1:1となり、濃度が0.1重量%となるように溶解させ、この溶液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を上記正孔取出し層上にスピンコートし、110℃で10分間乾燥させ、膜厚50nmの電子正孔輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
As an electron-hole transport layer, zinc [5,10,15,20 tetraphenylporphyrin] and rhodamine B are mixed in a chloroform solvent so that the weight ratio is 1: 1 and the concentration is 0.1% by weight. The solution was dissolved, and this solution was filtered with a 0.2 μm filter paper to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole extraction layer and dried at 110 ° C. for 10 minutes to form an electron-hole transport layer having a thickness of 50 nm.

さらに、上記電子正孔輸送層を形成した基板を150℃の条件で30分アニール処理し、塗工成分のパッキングや配向性を向上させた。   Furthermore, the substrate on which the electron hole transport layer was formed was annealed at 150 ° C. for 30 minutes to improve the packing and orientation of the coating components.

(第2電極層の形成)
比較例1と同様にして、上記電子正孔輸送層上に第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
In the same manner as in Comparative Example 1, a second electrode layer was formed on the electron hole transport layer.

最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バルクへテロ接合型の有機薄膜太陽電池を作製した。   Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bulk heterojunction type organic thin film solar cell.

[評価]
太陽電池特性に関しては、AM1.5、擬似太陽光(100mW/cm)を照射光源とし、ソースメジャーユニット(HP社製、HP4100)にて電圧印加により電流電圧特性の評価を行った。評価結果を下記表1に示す。評価結果は、開放電圧Voc(V)、エネルギー変換効率η(%)を示した。
[Evaluation]
Regarding the solar cell characteristics, AM1.5 and simulated sunlight (100 mW / cm 2 ) were used as irradiation light sources, and current-voltage characteristics were evaluated by applying voltage with a source measure unit (HP4100, manufactured by HP). The evaluation results are shown in Table 1 below. The evaluation results showed the open circuit voltage Voc (V) and the energy conversion efficiency η (%).

Figure 2006245073
Figure 2006245073

本発明の有機薄膜太陽電池の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the organic thin film solar cell of this invention. 本発明の有機薄膜太陽電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the organic thin film solar cell of this invention. 本発明の有機薄膜太陽電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the organic thin film solar cell of this invention. 本発明の有機薄膜太陽電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the organic thin film solar cell of this invention. 本発明の有機薄膜太陽電池の他の例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows the other example of the organic thin film solar cell of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 … 基板
2 … 第1電極層
3 … 光電変換層
4 … 正孔輸送層
5 … 電子輸送層
6 … 電子正孔輸送層
7 … 第2電極層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Board | substrate 2 ... 1st electrode layer 3 ... Photoelectric conversion layer 4 ... Hole transport layer 5 ... Electron transport layer 6 ... Electron hole transport layer 7 ... 2nd electrode layer

Claims (10)

基板と、前記基板上に形成された第1電極層と、前記第1電極層上に形成され、正孔輸送層および電子輸送層を有する光電変換層と、前記光電変換層上に形成され、前記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、
前記正孔輸送層は、ポリチオフェン誘導体またはポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)の少なくともいずれか一方を有し、
前記電子輸送層は、ポリフルオレン誘導体またはフラーレン誘導体の少なくともいずれか一方を有することを特徴とする有機薄膜太陽電池。
A substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode layer, having a hole transport layer and an electron transport layer, and formed on the photoelectric conversion layer; An organic thin film solar cell having a second electrode layer that is an electrode facing the first electrode layer,
The hole transport layer has at least one of a polythiophene derivative or a polyphenylene vinylene derivative (PPV),
The organic thin film solar cell, wherein the electron transport layer has at least one of a polyfluorene derivative or a fullerene derivative.
基板と、前記基板上に形成された第1電極層と、前記第1電極層上に形成され、電子正孔輸送層である光電変換層と、前記光電変換層上に形成され、前記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、
前記電子正孔輸送層は、ポリチオフェン誘導体またはポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)の少なくともいずれか一方を有し、かつ、ポリフルオレン誘導体またはフラーレン誘導体の少なくともいずれか一方を有することを特徴とする有機薄膜太陽電池。
A substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode layer and being an electron-hole transport layer, formed on the photoelectric conversion layer, and the first An organic thin-film solar cell having a second electrode layer that is an electrode facing the electrode layer,
The electron-hole transport layer has at least one of a polythiophene derivative or a polyphenylene vinylene derivative (PPV), and has at least one of a polyfluorene derivative or a fullerene derivative. .
基板と、前記基板上に形成された第1電極層と、前記第1電極層上に形成され、電子正孔輸送層である光電変換層と、前記光電変換層上に形成され、前記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、
前記電子正孔輸送層は、ポリフルオレン誘導体およびフラーレン誘導体を有することを特徴とする有機薄膜太陽電池。
A substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode layer and being an electron-hole transport layer, formed on the photoelectric conversion layer, and the first An organic thin-film solar cell having a second electrode layer that is an electrode facing the electrode layer,
The electron-hole transport layer has an organic thin-film solar cell having a polyfluorene derivative and a fullerene derivative.
前記ポリチオフェン誘導体が、側鎖としてアルキル基、チエニル基、またはフェニル基のいずれかを有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 1 or 2, wherein the polythiophene derivative has an alkyl group, a thienyl group, or a phenyl group as a side chain. 前記ポリフェニレンビニレン誘導体(PPV)が、側鎖としてアルコキシ基を有することを特徴とする請求項1、請求項2または請求項4の請求項に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to claim 1, 2, or 4, wherein the polyphenylene vinylene derivative (PPV) has an alkoxy group as a side chain. 前記ポリフルオレン誘導体が、側鎖としてアルキル基を有することを特徴とする請求項1から請求項5までのいずれかの請求項に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 5, wherein the polyfluorene derivative has an alkyl group as a side chain. 前記フラーレン誘導体は、高次フラーレン類、表面修飾基を有する表面修飾フラーレン類またはフラーレン結合ポリマー類であることを特徴とする請求項1から請求項6までのいずれかの請求項に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin film according to any one of claims 1 to 6, wherein the fullerene derivative is a higher-order fullerene, a surface-modified fullerene having a surface-modifying group, or a fullerene-bonded polymer. Solar cell. 前記第1電極層の全光線透過率が90%以上であり、シート抵抗が20Ω/□以下であることを特徴とする請求項1から請求項7までのいずれかの請求項に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin film according to any one of claims 1 to 7, wherein the first electrode layer has a total light transmittance of 90% or more and a sheet resistance of 20Ω / □ or less. Solar cell. 前記第1電極層と前記光電変換層との間に、正孔取出し層が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項8までのいずれかの請求項に記載の有機薄膜太陽電池。   The organic thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 8, wherein a hole extraction layer is formed between the first electrode layer and the photoelectric conversion layer. . 前記光電変換層と前記第2電極層との間に、電子取出し層が形成されていることを特徴とする請求項1から請求項9までのいずれかの請求項に記載の有機薄膜太陽電池。
The organic thin-film solar cell according to any one of claims 1 to 9, wherein an electron extraction layer is formed between the photoelectric conversion layer and the second electrode layer.
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