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DE102008063205A1 - Organische Dünnschichtsolarzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung - Google Patents

Organische Dünnschichtsolarzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung Download PDF

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DE102008063205A1
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organic thin
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Abstract

Eine organische Dünnschichtsolarzelle weist auf: positive und negative Elektrodenschichten und eine dünne organische Schicht zwischen den positiven und negativen Elektrodenschichten, wobei die dünne organische Schicht aufweist: Eine Mischung aus mindestens einer ersten organischen Verbindung mit einem lichtabsorbierenden Farbstoffanteil und einer elektronenakzeptierenden, zweiten organischen Verbindung, wobei die dünne organische Schicht ferner anorganische Nanopartikel aufweist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft organische Dünnschichtsolarzellen, die eine dünne Schicht aufweisen, in der eine lichtaufnehmende Schicht an der Grenzfläche zwischen zwei unterschiedlichen organischen Halbleitern angeordnet ist.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Um natürliche Energieressourcen effektiver zu nutzen, werden photovoltaische Solarsysteme mit Nachdruck entwickelt. Die meisten der heutigen Solarzellen für photovoltaische Stromerzeugung verwenden einkristallines und polykristallines Silicium als Ausgangsmaterial. Solche Solarzellen wurden jedoch bislang noch nicht weit verbreitet kommerziell genutzt wegen Problemen wie der unstabilen Lieferbarkeit kristallinen Siliciums und der Schwierigkeit, die relativ hohen Herstellungskosten zu reduzieren.
  • Aus dieser Situation heraus werden Solarzellen, die kein kristallines Silicium verwenden, entwickelt. Zu solchen bekannten Solarzellen gehören: CIS-Solarzellen, die eine dünne Schicht aus einem Verbindungshalbleiter verwenden, enthaltend Kupfer (Cu), Indium (In), Selen (Se), etc.; farbstoffsensibilisierte Solarzellen, die Strom über einen elektrochemischen Mechanismus erzeugen, der durch eine Kombination eines Metalloxids, wie Titan(Ti)oxid, und einem organischen Farbstoff erzeugt wird; und organische Dünnschichtsolarzellen, die eine Verbindung zwischen einem konjugierten Polymer und einem elektronenakzeptierenden Molekül durch ein geeignetes Verfahren bilden. Diese Solarzellen haben die Vorteile einer stabilen Materiallieferung und eines relativ einfachen Herstellungsprozesses. Insbesondere liefern organische Dünnschichtsolarzellen mit einer Gesamtdicke von 1 μm oder weniger Vorteile bei der Verwendung in flexiblen Solarzellen (wie z. B. leichtes Gewicht und Flexibilität) und haben ebenfalls den Vorteil einer einfachen Herstellung.
  • Im Folgenden wird der Grundaufbau einer organischen Dünnschichtsolarzelle beschrieben. 9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des prinzipiellen Aufbaus einer planaren, organischen Heteroübergangsdünnschichtsolarzelle. Die organische Dünnschichtsolarzelle gemäß 9 weist auf: eine transparente Elektrode 111, die gebildet wird durch Schichten eines transparenten leitenden Films 102 (z. B. Zinn-dotiertes Indiumoxid (ITO)) auf ein transparentes Substrat 101 (z. B. ein Glassubstrat); einen lichtabsorbierenden Farbstoff 501 (z. B. ein Kupferphthalocyanin und ein konjugiertes Polymer), geschichtet auf dem transparenten leitenden Film 102; ein elektronenakzeptierendes Molekül 1002 (z. B. ein Fulleren-Derivat), geschichtet auf den lichtabsorbierenden Farbstoff 501; und eine rückseitige Elektrode 106 (z. B. Aluminium (Al)), geschichtet auf das elektronenakzeptierende Molekül 1002. In solchen organischen Dünnschichtsolarzellen ist die photoelektrische Konvertierungsreaktion begrenzt auf die Verbindungsebene zwischen dem lichtabsorbierenden Farbstoff 501 und dem elektronenakzeptierenden Molekül 1002. So ist allgemein anerkannt, dass eine solche zweidimensionale ebene Verbindung, wie in 9 gezeigt, nur eine relativ kleine Menge photoerzeugter Ladung erzeugen kann, aufgrund des oben erwähnten begrenzten Verbindungs(Reaktions)bereichs, was zu einer geringen photoelektrischen Konvertierungseffizienz führt.
  • Unter diesen Umständen wurden Anstrengungen unternommen, um die photogenerierte Ladung der organischen Dünnschichtsolarzellen zu steigern, indem man die Verbindungsfläche zwischen dem lichtabsorbierenden Farbstoff und dem elektronenakzeptierenden Molekül zu vergrößern suchte. 10 ist eine schematische Querschnittsansicht eines prinzipiellen Aufbaus einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle. Bei der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß 10 wird eine Lösung einer Mischung aus einem lichtabsorbierenden konjugierten Polymer 1001 (z. B. 2-Methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenvinyl) und einem Fulleren-Derivat 1002 auf einer Lochtransportschicht 103 mittels eines geeigneten Verfahrens angebracht, um eine dünne Schicht dieser Mischung zu bilden. In diesem Fall sind das konjugierte Polymer 1001 und das Fulleren-Derivat 1002 in der Mischungsschicht phasengetrennt, wodurch viele Grenzflächen zwischen den so getrennten Phasen entstehen. Ein solcher Aufbau soll einen größeren Verbindungsbereich liefern als Aufbauten, in denen die Verbindung hergestellt wird durch Aufeinanderschichten ebener Filme (siehe z. B. Nicht-Patent-Dokument 1).
    • Nicht-Patent-Dokument 1: Christoph J. Brabec, N. Serdar Sariciftci, und Jan C. Hummelen: Adv. Funct. Mater. 2001, 11, S. 15.
  • Wie oben beschrieben, wird bei massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzellen eine Mischung aus einem lichtabsorbierenden konjugierten Polymer und einem niedermolekulargewichtigen, elektronenakzeptierenden organischen Verbindungsmolekül phasengetrennt, um eine Vielzahl von Trennebenen zwischen den beiden Materialien zu bilden. Solch ein Aufbau, nimmt man an, steigert die Trennfläche und erhöht dadurch die photogenerierte Ladung, was zu einem Anstieg der photoelektrischen Konvertierungseffizienz führt.
  • Der Ladungserzeugungsmechanismus einer organischen Dünnschichtsolarzelle wird üblicherweise erklärt durch eine Extraktion von Elektronen aus dem lichtabsorbierenden Farbstoff, der Licht absorbiert hat durch das elektronenakzeptierende Molekül. Um eine hocheffiziente organischen Dünnschichtsolarzelle zu erhalten, ist es notwenig, ein Molekül mit starken elektronenakzeptierenden Eigenschaften zu entwickeln und anzuwenden. Derzeit sind Moleküle, die solche exzellenten elektronenakzeptierenden Eigenschaften aufweisen, begrenzt auf einige wenige Materialien, wie Fulleren-Derivate und Perylen-Derivate. Unglücklicherweise weisen diese elektronenakzeptierenden Moleküle nur relativ schwache elektronenakzeptierende Eigenschaften auf und können somit nur eine begrenzte Menge an photogenerierter Ladung erzeugen.
  • In dieser Situation werden Anstrengungen unternommen, um Materialien zu erhalten, die verbesserte Elektronenakzeptanzeigenschaften haben, wobei als Elektronenakzeptoren anorganische Nanopartikel verwendet werden, die bessere Elektronenakzeptanzeigenschaften als die oben genannten Fulleren-Derivate und Perylen-Derivate aufweisen. Anorganische Nanopartikel, klassifiziert als CuIn-Nanopartikel haben bessere Elektronenakzeptanzeigenschaften als organische Nanopartikel. Jeder Versuch, solche anorganischen Nanopartikel in einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle zu verwenden, um die photoelektrische Konvertierungseffizienz zu verbessern, ist bislang gescheitert. Um anorganische Nanopartikel als Elektronenakzeptoren für massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzellen effektiv zu nutzen, müssen die anorganischen Nanopartikel einen Perkolationsaufbau aufweisen, in dem sie zu Perlen geformt sind. Um einen solchen Perkolationsaufbau zu erhalten, müssen die anorganischen Nanopartikel in hoher Konzentration enthalten sein, typischerweise mehr als 40 Gew.-%. Organische Dünnschichtsolarzellen sind jedoch dünn, so dass eine exzessive Inkorporierung solcher anorganischen Nanopartikel Probleme erzeugen kann wie eine Degradation der Lichtabsorptionseigenschaften und ein Kurzschließen der dünnen Schicht der Zelle, wodurch die Verbesserung der photoelektrischen Konvertierungseffizienz behindert wird. Wie oben beschrieben, ist es allgemein schwer, die Perkolationsstruktur anorganischer Nanopartikel in einer organischen Dünnschichtsolarzelle zu erhalten, ohne wesentliche Eigenschaften zu opfern.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Unter diesen Umständen ist es zur Lösung der oben beschriebenen Probleme eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle anzugeben, deren photoelektrische Konvertierungseffizienz höher ist als die konventioneller massiver, heteroverbindungsorganischer Dünnschichtsolarzellen. Ferner ist es eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle anzugeben, deren photoelektrische Konvertierungseffizienz höher ist als die konventioneller massiver, heteroverbindungsorganischer Dünnschichtsolarzellen.
    • (1) Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine organische Dünnschichtsolarzelle angegeben, die aufweist: positive und negative Elektrodenschichten und eine organische dünne Schicht zwischen den positiven und negativen Elektrodenschichten, wobei die organische dünne Schicht aufweist: eine Mischung aus mindestens einer ersten organischen Verbindung mit einem Anteil eines lichtabsorbierenden Farbstoffes und einer elektronenakzeptierenden zweiten organischen Verbindung, wobei die dünne organische Schicht ferner anorganische Nanopartikel aufweist. Bei der oben (1) skizzierten vorliegenden Erfindung können folgende Modifizierungen und Änderungen vorgenommen werden: (i) Die dünne organische Schicht hat eine unregelmäßige Konzentrationsverteilung der Nanopartikel in Richtung senkrecht zu den positiven und negativen Elektrodenschichten, derart, dass die anorganischen Nanopartikel nahe der negativen Elektrodenschicht stärker konzentriert sind. (ii) Der lichtabsorbierende Farbstoffanteil hat eine π-konjugierte Struktur. (iii) Die anorganischen Nanopartikel haben hauptsächlich einen Partikeldurchmesser von 100 nm oder weniger. (iv) Die anorganischen Nanopartikel haben elektronenakzeptierende Eigenschaften. (v) ein amorpher, anorganischer, dünner Film ist zwischen dem organischen dünnen Film und der negativen Elektrodenschicht ausgebildet. (vi) Bei der oben erwähnten Modifikation (Verbindungen) weist die amorphe, anorganische, dünne Schicht mindestens eines der konstituierenden Elemente der anorganischen Nanopartikel auf.
    • (2) Gemäß eines weiteren Aspekts der vorliegenden Erfindung wird eine organische Schichtsolarzelle angegeben, die aufweist: positive und negative Elektrodenschichten, eine organische dünne Filmschicht zwischen den positiven und negativen Elektrodenschichten, wobei die organische dünne Schicht eine Mischung aus mindestens einer ersten organischen Verbindung mit einem Anteil aus lichtabsorbierendem Farbstoff und einer elektronenakzeptierenden zweiten organischen Verbindung aufweist, eine Lochtransportschicht zwischen der positiven Elektrodenschicht und der organischen dünnen Schicht, und eine Lochblockierungsschicht, die zwischen der organischen dünnen Schicht und der negativen Elektrodenschicht angeordnet ist, um einen Leckstrom aufgrund der Löcherleitung von der organischen dünnen Schicht zu der negativen Elektrodenschicht zu unterdrücken, wobei die organische dünne Schicht ferner anorganische Nanopartikel aufweist. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform (2) der vorliegenden Erfindung können folgende Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden: (vii) Die organische dünne Schicht hat eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung der anorganischen Nanopartikel in der Richtung senkrecht zu den positiven und negativen Elektrodenschichten, derart, dass die anorganischen Nanopartikel stärker nahe der negativen Elektrodenschicht konzentriert sind. (viii) Die Lockblockierungsschicht ist eine amorphe, anorganische, dünne Schicht. (ix) Auf der Oberfläche der Lochtransportschicht gegenüber der positiven Elektrodenschicht sind in folgender Reihenfolge aufeinandergeschichtet: eine Schicht aus einer ersten organischen Verbindung, eine Schicht aus einer Mischung von wenigstens der ersten und einer zweiten organischen Verbindung, und eine Schicht aus einer Mischung aus mindestens den ersten und zweiten organischen Verbindungen und den anorganischen Nanopartikeln.
    • (3) Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Herstellungsverfahren für eine organische Dünnschichtsolarzelle angegeben, welche positive und negative Elektrodenschichten und eine organische dünne Schicht aufweist, die zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist und eine massive Heteroverbindungsschicht aufweist, wobei das Herstellungsverfahren folgende Schritte aufweist: Ausbilden einer Lochtransportschicht auf einer Oberfläche der positiven Elektrodenschicht, Ausbilden der organischen dünnen Schicht, die anorganische Nanopartikel auf der exponierten Oberfläche der Lochtransportschicht aufweist, Ausbilden einer Lochblockierungsschicht zur Unterdrückung eines Leckstroms durch den Lochstrom von der organischen dünnen Schicht auf der exponierten Oberfläche der organischen dünnen Schicht, und Ausbilden einer negativen Elektrodenschicht auf der exponierten Oberfläche der Lochblockierungsschicht. Bei der obigen Ausführungsform (3) der vorliegenden Erfindung können folgende Modifikationen und Änderungen durchgeführt werden: (x) Der Schritt zur Ausbildung der dünnen organischen Schicht umfasst die Schritte Ausbilden der massiven Heteroverbindungsschicht durch Aufbringen auf der exponierten Oberfläche der Lochtransportschicht einer Lösung einer Mischung aus mindestens einer ersten organischen Verbindung mit lichtabsorbierendem Farbstoffanteil und einer elektronenakzeptierenden zweiten organischen Verbindung und durch Trocknen der aufgebrachten Lösung; und Einführen der anorganischen Nanopartikel in die dünne organische Schicht durch Auftragen einer Dispersion der anorganischen Nanopartikel in einem Dispersionsmedium und Trocknen der aufgebrachten Dispersion auf der exponierten Oberfläche der massiven Heteroverbindungsschicht. (xi) Der Schritt des Ausbildens der dünnen organischen Schicht umfasst die Schritte: Ausbilden der massiven Heteroverbindungsschicht durch Aufbringen auf der exponierten Oberfläche der Lochtransportschicht einer Lösung aus einer Mischung von mindestens einer organischen Verbindung mit einem Lichtabsorptionsfarbstoffanteil und einer zweiten elektronenakzeptie renden organischen Verbindung und durch Trocknen der aufgebrachten Lösung und Einbringen der anorganischen Nanopartikel in die dünne organische Schicht durch Aufbringen auf der exponierten Oberfläche der massiven Heteroverbindungsschicht einer Dispersion aus den anorganischen Nanopartikel in der Lösung der Mischung und durch Trocknen der aufgebrachten Dispersion. (xii) Der Schritt der Ausbildung der dünnen organischen Schicht umfasst die Schritte: Ausbilden der massiven Heteroverbindungsschicht durch Aufbringen auf der exponierten Oberfläche der Lochtransportschicht einer Lösung aus einer Mischung von mindestens einer ersten organischen Verbindung mit einem lichtabsorbierenden Farbstoffanteil und einer elektronenakzeptierenden zweiten organischen Verbindung und durch Trocknen der aufgebrachten Lösung und Einbringen der anorganischen Nanopartikel in die organische dünne Schicht durch Aufbringen auf der Oberfläche der massiven Heteroverbindungsschicht einer Dispersion der anorganischen Nanopartikel in einer Lösung, die wenigstens die zweite organische Verbindung aufweist, und durch Trocknen der aufgebrachten Dispersion.
  • (Vorteile der Erfindung)
  • Die vorliegende Erfindung kann eine massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle bereitstellen, mit einer photoelektrischen Konversionseffizienz, die höher ist als die von konventionellen massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzellen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den grundsätzlichen Aufbau einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den grundsätzlichen Aufbau einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß einer verbesserten Ausführung der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den prinzipiellen Aufbau einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den grundsätzlichen Aufbau einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle nach einer verbesserten Ausführung der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den grundsätzlichen Aufbau einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle nach einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den grundsätzlichen Aufbau einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle nach einer Verbesserung der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 7 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den grundsätzlichen Aufbau einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle nach einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 8 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den grundsätzlichen Aufbau einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle nach einer Verbesserung der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.
  • 9 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den grundsätzlichen Aufbau einer Planaren, heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle zeigt.
  • 10 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den grundsätzlichen Aufbau einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle zeigt.
  • 11 ist ein Diagramm exemplarischer Energielevel, der Komponentenmaterialien einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Diese Ausführungsformen sollen nur als Beispiele zur Ausführung der Erfindung verstanden werden und in keiner Weise einschränkend.
  • (Erste Ausführungsform) Kombination einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle und anorganischen Nanopartikeln
  • 1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die den prinzipiellen Aufbau einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt. In der schematischen Querschnittsansicht in 1 sind die Dimensionen nicht maßstabsgetreu dargestellt, um das Verständnis der Verbindungsmaterialien zu erleichtern.
  • Das transparente Substrat 101, welches bei der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle verwendet wird, ist nicht auf besondere Materialien eingeschränkt, solange es ein optisches transparentes Element mit einer glatten Oberfläche ist, wie beispielsweise eine Glasplatte. Materialien, die für solche Substrate geeignet sind, umfassen: Gläser wie Kalknatron-Glas und Borosilicat-Gläser mit niedrigem Natronanteil, Kunststoffe wie Polyethylenterephthalat (PETs) und Polyethylennaphthalat (PENs). Als Kunststoffsubstrate können Substrate mit einer Dicke von 0,1 mm, die flexibel sind, verwendet werden.
  • Auf dem transparenten Substrat 101 ist ein transparenter, leitender Film 102 aufgebracht. Der transparente, leitende Film 102 ist nicht auf bestimmte Materialien beschränkt, solange es ein optisch transparenter, dünner Film ist mit einem Flächenwiderstand von einigen Ohm pro Quadrat (ohms/square) bis einigen hundert Ohm pro Quadrat (ohms/square). Materialien, die für den transparenten, leitenden Film 102 verwendbar sind, umfassen: Zinn-dotierte Indiumoxide (ITO), Fluor-dotierte Zinnoxide (FTO) und Zinnoxid-beschichtete Gläser (sogenannten NESA-Gläser). Ebenfalls kann der transparente leitende Film 102 in einer gewünschten Form gemustert sein, um Messungen zu erleichtern oder um eine Vorrichtungsstruktur zu erstellen. Das transparente Substrat 101 und der transparente, leitende Film 102 werden hiernach zusammen als „transparente Elektrode 111" bezeichnet.
  • Auf der transparenten Elektrode 111 ist eine Lochtransportschicht 103 aufgebracht. Das Material für die Lochtransportschicht 103 ist nicht besonders eingeschränkt, insoweit als es Löcher transportieren kann und das Energieniveau (mit Bezug auf das Vakuum-Energieniveau) seines höchsten besetzten Molekularorbitals (HOMO) niedriger ist als die Energieniveaus (dargestellt durch das Fermi-Niveau) des transparenten, leitenden Films 102 ist. Z. B. Poly(3,4-ethylendioxythiophen)/Natronpoly(styrensulfonat) (bekannt als PEDOT/PSS), etc. kann verwendet werden. Die Lochtransportschicht 103 wird durch Rotationsbeschichtung, Gussbeschichtung, Tauchbeschichtung oder dergleichen gebildet werden, und wird dann unter Verwendung einer geeigneten Methode getrocknet. Die Lochtransportschicht 103 hat einen elektronenblockierenden Effekt, indem ein Elektronen-Leckstrom von einer massiven Heteroverbindungsschicht 104 zu dem transparenten, leitenden Film 102 unterdrückt wird und funktioniert ebenfalls als eine Pufferschicht, um die Oberflächenrauhigkeit des transparenten, leitenden Films 102 zu glätten. Die Dicke der Lochtransportschicht 103 ist nicht spezielle begrenzt, aber es ist vorzuziehen, dass die Dicke 5 bis 100 nm beträgt, da organische leitende Materialien einen relativ hohen elektrischen Widerstand aufweisen. Eine Dicke von weniger als 5 nm wird nicht den Elektronenblockierungseffekt haben und nicht die Pufferschichtfunktion erfüllen. Eine Dicke von mehr als 100 nm wird wahrscheinlich den Innenwiderstand erhöhen aufgrund des elektrischen Widerstands der Lochtransportschicht 103 selbst.
  • Die massive Heteroverbindungsschicht 104 ist auf der Lochtransportschicht 103 geformt. In der massiven Heteroverbindungsschicht koexistieren ein organisches Halbleitermaterial vom p-Typ (Akzeptor) und ein organisches Halbleitermaterial vom n-Typ (Donator) in einer phasengetrennten Mischung. Eine solche massiven Heteroverbindungsschicht kann mit bekannten Verfahren hergestellt werden, wie durch Mischen von p- und n-Typ-Halbleitermaterialien in einer Lösung, gefolgt von einem Auftragen und Trocknen der Mischung. Die massive Heteroverbindungsschicht 104 der Ausführungsform enthält lichtabsorbierendes, konjugiertes Polymer und ein niedermolekulargewichtiges, elektronen akzeptierenden, organisches Verbindungsmolekül. In dieser Ausführungsform haben die anorganischen Nanopartikel 105 eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung in Dickenrichtung der massiven Heteroverbindungsschicht 104. Das konjugierte Polymer, welches bei der massiven Heteroverbindungsschicht 104 verwendet wird, ist nicht auf bestimmte Materialien beschränkt, solange dies ein Absorptionsband im sichtbaren Spektralbereich aufweist. Z. B. können verwendet werden: Polythiophen-Derivate, wie Poly(3-hexylthiophen) (P3HT); Poly(phenylenvinyl)-Derivate, wie Poly(2-methoxy-5-(3',7'-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylen-vinyl (MDMO-PPV); Polyfluor-Derivate, wie Poly(9,9-dioctylfluor-2,7-diyl) (PFO); etc.
  • Als elektronenakzeptierendes Molekül zur Verwendung in der massiven Heteroverbindungsschicht 104 können beispielsweise Fulleren-Derivate wie [6,6]-Phenyl-C61-butyrisches Säure-Methylester (PCBM), Perylen-Derivate, etc. verwendet werden. Im Allgemeinen sind die meisten dieser elektronenakzeptierenden Moleküle unlöslich, so dass sie nur löslich gemacht werden können durch Einführung geeignete Substituenten.
  • Dosierte Mengen solch eines konjugierten Polymers und solch eines elektronenakzeptierenden Moleküls sind in einem Lösungsmittel gelöst (in dem beide gelöst werden können), um eine gewünschte Konzentration zu erhalten, wodurch eine Lösung einer Mischung von zwei Materialien hergestellt wird. Als Lösungsmittel können verwendet werden Toluol, Chlorbenzol, O-Dichlorbenzol, etc. Das Mischungsverhältnis des konjugierten Polymers und des elektronenakzeptierenden Moleküls und die Lösungskonzentration sind wichtige Parameter zur Spezifizierung der Phasentrennungsstruktur der massiven Heteroverbindungsschicht. Daher müssen diese beiden Faktoren sowie weitere Faktoren, wie die Bedingungen, unter denen die Schichten aufgetragen werden, geeignet gewählt werden, um die gewünschten Eigenschaften zu erhalten. Die so erhaltene Lösung der Mischung wird dann mit einem geeigneten Verfahren, wie das Rotationsbeschichten, das Tauchbeschichten, das Abstreifbeschichten, aufgetragen und in Form eines Films getrocknet, wodurch eine massive Heteroverbindungsschicht gebildet wird. Die Dicke der massiven Heteroverbindungsschicht 104 ist vorzugsweise zwischen 10 und 100 nm.
  • Wie in 1 gezeigt, enthält die erfindungsgemäße organische Dünnschichtsolarzelle die anorganischen Nanopartikel 105 in der massiven Heteroverbindungsschicht 104. Die anorganischen Nanopartikel 105 haben eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung in Dickenrichtung der massiven Heteroverbindungsschicht 104. Mit anderen Worten, die anorganischen Nanopartikel 105 sind lokal stärker konzentriert in einer dünneren Unterschicht der massiven Heteroverbindungsschicht 104. Im Folgenden werden die massive Heteroverbindungsschicht 104 und die anorganischen Nanopartikel 105 manchmal zusammen als „organische dünne Filmschicht 104'" bezeichnet.
  • Materialien, die sich als anorganische Nanopartikel 105 eignen, umfassen: Metalloxide wie beispielsweise Zinn(Sn)-Oxide, Titan-Oxide und Zink(Zn)-Oxide und Halbleiterverbindungen aus Kupfer, Indium und Selen (CIS). Die Größe der anorganischen Nanopartikel 105 ist nicht speziell begrenzt, beträgt aber vorzugsweise einige nm bis einige 10 nm, das jeweils weniger ist als die typischen 10 bis 100 nm Dicke der massiven Heteroverbindungsschicht 104.
  • Generell sind anorganische Nanopartikel, die kleiner als diese Größe (einige nm) sind, schwer zu bekommen. Die Verwendung von anorganischen Nanopartikeln, die größer als 100 nm im Durchmesser sind, ist nachteilig, das solche Nanopartikel größer als die Filmdicke sind, was zu Problemen wie Filmdickenungleichmäßigkeit oder Kurzschließen der Zelle führt.
  • Als Nächstes wird die Volumenkonzentration der anorganischen Nanopartikel, die in der massiven Heteroverbindungsschicht enthalten sind, beschrieben. Ein bevorzugter. Volumenprozentsatz der anorganischen Nanopartikel 105 liegt zwischen 0,1 Vol.-% bis 60 Vol.-%. Volumenprozente kleiner als 0,1 Vol.-% führen zu einem Abfall der Absolutmenge der anorganischen Nanopartikel, was das Bilden einer Perkolationsstruktur (oder Perlenstruktur) erschwert, und wird daher fast keinen Beitrag zur Steigerung in der Ladungserzeugung haben. Ein Volumenprozentsatz größer als 60 Vol.-% ist nachteilig, da dadurch die Glattheit der flachen Oberfläche der massiven Heteroverbindungsschicht 104 verschlechtert wird, was zu Problemen wie einem Kurzschließen der Zelle führt.
  • Die organische Dünnschichtsolarzelle nach der vorliegenden Erfindung hat eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung der anorganischen Nanopartikel 105 in Dickenrichtung der massiven Heteroverbindungsschicht 104. Um effektiv Ladung zu erzeugen und zu extrahieren, indem effektiver von den Elektrodenakzeptanzeigenschaften der anorganischen Nanopartikel Gebraucht gemacht wird, ist es wünschenswert, dass die anorganischen Nanopartikel lokal nahe der Grenzfläche zur Elektrode hochkonzentriert sind. Die Notwendigkeit, eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung vorzusehen, wird weiter unten beschrieben. 11 zeigt ein Diagramm mit exemplarischen Energieniveaus (mit Bezug auf das Vakuumenergieniveau) von Verbindungsmaterialien der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 11 gezeigt, ist das Energieniveau des niedrigsten nicht besetzten Molekularorbitals (LUMO) des elektronenakzeptierenden Moleküls der massiven Heteroverbindungsschicht 104 höher als das Fermi-Niveau der anorganischen Nanopartikel 105. In der massiven Heteroverbindungsschicht 104 ist das elektronenakzeptierende Molekül der dominante Elektronenträger und sein Volumenprozentsatz (Volumenkonzentration ist größer als der der anorganischen Nanopartikel 105). In diesem Fall dienen die Energieniveaus der anorganischen Nanopartikel, die niedriger sind als die des elektronenakzeptierenden Moleküls, als Elektronenfalle. Daher degradiert eine gleichmäßige Verteilung der anorganischen Nanopartikel über die massive Heteroverbindungsschicht die Elektronentransportabilität. Die anorganischen Nanopartikel 105 müssen daher eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung in Dickenrichtung der massiven Heteroverbindungsschicht 104 aufweisen, so dass sie nahe der Grenzschicht zur Elektrode stärker konzentriert sind.
  • Exemplarische Verfahren zur Bereitstellung einer solchen ungleichmäßigen Konzentrationsverteilung der anorganischen Nanopartikel 105 (oder Verfahren, mit denen diese lokal stärker konzentriert werden), werden weiter unten beschrieben. Das erste Verfahren sieht folgendermaßen aus: Zuerst wird eine Dispersion bereitet, indem die anorganischen Nanopartikel in einem Dispersionsmedium dispergiert werden, welches die massive Heteroverbindungsschicht 104 nicht lösen kann. Dann wird die so zubereitete Dispersion auf der massiven Heteroverbindungsschicht 104 aufgetragen, welche auf der transparenten Elektrode aufgebracht ist, durch Rotationsbeschichtung, Tauchbeschichtung, Gussstreichen oder dergleichen aufgebracht, so dass eine dünne Unterschicht, die mit den anorganischen Nanopartikel 105 hochkonzentriert ist, auf der massiven Heteroverbindungsschicht 104 gebildet wird. Dieses Verfahren kann verhindern, dass die darunterliegende massive Heteroverbindungsschicht 104 durch das Dispersionsmedium erodiert wird. Als Dispersionsmedium, in dem die anorganischen Nanopartikel dispergiert sind, können Lösungsmittel wie z. B. Ethanol verwendet werden.
  • Das zweite Verfahren geht wie folgt: Zuerst wird eine Dispersion zubereitet, indem anorganische Nanopartikel in einem Dispersionsmedium, welches die massive Heteroverbindungsschicht 104 auflösen kann, dispergiert. Dann, ähnlich wie beim ersten Verfahren, wird die so zubereitete Dispersion auf der massiven Heteroverbindungsschicht 104 durch Rotationsbeschichtung, Tauchbeschichtung, Gussstreichen oder dergleichen aufgebracht, so dass eine dünne Unterschicht mit einer hohen Konzentration an anorganischen Nanopartikel 105 auf der massiven Heteroverbindungsschicht 104 gebildet wird. Bei diesem Verfahren wird der Oberflächenbereich der darunterliegenden massiven Heteroverbindungsschicht 104 durch das Dispersionsmedium erodiert, welches die anorganischen Nanopartikel 105 enthält. Eine solche Erosion wird jedoch durch eine Diffusion der anorganischen Nanopartikel in die Schicht 104 begleitet, wodurch ein bevorzugter Konzentrationsgradient der anorganischen Nanopartikel in Filmdickenrichtung erzeugt wird.
  • Das dritte Verfahren ist folgendes: Zuerst wird eine Dispersion zubereitet, indem die anorganischen Nanopartikel in einer Lösung dispergiert werden, die eine Mischung aus dem konjugierten Polymer und dem elektronenakzeptierenden Molekül der massiven Heteroverbindungsschicht 104 enthält. Dann wird ähnlich wie beim ersten Verfahren die so zubereitete Dispersion auf der massiven Heteroverbindungsschicht 104 durch Rotationsbeschichtung, Tauchbeschichtung, Gussstreichen oder dergleichen aufgetragen, so dass eine dünne Unterschicht mit einer hohen Konzentration an anorganischen Nanopartikel 105 auf der massiven Heteroverbindungsschicht 104 gebildet wird. Bei diesem Verfahren wird, ähnlich wie bei dem zweiten Verfahren, der Oberflächenbereich der darunterliegenden massiven Heteroverbindungsschicht 104 durch die Dispersion erodiert. Die Dispersion enthält jedoch die gleichen Komponentenmaterialien wie die massive Heteroverbindungsschicht, daher liefert dieses Verfahren vorteilhafterweise eine gute Oberflächenglattheit und einen bevorzugten Konzentrationsgradienten der anorganischen Nanopartikel in Schichtdickenrichtung.
  • Es bleibt zu bemerken, dass die erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung einer ungleichmäßigen Konzentrationsverteilung der anorganischen Nanopartikel nicht auf die drei exemplarischen Verfahren, wie sie oben beschrieben sind, beschränkt sind.
  • Eine Elektrode 106 wird auf die so gebildete massive Heteroverbindungsschicht 104, die die anorganischen Nanopartikel 105 enthält, aufgetragen. Das Elektrodenmaterial ist nicht näher beschränkt, solange dessen Austrittsarbeit kleiner ist als die des transparenten leitenden Films 102. Zum Beispiel metallische Materialien wie Aluminium und Silbermagnesium(Ag-Mg)-Legierungen können verwendet werden. Elektroden aus solchen Materialien können leicht durch Aufdampfen oder dergleichen gebildet werden.
  • Vorzugsweise wird eine Lochblockierungsschicht 107 zum Unterdrücken eines Leck-Lochstroms zwischen die massive Heteroverbindungsschicht 104 und die Elektrode 106 geschichtet. Ein solches Vorsehen einer Lochblockierungsschicht 107 kann die Gleichrichtungseigenschaften der Diodenfunktionen der massiv heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle verbessern. Als eine Lochblockierungsschicht kann zum Beispiel eine Lithiumfluorid(LiF)-Dünnschicht verwendet werden. In diesem Fall beträgt die Schichtdicke vorzugsweise von einigen Angstrom bis einigen zehn Angstrom.
  • (Verbesserung der ersten Ausführungsform) Umkehrung der Elektrodenanordnung
  • Bei der oben beschriebenen massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß der ersten Ausführungsform funktioniert die transparente Elektrode als positive Elektrode und die Metallelektrode funktioniert als negative Elektrode. Eine Anordnung, bei der die Metallelektrode jedoch als positive Elektrode funktioniert und die transparente Elektrode als negative Elektrode, ist ebenfalls möglich. 2 ist eine schematische Querschnittsansicht, zur Erläuterung des prinzipiellen Aufbaus einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß einer Verbesserung der ersten Ausführungsform der Erfindung, die eine umgekehrte Elektrodenanordnung aufweist.
  • Wie in 2 gezeigt, wird eine massive Heteroverbindungsschicht 104 (organische, dünne Schicht 104') auf der transparenten Elektrode 111 geformt. In diesem Fall sind die anorganischen Nanopartikel 105 lokal nahe der Grenzfläche zwischen einer transparenten, leitenden Schicht 102 stark konzentriert. Mit anderen Worten, die anorganischen Nanopartikel 105 haben einen Konzentrationsgradienten in der Dickenrichtung der organischen dünnen Schicht 104'. Diese Konfiguration kann zum Beispiel auch gebildet werden durch Verfahren, die im Wesentlichen ähnlich dem vorgenannten ersten und dritten Verfahren sind. Ein Verfahren, welches im Wesentlichen ähnlich den vorgenannten Verfahren ist (welches das Anhaften zwischen der massiven Heteroverbindungsschicht 104 und den anorganischen Nanopartikel 105 verbessern kann), wird am meisten bevorzugt mit Blick auf das Anhaften zwischen dem transparenten, leitenden Film 102 und der organischen dünnen Schicht 104' (die massive Heteroverbindungsschicht 104 und die anorganischen Nanopartikel 105).
  • Auf der so hergestellten massiven Heteroverbindungsschicht 104 wird eine Lochtransportschicht 103 aufgetragen. Die Lochtransportschicht 103 kann zum Beispiel aus PEDOT-PSS hergestellt sein und durch Rotationsbeschichtung, Gussstreichen, Farbbeschichtung oder dergleichen aufgetragen werden.
  • Auf der Lochtransportschicht 103 wird eine Elektrode 201 aufgebracht. Das Material, welches als Elektrode 201 verwendbar ist, ist nicht näher beschränkt, solange seine Austrittsarbeit größer ist als die des transparenten leitenden Films 102 und kleiner als die Differenz zwischen dem höchsten besetzten Molekularorbital der Lochtransportschicht 103 und dem Vakuumenergieniveau. Zum Beispiel Metalle wie Gold (Au) können verwendet werden. Solche eine Elektrode kann leicht durch Aufdampfen oder dergleichen gebildet werden.
  • (Zweite Ausführungsform) Massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle mit einer amorphen, anorganischen, dünnen Schicht
  • Bei einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine dünne, amorphe, anorganische Schicht als Lockblockierungsschicht 107 der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß der ersten Ausführungsform verwendet. Wie mit Bezug auf die erste Ausführungsform beschrieben, ist die massive Heteroverbindungsschicht 104 (organische dünne Schicht 104') mit einer ungleichmäßigen Konzentrationsverteilung der anorganischen Nanopartikel 105 in Kontakt mit einem ultradünnen Lithiumfluoridfilm, der als Lochblockierungsschicht 107 wirkt. In diesem Fall, wenn die Elektrode 106 gebildet wird, kann diese unter der Bildung von Nadellöchern oder dergleichen aufgrund der Oberflächenrauhigkeit, hervorgerufen durch die anorganischen Nanopartikel 105, leiden.
  • Um solch ein Problem zu vermeiden, verwendet die zweite Ausführungsform als Lochblockierungsschicht eine dünne, amorphe Schicht, die einige der konstituierenden Elemente der anorganischen Nanopartikel 105 enthält. Dieser Aufbau kann ein besseres Anhaften zwischen der Schicht aus anorganischen Nanopartikel der massiven Heteroverbindungsschicht (organische, dünne Schicht) und der anorganischen, amorphen, dünnen Schicht erreichen sowie eine bessere Grenzschichtglattheit zwischen der Lochblockierungsschicht und der Elektrode. 3 zeigt eine schematische Querschnittsansicht, zur Erläuterung des prinzipiellen Aufbaus einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Wie oben beschrieben, weist die amorphe, anorganische, dünne Schicht 301 vorzugsweise einige der konstituierenden Elemente der anorganischen Nanopartikel 105 auf, die in der massiven Heteroverbindungsschicht 104 (organische, dünne Schicht 104') enthalten sind. Dieser Aufbau erzeugt eine relativ niedrige Energieschwelle, über die in den anorganischen Nanopartikel 105 erzeugten Ladungen zu der amorphen, anorganischen, dünnen Schicht 301 transportiert werden können.
  • Es gibt keine besonderen Einschränkungen bezüglich des Verfahrens zur Herstellung des amorphen, anorganischen, dünnen Films 301. Zum Beispiel wird eine kolloidale Lösung zubereitet, deren Hauptbestandteil ein Metallalkoxid ist, welches einige der konstituierenden Elemente der anorganischen Nanopartikel 105 enthält. Dann wird die kolloidale Lösung durch Rotationsbeschichtung, Tauchbeschichtung, Gussstreichen oder dergleichen aufgetragen, gefolgt von Aufheizen und Trocknen zur Polymerisierung (Gelierung), wodurch die amorphe, anorganische, dünne Schicht 301 hergestellt wird. Die amorphe, anorganische, dünne Schicht 301 kann ebenso einfach hergestellt werden durch zum Beispiel Ionenstrahlniederschlagen ihrer Komponenten.
  • Die Dicke der amorphen, anorganischen, dünnen Schicht 301 ist nicht besonders beschränkt, solange die Ladungstransportabilität nicht eingeschränkt wird, sie beträgt jedoch vorzugsweise zwischen einigen Nanometern bis einigen zehn Nanometern. Eine Dicke von weniger als 1 nm führt zu einer geringen Lochblockierungsfunktion, wodurch die photoelektrische Konvertierungseffizienz der Solarzelle reduziert wird. Eine Dicke von mehr als 100 nm erhöht den inneren Widerstand der Solarzelle, wodurch die photoelektrische Konvertierungseffizienz signifikant vermindert wird.
  • (Verbesserung der zweiten Ausführungsform) Umkehrung der Elektrodenanordnung
  • Ähnlich wie bei der Verbesserung der ersten Ausführungsform kann die zweite Ausführungsform verbessert werden, indem sie eine Anordnung zeigt, in der die transparente, leitende Schicht als negative Elektrode funktioniert und die Metallelektrode als positive Elektrode. 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung des prinzipiellen Aufbaus einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß der Verbesserung der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
  • Wie in 4 gezeigt, wird eine amorphe, anorganische, dünne Schicht 301 auf eine transparente, leitende Schicht 102 beschichtet. Die amorphe, anorganische, dünne Schicht 301 kann leicht hergestellt werden, zum Beispiel durch Auftragen und Polymerisation einer kolloidalen Lösung, die ein Metallalkoxid, wie im Zusammenhang mit der zweiten Ausführungsform beschrieben, enthält oder durch Ionenstrahldeposition, wobei Bestandteile des amorphen, anorganischen Materials als Targets verwendet werden.
  • Auf der amorphen, anorganischen, dünnen Schicht 301 wird eine massive Heteroverbindungsschicht 104 (organische, dünne Schicht 104') aufgetragen, die eine ungleichmäßige Konzentrations verteilung der anorganischen Nanopartikel 105 aufweist. Ähnlich wie bei der Verbesserung der ersten Ausführungsform ist ein bevorzugtes Verfahren zur Erzeugung solcher Schichten wie folgt: Zuerst wird eine Dispersion zubereitet durch Dispergieren der anorganischen Nanopartikel in einer Lösung, die eine Mischung aus dem konjugierten Polymer und dem elektronenakzeptierenden Molekül der massiven Heteroverbindungsschicht aufweist Als Nächstes wird die so zubereitete Dispersion auf der amorphen, anorganischen, dünnen Schicht 301 durch Rotationsbeschichten, Tauchbeschichten, Gussstreichen oder dergleichen aufgetragen, um eine Schicht zu bilden, die die anorganischen Nanopartikel 105 enthält. Dann wird die massive Heteroverbindungsschicht 104 auf der Schicht, die die anorganischen Nanopartikel 105 enthält, aufgebracht. Die anderen Konfigurationen und Verbesserungen der zweiten Ausführungsform sind ähnlich den Verbesserungen der ersten Ausführungsform.
  • (Dritte Ausführungsform) Bilden der massiven Heteroverbindungsschicht durch Co-Deposition einer niedermolekulargewichtigen Farbstoffverbindung und dem elektronenakzeptierenden Molekül
  • Bei den ersten und zweiten Ausführungsformen umfasst die massive Heteroverbindungsschicht 104 ein konjugiertes Polymer und eine niedermolekulargewichtige, elektronenakzeptierende, organische Molekülverbindung. Es ist allgemein bekannt, dass die massive Heteroverbindungsschicht 104 ebenfalls hergestellt werden kann durch eine Co-Deposition, bei der ein lichtabsorbierendes Molekül und ein elektronenakzeptierendes Molekül, die in zwei verschiedenen Schiffchen platziert sind, gleichzeitig auf ein Substrat gedampft werden. Bei organischen Dünnschichtsolarzellen gemäß der vorliegenden Erfindung kann die massive Heteroverbindungsschicht ebenfalls durch Co-Deposition hergestellt werden.
  • 5 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung des prinzipiellen Aufbaus einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Wie in 5 gezeigt, ist eine Lochtransportschicht 103 auf einer transparenten, leitenden Schicht 102 aufgebracht. Die Lochtransportschicht 103 kann hergestellt werden unter Verwendung der gleichen Materialien und Bedingungen, wie sie bei den ersten und zweiten Ausführungsformen verwendet wurden.
  • Auf dieser Schicht 103 wird eine lichtabsorbierende, niedermolekulargewichtige Farbstoffschicht 501 durch Verdampfen aufgetragen. Materialien, die für die niedermolekulargewichtige Farbstoffschicht 501 verwendbar sind, umfassen: Kupferphthalocyanin; Metalloporphyrin und Derivate davon; Cyaninfarbstoffe; Chinonfarbstoffe, wie beispielsweise Benzochinon und Naphthochinon; und Polyacen-Derivate, wie beispielsweise Pentacen. Die Farbstoffverbindungsmoleküle in der niedermolekulargewichtigen Farbstoffschicht 501 absorbieren Licht und werden angeregt. Danach müssen sie in einer co-deponierten Schicht 502 zur Ladungstrennung diffundieren. Um die Bedingungen zu erfüllen, unter denen die angeregten Farbstoffverbindungsmoleküle diffundieren können, während sie ihren angeregten Zustand beibehalten, muss die Dicke der lichtabsorbierenden, niedermolekulargewichtigen Farbstoffschicht 501 vorzugsweise weniger als 100 nm betragen. Eine Dicke größer als dieser Wert überschreitet die maximale Diffusionslänge solcher angeregten Farbstoffverbindungsmoleküle und führt zu einer geringen Ladungstrennung.
  • Auf der niedermolekulargewichtigen Farbstoffschicht 501 wird die co-deponierte Schicht 502 aufgetragen, die die lichtabsorbierende, niedermolekulargewichtige Farbstoffverbindung und das elektronen- akzeptierende Molekül enthält. Die co-deponierte Schicht 502 wird wie folgt hergestellt: Der niedermolekulargewichtige Farbstoff und die elektronenakzeptierenden Moleküle werden in zwei unterschiedliche Schiffchen platziert und das Co-Deponieren wird unter solchen Bedingungen durchgeführt, dass das gewünschte Mischungsverhältnis beider Materialien gegeben ist. Die Dicke der co-deponierten Schicht 502 wird typischerweise gewählt zwischen mehreren Nanometern und mehreren hundert Nanometern, vorzugsweise jedoch zwischen 10 nm und 100 nm angesichts der Diffusionslängen der angeregten niedermolekulargewichtigen Farbstoffverbindungsmoleküle und der Diffusionslängen der erzeugten Ladungen.
  • Auf der co-deponierten Schicht 502 wird eine gemischte Schicht 503 aus elektronenakzeptierenden Molekülen und anorganischen Nanopartikel 105 aufgetragen. Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform kann die gemischte Schicht 503 wie folgt hergestellt werden: Zuerst wird eine Dispersion zubereitet durch Dispergieren der anorganischen Nanopartikel in einer Lösung aus elektronenakzeptierenden Molekülen (z. B. PCBM), die lösbar in einem organischen Lösungsmittel sind. Dann wird die Dispersion durch Rotationsbeschichten, Gussstreichen, Tauchbeschichtung oder dergleichen aufgetragen und die gemischte Schicht 503 wird gebildet. Bei diesem Verfahren erodieren die gemischte Schicht 503 und die co-deponierte Schicht 502 an ihrer Grenzfläche einander und vermischen sich miteinander, wodurch eine massive Heteroverbindungsschicht 504 hergestellt wird, die eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung der anorganischen Nanopartikel 105 in Richtung Schichtdicke aufweist. Mit anderen Worten sind die anorganischen Nanopartikel 105 lokal hochkonzentriert in einer dünneren Unterschicht der massiven Heteroverbindungsschicht 504. Mit diesem Herstellungsverfahren kann ebenfalls bei einer massiven Heteroverbindungsschicht 504, bei der eine niedermolekulargewichtige Farbstoffverbindung verwendet wird, eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung der anorganischen Nanopartikel 105 in Schichtdickenrichtung erhalten werden. Im Folgenden wird die niedermolekulargewichtige Farbstoffschicht 501, die massive Heteroverbindungsschicht 504 und die dünne Unterschicht, die eine hohe Konzentration von anorganischen Nanopartikel 105 aufweist, manchmal zusammen bezeichnet als eine „organische dünne Schicht 504'". Ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform werden eine Lochblockierungsschicht 107 und eine Elektrode 106 auf der so hergestellten massiven Heteroverbindungsschicht 504 (organische, dünne Schicht 504') aufgetragen. Zum Beispiel Lithiumfluorid kann verwendet werden als eine Lochblockierungsschicht 107. Zusätzlich kann die Elektrode 106 als negative Elektrode funktionieren, indem ein Elektrodenmaterial wie Aluminium oder eine Silbermagnesiumlegierung verwendet werden.
  • (Verbesserung der dritten Ausführungsform) Umkehrung der Elektrodenanordnung
  • 6 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß einer Verbesserung der dritten Ausführungsform der Erfindung. Die Verbesserung der dritten Ausführungsform weist eine Anordnung auf, in der die transparente, leitende Schicht 102 als negative Elektrode funktioniert und die Elektrode 201 funktioniert als positive Elektrode. In diesem Fall kann die Elektrode 201 zum Beispiel hergestellt werden durch Verdampfen eines Materials, wie zum Beispiel Gold. Andere Schichten, wie die organische Filmschicht 504' (einschließlich der anorganischen Nanopartikel 105, der massiven Heteroverbindungsschicht 504 und die niedermolekulargewichtige Farbstoffschicht 501) und die Lochtransportschicht 103, können hergestellt werden unter Herstellungsbedingungen ähnlich denen, die bei der dritten Ausführungsform verwendet wurden.
  • (Vierte Ausführungsform) Massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle mit einer amorphen, anorganischen, dünnen Schicht einer co-deponierten Schicht aus einer niedermolekulargewichtigen Farbverbindung und elektronenakzeptierenden Molekülen
  • Bei der dritten Ausführungsform, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, kann die resultierende Oberfläche eine Rauhigkeit aufgrund der Agglomeration der anorganischen Nanopartikel 105 oder aus anderen Gründen aufweisen, wenn eine Lösung einer Mischung der elektronenakzeptierenden Moleküle und der anorganischen Nanopartikel auf der co-deponierten Schicht durch ein Verfahren aufgebracht werden, welches bei der dritten Ausführungsform verwendet wurde. Eine solche Oberflächenrauhigkeit kann in der darüberliegenden Elektrode 106 Nadellöcher hervorrufen. Solche Nadellöcher sind unerwünscht, da sie einen Kurzschluss der Zelle hervorrufen können.
  • Um ein solches Problem zu verhindern, wird gemäß der vierten Ausführungsform eine amorphe, anorganische, dünne Schicht 301 zwischen der massiven Heteroverbindungsschicht 504, die eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung der anorganischen Nanopartikel 105 aufweist, und der Elektrode 106 angeordnet. 7 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines prinzipiellen Aufbaus einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle, die eine amorphe, anorganische, dünne Schicht aufweist, die gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hergestellt wurde.
  • Ähnlich wie bei der zweiten Ausführungsform enthält die dünne, amorphe, anorganische Schicht 301 einige der konstituierenden Elemente der anorganischen Nanopartikel 105, die in der massiven Heteroverbindungsschicht 504 enthalten sind. Dieser Aufbau liefert eine relativ niedrige Energieschwelle, über die Ladungen, die in den anorganischen Nanopartikel 105 erzeugt werden, in die amorphe, anorganische, dünne Schicht 301 transportiert werden können.
  • Es gibt keine besondere Beschränkung bezüglich des Verfahrens zur Herstellung der amorphen, anorganischen, dünnen Schicht 301. Z. B. wird eine kolloidale Lösung hergestellt mit einem Metallalkoxid als Hauptkomponente, welches einige der konstituierenden Elemente der anorganischen Nanopartikel 105 enthält. Dann wird die kolloidale Lösung auf die massive Heteroverbindungsschicht aufgebracht durch Rotationsbeschichten, Tauchbeschichten, Gussstreichen oder dergleichen, gefolgt von einem Aufheiz- und Trocknungsschritt zur Polymerisierung (Gelierung), wodurch die amorphe, anorganische, dünne Schicht 301 gebildet wird. Die amorphe, anorganische, dünne Schicht 301 kann ebenfalls leicht hergestellt werden, z. B. durch Ionenstrahldeponierung ihrer Bestandteile.
  • Die Dicke der amorphen, anorganischen, dünnen Schicht 301 ist nicht besonders eingeschränkt, solange die Dicke nicht die Ladungstransportfähigkeit vermindert, sie beträgt jedoch vorzugsweise einige Nanometer bis einige zehn Nanometer. Eine Dicke von weniger als 1 nm führt zu einer geringen Lochblockierungsfunktion, wodurch die photoelektrische Konvertierungseffizienz der Solarzelle reduziert wird. Eine Dicke von mehr als 100 nm erhöht den inneren Reihenwiderstand der Solarzelle, wodurch die photoelektrische Konvertierungseffizienz signifikant vermindert wird.
  • (Verbesserung der vierten Ausführungsform) Umkehrung der Elektrodenanordnung
  • Ähnlich wie bei der Verbesserung der zweiten Ausführungsform kann bei einer Verbesserung der vierten Ausführungsform eine Anordnung vorgesehen sein, bei der die transparente, leitende Schicht 102 als negative Elektrode funktioniert und die Elektrode 201 als positive Elektrode. 8 ist eine schematische Querschnittsansicht zur Erläuterung des prinzipiellen Aufbaus einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß der Verbesserung der vierten Ausführungsform der Erfindung. Unter Anwendung eines Verfahrens wie das, welches in Verbindung mit den ersten bis vierten Ausführungsformen angewandt wurde, kann eine massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle erzielt werden, in der die massive Heteroverbindungsschicht eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung der anorganischen Nanopartikel in Richtung der Filmdicke aufweist.
  • Um die Effizienz der vorliegenden Erfindung zu bestätigen, werden im Folgenden im Detail Ergebnisse bei der Anwendung der Erfindung beschrieben. Dabei ist zu beachten, dass die Verfahren zur Bestätigung der Effizienz der Erfindung nicht auf die unten beschriebenen Beispiele beschränkt sind.
  • (Beispiel 1)
  • Die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 1 wurde gemäß der ersten Ausführungsform hergestellt, wie unten beschrieben. Eine 30 mm quadratische, transparente Elektrode, die durch Sputtern ITO auf einer 0,7 mm dicken Kalknatron-Glasplatte aufgebracht wurde, wurde erhalten von der Nippon Sheet Glass Company, Ltd. Die transparente Elektrode wurde ultraschallgewaschen in Aceton (für 10 min) und in Ethanol (für 10 min) und wurde dann durch Anblasen von Luft getrocknet.
  • Auf der transparenten Elektrode wurde PEDOT-PSS (Aldrich Chemical) durch Rotationsbeschichtung aufgetragen, um eine Lochtransportschicht zu bilden. Dann, um eine massive Heteroverbindungsschicht zu bilden, wurde durch Rotationsbeschichtung eine Chlorbenzinlösung einer 1:1-Gewichtsverhältnismischung aus P3HT/PCBM auf der Lochtransportschicht aufgetragen, gefolgt von einem Trocknungsschritt in einem Konstanttemperatur-Vakuumbad (bei 80°C) für 60 min.
  • Als Nächstes wurde eine Dispersion hergestellt durch Dispergieren von 2 Gew.-% Titan-Oxid-Nanopartikeln (hauptsächlich mit einem Partikeldurchmesser von 15 nm) in einer Chlorbenzinlösung einer 1:1-Gewichtsverhältnismischung von P3HT/PCBM. Anschließend wurde die Dispersion auf der massiven Heteroverbindungsschicht aufgetragen und in einem Konstanttemperatur-Vakuumbad (bei 80°C) für 60 min getrocknet, wodurch eine dünne Unterschicht gebildet wurde, die hochkonzentriert war mit anorganischen Nanopartikeln. Dann wurde auf der dünnen Unterschicht der anorganischen Nanopartikel eine 0,5 nm dicke Schicht aus Lithiumfluorid aufgedampft (erhalten von Kojundo Chemical Lab) und anschließend wurde eine 200 nm dicke Aluminiumschicht aufgedampft, wodurch die Herstellung der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 1 abgeschlossen wurde.
  • (Beispiel 2)
  • Die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 2 wurde ähnlich hergestellt wie die gemäß Beispiel 1, mit der Ausnahme, dass der Hauptpartikeldurchmesser der Titan-Oxid-Nanopartikel 100 nm betrug.
  • (Beispiel 3)
  • Die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 3 wurde hergestellt wie die gemäß der ersten Ausführungsform, was weiter unten beschrieben wird.
  • Eine 30 mm × 30 mm quadratische, transparente Elektrode wurde durch Sputtern ITO auf eine 0,7 mm dicke Natronkalk-Glasschicht aufgetragen und wurde von der Firma Nippon Sheet Glass Company, Ltd. erhalten. Die transparente Elektrode wurde ultraschallgewaschen in Aceton (für 10 min) und in Ethanol (für 10 min), und anschließend durch Anblasen von Luft getrocknet.
  • Auf der transparenten Elektrode wurde PEDOT-PSS (Aldrich Chemical) durch Rotationsbeschichtung aufgetragen, um eine Lochtransportschicht zu bilden. Dann, um eine massive Heteroverbindungsschicht zu bilden, wurde auf der Lochtransportschicht durch Rotationsbeschichtung eine Chlorbenzinlösung mit einer 1:1-Gewichtsprozentmischung von P3HT/PCBM aufgetragen, gefolgt von einem Trockenschritt in einem Konstanttemperatur-Vakuumbad (bei 80°C) für 60 min.
  • Anschließend wurde eine Ethanol-Dispersion mit 2 Gew.-% Titan-Oxid-Nanopartikeln (mit einem hauptsächlichen Partikeldurchmesser von 15 nm) zubereitet. Anschließend wurde die Ethanol-Dispersion auf der massiven Heteroverbindungsschicht durch Rotationsbeschichtung aufgetragen und getrocknet, wodurch eine dünne Unterschicht gebildet wird, mit einer hohen Konzentration an anorganischen Nanopartikeln. Dann, ähnlich wie bei Beispiel 1, wurden Schichten aus Lithiumfluorid und Aluminium auf die dünne Unterschicht mit den anorganischen Nanopartikeln aufgedampft.
  • (Beispiel 4)
  • Die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 4 wurde ähnlich hergestellt wie die gemäß Beispiel 3, mit der Ausnahme, dass die Titan-Oxid-Nanopartikel in Chlorbenzin anstatt in Ethanol dispergiert wurden.
  • (Beispiel 5)
  • Die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 5 wurde hergestellt entsprechend des zweiten Ausführungsbeispiels, welches oben beschrieben wurde. Eine 30 × 30 mm quadratische transparente Elektrode, hergestellt durch Sputtern ITO auf einer 0,7 mm dicken Kalknatron-Glasplatte wurde erhalten von der Firma Nippon Sheet Glas Company Ltd. Die transparente Elektrode wurde ultraschallgewaschen in Aceton (für 10 min) und Ethanol (für 10 min) und anschließend durch Anblasen mit Luft getrocknet.
  • Auf der transparenten Elektrode wurde PEDOT-PSS (Aldrich Chemical) durch Rotationsbeschichtung aufgetragen, um eine Lochtransportschicht zu bilden. Dann, um eine massive Heteroverbindungsschicht zu bilden, wurde durch Rotationsbeschichtung auf der Lochtransportschicht eine Chlorbenzinlösung einer 1:1-Gewichtsverhältnismischung von P3HT/PCBM aufgetragen, gefolgt von einer Trocknung in einem Konstanttemperatur-Vakuumbad (bei 80°C) für 60 min.
  • Als Nächstes wurde eine Dispersion zubereitet durch Dispergieren von 2 Gew.-% Titan-Oxid-Nanopartikeln (mit einem Hauptpartikeldurchmesser von 15 nm) in einer Chlorbenzinlösung einer 1:1-Gewichtsprozentmischung aus P3HT/PCBM. Darauf wurde die Dispersion auf die massive Heteroverbindungsschicht aufgetragen und in einem Konstanttemperatur-Vakuumbad (bei 80°C) für 60 min getrocknet, wodurch eine dünne Unterschicht gebildet wurde, mit einer hohen Konzentration von anorganischen Nanopartikeln. Dann wurde eine kolloidale Lösung zubereitet durch Mischen von 10 ml Titanisopropoxid (Tokyo Chemical Industry, Co., Ltd.), 50 ml 2-Methoxyethanol und 5 ml Ethanolamin und durch Altern der Flüssigkeitsmischung bei 80°C für 2 Stunden. Anschließend wurde die kolloidale Lösung auf der Unterschicht der anorganischen Nanopartikel durch Rotationsbeschichtung aufgetragen und bei 150°C für 10 min hitzebehandelt, um eine amorphe, anorganische, dünne Schicht zu bilden. Anschließend wurde eine 200 nm dicke Aluminiumschicht auf der amorphen Schicht aufgedampft, um die Herstellung der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 5 abzuschließen.
  • (Beispiel 6)
  • Die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 6 wurde hergestellt gemäß dem Verfahren, welches bei der oben beschriebenen dritten Ausführungsform angewandt wurde. Eine 30 × 30 mm quadratische transparente Elektrode, die durch Sputtern ITO auf eine 0,7 mm dicke Kalknatron-Glasplatte hergestellt wurde, wurde erhalten von der Firma Nippon Sheet Glas Company Ltd. Die transparente Elektrode wurde ultraschallgewaschen in Aceton (für 10 min) und. Ethanol (für 10 min) und anschließend durch Anblasen mit Luft getrocknet.
  • Auf der transparenten Elektrode wurde PEDOT-PSS (Aldrich Chemical) durch Rotationsbeschichtung aufgetragen, um eine Lochtransportschicht zu bilden. Dann wurde auf der Lochtransportschicht Kupferphthalocyanin (Aldrich Chemical) aufgedampft, um eine 15 nm dicke niedermolekulargewichtige Farbstoffschicht zu bilden. Anschließend wurde auf der Farbstoff schicht Kupferphthalocyanin und PCBM co-deponiert, um eine 30 nm dicke co-deponierte Schicht zu bilden. Dann wurde eine Dispersion zubereitet durch Dispetgieren von 2 Gew.-% Titan-Oxid-Nanopartikeln (mit einem Hauptpartikeldurchmesser von 15 nm) in einer Chlorbenzinlösung, welche 5 Gew.-% PCBM enthielt. Dann wurde die Dispersion auf der co-deponierten Schicht durch Rotationsbeschichtung aufgetragen, um eine gemischte Schicht zu bilden. Auf der gemischten Schicht wurden eine 5 nm dicke Lithiumschicht und eine 200 nm dicke Aluminiumschicht in dieser Reihenfolge aufgedampft, wodurch die Herstellung der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 6 fertiggestellt wurde.
  • (Beispiel 7)
  • Die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 7 wurde hergestellt nach dem Verfahren gemäß der oben beschriebenen vierten Ausführungsform. Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 6 wurden in Beispiel 7 alle Herstellungsschritte bis zu dem Schritt der Bildung einer gemischten Schicht (d. h. dem Schritt der Zubereitung einer Dispersion durch Dispergieren 2 Gew.-% Titan-Oxid-Nanopartikel mit einem hauptsächlichen Partikeldurchmesser von 15 nm in einer Chlorbenzinlösung, die 5 Gew.-% PCBM enthält und Aufbringen der Dispersion durch Rotationsbeschichtung). Dann wurde eine kolloidale Lösung zubereitet durch Mischen von 10 ml Titanisopropoxid (Tokyo Chemical Industry, Co., Ltd.), 50 ml 2-Methoxyethanol und 5 ml Ethanolamin und Altern der flüssigen Mischung bei 80°C für 2 Stunden. Dann wurde die kolloidale Lösung auf der gemischten Schicht durch Rotationsbeschichtung aufgetragen und bei 150°C für 10 min getrocknet, um eine amorphe, anorganische, dünne Schicht zu bilden. Schließlich wurde eine 200 nm dicke Aluminiumschicht auf der amorphen Schicht aufgedampft, um die Herstellung der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 7 fertigzustellen.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß dem Vergleichsbeispiel 1 wurde wie im Folgenden beschrieben hergestellt.
  • Ähnlich zu Beispiel 1 wurde eine 30 × 30 mm große quadratische transparente Elektrode hergestellt durch Sputtern von ITO auf eine 0,7 mm dicke Kalknatron-Glasplatte, die von Nippon Sheet Glass Company, Ltd bezogen wurde. Die transparente Elektrode wurde ultraschallgewaschen in Aceton (für 10 min) und in Ethanol (für 10 min) und anschließend durch Anblasen von Luft getrocknet.
  • Auf die transparente Elektrode wurde PEDOT-PSS (Aldrich Chemical) durch Rotationsbeschichtung aufgetragen, um eine Lochtransportschicht zu bilden. Dann, um eine massive Heteroverbindungsschicht zu bilden, wurde auf der Lochtransportschicht durch Rotationsbeschichtung eine Chlorbenzinlösung einer 1:1-Gewichtsverhältnismischung aus P3HT/PCBM, gefolgt von einer Trocknung in einem Konstanttemperatur-Vakuumbad (bei 80°C) für 60 min. Auf der massiven Heteroverbindungsschicht wurden dann eine 5 nm dicke Lithiumfluoridschicht und eine 200 nm dicke Aluminiumschicht in dieser Reihenfolge aufgedampft, wodurch die Herstellung der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle des Vergleichsbeispiels 1 abgeschlossen wurde, welches entgegen Beispiel 1 keine Titan-Oxid-Nanopartikel enthielt.
  • (Vergleichsbeispiel 2)
  • Die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß dem Vergleichsbeispiel 2 wurde wie unten stehend beschrieben hergestellt.
  • Ähnlich wie beim ersten Beispiel wurde eine 30 × 30 mm quadratische transparente Elektrode durch Sputtern von ITO auf einer 0,7 mm dicken Kalknatron-Glasscheibe aufgebracht, die bezogen wurde von Nippon Sheet Glass Company, Ltd. Die transparente Elektrode wurde ultraschallgewaschen in Aceton (für 10 min) und in Ethanol (für 10 min) und anschließend durch Anblasen von Luft getrocknet.
  • Auf der transparenten Elektrode wurde durch Rotationsbeschichtung PEDOT-PSS (Aldrich Chemical) aufgetragen, um eine Lochtransportschicht zu bilden. Als Nächstes wurde eine Dispersion zubereitet durch Dispergieren von 2 Gew.-% Titan-Oxid-Nanopartikeln (mit einem Hauptpartikeldurchmesser von 15 nm) in einer Chlorbenzinlösung einer 1:1-Gewichtsverhältnismischung aus P3HT/PCBM. Anschließend wurde die Dispersion auf der Lochtransportschicht aufgebracht und in einem Konstanttemperatur-Vakuumbad (bei 80°C) für 60 min getrocknet, wodurch eine massive Heteroverbindungsschicht gebildet wurde. Auf der massiven Heteroverbindungsschicht wurden eine 5 nm dicke Schicht aus Lithiumfluorid (bezogen von Kojundo Chemical Lab) und eine 200 nm dicke Aluminiumschicht aufgedampft, wodurch die Herstellung der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Vergleichsbeispiels 2 abgeschlossen wurde. Im Vergleichsbeispiel 2 wurden die Titan-Oxid-Nanopartikel gleichmäßig über die Dicke der massiven Heteroverbindungsschicht verteilt.
  • (Vergleichsbeispiel 3)
  • Die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß dem Vergleichsbeispiel 3 wurde auf die unten beschriebene Weise hergestellt.
  • Ähnlich wie bei Beispiel 5 wurde eine 30 × 30 mm große quadratische transparente Elektrode durch Sputtern von ITO auf eine 0,7 mm dicke Kalknatron-Glasscheibe, die von der Nippon Sheet Glass Company, Ltd. bezogen wurde, aufgebracht. Die transparente Elektrode wurde ultraschallgewaschen in Aceton (für 10 min) und in Ethanol (für 10 min) und anschließend durch Anblasen von Luft getrocknet.
  • Auf die transparente Elektrode wurde PEDOT-PSS (Aldrich Chemical) durch Rotationsbeschichtung aufgetragen, um eine Lochtransportschicht zu bilden. Dann, um eine massive Heteroverbindungsschicht zu bilden, wurde durch Rotationsbeschichtung auf der Lochtransportschicht eine Chlorbenzinlösung einer 1:1-Gewichtsverhältnismischung von P3HT/PCBM aufgebracht, gefolgt von einer Trocknung in einem Konstanttemperatur-Vakuumbad (bei 80°C) für 60 min. Dann wurde eine kolloidale Lösung zubereitet durch Mischen von 10 ml Titanisopropoxid (Tokyo Chemical Industry, Co., Ltd.), 50 ml 2-Methoxyethanol und 5 ml Methanolamin und die flüssige Mischung wurde bei 80°C für 2 Stunden gealtert. Darauf wurde die kolloidale Lösung auf die massive Heteroverbindungsschicht durch Rotationsbeschichtung aufgebracht und bei 150°C für 10 min getrocknet, um eine amorphe, anorganische, dünne Schicht zu bilden. Auf der amorphen, anorganischen, dünnen Schicht wurde dann eine 200 nm dicke Aluminiumschicht aufgedampft, wodurch die Herstellung der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle des Vergleichsbeispiels 3, welches keine Titan-Oxid-Nanopartikel enthielt, beendet wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 4)
  • Die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß dem Vergleichsbeispiel 4 wurde in der unten beschriebenen Weise hergestellt.
  • Ähnlich wie bei Beispiel 6 wurde eine 30 × 30 mm quadratische transparente Elektrode durch Sputtern von ITO auf einer 0,7 mm dicken Kalknatron-Glasplatte, bezogen von Nippon Sheet Glass Company, Ltd., gebildet. Die transparente Elektrode wurde ultraschallgewaschen in Aceton (für 10 min) und in Ethanol (für 10 min) und wurde dann durch Anblasen von Luft getrocknet.
  • Auf der transparenten Elektrode wurde PEDOT-PSS (Aldrich Chemical) durch Rotationsbeschichtung aufgetragen, um eine Lochtransportschicht zu bilden. Dann wurde auf der Lochtransportschicht Kupferphthalocyanin (Aldrich Chemical) aufgedampft, um eine 15 nm dicke, niedermolekulargewichtige Farbstoffschicht zu bilden. Dann wurde auf die Farbstoffschicht Kupferphthalocyanin und PCBM co-deponiert, um eine 30 nm dicke, co-deponierte Schicht zu bilden. Als Nächstes wurde auf die co-deponierte Schicht eine Chlorbenzinlösung aufgetragen, die 5 Gew.-% PCBM enthielt, durch Rotationsbeschichtung, um eine Schicht aus elektronenakzeptierenden Molekülen zu bilden. Auf diese Schicht wurden eine 5 nm dicke Lithiumfluoridschicht und eine 200 nm dicke Aluminiumschicht in dieser Reihenfolge aufgedampft, wodurch die Herstellung der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle des Vergleichsbeispiels 4, die keine Titan-Oxid-Nanopartikel enthielt, abgeschlossen wurde.
  • (Vergleichsbeispiel 5)
  • Die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß dem Vergleichsbeispiel 5 wurde wie folgt hergestellt.
  • Auf die gleiche Weise wie bei Beispiel 6 wurden im Vergleichsbeispiel 5 alle Herstellungsschritte bis zu dem Schritt des Bildens der niedermolekulargewichtigen Farbstoffschicht und der Aufbringung der co-deponierten Schichten (z. B. der Schritt des Aufdampfens von Kupferphthalocyanin (Aldrich Chemical) auf der Lochtransportschicht, um eine 15 nm dicke, niedermolekulargewichtige Farbstoffschicht herzustellen und anschließendem Co-Deponieren von Kupferphthalocyanin und PCBM um eine 30 nm dicke co-deponierte Schicht zu bilden). Dann wurde eine kolloidale Lösung zubereitet durch Mischen von 100 ml Titanisopropoxid (Tokyo Chemicals Co., Ltd.), 50 ml 2-Methoxyethanol und 5 ml Ethanolamin und Altern der Flüssigkeitsmischung bei 80°C für 2 Stunden. Anschließend wurde die kolloidale Lösung auf der co-deponierten Schicht durch Rotationsbeschichtung aufgetragen und bei 150°C für 10 min getrocknet, um eine amorphe, anorganische, dünne Schicht zu bilden. Auf der amorphen, anorganischen, dünnen Schicht wurde dann eine 200 nm dicke Aluminiumschicht aufgedampft, wodurch die Herstellung der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Vergleichsbeispiel 5, die entgegen Beispiel 7 keine Titan-Oxid-Nanopartikel enthielt, fertiggestellt.
  • (Auswertungsmethode)
  • Die so erhaltenen massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzellen (Beispiele 1 bis 7 und Vergleichsbeispiele 1 bis 5) wurden an ein Stromspannungsmessgerät angeschlossen und die Spannungsstromdichte-Eigenschaften bei der photovoltaischen Stromerzeugung wurden gemessen. Ein Sonnenlichtsimulator wurde als Lichtquelle verwendet und jedes Muster wurde mit einer simulierten Sonnenstrahlung von AM 1,5 (= 1 Sun oder 100 mW/cm2) durch die Fensterelektrode.
  • (Messergebnisse)
  • (Messergebnisse des Beispiels 1)
  • Die oben beschriebene Strom-Spannungsmessung an der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 1 zeigte, dass die Kurzschlussstromdichte 10,5 mA/cm2 betrug, die Spannung bei geöffnetem Kreis 0,5 V und der Füllfaktor betrug 0,68 und die photoelektrische Konvertierungseffizienz betrug 3,6%.
  • (Messergebnisse des Beispiels 2)
  • Die oben beschriebene Strom-Spannungsmessung ergab bei dem Beispiel 2 einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle, dass die Kurzschlussstromdichte 8,5 mA/cm2 betrug, und die Spannung bei geöffnetem Kreis betrug 0,35 V, der Füllfaktor betrug 0,40 und die photoelektrische Konvertierungseffizienz lag bei 1,2%.
  • (Messergebnisse des Beispiels 3)
  • Die oben beschriebene Strom-Spannungsmessung für die massive heteroverbindungsorganische Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 3 zeigte, dass die Kurzschlussstromdichte 8,7 mA/cm2 betrug, die Spannung bei geöffnetem Kreis lag bei 0,5 V, der Füllfaktor betrug 0,60 und die photoelektrische Konvertierungseffizienz lag bei 2,6%.
  • (Messergebnisse des Beispiels 4)
  • Die oben beschriebenen Strom-Spannungsmessungen an der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 4 zeigten, dass die Kurzschlussstromdichte bei 9,0 mA/cm2 lag, die Spannung bei geöffneter Schaltung lag bei 0,5 V, der Füllfaktor betrug 0,68 und die photoelektrische Konvertierungseffizienz lag bei 3,1%.
  • (Messergebnisse des Vergleichsbeispiels 1)
  • Die oben beschriebene Strom-Spannungsmessung an der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Vergleichsbeispiel 1 zeigte, dass die Kurzschlussstromdichte 6,7 mA/cm2 betrug, die Spannung bei geöffneter Schaltung lag bei 0,5 V, der Füllfaktor betrug 0,60 und die photoelektrische Konvertierungseffizienz lag bei 2%.
  • (Messergebnisse des Vergleichsbeispiels 2)
  • Die oben beschriebene Strom-Spannungsmessung an der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Vergleichsbeispiel 2 zeigte, dass die Kurzschlussstromdichte 7,5 mA/cm2 betrug, die Spannung bei geöffneter Schaltung lag bei 0,4 V, der Füllfaktor betrug 0,50 und die photoelektrische Konvertierungseffizienz lag bei 1,5%.
  • (Effektivität der Erfindung, bestätigt durch Messergebnisse)
  • Die Messergebnisse der Beispiele 1 bis 4 und der Vergleichsbeispiele 1 und 2 zeigen das Folgende: Die Solarzellen gemäß der Beispiele 1, 3 und 4 (welche eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung der Titan-Oxid-Nanopartikel [anorganische Nanopartikel] in Dickenrichtung der organischen dünnen Schicht aufweisen) weisen eine Kurzschlussstromdichte auf, die größer ist als die der Solarzelle gemäß dem Vergleichsbeispiel 1, die keine solchen anorganischen Nanopartikel aufweist. Solch ein Anstieg in der Kurzschlussstromdichte rührt wahrscheinlich her von einer Verbesserung der Elektronenakzeptanzeigenschaften. Es ist somit bestätigt, dass ein solcher Einschluss von anorganischen Nanopartikeln zu einer Verbesserung in der Effizienz einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle beiträgt.
  • Beispiel 1 der Erfindung zeigt ebenfalls eine größere Kurzschlussstromdichte und eine höhere Spannung bei offener Schaltung als Vergleichsbeispiel 2, bei dem die anorganischen Nanopartikel gleichförmig verteilt sind. Dieses Ergebnis zeigt, dass es gemäß der Erfindung vorteilhafter ist, wenn die anorganischen Nanopartikel eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung in Dickenrichtung der organischen dünnen Schicht aufweisen (z. B. sind die anorganischen Nanopartikel lokal stark konzentriert in einer dünneren Unterschicht der organischen dünnen Schicht).
  • (Messergebnis des Beispiels 5)
  • Die oben beschriebene Strom-Spannungsmessung an der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 5 zeigte, dass die Kurzschlussstromdichte 10,6 mA/cm2 betrug, die Spannung bei offener Schaltung bei 0,57 V lag und der Füllfaktor 0,68 betrug, sowie die photoelektrische Konvertierungseffizienz 4,1% betrug.
  • (Messergebnis des Vergleichsbeispiels 3)
  • Die oben beschriebene Strom-Spannungsmessung an der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Vergleichsbeispiel 3 zeigte, dass die Kurzschlussstromdichte 7,9 mA/cm2 betrug, die Spannung bei offener Schaltung bei 0,53 V lag, der Füllfaktor 0,60 betrug und die photoelektrische Konvertierungseffizienz 2,5% ausmachte.
  • (Effizienz der Erfindung bestätigt durch Messergebnisse)
  • Ein Vergleich des Beispiels 5 mit dem Vergleichsbeispiel 3 zeigt, dass durch ungleichmäßiges Verteilen der anorganischen Nanopartikel in der massiven Heteroverbindungsschicht (organische, dünne Schicht) die Kurzschlussstromdichte gesteigert werden kann und die photoelektrische Konvertierungseffizienz verbessert wird.
  • Ebenfalls zeigt ein Vergleich des Beispiels 1 mit Beispiel 5, dass das Vorsehen einer amorphen, anorganischen, dünnen Schicht, die einige konstituierende Elemente der anorganischen Nanopartikel enthält, die Kurzschlussstromdichte und die Spannung bei offener Schaltung weiter verbessern können.
  • (Messergebnis des Beispiels 6)
  • Die oben beschriebene Strom-Spannungsmessung an der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 6 zeigte, dass die Kurzschlussstromdichte 9,2 mA/cm2 betrug, die Spannung bei offener Schaltung bei 0,5 V lag, der Füllfaktor 0,65 betrug und die photoelektrische Konvertierungseffizienz 3% betrug.
  • (Messergebnis des Beispiels 7)
  • Die oben beschriebene Strom-Spannungsmessung an der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Beispiel 7 zeigte, dass die Kurzschlussstromdichte 9,5 mA/cm2 betrug, die Spannung bei offener Schaltung bei 0,57 V lag, der Füllfaktor 0,68 war und die photoelektrische Konvertierungseffizienz 3,7% betrug.
  • (Messergebnis des Vergleichsbeispiels 4)
  • Die oben beschriebene Strom-Spannungsmessung an der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Vergleichsbeispiel 4 zeigte, dass die Kurzschlussstromdichte 8,7 mA/cm2 betrug, die Spannung bei offener Schaltung bei 0,50 V lag, der Füllfaktor 0,60 betrug und die photoelektrische Konvertierungseffizienz 2,6% betrug.
  • (Messergebnis des Vergleichsbeispiels 5)
  • Die oben beschriebene Strom-Spannungsmessung an der massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle gemäß Vergleichsbeispiel 5 zeigte, dass die Kurzschlussstromdichte 7,5 mA/cm2 betrug, die Spannung bei offener Schaltung bei 0,57 V lag, der Füllfaktor 0,68 war und die photoelektrische Konvertierungseffizienz 2,9% betrug.
  • (Effektivität der Erfindung bestätigt durch Messergebnisse)
  • Ein Vergleich des Beispiels 6 mit dem Vergleichsbeispiel 4, sowie ein Vergleich von Beispiel 7 mit dem Vergleichsbeispiel 5 zeigen Folgendes: In einer Solarzelle mit einer massiven Heteroverbindungsschicht, die eine niedermolekulargewichtige Farbstoffverbindung und ein elektronenakzeptierendes Molekül enthält, kann das Vorsehen anorganischer Nanopartikel, die ungleichmäßig in Dickenrichtung der massiven Heteroverbindungsschicht verteilt sind, die Kurzschlussstromdichte erhöhen und die photoelektrische Konvertierungseffizienz verbessern. Die Ergebnisse der oben beschriebenen Beispiele und Vergleichsbeispiele sind in den Tabellen 1 bis 3 zusammengefasst. Tabelle 1
    Photoelektrische Konvertierungseffizienz (%) Kurzschlussstromdichte (mA/cm2) Spannung bei offener Schaltung (V) Füllfaktor
    Beispiel 1 3,6 10,5 0,5 0,68
    Beispiel 2 1,2 8,5 0,35 0,40
    Beispiel 3 2,6 8,7 0,5 0,60
    Beispiel 4 3,1 9,0 0,5 0,68
    Vergleichsbeispiel 1 2,0 6,7 0,5 0,60
    Vergleichsbeispiel 2 1,5 7,5 0,4 0,50
    Tabelle 2
    Photoelektrische Konvertierungseffizienz (%) Kurzschlussstromdichte (mA/cm2) Spannung bei offener Schaltung (V) Füllfaktor
    Beispiel 5 4,1 10,6 0,57 0,68
    Vergleichsbeispiel 1 2,0 6,7 0,5 0,60
    Vergleichsbeispiel 2 1,5 7,5 0,4 0,50
    Vergleichsbeispiel 3 2,5 7,9 0,53 0,60
    Tabelle 3
    Photoelektrische Konvertierungseffizienz (%) Kurzschlussstromdichte (mA/cm2) Spannung bei offener Schaltung (V) Füllfaktor
    Beispiel 6 3,0 9,2 0,5 0,65
    Beispiel7 3,7 9,5 0,57 0,68
    Vergleichsbeispiel 4 2,6 8,7 0,5 0,60
    Vergleichsbeispiel 5 2,9 7,5 0,57 0,68
  • Wie durch das oben Stehende bestätigt, kann die vorliegende Erfindung zu einer Verbesserung in der Effizienz einer massiven heteroverbindungsorganischen Dünnschichtsolarzelle beitragen. Die vorliegende Erfindung kann bei Dünnschichtsolarzellen angewendet werden, die Eigenschaften wie leichtes Gewicht und Flexibilität aufweisen müssen.
  • Obwohl die Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsformen zur kompletten und klaren Offenbarung beschrieben wurde, sind die beigefügten Ansprüche nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfassen alle Modifikationen und Alternativkonstruktionen, die für den Fachmann unter die Lehre der Ansprüche fallen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - Christoph J. Brabec, N. Serdar Sariciftci, und Jan C. Hummelen: Adv. Funct. Mater. 2001, 11, S. 15 [0005]

Claims (15)

  1. Organische Dünnschichtsolarzelle mit: positiven und negativen Elektrodenschichten; und einer organischen dünnen Schicht, die zwischen den positiven und negativen Elektrodenschichten angeordnet ist, wobei die organische dünne Schicht aufweist: eine Mischung aus mindestens einer ersten organischen Verbindung, die einen lichtabsorbierenden Farbstoffanteil enthält und eine zweite elektronenakzeptierende organische Verbindung aufweist, wobei die organische dünne Schicht ferner anorganische Nanopartikel aufweist.
  2. Organische Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 1, wobei: die organische dünne Schicht eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung der anorganischen Nanopartikel in einer Richtung senkrecht zu den positiven und negativen Elektrodenschichten aufweist, so dass die anorganischen Nanopartikel nahe der negativen Elektrodenschicht höher konzentriert sind.
  3. Organische Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 2, wobei: der lichtabsorbierende Farbstoffanteil eine π-konjugierte Struktur aufweist.
  4. Organische Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 2, wobei: die anorganischen Nanopartikel einen Hauptpartikeldurchmesser von 100 nm oder weniger aufweisen.
  5. Organische Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 2, wobei: die anorganischen Nanopartikel elektronenakzeptierende Eigenschaften aufweisen.
  6. Organische Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 2, wobei: eine amorphe, anorganische, dünne Schicht ferner zwischen der organischen dünnen Schicht und der negativen Elektrodenschicht ausgebildet ist.
  7. Organische Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 6, wobei: die amorphe, anorganische, dünne Schicht mindestens eines der konstituierenden Elemente der anorganischen Nanopartikel aufweist.
  8. Organische Dünnschichtsolarzelle mit: positiven und negativen Elektrodenschichten, einer organischen dünnen Schicht zwischen den positiven und negativen Elektrodenschichten, wobei die organische dünne Schicht eine Mischung aus mindestens einer ersten organischen Verbindung mit einem lichtabsorbierenden Farbstoffanteil und einer elektronenakzeptierenden, zweiten organischen Verbindung umfasst, einer Lochtransportschicht, die zwischen der positiven Elektrodenschicht und der organischen dünnen Schicht angeordnet ist, und einer Lochblockierungsschicht, die zwischen der dünnen organischen Schicht und der negativen Elektrodenschicht angeordnet ist, um einen Leck-Lochstrom von der organischen dünnen Schicht zur negativen Elektrodenschicht zu unterdrücken, wobei die organische dünne Schicht ferner anorganische Nanopartikel aufweist.
  9. Organische Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 8, wobei: die organische dünne Schicht eine ungleichmäßige Konzentrationsverteilung der anorganischen Nanopartikel in der Richtung senkrecht zu den positiven und negativen Elektrodenschichten aufweist, so dass die anorganischen Nanopartikel nahe der negativen Elektrodenschicht höher konzentriert sind.
  10. Organische Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 8, wobei: die Lochblockierungsschicht eine amorphe, anorganische, dünne Schicht ist.
  11. Organische Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 8, wobei: auf der Oberfläche der Lochtransportschicht gegenüber der positiven Elektrodenschicht in folgender Reihenfolge aufeinandergeschichtet sind: eine Schicht aus einer ersten organischen Verbindung, eine Schicht aus einer Mischung von mindestens der ersten und der zweiten organischen Verbindung, und eine Schicht aus einer Mischung aus mindestens der ersten und der zweiten organischen Verbindung und der anorganischen Nanopartikel.
  12. Verfahren zur Herstellung einer organischen Dünnschichtsolarzelle mit positiven und negativen Elektrodenschichten und einer dünnen organischen Schicht, die zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist und eine massive Heteroverbindungsschicht aufweist, wobei das Herstellungsverfahren folgende Schritt aufweist: Ausbilden einer Lochtransportschicht auf einer Oberfläche der positiven Elektrodenschicht; Ausbilden der dünnen organischen Schicht, die anorganische Nanopartikel aufweist, auf der freien Oberfläche der Lochtransportschicht; Ausbilden einer Lochblockierungsschicht zur Unterdrückung von Loch-Leckstrom von der organischen dünnen Schicht zu der exponierten Oberfläche der organischen dünnen Schicht; und Ausbilden der negativen Elektrodenschicht auf der exponierten Oberfläche der Lochblockierungsschicht.
  13. Herstellungsverfahren für eine organische Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 12, wobei der Schritt der Ausbildung der dünnen organischen Schicht folgende Schritte aufweist: Ausbilden der massiven Heteroverbindungsschicht durch Auftragen auf die exponierte Oberfläche der Lochtransportschicht einer Lösung aus einer Mischung von mindestens einer ersten organischen Verbindung mit einem lichtabsorbierenden Farbstoffanteil und einer elektronenakzeptierenden, zweiten organischen Verbindung und durch Trocknen der aufgebrachten Lösung; und Einbringen der anorganischen Nanopartikel in die organische dünne Schicht durch Aufbringen auf der exponierten Oberfläche der massiven Heteroverbindungsschicht einer Dispersion aus den anorganischen Nanopartikeln in einem Dispersionsmedium und durch Trocknen der aufgebrachten Dispersion.
  14. Herstellungsverfahren für eine organische Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 12, wobei der Schritt der Ausbildung der dünnen organischen Schicht folgende Schritte aufweist: Ausbilden der massiven Heteroverbindungsschicht durch Auftragen auf der exponierten Oberfläche der Lochtransportschicht einer Lösung aus einer Mischung von mindestens einer ersten organischen Verbindung mit einem lichtabsorbierenden Farbstoffanteil und einer elektronenakzeptierenden, zweiten organischen Verbindung und durch Trocknen der aufgebrachten Lösung; und Einbringen der anorganischen Nanopartikel in die dünne organische Schicht durch Aufbringen auf der exponierten Oberfläche der massiven Heteroverbindungsschicht einer Dispersion der anorganischen Nanopartikel in der Lösung der Mischung und durch Trocknen der aufgebrachten Dispersion.
  15. Herstellungsverfahren für eine organische Dünnschichtsolarzelle nach Anspruch 12, wobei der Schritt der Ausbildung der dünnen organischen Schicht folgende Schritte aufweist: Ausbilden der massiven Heteroverbindungsschicht durch Aufbringen auf der exponierten Oberfläche der Lochtransportschicht einer Lösung aus einer Mischung von mindestens einer ersten organischen Verbindung mit einem lichtabsorbierenden Farbstoffanteil und einer elektronenakzeptierenden, zweiten organischen Verbindung und durch Trocknen der aufgebrachten Lösung; und Einbringen der anorganischen Nanopartikel in die dünne organische Schicht durch Auftragen auf der Oberfläche der massiven Heteroverbindungsschicht einer Dispersion der anorganischen Nanopartikel in einer Lösung, die mindestens die zweite organische Verbindung aufweist, und Trocknen der aufgebrachten Dispersion.
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