CN102197505A - 有机薄膜太阳能电池 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种有机太阳能电池(1)，其具有层叠供电子层(12)和含有3种以上的受电子性材料的受电子层(14、16、17、18)而成的光电转换层，所述3种以上的受电子性材料中的至少1种是有机物。

Description

有机薄膜太阳能电池

技术领域

本发明涉及一种具备接受光而产生电的光电转换层的有机太阳能电池。

背景技术

对于光电转换元件，像以将光信号转换为电信号的发光二极管或摄像元件、将光能转换为电能的太阳能电池所代表的那样，是相对于光输入显示出电输出的装置，是相对于电输入显示出光输出的电致发光(EL)元件显示出相反的响应的装置。尤其是作为光电转换元件的太阳能电池，在化石燃料的枯竭问题和地球变暖问题的背景下，作为清洁能源近年来受到极大关注，正在积极地进行研究开发。以往，已经得到实用化的是以单晶Si、多晶Si、无定形Si等为代表的硅系太阳能电池，然而因为价格高且随着原料Si的不足问题等逐渐表面化，对新一代太阳能电池的要求在不断提高。此种背景之下，有机太阳能电池由于廉价且毒性低，还不用担心原材料不足，因此作为继硅系太阳能电池之后的新一代的太阳能电池倍受关注。

有机太阳能电池由于是全固体型的，因此没有漏液等缺点，制作容易，不使用属于稀有金属的钌等，因此最近倍受关注，正在大力地研究之中。

对于有机太阳能电池，最先是以使用了部花青染料等的单层膜开展研究，然而发现通过设为p层/n层的多层膜，转换效率提高，自此以后多层膜就开始成为主流。其后发现，通过向p层与n层之间插入i层(p材料与n材料的混合层)而增加层叠数，转换效率就会提高。另外，其后又发现，利用将p/i/n层串联地层叠的串列电池构成，会进一步提高转换效率。

另一方面，在使用了高分子的有机太阳能电池中，主要进行过如下的所谓本体异质结(bulk hetero)结构的研究，即，作为p材料使用导电性高分子，作为n材料使用富勒烯C₆₀衍生物，将它们混合，通过进行热处理引发微层分离，增加异质结界面，从而提高转换效率。

如此所述，对于有机太阳能电池，可以利用电池构成及形态学的最佳化，带来转换效率的提高。

但是，虽然有此种进行了改良的有机太阳能电池，然而与以硅等为代表的无机太阳能电池相比，光电转换效率还是较低，因此难以付诸实用，光电转换效率的高效率化成为最大的课题。一般来说，有机太阳能电池的动作过程由(1)光吸收及激子生成、(2)激子扩散、(3)电荷分离、(4)载流子移动、(5)电动势产生的单过程组成，为了有机太阳能电池的高效率化，要求这些所有的单过程都是高效率的。

有机物大体上说显示出符合太阳光谱图的吸收特性的很少，且很多有机物的载流子迁移率也很低，大多无法实现高转换效率。

例如，非专利文献1报告过，通过使用酞菁类或苝酰亚胺类这2种有机物来进行光吸收，使供电子层和受电子层担负空穴和电子各个载流子的输送，则与迄今为止的单层的结构相比，可以实现高转换效率化，然而转换效率不够充分。

另外，非专利文献2中报告过，通过受电子性材料PTCBI上，层叠具有电子输送性及激子阻挡性的菲咯啉衍生物的Bathocuproine(BCP)，设为受电子层，就可以实现高效率化。继而，非专利文献3中报告过，通过在受电子性材料中使用电子输送性高的富勒烯C₆₀，与BCP形成层叠膜，可以实现转换效率的提高，然而电池构成与以往相比没有改变。

非专利文献

非专利文献1：C.W.Tang，Appl.Phys.Lett.48，183(1986).

非专利文献2：P.Peumans，V.Bulovic，and S.R.Forrest，Appl.Phys.Lett.76，2650(2000).

非专利文献3：P.Peumans and S.R.Forrest，Appl.Phys.Lett.79，126(2001).

如上所述，现实状况是，没有获得光电转换效率足够高的有机太阳能电池。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种具有高光电转换效率的有机太阳能电池。

为了获得光电转换效率足够高的有机太阳能电池，本发明人等从元件设计上对如上所述的问题进行了深入研究，结果发现，迄今为止还没有找出含有BCP且由3种以上的受电子性材料构成的受电子性薄膜的电池构成，而利用将3种以上的受电子性材料设为层叠膜、混合膜的电池构成，转换效率就会提高，从而完成了本发明。

根据本发明，可以提供以下的有机太阳能电池。

1.一种有机太阳能电池，其特征在于，

具有层叠供电子层和含有3种以上的受电子性材料的受电子层而成的光电转换层，

上述3种以上的受电子性材料中的至少1种是有机物。

2.根据1所述的有机太阳能电池，其中，所述受电子层由每层各含有所述3种以上的受电子性材料中的一种的多个层构成。

3.根据1所述的有机太阳能电池，其中，上述受电子层由包括混合有上述3种以上的受电子性材料中的至少2种的层的多个层构成。

4.根据1所述的有机太阳能电池，其中，上述受电子层由混合有上述3种以上的受电子性材料的单一的层构成。

5.根据1～4中任意一项所述的有机太阳能电池，其中，上述3种以上的受电子性材料的薄膜吸收光谱分别具有不同的峰值波长。

6.根据1～5中任意一项所述的有机太阳能电池，其中，上述3种以上的受电子性材料中的至少1种选自富勒烯类。

7.根据1～6中任意一项所述的有机太阳能电池，其中，上述3种以上的受电子性材料中的1种是C₆₀富勒烯，另外的1种选自C₆₁以上的富勒烯类。

根据本发明，可以提供具有高光电转换效率的有机太阳能电池。

附图说明

图1是表示本发明的有机太阳能电池的形态(a)、(b-1)、(b-2)、(c)的构成的示意图。

具体实施方式

本发明的有机太阳能电池(以下称作本发明的太阳能电池)的特征在于，具有层叠供电子层和含有3种以上的受电子性材料的受电子层而成的光电转换层，上述受电子性材料中的至少1种是有机物。

这里，本发明的太阳能电池是具有如下特征的有机薄膜太阳能电池，即，包含具有供电子性或受电子性的有机半导体薄膜，染料·有机分子利用光吸收生成激子，其移动至在电极或异种薄膜的接触界面中生成的内部电场，在此处引起电荷分离而显示出电动势。

本发明的太阳能电池的受电子层如果是含有3种以上的受电子性材料的层，则既可以是(a)将3种以上的受电子性材料分别各含有1种的多个层，也可以是(b)包括混合有3种以上的受电子性材料中的至少2种的层的多个层，还可以是(c)混合有3种以上的受电子性材料的单一的层。例如，将具有使用了3种受电子性材料时的上述形态(a)、(b-1)及(b-2)、(c)的受电子层的本发明的太阳能电池的层构成表示于图1中。

本发明的太阳能电池1具有层叠于下部电极10上的供电子层12、受电子层14、16、17、18及对置电极20。

上述形态(a)中，受电子层14由将受电子性材料1～3分别各含有1种的3层薄膜(以下有时称作受电子性薄膜)构成。

形态(b-1)中，受电子层16由混合地含有受电子性材料1及2的单一的薄膜和含有受电子性材料3的薄膜这2个层构成。

另外，形态(b-2)中，受电子层17由含有受电子性材料1的薄膜和混合地含有受电子性材料2及3的单一的薄膜这2个层构成。

另外，形态(c)中，受电子层18由混合有3种以上的受电子性材料1、2、3的单一的薄膜构成层。

本发明的太阳能电池的受电子层中所含的3种以上的材料只要是具有作为电子接受体的功能的材料(以下称作“受电子性材料”)即可，它们中的至少1种需要是有机物，然而对于各个受电子性材料的种类没有特别限定，既可以是有机化合物，也可以是无机化合物。

另外，所用的受电子性材料优选为电子的迁移率高的材料。此外，优选为电子亲和力小的材料。通过将电子亲和力小的材料作为n层(受电子层)使用，与p层(供电子层)组合，就可以实现足够的开路电压。

作为用作受电子性材料的有机化合物，只要是光电转换中所用的化合物，就没有特别限定，例如可以举出C₆₀、C₇₀、C₈₄等C₆₁以上的富勒烯类、对可溶性侧链进行了化学修饰的C₆₁PCBM、C₇₁PCBM等C₆₁以上的富勒烯衍生物。另外，还可以举出碳纳米管类。作为碳纳米管类，还可以举出单层的单壁纳米管(SWNT)、双壁纳米管(DWNT)等多层的多壁纳米管(MWNT)等，没有特别限定。此外，还可以举出苝衍生物、稠环醌、喹吖啶酮等，高分子系中是CN-聚(苯乙烯)、MEH-CN-PPV、含有-CN基或CF₃基的聚合物、它们的-CF₃基取代聚合物、聚芴衍生物等。

另外，还可以举出载流子迁移率足够高、可以期待激子阻挡效应的电离势足够大的化合物。具体来说，可以举出在有机EL用途中属于公知的材料的Bathocuproine(BCP)、Bathophenathroline(BPhen)等，在受电子层由含有多种受电子性材料的薄膜构成的情况下(上述形态(a)及(b)的情况)，优选将这些化合物设为阴极侧的受电子性薄膜中所含的受电子性材料。

式中，Me表示甲基。

作为用作受电子性材料的无机化合物，可以举出n型特性的无机半导体化合物。具体来说，可以举出n-Si、GaAs、CdS、PbS、CdSe、InP、Nb₂O₅、WO₃、Fe₂O₃等掺杂半导体及化合物半导体；以及二氧化钛(TiO₂)、一氧化钛(TiO)、三氧化二钛(Ti₂O₃)等氧化钛、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO₂)、氧化铟(ITO、IZO、AZO)等导电性氧化物。它们当中，优选氧化钛，特别优选二氧化钛。

3种以上的受电子性材料优选分别具有不同的薄膜吸收光谱的峰值波长。通过分别具有不同的峰值波长，各材料的吸收就可以宽范围地对应从可见区域到红外区域的太阳光光谱，因此太阳光利用效率得到提高，转换效率提高。

另外，因在含有3种以上的受电子性材料的多个受电子性薄膜之间电子输送能力的高低不同，从而可以期待元件间内部电阻的降低，可以将所生成的载流子没有损耗地输送到电极，取得电荷取出效率的改善，转换效率提高。

在将多个受电子性薄膜层叠、混合而成的受电子层(上述形态(a)、(b)及(c))中，在具有不同的带隙的材料间伴随着能量移动，从而可以实现入射光利用效率的改善，并且可以通过将电子输送性高的受电子性材料配置于阴极侧而降低元件间内部电阻，可以将所生成的载流子没有损耗地取出至阴极侧。层叠受电子性薄膜而成的层叠膜的能量移动是在满足如下的条件时产生的，即，某个薄膜的发光光谱与毗邻该薄膜的pn界面侧的薄膜的吸收光谱具有重叠。作为对应的构成，可以举出下部电极/p层/n1层/n2层/n3层/上部电极(上述形态(a))、下部电极/p层/n1∶n2层(n1材料与n2材料的混合层)/n3层/上部电极(上述形态(b-1))、下部电极/p层/n1层/n2∶n3层(n2材料与n3材料的混合层)/上部电极(上述形态(b-2))、下部电极/p层/n1∶n2∶n3层(n1材料、n2材料和n3材料的混合层)/上部电极(上述形态(c))等。

要形成可以期待电荷阻挡效应的受电子性薄膜的层叠构成，有效的做法是使受电子性薄膜的层叠膜满足如下的能级关系，即，可以期待空穴阻挡效应，也就是将在界面中生成的载流子中的电子有效地向阴极侧输送，并防止空穴向阴极侧反向移动而形成载流子损耗。

另外，构成受电子层的n1～n3材料可以进行电子输送，这些材料当中，优选至少一种与其他的材料相比电子迁移率高。此外，优选满足可以期待阻挡空穴向阴极侧的移动的能级关系。具体来说，最好朝向阴极侧，HOMO能级(价电子能级)及LUMO能级(电导能级)相对于真空能级来说为相同程度，或者更深。

本发明的太阳能电池至少由下部电极/供电子层/受电子层/上部电极(对置电极)构成。对于受电子层如上所述，下面，对下部电极、上部电极以及供电子层进行说明。

对于本发明中所用的下部电极及上部电极的材料没有特别限制，可以使用公知的导电性材料。例如，作为与供电子层(p层)连接的电极，可以使用掺杂锡的氧化铟(ITO)或金(Au)、锇(Os)、钯(Pd)等金属，作为与受电子层(n层)连接的电极，可以使用银(Ag)、铝(Al)、铟(In)、钙(Ca)、铂(Pt)、锂(Li)等金属或Mg:Ag、Mg:In或Al:Li等二成分金属系以及上述与供电子层(p层)连接的电极例示材料。

而且，为了获得高效率的光电转换特性，最好太阳能电池的至少一方的面在太阳光光谱中是充分透明的。透明电极是使用公知的导电性材料，利用蒸镀或溅射等方法以确保给定的透光性的方式形成的。受光面的电极的光透过率优选设为10％以上。在一对电极构成的优选的构成中，电极部的一方含有功函数大的金属，另一方含有功函数小的金属。

本发明中所用的供电子层需要显示出供电子性。构成供电子层的材料(以下称作供电子性材料)优选为具有作为空穴受体的功能的化合物，优选为空穴的迁移率高的材料。

作为供电子性材料，如果是有机化合物，则例如可以举出以N，N’-双(3-甲苯基)-N，N’-二苯基联苯胺(mTPD)、N，N’-二萘基-N，N’-二苯基联苯胺(NPD)、4，4’，4”-三(苯基-3-甲苯基氨基)三苯基胺(MTDATA)等为代表的具有氨基或缩合芳香族稠环部位的有机化合物。使用上述具有氨基或缩合芳香族稠环部位的有机化合物对于动作过程的载流子输送过程中的空穴输送来说十分理想。另外，还可以举出酞菁(Pc)、铜酞菁(CuPc)、锌酞菁(ZnPc)、氧钛酞菁(TiOPc)等酞菁类、以八乙基卟啉(OEP)、八乙基卟啉铂(PtOEP)、四苯基卟啉锌(ZnTPP)等为代表的卟啉类。

如果是高分子化合物，则例如可以举出聚己基噻吩(P3HT)、甲氧基乙基环己氧基苯乙烯(MEHPPV)、环戊二噻吩-苯并噻二唑(PCPDTBT)等主链型共轭高分子类、以聚乙烯基咔唑等为代表的侧链型高分子类等。

另外，在本发明的太阳能电池的光电转换层中，也可以在上述供电子层(p层)及受电子层(n层)之间，设置具有p层与n层之间的特性的i层。i层既可以含有具有供电子性材料(p材料)与受电子性材料(n材料)的中间的特性的材料，也可以是混合含有供电子性材料和受电子性材料的混合层。

本发明的太阳能电池中，也可以在供电子层、受电子层及i层中使用用于提高成膜性、防止膜的针孔等的恰当的树脂或添加剂。作为可以使用的树脂，可以举出聚苯乙烯、聚碳酸酯、多芳基化合物、聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚砜、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、纤维素等绝缘性树脂及它们的共聚物；聚-N-乙烯基咔唑、聚硅烷等光导电性树脂；聚噻吩、聚吡咯等导电性树脂。

另外，作为添加剂，可以举出防氧化剂、紫外线吸收剂、增塑剂等。

本发明的太阳能电池中的供电子层及受电子层的膜厚没有特别限定，只要适当地设定为合适的膜厚即可。一般来说已知有机薄膜的激子扩散长度很短，如果膜厚过厚，则激子在到达异质结界面之前就会失活，因此光电转换效率有可能降低。反过来说，如果膜厚过薄，则容易产生针孔等，无法获得足够的二极管特性，转换效率有可能降低。

供电子层的膜厚通常来说为1nm～10μm的范围，优选为5nm～0.2μm的范围，更优选为5nm～0.1μm的范围。

构成受电子层的薄膜的合计的膜厚通常来说为1nm～10μm的范围，优选为2nm～0.2μm的范围，更优选为5nm～0.1μm的范围。

在上述形态(a)的由分别各含有1种受电子性材料的3种以上的薄膜构成的受电子层的情况下，各薄膜的膜厚通常来说为1nm～10μm的范围，优选为1nm～0.2μm的范围，更优选为2nm～0.1μm的范围。

在上述形态(b)的包含混合而含有至少2种受电子性材料的薄膜的受电子层的情况下，只要以上述形态(a)的各薄膜的膜厚作为参考适当地设定即可。

在上述形态(c)的将3种以上的受电子性材料混合而包含单一的薄膜的受电子层的情况下，只要以上述形态(a)的各薄膜的膜厚作为参考适当地设定即可。

下面，对构成本发明的太阳能电池的受电子层的薄膜及构成受电子层的薄膜的形成方法进行说明。

上述薄膜的形成方法没有特别限定，可以使用公知的薄膜形成方法。具体来说，可以应用真空蒸镀、溅射、等离子体、离子镀等干式成膜法或旋涂、浸涂、流延、辊涂、流涂(flow coating)、喷墨等湿式成膜法。

在干式成膜法的情况下，优选公知的电阻加热法，在形成上述形态(b)及(c)的混合而含有受电子性材料的混合层时，例如优选借助来自多个蒸发源进行同时蒸镀的成膜方法。更优选在成膜时控制基板温度。

在湿式成膜法的情况下，将形成各薄膜的材料溶解或分散于恰当的溶剂中而配制发光性有机溶液，利用旋涂等形成薄膜。此时所用的溶剂没有特别限定，可以使用任意的溶剂。作为所用的溶剂，例如可以举出二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氯化碳、四氯乙烷、三氯乙烷、氯苯、二氯苯、氯甲苯等卤素系烃系溶剂；二丁醚、四氢呋喃、二噁烷、苯甲醚等醚系溶剂；甲醇或乙醇、丙醇、丁醇、戊醇、己醇、环己醇、甲基溶纤剂、乙基溶纤剂、乙二醇等醇系溶剂；苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、己烷、辛烷、癸烷、四氢化萘等烃系溶剂；乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙酸戊酯等酯系溶剂等。尤其优选烃系溶剂或醚系溶剂。另外，这些溶剂既可以单独使用，也可以混合使用多种。而且，可以使用的溶剂并不限定于它们。

实施例

下面，举出实施例对本发明进行更具体的说明，然而本发明并不受这些实施例的任何限定。

(实施例1)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，以覆盖上述透明电极的方式以

形成N，N’-双(3-甲苯基)-N，N’-二苯基联苯胺(mTPD)的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该mTPD膜上，作为属于受电子性的n1材料，利用电阻加热蒸镀，以

形成富勒烯C₆₀的膜，形成膜厚15nm的n1层。接下来，在其上，作为属于受电子性的n2材料，利用电阻加热蒸镀，以

形成富勒烯C₇₀的膜，形成膜厚45nm的n2层。接下来，作为属于受电子性的n3材料，利用电阻加热蒸镀，以

形成Bathocuproine(BCP)的膜，形成膜厚10nm的n3层。最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。使用模拟太阳光照射装置，在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了电流密度-电压(I-V)特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)的结果表示于表1中。

将实施例中所用的各材料的结构及薄膜吸收光谱的峰值波长记述如下。

富勒烯C₆₀：(峰值波长)450nm

富勒烯C₇₀：(峰值波长)510nm

BCP：(峰值波长)300nm

而且，光电转换效率是利用下式导出的。

[数1]

$\mathrm{\η}(\%)=\frac{\mathrm{Voc}\×\mathrm{Jsc}\×\mathrm{FF}}{P_{\mathrm{in}}}\×100$

式中，

Voc：开路电压

Jsc：短路电流密度

FF：曲线因子

P_in：照射光量

相对于相同的照射光量(P_in)，元件的Voc、Jsc及FF都是越大则显示出越为优异的转换效率。

(实施例2)

除了将实施例1的n1层的膜厚变更为30nm，将n2层的膜厚变更为30nm以外，与实施例1相同地制作出有机太阳能电池。对如此制作的有机太阳能电池，在AM1.5条件下测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表1中。

(实施例3)

除了将实施例1的n1层的膜厚变更为45nm，将n2层的膜厚变更为15nm以外，与实施例1相同地制作出有机太阳能电池。对如此制作的有机太阳能电池，在AM1.5条件下测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表1中。

(实施例4)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，以覆盖上述透明电极的方式以形成属于供电子性的mTPD的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该mTPD膜上，利用电阻加热蒸镀，以

形成属于受电子性的富勒烯C₇₀的膜，形成膜厚15nm的n1层。接下来，在其上，利用电阻加热蒸镀，以

形成属于受电子性的富勒烯C₆₀的膜，形成膜厚45nm的n2层。接下来，利用电阻加热蒸镀，以

形成属于受电子性的Bathocuproine(BCP)的膜，形成膜厚10nm的n3。最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表1中。

(实施例5)

除了将实施例4的n1层的膜厚变更为30nm，将n2层的膜厚变更为30nm以外，与实施例4相同地制作出有机太阳能电池。对如此制作的有机太阳能电池，在AM1.5条件下测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)的结果表示于表1中。

(实施例6)

除了将实施例4的n1层的膜厚变更为45nm，将n2层的膜厚变更为15nm以外，与实施例4相同地制作出有机太阳能电池。对如此制作的有机太阳能电池，在AM1.5条件下测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表1中。

(实施例7)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，以覆盖上述透明电极的方式以

形成属于供电子性的mTPD的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该mTPD膜上，利用电阻加热，以

对作为属于受电子性的n1材料的富勒烯C₆₀、以

共蒸镀对作为n2材料的富勒烯C₇₀进行共蒸镀，形成膜厚60nm的混合n受电子性薄膜(重量混合比n1∶n2＝1∶1)。

接下来，利用电阻加热蒸镀，以

形成作为属于受电子性的n3材料的Bathocuproine(BCP)的膜，形成膜厚10nm的n3层。最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表2中。

(实施例8)

除了将混合n受电子性薄膜中的n1材料与n2材料的重量混合比设为n1∶n2＝1∶2(成膜速度分别是

)以外，与实施例7相同地制作出有机太阳能电池，在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表2中。

(实施例9)

除了将混合n受电子性薄膜中的n1材料与n2材料的重量混合比设为n1∶n2＝2∶1(成膜速度分别是

)以外，与实施例7相同地制作出有机太阳能电池，在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表2中。

(实施例10)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，以覆盖上述透明电极的方式以

形成属于供电子性的mTPD的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该mTPD膜上，作为属于受电子性的n1材料，以

形成富勒烯C₆₀的膜，形成30nm的n1层。接下来，利用电阻加热以

对作为n2材料的富勒烯C₇₀、以

对作为n3材料的Bathocuproine(BCP)进行共蒸镀，形成膜厚30nm的混合n受电子性薄膜(重量混合比n2∶n3＝1∶1)。

最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表2中。

(实施例11)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，以覆盖上述透明电极的方式以形成属于供电子性的mTPD的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该mTPD膜上，作为属于受电子性的n1材料，以形成富勒烯C₇₀的膜，形成30nm的n1层。接下来，利用电阻加热以

对作为n2材料的富勒烯C₆₀、以

对作为n3材料的Bathocuproine(BCP)进行共蒸镀，形成膜厚30nm的混合n受电子性薄膜(重量混合比n2∶n3＝1∶1)。

最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表2中。

(实施例12)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，覆盖上述透明电极地以

形成属于供电子性的mTPD的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该mTPD膜上，利用电阻加热以

对作为属于受电子性的n1材料的富勒烯C₆₀、以

对作为n2材料的富勒烯C₇₀、以

对作为n3材料的Bathocuproine(BCP)进行共蒸镀，形成混合n受电子性薄膜(重量混合比n1∶n2∶n3＝5∶5∶2)、膜厚30nm的n型层。

最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表2中。

(实施例13)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，以覆盖上述透明电极的方式以

形成属于供电子性的化合物A的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该化合物A膜上，作为属于受电子性的n1材料，利用电阻加热蒸镀，以

形成富勒烯C₆₀的膜，形成膜厚15nm的n1层。接下来，在其上，作为属于受电子性的n2材料，利用电阻加热蒸镀，以

形成富勒烯C₇₀的膜，形成膜厚45nm的n2层。接下来，作为属于受电子性的n3材料，利用电阻加热蒸镀，以

形成Bathocuproine(BCP)的膜，形成膜厚10nm的n3层。最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表3中。

将实施例中所用的各材料的结构式及薄膜吸收光谱的峰值波长表示如下。

化合物A

(实施例14)

除了将实施例13的n1层的膜厚变更为30nm，将n2层的膜厚变更为30nm以外，与实施例13相同地制作出有机太阳能电池。对如此制作的有机太阳能电池，在AM1.5条件下测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表3中。

(实施例15)

除了将实施例13的n1层的膜厚变更为45nm，将n2层的膜厚变更为15nm以外，与实施例13相同地制作出有机太阳能电池。对如此制作的有机太阳能电池，在AM1.5条件下测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表3中。

(实施例16)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，以覆盖上述透明电极的方式以

形成属于供电子性的化合物A的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该化合物A膜上，利用电阻加热蒸镀，以

形成属于受电子性的富勒烯C₆₀的膜，形成膜厚10nm的n1层。接下来，在其上，利用电阻加热蒸镀，以

形成属于受电子性的富勒烯C₆₀的膜，形成膜厚50nm的n2层。接下来，利用电阻加热蒸镀，以

形成属于受电子性的Bathocuproine(BCP)的膜，形成膜厚10nm的n3。最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表3中。

(实施例17)

除了将实施例16的n1层的膜厚变更为15nm，将n2层的膜厚变更为45nm以外，与实施例16相同地制作出有机太阳能电池。对如此制作的有机太阳能电池，在AM1.5条件下测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)的结果表示于表3中。

(实施例18)

除了将实施例16的n1层的膜厚变更为30nm，将n2层的膜厚变更为30nm以外，与实施例16相同地制作出有机太阳能电池。对如此制作的有机太阳能电池，在AM1.5条件下测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表3中。

(实施例19)

除了将实施例16的n1层的膜厚变更为45nm，将n2层的膜厚变更为15nm以外，与实施例16相同地制作出有机太阳能电池。对如此制作的有机太阳能电池，在AM1.5条件下测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表3中。

(实施例20)

除了将实施例16的n1层的膜厚变更为50nm，将n2层的膜厚变更为10nm以外，与实施例16相同地制作出有机太阳能电池。对如此制作的有机太阳能电池，在AM1.5条件下测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)的结果表示于表3中。

(实施例21)

除了将实施例16的化合物A的膜厚变更为40nm，将n1层的膜厚变更为30nm，将n2层的膜厚变更为10nm以外，与实施例16相同地制作出有机太阳能电池。对如此制作的有机太阳能电池，在AM1.5条件下测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表3中。

(实施例22)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，覆盖上述透明电极地以

形成属于供电子性的化合物A的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该化合物A膜上，利用电阻加热，以

对作为属于受电子性的n1材料的富勒烯C₆₀、以

对作为n2材料的富勒烯C₇₀进行共蒸镀，形成膜厚60nm的混合n受电子性薄膜(重量混合比n1∶n2＝1∶1)。

接下来，作为属于受电子性的n3材料，利用电阻加热蒸镀，以形成Bathocuproine(BCP)的膜，形成10nm的n3层。最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表4中。

(实施例23)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，以覆盖上述透明电极的方式以

形成属于供电子性的化合物A的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该化合物A膜上，作为属于受电子性的n1材料，以

形成富勒烯C₆₀的膜，形成30nm的n1层。接下来，利用电阻加热，以

对作为n2材料的富勒烯C₇₀、以对作为n3材料的Bathocuproine(BCP)进行共蒸镀，形成膜厚30nm的混合n受电子性薄膜(重量混合比n2∶n3＝1∶1)。

最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表4中。

(实施例24)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，覆盖上述透明电极地以形成属于供电子性的化合物A的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该化合物A膜上，作为属于受电子性的n1材料，以

形成富勒烯C₇₀的膜，形成30nm的n1层。接下来，利用电阻加热，以

对作为n2材料的富勒烯C₆₀、以

对作为n3材料的Bathocuproine(BCP)进行共蒸镀，形成膜厚30nm的混合n受电子性薄膜(重量混合比n2∶n3＝1∶1)。

最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表4中。

(实施例25)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，覆盖上述透明电极地以

形成属于供电子性的化合物A的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该化合物A膜上，利用电阻加热以

对作为属于受电子性的n1材料的富勒烯C₆₀、以

对作为n2材料的富勒烯C₇₀、以对作为n3材料的Bathocuproine(BCP)进行共蒸镀，形成混合n受电子性薄膜(重量混合比n1∶n2∶n3＝5∶5∶2)、膜厚30nm的n型层。

最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表4中。

(比较例1)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，以覆盖上述透明电极的方式以

形成属于供电子性的mTPD的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该mTPD膜上，利用电阻加热蒸镀，以

形成属于受电子性的富勒烯C₆₀的膜，形成膜厚60nm的n型层。最后，作为对置电极连续地以膜厚100nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表1中。

(比较例2)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，覆盖上述透明电极地以

形成属于供电子性的mTPD的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该mTPD膜上，作为属于受电子性的n1材料，利用电阻加热蒸镀，以

形成下述所示的PTCBI的膜，形成膜厚60nm的n1层。接下来，在其上，利用电阻加热蒸镀，以

形成属于受电子性的Bathocuproine(BCP)的膜，形成10nm的n2层。最后，作为对置电极连续地以膜厚100nm蒸镀金属Ag，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表1中。

(比较例3)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，覆盖上述透明电极地以形成属于供电子性的mTPD的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该mTPD膜上，作为属于受电子性的n1材料，利用电阻加热蒸镀，以

形成富勒烯C₆₀的膜，形成膜厚60nm的n1层。接下来，在其上，利用电阻加热蒸镀，以

形成属于受电子性的Bathocuproine(BCP)的膜，形成10nm的n2层。最后，作为对置电极连续地以膜厚100nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表1中。

(比较例4)

将25mm×75mm×0.7mm厚的带有ITO透明电极的玻璃基板在异丙醇中进行5分钟超声波清洗后，实施30分钟的UV臭氧清洗。将清洗后的带有透明电极线的玻璃基板安装于真空蒸镀装置的基板夹具上，首先在形成有作为下部电极的透明电极线的一侧的面上，利用电阻加热蒸镀，覆盖上述透明电极地以形成属于供电子性的化合物A的膜，形成膜厚30nm的p型层。接下来，在该化合物A膜上，作为属于受电子性的n1材料，利用电阻加热蒸镀，以

形成富勒烯C₆₀的膜，形成膜厚60nm的n1层。接下来，在其上，利用电阻加热蒸镀，以

形成属于受电子性的Bathocuproine(BCP)的膜，形成10nm的n2层。最后，作为对置电极连续地以膜厚80nm蒸镀金属Al，形成有机太阳能电池。面积为0.05cm²。在AM1.5条件下(光强度100mW/cm²)对如此制作的有机太阳能电池测定了I-V特性。将所得的开路电压(Voc)、短路电流密度(Jsc)、曲线因子(FF)以及光电转换效率(η)表示于表3中。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

从表1到表4的结果可知，通过将光电转换层设为层叠、混合了供电子层和含有3种受电子性材料的受电子层的构成，光电转换效率就会提高，显示出优异的太阳能电池特性。

工业上的利用可能性

本发明的有机太阳能电池的光电转换效率高，对于制造光电转换效率高的光电转换模块、太阳能电池面板、太阳能电池阵列等来说十分有用。

虽然在上述部分中对本发明的实施方式和/或实施例详细地说明了几个，然而本领域技术人员很容易不脱离本发明的新的示范及效果地对这些作为例示的实施方式和/或实施例施加很多变更。所以，这些很多的变更包含于本发明的范围中。

对于该说明书中记载的文献的内容，全都援引到本文中。

Claims (7)

1.一种有机太阳能电池，其特征在于，

具有层叠供电子层和含有3种以上的受电子性材料的受电子层而成的光电转换层，

所述3种以上的受电子性材料中的至少1种是有机物。

2.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其中，

所述受电子层由每层各含有所述3种以上的受电子性材料中的一种的多个层构成。

3.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其中，

所述受电子层由包括混合有所述3种以上的受电子性材料中的至少2种的层的多个层构成。

4.根据权利要求1所述的有机太阳能电池，其中，

所述受电子层由混合有所述3种以上的受电子性材料的单一的层构成。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的有机太阳能电池，其中，

所述3种以上的受电子性材料的薄膜吸收光谱分别具有不同的峰值波长。

6.根据权利要求1～5中任意一项所述的有机太阳能电池，其中，

所述3种以上的受电子性材料中的至少1种选自富勒烯类。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的有机太阳能电池，其中，

所述3种以上的受电子性材料中的1种是C₆₀富勒烯，另外的1种选自C₆₁以上的富勒烯类。

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