JPH04337675A - 光電変換素子 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は新規な光電変換素子に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、光電変換素子としては無機半導体
であるシリコンを利用したものが考案され実用化されて
いる。近年、有機材料を用いた光電変換素子の研究が行
われ研究が行われている。有機材料は材料合成、加工の
両面で太陽電池のローコスト化に寄与できる可能性を持
っている。また例えば適当な溶媒に分散あるいは溶解し
てキャストすることにより、比較的均一で大きな膜を作
ることができる。しかしながらこのような有機材料を用
いた光電変換素子は、有機材料の電導度が低いため、光
電変換効率が小さい。高い光電変換効率を有する素子の
作製方法として、２つの電極間にπー共役系高分子層及
び有機色素層を備えることにより、応答波長領域を拡大
させる方法が考案されている（例えば特開昭６０ー２８
２７８号公報）。しかしこの方法は電極間に電圧を印加
し導電性の電解重合膜を電極上に作製する方法で、作製
方法が複雑である。また、電解重合法によって得られた
薄膜の組織は必ずしもち密なものとは言えず、光電変換
素子などを作製する場合、膜厚が薄いと電気的な短絡を
生じる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】光電変換素子を作製す
る場合、電気的な短絡が発生するという問題点があった
。また、光の応答波長領域が狭く、光電変換効率が低い
という問題点があった。さらに共役系高分子層を用いて
光の応答波長領域を拡大しようとした場合、電解重合法
のような複雑な方法で作製しなければならないという問
題点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは上記問題を
解決し、電気的な短絡が発生せず、光の応答波長領域が
拡大し、素子の作製方法が複雑でない光電変換素子の作
製法について鋭意検討した結果、下記の発明に至った。 即ち、本発明は２つの電極間に溶解性共役系高分子層及
び有機顔料層あるいは有機色素層を備えた光電変換素子
である。具体的には溶解性共役系高分子層を一方の電極
上に塗布法により作製し、その上に有機顔料または有機
色素からなる層を作製することにより、電気的な短絡の
発生しにくい光電変換素子を簡単に作製することである
。また、溶解性共役系高分子層と有機色素層を電極間に
介在させることにより応答波長域を拡大させ、光電変換
効率を向上させる方法である。

【０００５】本発明に用いられる溶解性共役系高分子と
しては、ポリアルキルチオフェン類、ポリアルキルピロ
ール類、ポリアルキルアニリン類などを用いることがで
きる。ポリアルキルチオフェン類としてはポリー３ープ
ロピルチオフェン、ポリー３ーヘキシルチオフェン、ポ
リー３ーヘプチルチオフェン、ポリー３ーオクチルチオ
フェン、ポリー３ーノニルチオフェン、ポリー３ーデシ
ルチオフェン、ポリー３ードデシルチオフェン、ポリー
３ーラウリルチオフェン等、また、３ーヘキシルチオフ
ェンとチオフェン、３ーノニルチオフェンとチオフェン
、３ードデシルチオフェンとチオフェン、３ーラウリル
チオフェンとチオフェン、３ードデシルチオフェンと３
ープロピルチオフェン等の共重合体が挙げられる。

【０００６】ポリアルキルピロール類としてはポリー３
ープロピルピロール、ポリー３ーヘキシルピロール、ポ
リー３ーヘプチルピロール、ポリー３ーオクチルピロー
ル、ポリー３ーノニルピロール、ポリー３ーデシルピロ
ール、ポリー３ードデシルピロール、ポリー３ーラウリ
ルピロール等、また、３ーヘキシルピロールとピロール
、３ーノニルピロールとピロール、３ードデシルピロー
ルとピロール、３ーラウリルピロールとピロール、３ー
ドデシルピロールと３ープロピルピロール等の共重合体
が挙げられる。

【０００７】ポリアルキルアニリン類としてはポリーＮ
ープロピルアニリン、ポリーＮーヘキシルアニリン、ポ
リーＮーヘプチルアニリン、ポリーＮーオクチルアニリ
ン、ポリーＮーノニルアニリン、ポリーＮーデシルアニ
リン、ポリーＮードデシルアニリン、ポリーＮーラウリ
ルアニリン等、また、Ｎーヘキシルアニリンとアニリン
、Ｎーノニルアニリンとアニリン、Ｎードデシルアニリ
ンとアニリン、Ｎーラウリルアニリンとアニリン、Ｎー
ドデシルアニリンとＮープロピルアニリン等の共重合体
が挙げられる。溶解性共役系高分子としてはこのような
ポリアルキルチオフェン類、ポリアルキルピロール類、
ポリアルキルアニリン類、その他溶解性共役系高分子を
使用できるが特にポリアルキルチオフェン類は分子量が
大きく膜の製膜性が良いので、好ましく用いられる。

【０００８】本発明に用いられる有機顔料、有機色素と
しては、（ａ）金属フタロシアニン、無金属フタロシア
ニン等のフタロシアニン系化合物、（ｂ）ナフタロシア
ニン系化合物、（ｃ）モノアゾ、ビスアゾ、トリスアゾ
等のアゾ化合物、（ｄ）ペリレン酸無水物、ペリレン酸
イミド等のペリレン系化合物、（ｅ）アントラキノン誘
導体、アントアントロン誘導体、ジベンズピレンキノン
誘導体、ピラントロン誘導体、ビオラントロン誘導体、
イソビオラントロン誘導体等の多環キノン系化合物、（
ｆ）インジゴ誘導体、チオインジゴ誘導体等のインジゴ
イド系化合物、（ｇ）ジフェニルメタン、トリフェニル
メタン、キサンテン、アクリジン等のカルボニウム系化
合物、（ｈ）アジン、オキサジン、チアジン等のキノン
イミン系化合物、（ｉ）シアニン、アゾメチン等のメチ
ン系化合物、（ｊ）キノリン系化合物、（ｋ）ベンゾキ
ノンおよびナフトキノン系化合物、（ｌ）ナフタルイミ
ド系化合物、（ｍ）ビスベンゾイミダゾール誘導体等の
ペリレン系化合物等が挙げられる。

【０００９】溶解性共役系高分子を溶解させる有機溶媒
としては、クロロホルム、テトラヒドロフラン、アニソ
ール、ヘプタン、トルエン等が利用できるが、他にこれ
ら共役系重合体を溶解することができる溶媒ならば利用
できる。

【００１０】溶解性共役系高分子膜の形成方法としては
、キャスト法、スピンコート法、水面展開法等が利用で
きるがこれらに限定されない。有機顔料、有機色素から
なる膜の形成方法としては真空蒸着法、プラズマ重合法
、水面展開法、分子線エピタキシー法、電解ミセル法、
キャスト法、スピンコート法、などが用いられるがこれ
らに限定されない。電極作製方法としては、光の入射す
る側の電極にはアルミニウム、インジウム、クロム、酸
化亜鉛、硫化カドミウムなどの金属あるいは無機半導体
の半透明膜が利用できる。もう一方の電極には有機化合
物とオーミック接触する金電極、ＩＴＯ板、スズ酸化物
、金属酸化物等を利用することが出来るがこれらに限定
されない。また、電子供与性物質と電子受容性物質から
なる積層構造素子を本発明の作製方法で作製した場合、
ＩＴＯなどの透明電極や金電極などの有機膜とオーミッ
ク接触することができる物質で電極を作製してもよい。

【００１１】溶解性共役系高分子層の厚さは、一般的に
１〜１０００ｎｍ、好ましくは１０〜１００ｎｍである
がこれらに限定されない。有機顔料層あるいは有機色素
層の厚さは、一般的に１〜２０００ｎｍ、好ましくは１
０〜５００ｎｍであるがこれらに限定されない。

【００１２】

【実施例】次に本発明を実施例により、さらに詳細に説
明するが本発明はこれらの例によってなんら限定される
ものではない。

【００１３】実施例１ （Ｉ）共役系重合体の作製（ポリー３ードデシルチオフ
ェンの合成） 第二塩化鉄０．０４モル（６．５ｇ）を乾燥窒素中で採
取し、クロロホルム１００ｍｌ中に投入し第２塩化鉄の
クロロホルム懸濁液を得た。これに、乾燥窒素雰囲気下
で滴下ロートにより３ードデシルチオフェン０．０１モ
ル（２．５ｇ）を懸濁液中に滴下した。この懸濁液を一
昼夜攪拌した後、大量の水に投入しクロロホルムにより
抽出した。抽出液を乾燥することによりポリー３ードデ
シルチオフェンを１ｇ得た（分子量約１７万）。

【００１４】（ＩＩ）薄膜及び光電変換素子の作製以下
に図面に基き詳細に説明する。図１（Ａ）に本発明の光
電変換素子の断面図、図１（Ｂ）にその平面図を示した
。この素子は基板（１）と第１電極（２）、第２電極（
３）、溶解性共役系高分子層（４）、有機顔料または有
機色素層（５）、第３電極（６）の５層からなっている
。第１電極（２）にクロム、第２電極（３）に金、第３
電極（６）にアルミニウムの蒸着層を用いた。溶解性共
役系高分子層（４）は、ポリー３ードデシルチオフェン
（０．１ｇ）を５０ｍｌのクロロホルムに溶解し、スピ
ンコート法により金電極上に塗布し、自然乾燥した。層
の厚さは約３０ｎｍである。有機顔料層（５）は、昇華
精製したオキソチタニウムフタロシアニンを１×１０ー
５トル以下の真空中で約０．１〜０．２ｎｍ／ｓｅｃの
蒸着スピードで、加熱蒸発させることにより溶解性共役
系高分子層上に表１に示した各種の厚さの層を形成した
。次にこの層上にアルミニウムを１Ｘ１０−５ｔｏｒｒ
以下にてマスクを介して約２５ｎｍの厚さで真空蒸着し
、アルミニウム面上に導電ペーストにてリード線を取り
付けて本発明の光電変換素子を作成した。

【００１５】（ＩＩＩ）光電変換効率の測定作製した光
電変換素子各々にアルミニウム側からフイルターによっ
て赤外光をカットした１．３ｍＷ／ｃｍ２の白色光を照
射し、光電変換効率を測定した。光電変換効率の測定に
は、ポテンショスタットおよびポテンシャルスキャナー
を用い、Ｘ−Ｙレコーダーで記録した。測定はすべて空
気中、室温で行った。結果を表１に示した。

【００１６】

【表１】

【００１７】比較例１ （ＩＶ）薄膜及び光電変換素子の作製 以下に図面に基き詳細に説明する。図２（Ａ）に比較例
の光電変換素子の断面図、図１（Ｂ）にその平面図を示
した。この素子は基板（１）と第１電極（２）、第２電
極（３）、有機顔料または有機色素層（４）、第３電極
（５）の４層からなっている。第１電極（２）にクロム
、第２電極（３）に金、第３電極（５）にアルミニウム
の蒸着膜を用いた。有機顔料層（５）は、昇華精製した
オキソチタニウムフタロシアニンを１×１０ー５トル以
下の真空中で約０．１〜０．２ｎｍ／ｓｅｃの蒸着スピ
ードで、加熱蒸発させることにより金電極上に表２に示
した厚さの層を形成した。次にこの層上にアルミニウム
を１Ｘ１０−５ｔｏｒｒ以下にてマスクを介して約２５
ｎｍの厚さで真空蒸着し、アルミニウム面上に導電ペー
ストにてリード線を取り付けて本発明の光電変換素子を
作製した。

【００１８】（Ｄ）光電変換効率の測定作製した比較例
の光電変換素子各々にアルミニウム側からフイルターに
よって赤外光をカットした１．３ｍＷ／ｃｍ２の白色光
を照射し、光電変換効率を測定した。光電変換効率の測
定には、ポテンショスタットおよびポテンシャルスキャ
ナーを用い、Ｘ−Ｙレコーダーで記録した。測定はすべ
て空気中、室温で行った。結果を表２に示した。

【００１９】

【表２】 　　　　（注意）×は光電変換素子の電気的短絡のため
測定できなかったことを示す。オキソチタニウムフタロ
シアニン層の厚さが同じである表１のＮｏ４と表２のＮ
ｏ４を比較した場合、表１の方が短絡光電流及び解放端
電圧共に大きく、その結果光電変換効率も大きくなった
。

【００２０】

【発明の効果】本発明は新規な光電変換素子で、本発明
により、光電変換素子の電気的短絡をなくすことができ
、また応答波長域が拡大し、高い光電変換効率を有する
光電変換素子を作製できる。また、本発明の素子の高分
子層は電解重合法のような複雑な方法を用いることなく
、化学重合法によって合成した有機溶媒に可溶性の高分
子を使用することにより、塗布方法にて容易に形成する
ことができる。このような光電変換素子は、太陽電池、
光センサー、電子写真感光層、各種電気素子等に利用す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による光電変換素子の概略図

【図２】比
較例の光電変換素子の概略図

【符号の説明】

１　　ガラス基板 ２　　第１電極 ３　　第２電極 ４　　溶解性共役系高分子層 ５　　有機顔料または有機色素層 ６　　第３電極 ７　　リード線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　２つの電極間に溶解性共役系高分子層
   及び有機顔料層あるいは有機色素層を備えた光電変換素
   子。
2. 【請求項２】　　溶解性共役系高分子層がポリアルキル
   チオフェン類である請求項１記載の光電変換素子。
3. 【請求項３】　　溶解性共役系高分子層を塗布法にて作
   製した請求項１または２記載の光電変換素子。