JP2006245074A - Organic thin film solar cell - Google Patents
Organic thin film solar cell Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006245074A JP2006245074A JP2005055155A JP2005055155A JP2006245074A JP 2006245074 A JP2006245074 A JP 2006245074A JP 2005055155 A JP2005055155 A JP 2005055155A JP 2005055155 A JP2005055155 A JP 2005055155A JP 2006245074 A JP2006245074 A JP 2006245074A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- photoelectric conversion
- layer
- electrode layer
- ionic liquid
- conversion layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/549—Organic PV cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Electroluminescent Light Sources (AREA)
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
【課題】 本発明は、成膜時の平滑性が良好であり、有機半導体材料の分散性が良好な光電変換層を有する有機薄膜太陽電池を提供することを主目的とするものである。
【解決手段】 本発明は、基板と、上記基板上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成された光電変換層と、上記光電変換層上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、上記光電変換層は、イオン性液体を固体化してなる導電性化合物と、有機半導体材料とを含有することを特徴とする有機薄膜太陽電池を提供することにより、上記課題を解決する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic thin film solar cell having a photoelectric conversion layer having good smoothness during film formation and good dispersibility of an organic semiconductor material.
The present invention relates to a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode layer, and a photoelectric conversion layer formed on the photoelectric conversion layer. An organic thin film solar cell having a second electrode layer that is an electrode facing one electrode layer, wherein the photoelectric conversion layer contains a conductive compound obtained by solidifying an ionic liquid and an organic semiconductor material. The said subject is solved by providing the organic thin-film solar cell characterized by the above-mentioned.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、湿式塗工法により光電変換層を形成することが可能な有機薄膜太陽電池に関するものである。 The present invention relates to an organic thin film solar cell capable of forming a photoelectric conversion layer by a wet coating method.
有機薄膜太陽電池は、2つの異種電極間に、電子供与性および電子受容性の機能を有する有機薄膜を配置してなる太陽電池であり、シリコンなどに代表される無機太陽電池に比べ製造工程が容易であり、かつ低コストで大面積化が可能であるという利点を持つ。しかしながら、エネルギー変換効率が低いことから実用に供することは困難であった。したがって、有機薄膜太陽電池においては、エネルギー変換効率の高効率化が最大の課題となっている。 An organic thin film solar cell is a solar cell in which an organic thin film having an electron donating function and an electron accepting function is disposed between two different electrodes, and has a manufacturing process compared to an inorganic solar cell represented by silicon or the like. It has an advantage that it is easy and can be enlarged at low cost. However, since the energy conversion efficiency is low, it has been difficult to put it to practical use. Therefore, in the organic thin-film solar cell, increasing the energy conversion efficiency is the biggest issue.
最近では、有機薄膜太陽電池のエネルギー変換効率を向上させるために、有機薄膜に用いられる有機材料の特徴を生かした工夫が試みられており、非特許文献1および非特許文献2に開示されている。
Recently, in order to improve the energy conversion efficiency of organic thin film solar cells, attempts have been made to make use of the characteristics of organic materials used in organic thin films, which are disclosed in Non-Patent
上述したような有機薄膜太陽電池としては、例えば、有機薄膜が電子輸送層および正孔輸送層からなるバイレイヤー型有機薄膜太陽電池の例を挙げることができる。一般に、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池は、透明基板と、上記透明基板上に形成された透明電極と、上記透明電極上に形成され、電子供与体として機能する正孔輸送層および電子受容体として機能する電子輸送層からなる光電変換層と、上記光電変換層上に形成され、上記透明電極と対向する電極である対向電極とを有するものである。このバイレイヤー型有機薄膜太陽電池においては、電子供与体として機能する正孔輸送層にp型有機半導体を用い、電子受容体として機能する電子輸送層にn型有機半導体を用いることにより、2つの層の界面でpn接合が形成され、光電変換に寄与している。 Examples of the organic thin film solar cell as described above include an example of a bilayer type organic thin film solar cell in which the organic thin film is composed of an electron transport layer and a hole transport layer. In general, a bilayer organic thin film solar cell includes a transparent substrate, a transparent electrode formed on the transparent substrate, a hole transport layer and an electron acceptor that are formed on the transparent electrode and function as an electron donor. A photoelectric conversion layer composed of a functioning electron transport layer and a counter electrode which is formed on the photoelectric conversion layer and is opposed to the transparent electrode. In this bilayer organic thin-film solar cell, a p-type organic semiconductor is used for the hole transport layer that functions as an electron donor, and an n-type organic semiconductor is used for the electron transport layer that functions as an electron acceptor. A pn junction is formed at the interface of the layers and contributes to photoelectric conversion.
また、エネルギー変換効率を向上させるために、pn接合部分を拡張させる方法として、p型有機半導体とn型有機半導体とを単純積層するのではなく、混合するという方法もある。p型有機半導体とn型有機半導体とを混合することにより、分子レベルでのpn接合が膜中に広く形成されるため、光電変換に寄与できる体積が増すのである。 Further, as a method for expanding the pn junction portion in order to improve energy conversion efficiency, there is a method in which a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor are not simply stacked but mixed. By mixing the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor, a pn junction at the molecular level is widely formed in the film, so that the volume that can contribute to photoelectric conversion increases.
このようなp型有機半導体およびn型有機半導体からなる光電変換層の形成方法としては、一般に蒸着法および湿式塗工法の二つの方法が用いられている。中でも、湿式塗工法は、大気中で光電変換層を形成することができることから、設備の初期投資が少なく抑えられるだけでなく、大面積化する点において有利であるという利点を有する。 As a method for forming a photoelectric conversion layer composed of such a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor, two methods of vapor deposition and wet coating are generally used. Especially, since the photoelectric conversion layer can be formed in the atmosphere, the wet coating method has an advantage that not only the initial investment of facilities can be suppressed, but also it is advantageous in terms of increasing the area.
しかしながら、p型有機半導体およびn型有機半導体として用いられる導電性高分子等の有機材料は、有機溶媒への溶解性が低いために、光電変換層形成時の塗工液調製が困難である点や、成膜後の膜平滑性が悪い点、さらにp型有機半導体およびn型有機半導体を混合する際の各材料の分散性が低い点等の問題点があった。 However, since organic materials such as conductive polymers used as p-type organic semiconductors and n-type organic semiconductors have low solubility in organic solvents, it is difficult to prepare a coating solution when forming a photoelectric conversion layer. In addition, there are problems such as poor film smoothness after film formation and low dispersibility of each material when mixing a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor.
また、従来の有機溶媒としては、クロロホルム、ジクロロエタン、キシレンまたはトルエンといった希釈溶媒が中心であり、導電性高分子等の有機材料の溶解性や分散性に優れた媒体についての提案はあまり行われていないのが現状である。 In addition, conventional organic solvents are mainly diluted solvents such as chloroform, dichloroethane, xylene, and toluene, and there have been few proposals for media having excellent solubility and dispersibility of organic materials such as conductive polymers. There is no current situation.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、成膜時の平滑性が良好であり、有機半導体材料の分散性が良好な光電変換層を有する有機薄膜太陽電池を提供することを主目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and provides an organic thin-film solar cell having a photoelectric conversion layer having good smoothness during film formation and good dispersibility of an organic semiconductor material. This is the main purpose.
上記目的を達成するために、本発明者らは、光電変換層に用いられる有機半導体材料の溶解性および分散性に優れた媒体であって、かつ、太陽電池特性に寄与するまたは太陽電池特性を維持することができる媒体の探索を行った。その結果、固体化が可能なイオン性液体が有効であることを見出し、本発明を完成するに至ったものである。 In order to achieve the above object, the present inventors are a medium excellent in solubility and dispersibility of an organic semiconductor material used for a photoelectric conversion layer, and contribute to solar cell characteristics or provide solar cell characteristics. We searched for media that could be maintained. As a result, the inventors have found that an ionic liquid that can be solidified is effective, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、基板と、上記基板上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成された光電変換層と、上記光電変換層上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、上記光電変換層は、イオン性液体を固体化してなる導電性化合物と、有機半導体材料とを含有することを特徴とする有機薄膜太陽電池を提供する。 That is, the present invention includes a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode layer, and the first electrode formed on the photoelectric conversion layer. An organic thin film solar cell having a second electrode layer that is an electrode facing the layer, wherein the photoelectric conversion layer contains a conductive compound obtained by solidifying an ionic liquid and an organic semiconductor material An organic thin film solar cell is provided.
本発明において、光電変換層がイオン性液体を固体化してなる導電性化合物と有機半導体材料とを含有するものであれば、イオン性液体に有機半導体材料を溶解または分散させた光電変換層形成用塗工液を用いて、これを塗布した後、固化させることにより光電変換層を得ることができる。通常、上記イオン性液体は有機半導体材料を十分に溶解または分散させることが可能なものであり、このような光電変換層形成用塗工液を固化させた光電変換層中には光電変換層として機能するのに十分な有機半導体材料を含有させることが可能である。また、上記光電変換層は、従来のように有機半導体材料の溶解量の極めて少ない塗工液を塗布し、多量の有機溶媒を除去して固化し成膜するものと異なり、光電変換層形成用塗工液を塗布後、光照射または加熱により媒体であるイオン性液体を固体化して成膜するものであるので、膜表面の平滑性が良好であり、有機半導体材料の分散性も良好な光電変換層とすることができる。さらに、用いるイオン性液体自体が、光電変換層中において有機半導体として機能するものとすることも可能である。これにより、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。 In the present invention, if the photoelectric conversion layer contains a conductive compound obtained by solidifying an ionic liquid and an organic semiconductor material, the photoelectric conversion layer is formed by dissolving or dispersing the organic semiconductor material in the ionic liquid. A photoelectric conversion layer can be obtained by solidifying after applying this using a coating liquid. Usually, the ionic liquid is capable of sufficiently dissolving or dispersing the organic semiconductor material, and in the photoelectric conversion layer obtained by solidifying such a coating liquid for forming a photoelectric conversion layer, a photoelectric conversion layer is used. It is possible to include enough organic semiconductor material to function. In addition, the photoelectric conversion layer is different from the conventional one in which a coating solution with a very small amount of organic semiconductor material dissolved is applied and a large amount of organic solvent is removed and solidified to form a film. Since the ionic liquid, which is a medium, is solidified by light irradiation or heating after coating, the film surface is smooth and the organic semiconductor material has good dispersibility. It can be a conversion layer. Furthermore, the ionic liquid used itself can function as an organic semiconductor in the photoelectric conversion layer. Thereby, it can be set as an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency.
また、本発明においては、上記イオン性液体は、イミダゾリウム塩であることが好ましい。これまでに見出されているイオン性液体の種類は少なく、イミダゾリウム塩が現在知られているイオン性液体の中で一般的であり、本発明への応用が容易であるからである。 In the present invention, the ionic liquid is preferably an imidazolium salt. This is because there are few types of ionic liquids that have been found so far, and imidazolium salts are common among ionic liquids that are currently known, and are easily applied to the present invention.
さらに、本発明においては、上記イオン性液体は、重合性基を有することが好ましい。イオン性液体と有機半導体材料とを含有する光電変換層形成用塗工液を用いて光電変換層を形成する際に、イオン性液体が重合性基を有することにより、イオン性液体を重合させて成膜することができ、平滑性および有機半導体材料の分散性が良好であり、さらに膜強度の高い光電変換層を形成することが可能となるからである。 Furthermore, in the present invention, the ionic liquid preferably has a polymerizable group. When forming a photoelectric conversion layer using a coating liquid for forming a photoelectric conversion layer containing an ionic liquid and an organic semiconductor material, the ionic liquid has a polymerizable group so that the ionic liquid is polymerized. This is because a film can be formed, smoothness and dispersibility of the organic semiconductor material are good, and a photoelectric conversion layer with high film strength can be formed.
また、本発明においては、上記イオン性液体が、一般式(1) In the present invention, the ionic liquid is represented by the general formula (1).
(式中、X−はBr−、PF6 −または(CF3SO2)2N−(TFSI−)のいずれかを表し、nは1〜100を表す。)で表される化合物であることが好ましい。 (Wherein, X - is Br -, PF 6 - or (CF 3 SO 2) 2 N - (TFSI -) represents one of, n represents represents 1-100.) Is a compound represented by Is preferred.
本発明は、また、基板上に第1電極層を形成する第1電極層形成工程と、上記第1電極層上に光電変換層を形成する光電変換層形成工程と、上記光電変換層上に、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層を形成する第2電極形成工程とを有する有機薄膜太陽電池の製造方法であって、上記光電変換層形成工程が、イオン性液体を媒体とし、有機半導体材料が溶解または分散されてなる光電変換層形成用塗工液を塗布し、上記イオン性液体を固体化することにより行われることを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法を提供する。 The present invention also includes a first electrode layer forming step of forming a first electrode layer on a substrate, a photoelectric conversion layer forming step of forming a photoelectric conversion layer on the first electrode layer, and the photoelectric conversion layer. And a second electrode forming step of forming a second electrode layer that is an electrode opposite to the first electrode layer, wherein the photoelectric conversion layer forming step is performed by using an ionic liquid. A method for producing an organic thin-film solar cell, comprising: applying a coating liquid for forming a photoelectric conversion layer in which an organic semiconductor material is dissolved or dispersed as a medium, and solidifying the ionic liquid. provide.
本発明によれば、光電変換層形成用塗工液に用いられるイオン性液体は有機半導体材料を十分に溶解または分散させることが可能なものであり、このような光電変換層形成用塗工液を用いて形成した光電変換層中には光電変換層として機能するのに十分な有機半導体材料を含有させることが可能である。また、従来のように有機半導体材料の溶解量の極めて少ない塗工液を塗布し、多量の有機溶媒を除去して固化し成膜するものと異なり、本発明においては、光電変換層形成用塗工液を塗布後、光照射または加熱等によりイオン性液体を固体化して成膜するものであるので、膜表面の平滑性が良好であり、有機半導体材料の分散性も良好な光電変換層を形成することができる。さらに、用いるイオン性液体自体が、光電変換層中において有機半導体として機能するものとすることも可能である。これにより、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池を製造することができる。 According to the present invention, the ionic liquid used for the photoelectric conversion layer forming coating liquid is capable of sufficiently dissolving or dispersing the organic semiconductor material, and such a photoelectric conversion layer forming coating liquid. The photoelectric conversion layer formed using can contain an organic semiconductor material sufficient to function as a photoelectric conversion layer. Also, unlike the conventional one in which a coating solution having an extremely small amount of organic semiconductor material dissolved is applied and a large amount of organic solvent is removed and solidified to form a film, in the present invention, a coating for forming a photoelectric conversion layer is used. Since the ionic liquid is solidified by light irradiation or heating after application of the working solution, the photoelectric conversion layer has good film surface smoothness and good dispersibility of the organic semiconductor material. Can be formed. Furthermore, the ionic liquid used itself can function as an organic semiconductor in the photoelectric conversion layer. Thereby, an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency can be manufactured.
本発明によれば、平滑性および有機半導体材料の分散性の良好な光電変換層を形成することが可能であり、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it is possible to form a photoelectric converting layer with favorable smoothness and the dispersibility of an organic-semiconductor material, and it can be set as an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency.
本発明は、有機薄膜太陽電池およびその製造方法を含むものである。以下、本発明の有機薄膜太陽電池およびその製造方法について詳細に説明する。 The present invention includes an organic thin film solar cell and a method for producing the same. Hereinafter, the organic thin-film solar cell and the manufacturing method thereof of the present invention will be described in detail.
A.有機薄膜太陽電池
まず、本発明の有機薄膜太陽電池について説明する。
A. First, the organic thin film solar cell of the present invention will be described.
本発明の有機薄膜太陽電池は、基板と、上記基板上に形成された第1電極層と、上記第1電極層上に形成された光電変換層と、上記光電変換層上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層とを有する有機薄膜太陽電池であって、上記光電変換層は、イオン性液体を固体化してなる導電性化合物と、有機半導体材料とを含有することを特徴とするものである。 The organic thin film solar cell of the present invention is formed on a substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode layer, and the photoelectric conversion layer, An organic thin-film solar cell having a second electrode layer that is an electrode facing the first electrode layer, wherein the photoelectric conversion layer contains a conductive compound obtained by solidifying an ionic liquid and an organic semiconductor material It is characterized by doing.
本発明において、光電変換層がイオン性液体を固体化してなる導電性化合物と有機半導体材料とを含有するものであれば、イオン性液体に有機半導体材料を溶解または分散させた光電変換層形成用塗工液を用いて、これを塗布した後、固化させることにより光電変換層を得ることができる。通常、上記イオン性液体は有機半導体材料を十分に溶解または分散させることが可能なものであり、このような光電変換層形成用塗工液を固化させた光電変換層中には光電変換層として機能するのに十分な有機半導体材料を含有させることが可能である。 In the present invention, if the photoelectric conversion layer contains a conductive compound obtained by solidifying an ionic liquid and an organic semiconductor material, the photoelectric conversion layer is formed by dissolving or dispersing the organic semiconductor material in the ionic liquid. A photoelectric conversion layer can be obtained by solidifying after applying this using a coating liquid. Usually, the ionic liquid is capable of sufficiently dissolving or dispersing the organic semiconductor material, and in the photoelectric conversion layer obtained by solidifying such a coating liquid for forming a photoelectric conversion layer, a photoelectric conversion layer is used. It is possible to include enough organic semiconductor material to function.
また、上記光電変換層は、従来のように有機半導体材料の溶解量の極めて少ない塗工液を塗布し、多量の有機溶媒を除去して固化し成膜するものと異なり、光電変換層形成用塗工液を塗布後、光照射または加熱により媒体であるイオン性液体を固体化して成膜するものであるので、膜表面の平滑性が良好であり、有機半導体材料の分散性も良好な光電変換層とすることができる。 In addition, the photoelectric conversion layer is different from the conventional one in which a coating solution with a very small amount of organic semiconductor material dissolved is applied and a large amount of organic solvent is removed and solidified to form a film. Since the ionic liquid, which is a medium, is solidified by light irradiation or heating after coating, the film surface is smooth and the organic semiconductor material has good dispersibility. It can be a conversion layer.
さらに、用いるイオン性液体自体が、光電変換層中において光電変換反応に寄与することができるので、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。 Furthermore, since the ionic liquid used itself can contribute to a photoelectric conversion reaction in the photoelectric conversion layer, an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency can be obtained.
図1は、本発明の有機薄膜太陽電池の一例を示す概略断面図である。図1に示すように、本発明の有機薄膜太陽電池は、基板1と、上記基板1上に形成された第1電極層2と、上記第1電極層2上に形成された光電変換層3と、上記光電変換層3上に形成され、上記第1電極層2と対向する電極である第2電極層4とを有するものである。
以下、このような有機薄膜太陽電池の各構成について説明する。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of the organic thin film solar cell of the present invention. As shown in FIG. 1, the organic thin film solar cell of the present invention includes a
Hereinafter, each structure of such an organic thin film solar cell is demonstrated.
1.光電変換層
まず、本発明に用いられる光電変換層について説明する。本発明において光電変換層は、イオン性液体を固体化してなる導電性化合物と、有機半導体材料とを含有するものである。
1. Photoelectric Conversion Layer First, the photoelectric conversion layer used in the present invention will be described. In the present invention, the photoelectric conversion layer contains a conductive compound obtained by solidifying an ionic liquid and an organic semiconductor material.
本発明によれば、光電変換層がイオン性液体を固体化してなる導電性高分子と有機半導体材料とを含有することから、イオン性液体に有機半導体材料を溶解または分散させた光電変換層形成用塗工液を用い、これを塗布した後、有機半導体材料およびイオン性液体を固化させることにより光電変換層を得ることができる。通常、上記イオン性液体は有機半導体材料を十分に溶解または分散させることが可能なものであり、これらを固化させた光電変換層中には光電変換層として機能するのに十分な有機半導体材料を含有させることが可能である。 According to the present invention, since the photoelectric conversion layer contains the conductive polymer formed by solidifying the ionic liquid and the organic semiconductor material, the photoelectric conversion layer is formed by dissolving or dispersing the organic semiconductor material in the ionic liquid. After applying the coating liquid and applying it, the organic semiconductor material and the ionic liquid are solidified to obtain a photoelectric conversion layer. Usually, the ionic liquid can sufficiently dissolve or disperse the organic semiconductor material, and in the photoelectric conversion layer obtained by solidifying these, an organic semiconductor material sufficient to function as a photoelectric conversion layer is provided. It can be contained.
また、従来では、有機半導体材料の溶媒への溶解性または分散性が乏しいことから、有機半導体材料の溶解量の極めて少ない塗工液を用いて塗布し、多量の溶媒を除去して固化し成膜していたため、成膜後の平滑性に欠けるという不具合が生じていた。特に、電子供与性を有する有機半導体材料と電子受容性を有する有機半導体材料とを混合した塗工液を用いて光電変換層を形成する場合は、有機半導体材料の分散性が悪いと、光電変換層中でpn接合が形成されにくくなるため、エネルギー変換効率が低くなるという不都合もあった。しかしながら、本発明においては、有機半導体材料の溶解性および分散性の良好なイオン性液体を媒体として用いた光電変換層形成用塗工液を塗布し、光照射または加熱によりイオン性液体を固体化して成膜するものであるので、成膜後の平滑性が良好であり、有機半導体材料の分散性も良好な光電変換層とすることができる。 Conventionally, since the solubility or dispersibility of the organic semiconductor material in the solvent is poor, the organic semiconductor material is applied using a coating solution with a very small amount of dissolution, and a large amount of the solvent is removed to solidify and form. Since the film was formed, there was a problem that the film was not smooth after film formation. In particular, when a photoelectric conversion layer is formed using a coating liquid in which an organic semiconductor material having an electron donating property and an organic semiconductor material having an electron accepting property are mixed, if the dispersibility of the organic semiconductor material is poor, photoelectric conversion Since it becomes difficult to form a pn junction in the layer, there is also a disadvantage that the energy conversion efficiency is lowered. However, in the present invention, a coating solution for forming a photoelectric conversion layer using an ionic liquid having a good solubility and dispersibility of an organic semiconductor material as a medium is applied, and the ionic liquid is solidified by light irradiation or heating. Therefore, a photoelectric conversion layer having good smoothness after film formation and good dispersibility of the organic semiconductor material can be obtained.
さらに、イオン性液体自体が、光電変換層中において有機半導体として機能するものとすることも可能である。これにより、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。
以下、このような光電変換層を構成する材料について説明する。
Further, the ionic liquid itself can function as an organic semiconductor in the photoelectric conversion layer. Thereby, it can be set as an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency.
Hereinafter, the material which comprises such a photoelectric converting layer is demonstrated.
(1)イオン性液体
まず、本発明に用いられるイオン性液体について説明する。
(1) Ionic liquid First, the ionic liquid used in the present invention will be described.
一般に塩は常温で固体であるが、加熱していくとある温度で溶解し液体(溶融塩)となる。しかしながら、数百℃という融点の高さが障壁となり、広範囲への適用は進まなかった。これに対し、最近になって、有機のカチオンおよびアニオンを用いて、室温で液体となる系が見出された。これらは、常温溶融塩またはイオン性液体と呼ばれている。 Generally, a salt is solid at room temperature, but when heated, it dissolves at a certain temperature and becomes a liquid (molten salt). However, the high melting point of several hundred degrees Celsius became a barrier, and application to a wide range did not progress. In contrast, recently, a system that uses an organic cation and an anion to become a liquid at room temperature has been found. These are called room temperature molten salts or ionic liquids.
イオン性液体を形成するイオンの構成は様々であり、例えばエチルメチルイミダゾリウムカチオンと、BF4 −、PF6 −、または(CF3SO2)2N−(TFSI−とも称する)等とを組み合わせた系は室温で液体となる。さらに、TFSIアニオンを用いた場合は、塩でありながら水に不溶の塩となる。 There are various configurations of ions forming the ionic liquid, for example, a combination of ethylmethylimidazolium cation and BF 4 − , PF 6 − , (CF 3 SO 2 ) 2 N − (also referred to as TFSI − ) or the like. The system becomes liquid at room temperature. Furthermore, when a TFSI anion is used, it is a salt that is insoluble in water although it is a salt.
イオン性液体は一般の溶液では達成できない高いイオン密度を有し、かつイオン移動度も大きいため、極めて高いイオン伝導度を示し、さらに様々な塩の良溶媒となるため、新規イオン伝導性マトリックスとして期待されている。また、イオン性液体は溶媒としても有用であり、これまで様々な溶媒に対して溶解性が極めて低かった材料に対しても溶解性を有するケースが多い。 Since ionic liquids have a high ion density that cannot be achieved by general solutions and have high ion mobility, they exhibit extremely high ionic conductivity and are good solvents for various salts. Expected. In addition, the ionic liquid is useful as a solvent, and in many cases, the ionic liquid has solubility in materials that have been extremely low in solubility in various solvents.
特に高分子材料、中でも共役系高分子材料の溶解性または分散性を有することは特筆すべきことである。有機薄膜太陽電池を含む有機系デバイスに用いられる光電変換材料の過半はこの共役系の発達した高分子であり、光電変換材料として高性能であればあるほど、その溶媒への溶解性、分散性は低いものとなる傾向にある。コストパフォーマンスの良好な湿式塗工法により光電変換層を形成するために、これまでに材料の溶解性および分散性向上には多くの努力がなされており、その重要性は非常に高いといえる。 It is particularly noteworthy that the polymer material, particularly the conjugated polymer material has solubility or dispersibility. The majority of photoelectric conversion materials used in organic devices including organic thin-film solar cells are developed polymers of this conjugated system. The higher the performance as a photoelectric conversion material, the more soluble and dispersible it is in the solvent. Tend to be low. In order to form a photoelectric conversion layer by a wet coating method with good cost performance, many efforts have been made so far to improve the solubility and dispersibility of materials, and the importance is very high.
このようなイオン性液体としては、イオン性液体“開発の最前線と未来”p.196−201 大野弘幸ら監修「イオン性液体の高分子化」に詳しい。 Examples of such ionic liquids include ionic liquids "Frontiers and Future of Development" p. 196-201 Supervised by Hiroyuki Ohno et al.
本発明に用いられるイオン性液体としては、後述する有機半導体材料の溶解性または分散性が良好であり、イオン性液体を固体化させた際に導電性を有するものであれば、特に限定されない。また上述したように、イオン性液体はカチオンとアニオンとからなるものである。 The ionic liquid used in the present invention is not particularly limited as long as the organic semiconductor material described later has good solubility or dispersibility and has conductivity when the ionic liquid is solidified. Further, as described above, the ionic liquid is composed of a cation and an anion.
このようなイオン性液体のカチオンとしては、大きく分けて芳香族カチオンおよび脂肪族カチオン等が挙げられる。例えば、芳香族カチオンとしてはイミダゾリウム、ピリジニウム、ピラゾリウム等を用いることができ、脂肪族カチオンとしてはアンモニウム等を用いることができる。 Such cations of the ionic liquid are roughly classified into aromatic cations and aliphatic cations. For example, imidazolium, pyridinium, pyrazolium, or the like can be used as the aromatic cation, and ammonium or the like can be used as the aliphatic cation.
上記イミダゾリウムとしては、エチルメチルイミダゾリウム(EMI)、ブチルメチルイミダゾリウム(BMI)、オクチルメチルイミダゾリウム(OMI)等が挙げられる。
また、上記ピリジニウムとしては、1−ブチルピリジニウム塩(BP)等が挙げられる。
さらに、上記アンモニウムとしては、トリメチルプロピルアンモニウム(TMPA)等の非対称4級アンモニウム等が挙げられる。
Examples of the imidazolium include ethylmethylimidazolium (EMI), butylmethylimidazolium (BMI), octylmethylimidazolium (OMI), and the like.
Examples of the pyridinium include 1-butylpyridinium salt (BP).
Furthermore, examples of the ammonium include asymmetric quaternary ammonium such as trimethylpropylammonium (TMPA).
一方、本発明に用いられるイオン性液体のアニオンとしては、上記カチオンと塩を形成し、その塩が室温で液体となるものであれば特に限定されないが、例えば(CF3SO2)2N−(TFSI−とも称する)、(CF3SO2)2C−(以下、TFSM−とも称する)、(CF3SO3)−(以下、TF−とも称する)、n−C4F9SO3 −、PF6 −、BF4 −等の含フッ素アニオン;N−シクロヘキシル−2−アミノエタンスルホン酸アニオン(以下、CHES−とも称する)、2−ヒドロキシ−3−モルフォリノプロパンスルホン酸アニオン(以下、MOPSO−とも称する)、N,N−ビス(2−ヒドロキシエチル)−2−アミノエタンスルホン酸アニオン(以下、BES−とも称する)等のスルホン酸アニオン等が挙げられる。また、アニオンとしては、NO3 −、SCN−、Br−、AlCl4 −等を用いることもできる。 On the other hand, the anion of the ionic liquid used in the present invention is not particularly limited as long as it forms a salt with the above cation and the salt becomes liquid at room temperature. For example, (CF 3 SO 2 ) 2 N − (TFSI - and also referred to), (CF 3 SO 2) 2 C - ( hereinafter, TFSM - and also referred to), (CF 3 SO 3) - ( hereinafter, TF - and also referred to), n-C 4 F 9 SO 3 - , PF 6 -, BF 4 -, etc. of the fluorine-containing anion; N- cyclohexyl-2-aminoethanesulfonic acid anion (hereinafter, CHES - and also referred to), 2-hydroxy-3-morpholinopropane-sulfonic acid anion (hereinafter, MOPSO - and also referred to), N, N-bis (2-hydroxyethyl) -2-aminoethanesulfonic acid anion (hereinafter, BES - and also referred to) sul such Examples include phosphonic acid anions. In addition, as the anion, NO 3 − , SCN − , Br − , AlCl 4 − or the like can be used.
また、本発明に用いられるイオン性液体としては、カチオンおよびアニオンの両方を分子内に固定したZwitterionic(双生イオン)型のイオン性液体も使用することができる。例えば、1−エチルイミダゾリウム−3−n−プロパンスルフォネート(EIm3S)、1−エチルイミダゾリウム−3−n−ブタンスルフォネート(EIm4S)等が挙げられる。 Further, as the ionic liquid used in the present invention, a Zwitterionic (zwitter ion) type ionic liquid in which both a cation and an anion are immobilized in the molecule can be used. For example, 1-ethylimidazolium-3-n-propanesulfonate (EIm3S), 1-ethylimidazolium-3-n-butanesulfonate (EIm4S), and the like can be given.
本発明においては、上記の中でも、イオン性液体のアニオンがイミダゾリウムであるイミダゾリウム塩を用いることが好ましい。これまでに見出されているイオン性液体の種類は少なく、イミダゾリウム塩が現在知られているイオン性液体の中で一般的であり、本発明への応用が容易であるからである。上記イミダゾリウム塩としては、例えばエチルメチルイミダゾリウム(EMI)またはブチルメチルイミダゾリウム(BMI)と、PF6 −、BF4 −、または(CF3SO2)2N−(TFSI−)との組み合わせが好適に用いられる。 In the present invention, among the above, it is preferable to use an imidazolium salt in which the anion of the ionic liquid is imidazolium. This is because there are few types of ionic liquids that have been found so far, and imidazolium salts are common among ionic liquids that are currently known, and are easily applied to the present invention. Examples of the imidazolium salt include a combination of ethylmethylimidazolium (EMI) or butylmethylimidazolium (BMI) and PF 6 − , BF 4 − , or (CF 3 SO 2 ) 2 N − (TFSI − ). Are preferably used.
また、本発明においては、上記イオン性液体が重合性基を有することが好ましい。イオン性液体と後述する有機半導体材料とを含有する光電変換層形成用塗工液を用いて光電変換層を形成する際に、イオン性液体が重合性基を有することにより、イオン性液体を重合させて成膜することができ、平滑性および有機半導体材料の分散性が良好であり、さらに膜強度の高い光電変換層を形成することが可能となるからである。さらに、イオン性液体は、分子鎖末端に重合性基を有することが好ましい。 In the present invention, the ionic liquid preferably has a polymerizable group. When forming a photoelectric conversion layer using a coating liquid for forming a photoelectric conversion layer containing an ionic liquid and an organic semiconductor material described later, the ionic liquid has a polymerizable group, thereby polymerizing the ionic liquid. This is because it is possible to form a photoelectric conversion layer having excellent smoothness and dispersibility of the organic semiconductor material and higher film strength. Furthermore, the ionic liquid preferably has a polymerizable group at the molecular chain end.
このような重合性基としては、重合可能な官能基であれば特に限定されないが、例えばビニル基、(メタ)アクリル基、エポキシ基、スチリル基、メタクリロイル基、アリル基等が挙げられる。また、オキセタニル基のような光重合可能な重合性基であってもよい。 Such a polymerizable group is not particularly limited as long as it is a polymerizable functional group, and examples thereof include a vinyl group, a (meth) acryl group, an epoxy group, a styryl group, a methacryloyl group, and an allyl group. Further, it may be a photopolymerizable polymerizable group such as an oxetanyl group.
本発明においては、上記イオン性液体がイミダゾリウム塩であり、重合性基を有することが好ましく、このようなイオン性液体としては例えばビニルイミダゾール等が挙げられる。この場合、上述したようにイオン性液体は分子鎖末端にビニル基やアクリル基等の重合性基を有することが好ましいのであるが、イオン性液体の部位にビニル基やアクリル基等の重合性基が結合していてもよく、イオン性液体の部位とビニル基やアクリル基等の重合性基との間にスペーサーが導入されていてもよい。
特に、本発明に用いられるイオン性液体としては、下記一般式(1)で表される化合物であることが好ましい。
In the present invention, the ionic liquid is an imidazolium salt and preferably has a polymerizable group. Examples of such ionic liquid include vinylimidazole. In this case, as described above, the ionic liquid preferably has a polymerizable group such as a vinyl group or an acrylic group at the molecular chain terminal, but a polymerizable group such as a vinyl group or an acrylic group is present at the site of the ionic liquid. May be bonded, and a spacer may be introduced between the site of the ionic liquid and a polymerizable group such as a vinyl group or an acrylic group.
In particular, the ionic liquid used in the present invention is preferably a compound represented by the following general formula (1).
なお、上記一般式(1)において、X−はBr−、PF6 −または(CF3SO2)2N−(TFSI)のいずれかを表す。また、アルキル鎖の鎖長を示すnは、1〜100の範囲で任意の整数をとり得るが、1〜20の範囲であることが好ましく、2〜10の範囲であることがさらに好ましい。 In the above general formula (1), X - is Br -, PF 6 - represents either (TFSI) - or (CF 3 SO 2) 2 N . Moreover, although n which shows the chain length of an alkyl chain can take arbitrary integers in the range of 1-100, it is preferable that it is the range of 1-20, and it is more preferable that it is the range of 2-10.
このような一般式(1)で表される化合物は、有機半導体材料の溶解性が良好であり、フレキシビリティが高く、追従性および安定性に優れるからである。 This is because the compound represented by the general formula (1) has good solubility of the organic semiconductor material, high flexibility, and excellent followability and stability.
また、本発明において、上記イオン性液体は、多くの場合、後述する有機半導体材料を溶解または分散させる媒体や、光電変換層中におけるマトリックスとして機能するが、光電変換層中において有機半導体として機能するものもある。イオン性液体が有機半導体として機能する場合は、後述する有機半導体材料との間で電荷分離が生じることから、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池とすることができる。 In the present invention, the ionic liquid often functions as a medium in which an organic semiconductor material described later is dissolved or dispersed or a matrix in the photoelectric conversion layer, but functions as an organic semiconductor in the photoelectric conversion layer. There are also things. When the ionic liquid functions as an organic semiconductor, charge separation occurs between the organic semiconductor material described later, and thus an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency can be obtained.
(2)イオン性液体を固体化してなる導電性化合物
次に、本発明に用いられるイオン性液体を固体化してなる導電性化合物について説明する。本発明において導電性化合物は、上記イオン性液体を固体化することにより形成される。
(2) Conductive compound formed by solidifying ionic liquid Next, the conductive compound formed by solidifying the ionic liquid used in the present invention will be described. In the present invention, the conductive compound is formed by solidifying the ionic liquid.
上記イオン性液体を固体化する方法としては、大きく分けて3つに分類される。(i)ホスト高分子にイオン性液体を含浸させてゲル電解質を形成する方法、(ii)イオン性液体の形成により高分子が形成される方法、(iii)イオン性液体自身を主鎖および側鎖に固定して高分子を形成する方法である。以下、それぞれに分けて説明する。 The methods for solidifying the ionic liquid are roughly classified into three methods. (I) a method in which a host polymer is impregnated with an ionic liquid to form a gel electrolyte, (ii) a method in which a polymer is formed by forming an ionic liquid, and (iii) the ionic liquid itself as a main chain and side It is a method of forming a polymer by fixing to a chain. In the following, description will be given separately.
(i)ホスト高分子にイオン性液体を含浸させてゲル電解質を形成する方法
イオン性液体を用いたゲル電解質の開発は、設計および合成の容易さ等から、イオン性液体の固体化として最も広く行われており、そのホスト高分子の種類も多岐にわたる。ゲル電解質を形成する方法は、ホスト高分子にイオン性液体を含浸させることにより行われることから、膜形成能を有するだけでなく、イオン性液体の特徴を損なわずに固体化できることが利点として挙げられる。
(I) Method of forming a gel electrolyte by impregnating a host polymer with an ionic liquid The development of a gel electrolyte using an ionic liquid is the most widely used as solidification of an ionic liquid because of its ease of design and synthesis. There are many types of host polymers. Since the method for forming the gel electrolyte is performed by impregnating the host polymer with the ionic liquid, not only has the film forming ability, but also can be solidified without impairing the characteristics of the ionic liquid. It is done.
本発明に用いられるホスト高分子としては、一般にゲル電解質に用いられている高分子を使用することができ、例えばポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリフッ化ビニリデンおよび6フッ化プロピレンの共重合体(PVdF−HFP)、Nafion(登録商標)、2−ヒドロキシエチルメタクリレート等が挙げられる。 As the host polymer used in the present invention, polymers generally used in gel electrolytes can be used. For example, polyvinylidene fluoride (PVdF), a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVdF) -HFP), Nafion (registered trademark), 2-hydroxyethyl methacrylate and the like.
また、後述する有機半導体材料であるカーボンナノチューブ等を、ホスト高分子として用いることもできる。この場合、カーボンナノチューブにイオン性液体を含浸させると、カーボンナノチューブとイオン性液体との相互作用により、イオン性液体を配向させることができるので、有機半導体材料の分散性がよく、均一な膜を形成することができる。 In addition, carbon nanotubes, which are organic semiconductor materials described later, can also be used as the host polymer. In this case, when the carbon nanotube is impregnated with the ionic liquid, the ionic liquid can be oriented by the interaction between the carbon nanotube and the ionic liquid. Therefore, the organic semiconductor material has good dispersibility and a uniform film. Can be formed.
上記ゲル電解質としては、具体的にZwitterionic型のイオン性液体をフッ素系ポリマーに含浸させたものが挙げられる。 Specific examples of the gel electrolyte include those in which a fluorine-based polymer is impregnated with a Zwitterionic type ionic liquid.
ここで、上記(i)の方法においては、上記ゲル電解質が本発明における導電性化合物である。 Here, in the method (i), the gel electrolyte is a conductive compound in the present invention.
(ii)イオン性液体の形成により高分子が形成される方法
イオン性液体の形成により高分子が形成されるとは、分子の末端に反対電荷が固定されたイオン性液体を混合すると、分子の末端においてイオン結合が形成されるため、主鎖の高い運動性を保持したまま末端のイオン結合を介して擬似的な高分子が形成されるというものである。しかしながら、上記の擬似的な高分子では、比較的分子量の小さい分子がイオン結合を介して結合しているため、力学的強度に劣る場合がある。
(Ii) Method of forming a polymer by the formation of an ionic liquid The formation of a polymer by the formation of an ionic liquid means that when an ionic liquid with an opposite charge fixed to the end of the molecule is mixed, Since an ionic bond is formed at the terminal, a pseudo polymer is formed through the terminal ionic bond while maintaining high mobility of the main chain. However, in the above-described pseudo polymer, molecules having a relatively small molecular weight are bonded through ionic bonds, so that the mechanical strength may be inferior.
このようなイオン性液体の形成により高分子が形成されるものとしては、例えばイオン伝導性高分子であるポリエチレンオキシド(PEO)の末端に塩構造を固定したPEO/塩ハイブリッドが挙げられる。このPEO/塩ハイブリッドは、PEO鎖が短い場合に室温で液体となる。 Examples of the polymer formed by the formation of such an ionic liquid include a PEO / salt hybrid in which a salt structure is fixed to the end of polyethylene oxide (PEO) which is an ion conductive polymer. This PEO / salt hybrid becomes liquid at room temperature when the PEO chain is short.
ここで、上記(ii)の方法においては、上記擬似的な高分子が本発明における導電性化合物である。 Here, in the method (ii), the pseudo polymer is the conductive compound in the present invention.
(iii)イオン性液体自身を主鎖および側鎖に固定して高分子を形成する方法
イオン性液体が、上述したように重合性基を有する場合は、光照射または加熱によりイオン性液体を重合させて高分子とし、固体化することができる。
(Iii) A method of forming a polymer by fixing the ionic liquid itself to the main chain and side chain When the ionic liquid has a polymerizable group as described above, the ionic liquid is polymerized by light irradiation or heating. It can be made into a polymer and solidified.
このような重合性基を有するイオン性液体としては、上記イオン性液体の欄に記載したものと同様のものを用いることができる。 As the ionic liquid having such a polymerizable group, the same ionic liquid as that described in the column of the ionic liquid can be used.
また、イオン性液体を重合させる方法としては、後述する「B.有機薄膜太陽電池の製造方法」に記載するため、ここでの説明は省略する。 Moreover, since it describes in "B. manufacturing method of an organic thin film solar cell" mentioned later as a method of superposing | polymerizing an ionic liquid, description here is abbreviate | omitted.
上記イオン性液体を重合させた際の結合様式としては、数多くあり、例えば(a)イオン性液体が側鎖に固定されており、主鎖とイオン性液体との間にスペーサー分子を導入することにより、側鎖末端のイオン性液体の自由度が高く保たれているイオン性液体型高分子ブラシ、(b)イオン性液体のカチオンが主鎖または側鎖に固定されたカチオン系ポリマー、(c)イオン性液体のアニオンが主鎖または側鎖に固定されたアニオン系ポリマー、(d)Zwitterionic型のイオン性液体が主鎖または側鎖に固定されたZwitterionic型ポリマー、(e)イオン性液体のカチオンおよびアニオンがそれぞれ異なる主鎖または側鎖に固定されたポリマーブレンド、(f)イオン性液体のカチオンおよびアニオンがそれぞれ同一の主鎖または側鎖に固定されたコポリマー等が挙げられる。 There are many bonding modes when polymerizing the above ionic liquid. For example, (a) the ionic liquid is fixed to the side chain, and a spacer molecule is introduced between the main chain and the ionic liquid. (B) a cationic polymer in which a cation of the ionic liquid is fixed to the main chain or the side chain, (c) ) Anionic polymer in which the anion of the ionic liquid is fixed to the main chain or side chain, (d) Zwitterionic type polymer in which the ionic liquid of Zwitterionic type is fixed to the main chain or side chain, (e) of the ionic liquid A polymer blend in which cations and anions are respectively fixed to different main chains or side chains; (f) a copolymer blend in which cations and anions of an ionic liquid are respectively fixed to the same main chain or side chains; Rimmer, and the like.
ここで、上記(iii)の方法においては、上記(a)〜(f)に示すような高分子が本発明における導電性化合物である。 Here, in the method (iii), polymers as shown in the above (a) to (f) are the conductive compounds in the present invention.
本発明においては、上記イオン性液体を固体化してなる導電性化合物が、上記のイオン性液体を固体化する方法の中でも、イオン性液体自身を主鎖および側鎖に固定して高分子を形成する方法により形成されたものであることが好ましい。この方法は、イオン性液体を重合させることにより成膜することができ、平滑性および有機半導体材料の分散性が良好であり、さらに膜強度の高い光電変換層を形成することが可能となるからである。 In the present invention, the conductive compound obtained by solidifying the ionic liquid forms a polymer by fixing the ionic liquid itself to the main chain and the side chain among the methods for solidifying the ionic liquid. It is preferable that it is formed by the method. In this method, a film can be formed by polymerizing an ionic liquid, smoothness and dispersibility of the organic semiconductor material are good, and a photoelectric conversion layer having high film strength can be formed. It is.
また、本発明において、上記イオン性液体を固体化してなる導電性化合物としては、媒体およびマトリックスとしての機能に加えて、成膜した際の可撓性、耐光性、熱安定性、耐湿性等に優れるものであることが好ましい。 In the present invention, as the conductive compound obtained by solidifying the ionic liquid, in addition to the function as a medium and a matrix, flexibility, light resistance, thermal stability, moisture resistance, etc. when forming a film It is preferable to be excellent.
(3)有機半導体材料
次に、本発明に用いられる有機半導体材料について説明する。本発明において有機半導体材料は、電子供与性または電子受容性の性質を有するものである。
(3) Organic Semiconductor Material Next, the organic semiconductor material used in the present invention will be described. In the present invention, the organic semiconductor material has an electron donating property or an electron accepting property.
本発明における光電変換層は、上記イオン性液体を固体化してなる導電性化合物と有機半導体材料とを有するものである。また、本発明において、光電変換層とは、有機薄膜太陽電池の電荷分離に寄与し、生じた電子および正孔を各々反対方向の電極に向って輸送させる機能を有する部材を意味する。具体的にこのような光電変換層としては、電子供与体として機能する正孔輸送層または電子受容体として機能する電子輸送層の少なくとも一方を有する場合、電子供与体および電子受容体の両方の機能を有する電子正孔輸送層からなる場合等を挙げることができる。これら光電変換層の種類は、有機薄膜太陽電池の種類に応じて選択する。 The photoelectric conversion layer in the present invention has a conductive compound obtained by solidifying the ionic liquid and an organic semiconductor material. Moreover, in this invention, a photoelectric converting layer means the member which has a function which contributes to electric charge separation of an organic thin-film solar cell, and transports the produced | generated electron and a hole toward the electrode of an opposite direction, respectively. Specifically, when such a photoelectric conversion layer has at least one of a hole transport layer that functions as an electron donor or an electron transport layer that functions as an electron acceptor, the function of both an electron donor and an electron acceptor The case where it consists of an electron hole transport layer which has this can be mentioned. The kind of these photoelectric conversion layers is selected according to the kind of organic thin film solar cell.
具体的に有機薄膜太陽電池の種類としては、電子供与性または電子受容性のいずれか一方の機能を有する、すなわち、上記電子輸送層または正孔輸送層のいずれか一方である光電変換層が、第1電極層および第2電極層間に配置されており、電極とそのような光電変換層とのショットキー障壁を利用したショットキー型有機薄膜太陽電池、または、電子受容性および電子供与性の機能を一組として、pn接合を利用したヘテロ接合型有機薄膜太陽電池等を挙げることができる。 Specifically, as the type of organic thin film solar cell, the photoelectric conversion layer having either one of the electron donating function and the electron accepting function, that is, the electron transport layer or the hole transport layer, A Schottky-type organic thin-film solar cell that is disposed between the first electrode layer and the second electrode layer and uses a Schottky barrier between the electrode and such a photoelectric conversion layer, or an electron accepting and electron donating function As a set, a heterojunction organic thin film solar cell using a pn junction can be used.
さらに、ヘテロ接合型有機薄膜太陽電池においては、電子受容性の機能を有する電子輸送層および電子供与性の機能を有する正孔輸送層を各々別個に積層させた構造のバイレイヤー型と、電子供与性および電子受容性の機能を一つの層に混合させた電子正孔輸送層を用いたバルクへテロ接合型とがある。 Furthermore, in heterojunction organic thin-film solar cells, a bilayer type having a structure in which an electron transport layer having an electron-accepting function and a hole transport layer having an electron-donating function are separately laminated, and electron donation There is a bulk heterojunction type using an electron-hole transport layer in which the functions of the electron accepting function and the electron accepting function are mixed in one layer.
以下、光電変換層に用いる有機半導体材料について、有機薄膜太陽電池の種類が、ショットキー型、ヘテロ接合型の各々の場合に分けて説明する。 Hereinafter, the organic semiconductor material used for the photoelectric conversion layer will be described separately for each case where the type of the organic thin film solar cell is a Schottky type or a heterojunction type.
(i)ショットキー型有機薄膜太陽電池の場合
本発明における光電変換層を電子供与性または電子受容性のいずれか一方の機能を有する層、すなわち、電子輸送層または正孔輸送層のいずれか一方とすることにより、そのような光電変換層と電極との界面において形成されるショットキー障壁を利用して光電流を得るショットキー型有機薄膜太陽電池とすることができる。
(I) In the case of a Schottky type organic thin film solar cell The photoelectric conversion layer in the present invention is a layer having either an electron donating function or an electron accepting function, that is, either an electron transporting layer or a hole transporting layer. Thus, a Schottky-type organic thin-film solar cell that obtains a photocurrent using such a Schottky barrier formed at the interface between the photoelectric conversion layer and the electrode can be obtained.
例えば、光電変換層を正孔輸送層とした場合には、第1電極層および第2電極層のうち仕事関数が小さい方の電極との界面にショットキー障壁が形成されるため、その界面において光電荷分離を生じさせることができる。一方、光電変換層を電子輸送層とした場合には、上述した第1電極層および第2電極層のうち仕事関数が大きい方の電極との界面で光電流を生じさせることができる。 For example, when the photoelectric conversion layer is a hole transport layer, a Schottky barrier is formed at the interface between the first electrode layer and the second electrode layer with the smaller work function. Photocharge separation can occur. On the other hand, when the photoelectric conversion layer is an electron transport layer, a photocurrent can be generated at the interface with the electrode having the higher work function of the first electrode layer and the second electrode layer described above.
このようにショットキー型有機薄膜太陽電池とした場合に、有機半導体材料は、電子供与性または電子受容性の性質を有するものであれば特に限定されない。具体的には、ペンタセンなどの有機単結晶、ポリ−3−メチルチオフェン、ポリアセチレン、ポリフェニレンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、ポリアルキルチオフェンおよびその誘導体等の導電性高分子およびその誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、メロシアニン誘導体、クロロフィル等の合成色素、有機金属ポリマー等を挙げることができる。ショットキー型有機薄膜太陽電池における光電変換層は、電子供与性または電子受容性のいずれか一方の有機半導体材料を用いて形成する。中でも、電荷の移動度が高いものであることが好ましい。 Thus, when it is set as a Schottky type organic thin film solar cell, if an organic-semiconductor material has an electron-donating property or an electron-accepting property, it will not specifically limit. Specifically, conductive polymers such as organic single crystals such as pentacene, poly-3-methylthiophene, polyacetylene, polyphenylene and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polysilane and derivatives thereof, polyalkylthiophene and derivatives thereof, and the like Derivatives thereof, porphyrin derivatives, phthalocyanine derivatives, merocyanine derivatives, synthetic pigments such as chlorophyll, organometallic polymers, and the like can be mentioned. The photoelectric conversion layer in the Schottky-type organic thin film solar cell is formed using either an electron-donating or electron-accepting organic semiconductor material. Among them, it is preferable that the charge mobility is high.
(ii)ヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の場合
ヘテロ接合型有機薄膜太陽電池は、上述したように、バイレイヤー型と、バルクへテロ接合型とに分けることができる。以下、光電変換層に用いる有機半導体材料についてバイレイヤー型およびバルクヘテロ接合型に分けて説明する。
(Ii) In the case of a heterojunction type organic thin film solar cell As described above, the heterojunction type organic thin film solar cell can be divided into a bilayer type and a bulk heterojunction type. Hereinafter, the organic semiconductor material used for the photoelectric conversion layer will be described separately for a bilayer type and a bulk heterojunction type.
(バイレイヤー型有機薄膜太陽電池の場合)
バイレイヤー型有機薄膜太陽電池は、光電変換層として、電子受容性の機能を有する電子輸送層および電子供与性の機能を有する正孔輸送層を各々別個に形成し、それらの界面において形成されるpn接合を利用して光電荷分離を生じさせ、光電流を得る有機薄膜太陽電池である。
(In the case of bilayer type organic thin film solar cells)
Bi-layer organic thin-film solar cells are formed at the interface between the electron transport layer having the electron-accepting function and the hole transport layer having the electron-donating function separately as the photoelectric conversion layer. This is an organic thin-film solar cell that uses a pn junction to generate photocharge separation and obtain a photocurrent.
上記電子輸送層を形成する有機半導体材料としては、電子受容体としての機能を有するものであれば特に限定されない。具体的には、CN−ポリ(フェニレン−ビニレン)、MEH−CN−PPV、−CN基または−CF3基含有ポリマー、それらの−CF3置換ポリマー、ポリ(フルオレン)誘導体、C60などのフラーレン誘導体、カーボンナノチューブ、ペリレン誘導体、多環キノン、キナクリドン等の材料を挙げることができる。中でも、電子の移動度が高いものであることが好ましい。 The organic semiconductor material for forming the electron transport layer is not particularly limited as long as it has a function as an electron acceptor. Specifically, CN-poly (phenylene-vinylene), MEH-CN-PPV, -CN group or -CF 3 group-containing polymer, their -CF 3 substituted polymer, poly (fluorene) derivative, fullerene such as C 60 Examples thereof include materials such as derivatives, carbon nanotubes, perylene derivatives, polycyclic quinones, and quinacridones. Among them, it is preferable that the electron mobility is high.
一方、正孔輸送層を形成する有機半導体材料としては、電子供与体としての機能を有するものであれば特に限定されない。具体的には、ポリフェニレンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、ポリアルキルチオフェンおよびその誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、有機金属ポリマー等を挙げることができる。中でも、正孔の移動度が高いものであることが好ましい。 On the other hand, the organic semiconductor material for forming the hole transport layer is not particularly limited as long as it has a function as an electron donor. Specific examples include polyphenylene and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polysilane and derivatives thereof, polyalkylthiophene and derivatives thereof, porphyrin derivatives, phthalocyanine derivatives, and organometallic polymers. Among them, it is preferable that the hole mobility is high.
(バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池の場合)
バルクヘテロ接合型有機薄膜太陽電池は、光電変換層として、電子受容性および電子供与性の両方の機能を有する電子正孔輸送層とし、電子正孔輸送層内で形成されるpn接合を利用して光電荷分離を生じさせ、光電流を得る有機薄膜太陽電池である。
(For bulk heterojunction organic thin film solar cells)
The bulk heterojunction type organic thin film solar cell uses an electron hole transport layer having both electron accepting and electron donating functions as a photoelectric conversion layer, and utilizes a pn junction formed in the electron hole transport layer. It is an organic thin-film solar cell that causes photocharge separation and obtains a photocurrent.
上記電子正孔輸送層を形成する有機半導体材料としては、一般的に、バルクへテロ接合型有機薄膜太陽電池において用いられているものであれば特に限定されないが、具体的には、電子供与性の有機半導体材料および電子受容性の有機半導体材料の両方を均一に分散させたものを挙げることができる。また、電子供与性の有機半導体材料および電子受容性の有機半導体材料の混合比は、用いる材料により最適な混合比に適宜調整する。 The organic semiconductor material for forming the electron-hole transport layer is not particularly limited as long as it is generally used in bulk heterojunction organic thin-film solar cells. The organic semiconductor material and the electron-accepting organic semiconductor material can be uniformly dispersed. The mixing ratio of the electron-donating organic semiconductor material and the electron-accepting organic semiconductor material is appropriately adjusted to an optimal mixing ratio depending on the material used.
このような電子正孔輸送層を形成する場合には、電子供与性の有機半導体材料および電子受容性の有機半導体材料を上記イオン性液体に分散または溶解させた光電変換層形成用塗工液を用いることになる。従来では、有機半導体材料の溶媒への溶解性または分散性が低いために、電子正孔輸送層中における有機半導体材料の分散性も低くなり、pn接合が形成されにくくなることから、エネルギー変換効率が低下するという不具合が生じていた。しかしながら、本発明においては、有機半導体材料の分散性または溶解性が良好である光電変換層形成用塗工液を用いて電子正孔輸送層が形成されるため、電子正孔輸送層中における有機半導体材料の分散性を良好なものとすることができる。したがって、電子正孔輸送層中においてpn接合が広く形成されるため、エネルギー変換効率を向上させることができる。 When forming such an electron-hole transport layer, a coating liquid for forming a photoelectric conversion layer in which an electron-donating organic semiconductor material and an electron-accepting organic semiconductor material are dispersed or dissolved in the ionic liquid is used. Will be used. Conventionally, since the solubility or dispersibility of the organic semiconductor material in the solvent is low, the dispersibility of the organic semiconductor material in the electron hole transport layer is also low, and it is difficult to form a pn junction. There has been a problem of lowering. However, in the present invention, the electron hole transport layer is formed using a coating liquid for forming a photoelectric conversion layer in which the dispersibility or solubility of the organic semiconductor material is good. The dispersibility of the semiconductor material can be improved. Therefore, since the pn junction is widely formed in the electron hole transport layer, the energy conversion efficiency can be improved.
上記電子正孔輸送層に用いられる電子受容性の有機半導体材料としては、そのような機能を有するものであれば特に限定されない。具体的には、CN−ポリ(フェニレン−ビニレン)、MEH−CN−PPV、−CN基または−CF3基含有ポリマー、それらの−CF3置換ポリマー、ポリ(フルオレン)誘導体、C60誘導体、カーボンナノチューブ、ペリレン誘導体、多環キノン、キナクリドン等の材料を挙げることができる。中でも、電子の移動度の高いものであることが好ましい。 The electron-accepting organic semiconductor material used for the electron-hole transport layer is not particularly limited as long as it has such a function. Specifically, CN-poly (phenylene-vinylene), MEH-CN-PPV, -CN group or -CF 3 group-containing polymer, their -CF 3 substituted polymer, poly (fluorene) derivative, C 60 derivative, carbon Examples thereof include materials such as nanotubes, perylene derivatives, polycyclic quinones, and quinacridones. Among them, it is preferable that the electron mobility is high.
一方、電子供与性の有機半導体材料としては、そのような機能を有するものであれば特に限定されない。具体的には、ポリフェニレンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレンおよびその誘導体、ポリシランおよびその誘導体、ポリアルキルチオフェンおよびその誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、有機金属ポリマー等を挙げることができる。中でも、正孔の移動度が高いものであることが好ましい。 On the other hand, the electron-donating organic semiconductor material is not particularly limited as long as it has such a function. Specific examples include polyphenylene and derivatives thereof, polyphenylene vinylene and derivatives thereof, polysilane and derivatives thereof, polyalkylthiophene and derivatives thereof, porphyrin derivatives, phthalocyanine derivatives, and organometallic polymers. Among them, it is preferable that the hole mobility is high.
(4)その他
本発明の有機薄膜太陽電池がショットキー型またはヘテロ接合型のうちのバイレイヤー型である場合には、光電変換層の膜厚としては、0.1nm〜1500nmの範囲内、その中でも、5nm〜300nmの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より厚い場合には、光電変換層の膜抵抗が高くなる可能性があり、一方、膜厚が上記範囲より薄い場合には、第1電極層および第2電極層に短絡が生じる可能性があるからである。
(4) Others When the organic thin film solar cell of the present invention is a bilayer type of a Schottky type or a heterojunction type, the film thickness of the photoelectric conversion layer is within the range of 0.1 nm to 1500 nm. Especially, it is preferable that it exists in the range of 5 nm-300 nm. When the film thickness is thicker than the above range, the film resistance of the photoelectric conversion layer may be increased. On the other hand, when the film thickness is thinner than the above range, a short circuit occurs between the first electrode layer and the second electrode layer. This is because it may occur.
一方、本発明の有機薄膜太陽電池がバルクヘテロ接合型である場合には、光電変換層の膜厚としては、一般的にバルクヘテロ接合型において採用されている膜厚であれば特に限定されないが、具体的には、0.2nm〜3000nmの範囲内、その中でも、10nm〜600nmの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より厚い場合には、電子正孔輸送層における膜抵抗が高くなる可能性があり、一方、膜厚が上記範囲より薄い場合には、第1電極層および第2電極層に短絡が生じる可能性があるからである。 On the other hand, when the organic thin-film solar cell of the present invention is a bulk heterojunction type, the thickness of the photoelectric conversion layer is not particularly limited as long as it is a thickness generally employed in the bulk heterojunction type. Specifically, it is preferably in the range of 0.2 nm to 3000 nm, and more preferably in the range of 10 nm to 600 nm. When the film thickness is thicker than the above range, the film resistance in the electron-hole transport layer may be increased. On the other hand, when the film thickness is thinner than the above range, the first electrode layer and the second electrode layer This is because a short circuit may occur.
また、光電変換層の層の数は、一層であってもよく、複数層であってもよい。 Further, the number of layers of the photoelectric conversion layer may be one layer or a plurality of layers.
2.基板
次に、本発明に用いられる基板について説明する。本発明において、基板は、透明なものであっても不透明なものであっても特に限定されるものではないが、例えば、この基板側が光の受光面となる場合には、透明基板であることが好ましい。この透明基板としては、特に限定されるものではなく、例えば石英ガラス、パイレックス(登録商標)、合成石英板等の可撓性のない透明なリジット材、あるいは透明樹脂フィルム、光学用樹脂板等の可撓性を有する透明なフレキシブル材を挙げることができる。
2. Substrate Next, the substrate used in the present invention will be described. In the present invention, the substrate is not particularly limited, even if it is transparent or opaque. For example, when the substrate side is a light receiving surface, it is a transparent substrate. Is preferred. The transparent substrate is not particularly limited, and for example, a non-flexible transparent rigid material such as quartz glass, Pyrex (registered trademark), synthetic quartz plate, or a transparent resin film, an optical resin plate, etc. The transparent flexible material which has flexibility can be mentioned.
本発明においては、上記の中でも基板が透明樹脂フィルム等のフレキシブル材であることが好ましい。透明樹脂フィルムは、加工性に優れており、製造コストや軽量化において有用であるからである。 In the present invention, among the above, the substrate is preferably a flexible material such as a transparent resin film. This is because the transparent resin film has excellent processability and is useful in manufacturing cost and weight reduction.
3.第1電極層
次に、本発明に用いられる第1電極層について説明する。本発明において、第1電極層は、上記基板上に形成されるものである。
3. First Electrode Layer Next, the first electrode layer used in the present invention will be described. In the present invention, the first electrode layer is formed on the substrate.
このような第1電極層を形成する材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、光の照射方向や、後述する第2電極層を形成する材料の仕事関数等を考慮して適宜選択することが好ましい。例えば、第2電極層を形成する材料を、仕事関数が低い材料とした場合には、第1電極層を形成する材料は、仕事関数が高い材料が好ましい。仕事関数が高い材料としては、例えばAu、Ag、Co、Ni、Pt、C、ITO、SnO2、フッ素をドープしたSnO2、ZnO等を挙げることができる。また、バイレイヤー型有機薄膜太陽電池の基板を受光面とした場合には、第1電極層を透明電極とすることが好ましく、この場合、一般的に透明電極として使用されているものを用いることができる。具体的には、In−Zn−O(IZO)、In−Sn−O(ITO)、ZnO−Al、Zn−Sn−O等を挙げることができる。 The material for forming the first electrode layer is not particularly limited as long as it has conductivity. However, considering the irradiation direction of light, the work function of the material for forming the second electrode layer described later, and the like. It is preferable to select appropriately. For example, when the material for forming the second electrode layer is a material having a low work function, the material for forming the first electrode layer is preferably a material having a high work function. Examples of the material having a high work function include Au, Ag, Co, Ni, Pt, C, ITO, SnO 2 , fluorine-doped SnO 2 , and ZnO. Further, when the substrate of the bilayer type organic thin film solar cell is used as the light receiving surface, the first electrode layer is preferably a transparent electrode, and in this case, one generally used as a transparent electrode is used. Can do. Specifically, In—Zn—O (IZO), In—Sn—O (ITO), ZnO—Al, Zn—Sn—O, and the like can be given.
上記第1電極層は、単層からなる場合であってもよく、また、異なる仕事関数の材料を用い、積層されてなる場合であってもよい。 The first electrode layer may be a single layer, or may be laminated using materials having different work functions.
このような第1電極層の膜厚としては、単層からなる第1電極層の場合はその膜厚が、複数層からなる場合は総膜厚が、0.1〜500nmの範囲内、その中でも、1nm〜300nmの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より薄い場合は、第1電極層のシート抵抗が大きくなりすぎ、発生した光電荷を十分に外部回路へ伝達できない可能性があり、一方、膜厚が上記範囲より厚い場合には、全光線透過率が低下し、エネルギー変換効率を低下させる可能性があるからである。 As the film thickness of the first electrode layer, in the case of the first electrode layer made of a single layer, the film thickness thereof is in the range of 0.1 to 500 nm in the case of being made of a plurality of layers. Especially, it is preferable that it exists in the range of 1 nm-300 nm. When the film thickness is smaller than the above range, the sheet resistance of the first electrode layer becomes too large, and the generated photocharge may not be sufficiently transmitted to the external circuit. This is because there is a possibility that the total light transmittance is lowered and the energy conversion efficiency is lowered.
また、上記第1電極層は、上記基板上に全面に形成されていてもよく、パターン状に形成されていてもよい。 The first electrode layer may be formed on the entire surface of the substrate or may be formed in a pattern.
さらに、上記第1電極層の形状としては、フラットな形状であってもよく、テクスチャー構造、ピラミッド構造、波型構造、くし型構造、ナノピロー構造等の凹凸状であってもよい。例えば第1電極層の形状が凹凸状である場合は、基板側からの入射光が第1電極層の凹凸形状により散乱されるため、上記光電変換層は光を多く取り込むことができる。これにより、光を有効に利用することができるため、エネルギー変換効率を向上させることができる。 Furthermore, the shape of the first electrode layer may be a flat shape, or may be an uneven shape such as a texture structure, a pyramid structure, a wave structure, a comb structure, or a nano pillow structure. For example, when the shape of the first electrode layer is uneven, incident light from the substrate side is scattered by the uneven shape of the first electrode layer, so that the photoelectric conversion layer can take in a large amount of light. Thereby, since light can be used effectively, energy conversion efficiency can be improved.
本発明おいては、上記基板を受光面とした場合、第1電極層の全光線透過率が85%以上、中でも90%以上、特に92%以上であることが好ましい。第1電極層の全光線透過率が上記範囲であることにより、第1電極層では光を十分に透過することができ、光電変換層にて光を効率的に吸収することができるからである。 In the present invention, when the substrate is a light receiving surface, the total light transmittance of the first electrode layer is preferably 85% or more, more preferably 90% or more, and particularly preferably 92% or more. This is because when the total light transmittance of the first electrode layer is within the above range, the first electrode layer can sufficiently transmit light, and the photoelectric conversion layer can absorb light efficiently. .
なお、上記全光線透過率は、可視光領域において、スガ試験株式会社製 全光線透過率装置(COLOUR S&M COMPUTER MODEL SM−C:型番)を用いて測定した値である。 In addition, the said total light transmittance is the value measured in the visible light area | region using the Suga Test Co., Ltd. total light transmittance apparatus (COLOUR S & M COMPUTER MODEL SM-C: model number).
また、本発明においては、第1電極層のシート抵抗が20Ω/□以下、中でも10Ω/□以下、特に5Ω/□以下であることが好ましい。シート抵抗が上記範囲より大きい場合、発生した光電荷を十分に外部回路へ伝達できない可能性があるからである。 In the present invention, the sheet resistance of the first electrode layer is preferably 20Ω / □ or less, more preferably 10Ω / □ or less, and particularly preferably 5Ω / □ or less. This is because when the sheet resistance is larger than the above range, the generated photocharge may not be sufficiently transmitted to the external circuit.
なお、上記シート抵抗は、三菱化学株式会社製 表面抵抗計(ロレスタMCP:四端子プローブ)を用い、JIS R1637(ファインセラミックス薄膜の抵抗率試験方法:4探針法による測定方法)に基づき、測定した値である。 In addition, the said sheet resistance is measured based on JIS R1637 (Resistance test method of fine ceramics thin film: Measurement method by 4 probe method) using a surface resistance meter (Loresta MCP: Four-terminal probe) manufactured by Mitsubishi Chemical Corporation. It is the value.
4.第2電極層
次に、本発明に用いられる第2電極層について説明する。本発明における第2電極層は、上記光電変換層上に形成され、上記第1電極層と対向する電極である。
4). Second Electrode Layer Next, the second electrode layer used in the present invention will be described. The second electrode layer in the present invention is an electrode that is formed on the photoelectric conversion layer and faces the first electrode layer.
このような第2電極層を形成する材料としては、導電性を有するものであれば特に限定されないが、光の照射方向や、上記第1電極層を形成する材料の仕事関数等を考慮して適宜選択することが好ましい。例えば、上記基板を受光面とした場合には、上記第1電極層が透明電極となり、このような場合には、第2電極層は透明でなくともよい。また、第1電極層を仕事関数が高い材料を用いて形成した場合には、第2電極層は仕事関数が低い材料を用いて形成することが好ましく、具体的に仕事関数が低い材料としては、Li、In、Al、Ca、Mg、Sm、Tb、Yb、Zr、LiF等を挙げることができる。 The material for forming the second electrode layer is not particularly limited as long as it has conductivity, but considering the irradiation direction of light, the work function of the material for forming the first electrode layer, and the like. It is preferable to select appropriately. For example, when the substrate is a light receiving surface, the first electrode layer is a transparent electrode. In such a case, the second electrode layer may not be transparent. In addition, when the first electrode layer is formed using a material having a high work function, the second electrode layer is preferably formed using a material having a low work function. , Li, In, Al, Ca, Mg, Sm, Tb, Yb, Zr, LiF, and the like.
また、第2電極層は、単層からなる場合であってもよく、また、異なる仕事関数の材料を用い、積層されてなる場合であってもよい。 In addition, the second electrode layer may be a single layer or may be laminated using materials having different work functions.
上記第2電極層の膜厚は、第2電極層が単層からなる場合にはその膜厚が、複数層からなる場合には各層を合わせた総膜厚が、0.1nm〜500nmの範囲内、中でも、1nm〜300nmの範囲内であることが好ましい。膜厚が上記範囲より薄い場合は、第2電極層のシート抵抗が大きくなりすぎ、発生した光電荷を十分に外部回路へ伝達できない可能性があり、一方、膜厚が上記範囲より厚い場合には光の透過率が低下し、光の変換効率を低下させる可能性があるからである。 The film thickness of the second electrode layer is in the range of 0.1 nm to 500 nm when the second electrode layer is composed of a single layer, and in the case where the second electrode layer is composed of a plurality of layers, the total film thickness of each layer is combined. Among these, it is preferable to be in the range of 1 nm to 300 nm. When the film thickness is smaller than the above range, the sheet resistance of the second electrode layer becomes too large, and the generated photocharge may not be sufficiently transmitted to the external circuit. This is because the light transmittance is lowered and the light conversion efficiency may be lowered.
また、上記第2電極層は、光電変換層上に全面に形成されていてもよく、パターン状に形成されていてもよい。 Further, the second electrode layer may be formed on the entire surface of the photoelectric conversion layer or may be formed in a pattern.
さらに、上記第2電極層の形状としては、フラットな形状であってもよく、テクスチャー構造、ピラミッド構造、波型構造、くし型構造、ナノピロー構造等の凹凸状であってもよい。例えば第2電極層の形状が凹凸状である場合は、基板側からの入射光が第2電極層の凹凸形状により乱反射されるため、上記光電変換層は光を多く取り込むことができる。これにより、光を有効に利用することができるため、エネルギー変換効率を向上させることができる。 Furthermore, the shape of the second electrode layer may be a flat shape, or may be a concavo-convex shape such as a texture structure, a pyramid structure, a corrugated structure, a comb structure, or a nano pillow structure. For example, when the shape of the second electrode layer is uneven, incident light from the substrate side is irregularly reflected by the uneven shape of the second electrode layer, so that the photoelectric conversion layer can take in a large amount of light. Thereby, since light can be used effectively, energy conversion efficiency can be improved.
5.その他
上記各層以外に、本発明の有機薄膜太陽電池を構成することが可能な層について説明する。
5. Others The layers that can constitute the organic thin film solar cell of the present invention will be described in addition to the above layers.
(1)正孔取出し層
本発明においては、例えば図2に示すように、上記第1電極層2と上記光電変換層3との間に正孔取出し層5が形成されていてもよい。
(1) Hole Extraction Layer In the present invention, for example, as shown in FIG. 2, a hole extraction layer 5 may be formed between the
本発明において、正孔取出し層とは、上記光電変換層から上記第1電極層への正孔の取出しが容易に行われるように設けられる層である。これにより、光電変換層から第1電極層への正孔取出し効率が高められるため、エネルギー変換効率を向上させることが可能となる。 In the present invention, the hole extraction layer is a layer provided so that holes can be easily extracted from the photoelectric conversion layer to the first electrode layer. Thereby, since the hole extraction efficiency from the photoelectric conversion layer to the first electrode layer is increased, the energy conversion efficiency can be improved.
このような正孔取出し層に用いられる材料としては、光電変換層から第1電極層への正孔の取出しを安定化させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ドープされたポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、トリフェニルジアミン(TPD)等の導電性有機化合物、またはテトラチオフルバレン、テトラメチルフェニレンジアミン等の電子供与性化合物と、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン等の電子受容性化合物とからなる電荷移動錯体を形成する有機材料等を挙げることができる。また、Au、In、Ag、Pd等の金属等の薄膜も使用することができる。さらに、金属等の薄膜は、単独で形成してもよく、上記の有機材料と組み合わせて用いてもよい。 The material used for such a hole extraction layer is not particularly limited as long as the material can stabilize the extraction of holes from the photoelectric conversion layer to the first electrode layer. Specifically, a conductive organic compound such as doped polyaniline, polyphenylene vinylene, polythiophene, polyethylenedioxythiophene (PEDOT), polypyrrole, polyparaphenylene, polyacetylene, triphenyldiamine (TPD), or tetrathiofulvalene, The organic material etc. which form the charge transfer complex which consists of electron-donating compounds, such as tetramethyl phenylenediamine, and electron-accepting compounds, such as tetracyano quinodimethane and tetracyanoethylene, can be mentioned. Also, a thin film of metal such as Au, In, Ag, Pd, etc. can be used. Furthermore, a thin film of metal or the like may be formed alone or in combination with the above organic material.
本発明においては、上記の中でも、特にポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、トリフェニルジアミン(TPD)等が好ましい。 In the present invention, among the above, polyethylene dioxythiophene (PEDOT), triphenyldiamine (TPD) and the like are particularly preferable.
上記正孔取出し層の膜厚としては、上記有機材料を用いた場合は、10〜200nmの範囲内であることが好ましく、上記金属薄膜である場合は、0.1〜5nmの範囲内であることが好ましい。 The thickness of the hole extraction layer is preferably in the range of 10 to 200 nm when the organic material is used, and in the range of 0.1 to 5 nm in the case of the metal thin film. It is preferable.
(2)電子取出し層
本発明においては、例えば図2に示すように、上記光電変換層3と上記第2電極層4との間に電子取出し層6が形成されていてもよい。
(2) Electron Extraction Layer In the present invention, for example, as shown in FIG. 2, an electron extraction layer 6 may be formed between the
本発明において、電子取出し層とは、上記光電変換層から上記第2電極層への電子の取出しが容易に行われるように設けられる層である。これにより、光電変換層から第2電極層への電子取出し効率が高められるため、エネルギー変換効率を向上させることが可能となる。 In the present invention, the electron extraction layer is a layer provided so that electrons can be easily extracted from the photoelectric conversion layer to the second electrode layer. Thereby, since the electron extraction efficiency from the photoelectric conversion layer to the second electrode layer is increased, the energy conversion efficiency can be improved.
このような電子取出し層に用いられる材料としては、光電変換層から第2電極層への電子の取出しを安定化させる材料であれば特に限定されない。具体的には、ドープされたポリアニリン、ポリフェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリエチレンジオキシチオフェン(PEDOT)、ポリピロール、ポリパラフェニレン、ポリアセチレン、トリフェニルジアミン(TPD)等の導電性有機化合物、またはテトラチオフルバレン、テトラメチルフェニレンジアミン等の電子供与性化合物と、テトラシアノキノジメタン、テトラシアノエチレン等の電子受容性化合物とからなる電荷移動錯体を形成する有機材料等を挙げることができる。また、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属との金属ドープ層が挙げられる。好適な材料としては、BCP(バソキュプロイン)または、Bphen(バソフェナントロン)と、Li、Cs、Ba、Srなどの金属ドープ層が挙げられる。 A material used for such an electron extraction layer is not particularly limited as long as it is a material that stabilizes extraction of electrons from the photoelectric conversion layer to the second electrode layer. Specifically, a conductive organic compound such as doped polyaniline, polyphenylene vinylene, polythiophene, polyethylenedioxythiophene (PEDOT), polypyrrole, polyparaphenylene, polyacetylene, triphenyldiamine (TPD), or tetrathiofulvalene, The organic material etc. which form the charge transfer complex which consists of electron-donating compounds, such as tetramethyl phenylenediamine, and electron-accepting compounds, such as tetracyano quinodimethane and tetracyanoethylene, can be mentioned. Moreover, the metal dope layer with an alkali metal or alkaline-earth metal is mentioned. Suitable materials include BCP (bathocuproin) or Bphen (bassophenantrone) and metal doped layers such as Li, Cs, Ba, Sr.
(3)保護シート
本発明においては、例えば図2に示すように、第2電極層4上に保護シート7が形成されていてもよい。本発明において、保護シートとは、本発明の有機薄膜太陽電池を外界から保護するために設けられる層である。
(3) Protective sheet In this invention, as shown in FIG. 2, the protective sheet 7 may be formed on the 2nd electrode layer 4, for example. In this invention, a protective sheet is a layer provided in order to protect the organic thin film solar cell of this invention from the external field.
このような保護シートに用いられる材料としては、アルミニウム等の金属板もしくは金属箔、フッ素系樹脂シート、環状ポリオレフィン系樹脂シート、ポリカーボネート系樹脂シート、ポリ(メタ)アクリル系樹脂シート、ポリアミド系樹脂シート、ポリエステル系樹脂シート、または耐候性フィルムとバリアフィルムとをラミネート積層した複合シートなどが挙げられる。 Materials used for such protective sheets include metal plates or metal foils such as aluminum, fluorine resin sheets, cyclic polyolefin resin sheets, polycarbonate resin sheets, poly (meth) acrylic resin sheets, polyamide resin sheets. , A polyester resin sheet, or a composite sheet obtained by laminating and laminating a weather resistant film and a barrier film.
上記保護シートの厚みは、20μm〜500μmの範囲内が好ましく、より好ましくは50μm〜200μmの範囲内である。 The thickness of the protective sheet is preferably in the range of 20 μm to 500 μm, more preferably in the range of 50 μm to 200 μm.
また、上記保護シートは、後述するバリア層の欄に記載するような、バリア性を有するものであってもよい。 Further, the protective sheet may have a barrier property as described in the column of a barrier layer described later.
さらに、上記保護シートには、着色等により意匠性を付与することもできる。この際、保護シートへの顔料の練り込等により着色してもよく、例えば青色ハードコート層等の着色層を積層することにより着色してもよい。 Furthermore, the design properties can be imparted to the protective sheet by coloring or the like. At this time, it may be colored by kneading the pigment into the protective sheet or the like, for example, by laminating a colored layer such as a blue hard coat layer.
(4)充填材層
本発明においては、上記第2電極層と上記保護シートとの間に、充填材層が形成されていてもよい。本発明において、充填材層とは、有機薄膜太陽電池の裏面側、すなわち第2電極層と、上記保護シートとを接着させ、有機薄膜太陽電池を封止するために設けられる層である。
(4) Filler layer In the present invention, a filler layer may be formed between the second electrode layer and the protective sheet. In this invention, a filler layer is a layer provided in order to adhere the back surface side of an organic thin film solar cell, ie, a 2nd electrode layer, and the said protective sheet, and to seal an organic thin film solar cell.
このような充填材層としては、一般に太陽電池の充填材層として使用されているものであればよく、例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂が挙げられる。 As such a filler layer, what is generally used as a filler layer of a solar cell should just be mentioned, for example, ethylene-vinyl acetate copolymer resin is mentioned.
また、上記充填材層の厚みは、50μm〜2000μmが好ましく、200μm〜800μmの範囲内であることがより好ましい。厚みが上記範囲より薄くなると強度が低下し、逆に厚みが上記範囲より厚くなるとクラック等が発生しやすくなるからである。 Further, the thickness of the filler layer is preferably 50 μm to 2000 μm, and more preferably in the range of 200 μm to 800 μm. This is because when the thickness is less than the above range, the strength is reduced, and conversely, when the thickness is greater than the above range, cracks and the like are likely to occur.
(5)バリア層
本発明においては、上記基板の表面、基板と第1電極層層との間、上記保護シートの表面、または保護シートと第2電極層との間にバリア層が形成されていてもよい。また、上記基板または上記保護シートが複数層からなる場合は、複数層の基板または保護シートの間にバリア層を設けてもよい。本発明に用いられるバリア層は、透明な層であり、かつ外部からの酸素や水蒸気の浸入を妨げ、本発明の有機薄膜太陽電池を保護するために設けられる層である。光電変換層等は、水蒸気および酸素等に曝されると、その劣化が促進され、結果として有機薄膜太陽電池の電池寿命が短くなる不都合が発生する。そこで、水蒸気および酸素等の有機薄膜太陽電池内への透過を阻止するバリア層を設けることにより、電池寿命の長寿命化を図っている。
(5) Barrier layer In the present invention, a barrier layer is formed between the surface of the substrate, between the substrate and the first electrode layer, between the surface of the protective sheet, or between the protective sheet and the second electrode layer. May be. Moreover, when the said board | substrate or the said protective sheet consists of multiple layers, you may provide a barrier layer between the multilayer substrate or protective sheet. The barrier layer used in the present invention is a transparent layer, and is a layer provided to prevent the entry of oxygen and water vapor from the outside and protect the organic thin film solar cell of the present invention. When the photoelectric conversion layer or the like is exposed to water vapor, oxygen, or the like, the deterioration thereof is promoted, resulting in a disadvantage that the battery life of the organic thin film solar cell is shortened. Therefore, the battery life is extended by providing a barrier layer that prevents permeation of water vapor and oxygen into the organic thin film solar cell.
本発明に用いられるバリア層の形成位置としては、上述したように様々であるが、中でも、基板側および保護シート側の両方にバリア層が形成されていることが好ましい。これにより、水蒸気および酸素等の浸入を十分に抑制することができるからである。 Although the formation position of the barrier layer used in the present invention is various as described above, it is preferable that the barrier layer is formed on both the substrate side and the protective sheet side. This is because entry of water vapor, oxygen, and the like can be sufficiently suppressed.
また、上記保護シートが樹脂シートである場合は、保護シートと第2電極層との間にバリア層が形成されていることが好ましい。本発明の有機薄膜太陽電池を製造する際に、保護シートに含まれる樹脂からガスが発生し、第2電極層や光電変換層に悪影響を及ぼす可能性があるからである。 Moreover, when the said protective sheet is a resin sheet, it is preferable that the barrier layer is formed between the protective sheet and the 2nd electrode layer. This is because when the organic thin film solar cell of the present invention is produced, gas is generated from the resin contained in the protective sheet, which may adversely affect the second electrode layer and the photoelectric conversion layer.
本発明に用いられるバリア層は、酸素透過率が、5cc/m2・day以下であり、中でも10−1cc/m2・day以下であることが好ましい。また水蒸気透過率は、1g/m2・day以下であり、中でも10−1g/m2・day以下であることが好ましい。 The barrier layer used in the present invention has an oxygen permeability of 5 cc / m 2 · day or less, and preferably 10 −1 cc / m 2 · day or less. The water vapor transmission rate is 1 g / m 2 · day or less, and preferably 10 −1 g / m 2 · day or less.
ここで、上記酸素透過率は、酸素ガス透過率測定装置(MOCON社製、OX−TRAN 2/20)を用い、23℃、90%Rhの条件で測定したものである。また、上記水蒸気透過率は、水蒸気透過率測定装置(MOCON社製、PERMATRAN−W 3/31)を用い、37.8℃、100%Rhの条件で測定したものである。
Here, the oxygen permeability is measured under the conditions of 23 ° C. and 90% Rh using an oxygen gas permeability measuring device (manufactured by MOCON, OX-
このようなバリア層としては、上述したバリア性を有する層であれば、特に限定されるものではないが、そのバリア性の高さ等から、蒸着法により形成された蒸着層を有することが好ましい。 Such a barrier layer is not particularly limited as long as it has the above-described barrier properties, but it is preferable to have a vapor deposition layer formed by a vapor deposition method because of its high barrier properties. .
上記蒸着層としては、蒸着法により形成される層であれば、その蒸着法の種類等は特に限定されるものではなく、CVD法であってもよく、またPVD法であってもよい。蒸着層が、例えばプラズマCVD法等のCVD法により形成される場合には、緻密でバリア性の高い層を形成することが可能となるが、本発明においては、製造効率やコスト等の面からPVD法であることが好ましい。本発明に用いられるPVD法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等が挙げられるが、中でも、そのバリア性等の面から、真空蒸着法であることが好ましい。本発明に用いられる真空蒸着法として、具体的には、例えばエレクトロンビーム(EB)加熱方式による真空蒸着法、または高周波誘電加熱方式による真空蒸着法等が挙げられる。 The vapor deposition layer is not particularly limited as long as it is a layer formed by a vapor deposition method, and may be a CVD method or a PVD method. When the vapor deposition layer is formed by a CVD method such as a plasma CVD method, it is possible to form a dense and highly barrier layer. In the present invention, however, from the viewpoint of manufacturing efficiency and cost, etc. The PVD method is preferred. Examples of the PVD method used in the present invention include a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, and an ion plating method. Among these, the vacuum vapor deposition method is preferable from the standpoint of barrier properties. Specific examples of the vacuum deposition method used in the present invention include a vacuum deposition method using an electron beam (EB) heating method, a vacuum deposition method using a high frequency dielectric heating method, and the like.
また、上記蒸着層の材料としては、金属または無機酸化物が好ましく、Ti、Al、Mg、Zr、酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化窒化珪素、酸化窒化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ、酸化イットリウム、B2O3、CaO等を挙げることができ、中でも酸化珪素であることが好ましい。酸化珪素からなる層は、高いバリア性と透明性とを有するからである。 Further, the material for the vapor deposition layer is preferably a metal or an inorganic oxide, Ti, Al, Mg, Zr, silicon oxide, aluminum oxide, silicon oxynitride, aluminum oxynitride, magnesium oxide, zinc oxide, indium oxide, oxide Tin, yttrium oxide, B 2 O 3 , CaO and the like can be mentioned, and among these, silicon oxide is preferable. This is because the layer made of silicon oxide has high barrier properties and transparency.
また、本発明における蒸着層の厚さは、用いられる材料の種類、構成により最適条件が異なり、適宜選択されるが、5nm〜1000nm、中でも10nm〜500nmの範囲内であることが好ましい。蒸着層の厚さが、上記の範囲より薄い場合には、均一な層とすることが困難な場合があり、上記バリア性を得ることができない場合があるからである。また、蒸着層の厚さが上記の範囲より厚い場合には、成膜後に、引っ張り等の外的要因により、蒸着層に亀裂が生じること等により、バリア性が著しく損なわれる可能性があるためであり、また形成に時間を要し、生産性も低下するからである。 The thickness of the vapor deposition layer in the present invention is appropriately selected depending on the type and configuration of the material used, and is appropriately selected, but is preferably in the range of 10 nm to 500 nm. This is because if the thickness of the vapor deposition layer is thinner than the above range, it may be difficult to obtain a uniform layer and the barrier property may not be obtained. In addition, when the thickness of the vapor deposition layer is larger than the above range, the barrier property may be significantly impaired after the film formation due to a crack in the vapor deposition layer due to external factors such as pulling. In addition, it takes time to form and the productivity is also lowered.
(6)反射防止層
本発明において、基板側が受光面となる場合は、基板の第1電極層が形成されている面と反対の面に反射防止層が形成されていることが好ましい。反射防止層を設けることにより、基板側から入射する光の反射を防止することができ、有機薄膜太陽電池内に入射する光が増加することから、光電変換層の光の吸収率を向上させることができ、エネルギー変換効率を向上させることが可能となるからである。
(6) Antireflection layer In this invention, when the board | substrate side turns into a light-receiving surface, it is preferable that the antireflection layer is formed in the surface opposite to the surface in which the 1st electrode layer of the board | substrate is formed. By providing an antireflection layer, reflection of light incident from the substrate side can be prevented, and light incident on the organic thin film solar cell is increased, thereby improving the light absorption rate of the photoelectric conversion layer. This is because energy conversion efficiency can be improved.
このような反射防止層の材料としては、反射を防止することができる材料であれば特に限定されるものではないが、例えば無機酸化物を挙げることができる。具体的には、TiO2、SiOx、Al2O3、TiO等が挙げられる。
The material of such an antireflection layer is not particularly limited as long as it can prevent reflection, and examples thereof include inorganic oxides. Specifically, TiO 2, SiO x, Al 2
また、反射防止層は、単層からなる場合であってもよく、複数の材料を用いて積層されてなる場合であってもよい。中でも、積層された反射防止層であることが好ましい。 Further, the antireflection layer may be a single layer or may be a layer formed using a plurality of materials. Among these, a laminated antireflection layer is preferable.
上記反射防止層の形成方法としては、CVD法や、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のPVD法等の蒸着法が挙げられる。 Examples of the method for forming the antireflection layer include vapor deposition methods such as a CVD method, a PVD method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, and an ion plating method.
(7)層構成
本発明においては、上記第1電極層および上記第2電極層間に光電変換層が配置されているものであれば特に限定されない。例えば、上述したように、光電変換層を単層のみならず、複数層設ける場合であってもよく、また、光電変換層を複数層形成した場合には、光電変換層間に、別個電極層を設ける場合であってもよい。具体的には、図3に示すように、2層の光電変換層3間に別個、中間電極層8を形成するような場合である。
(7) Layer structure In the present invention, there is no particular limitation as long as a photoelectric conversion layer is disposed between the first electrode layer and the second electrode layer. For example, as described above, the photoelectric conversion layer may be provided not only as a single layer but also as a plurality of layers. When a plurality of photoelectric conversion layers are formed, a separate electrode layer is provided between the photoelectric conversion layers. It may be provided. Specifically, as shown in FIG. 3, the intermediate electrode layer 8 is separately formed between the two photoelectric conversion layers 3.
このような中間電極層としては、光電変換層の電荷分離機能を損なうことがなく、透明なものであれば特に限定されないが、例えば金属薄膜を用いることができる。具体的にはAg等が挙げられる。 Such an intermediate electrode layer is not particularly limited as long as it does not impair the charge separation function of the photoelectric conversion layer and is transparent. For example, a metal thin film can be used. Specifically, Ag etc. are mentioned.
また、上記中間電極層の膜厚としては、光電変換層の電荷分離機能を損なわないように、極めて薄いことが好ましい。具体的には、0.01nm〜10nmの範囲内、中でも0.1nm〜5nmの範囲内であることが好ましい。 The film thickness of the intermediate electrode layer is preferably extremely thin so as not to impair the charge separation function of the photoelectric conversion layer. Specifically, it is preferably within a range of 0.01 nm to 10 nm, and more preferably within a range of 0.1 nm to 5 nm.
B.有機薄膜太陽電池の製造方法
次に、本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法について説明する。
B. Next, the manufacturing method of the organic thin film solar cell of this invention is demonstrated.
本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法は、基板上に第1電極層を形成する第1電極層形成工程と、上記第1電極層上に光電変換層を形成する光電変換層形成工程と、上記光電変換層上に、上記第1電極層と対向する電極である第2電極層を形成する第2電極形成工程とを有しており、上記光電変換層形成工程が、イオン性液体を媒体とし、有機半導体材料が溶解または分散されてなる光電変換層形成用塗工液を塗布し、上記イオン性液体を固体化することにより行われることを特徴とするものである。 The method for producing an organic thin film solar cell of the present invention includes a first electrode layer forming step of forming a first electrode layer on a substrate, a photoelectric conversion layer forming step of forming a photoelectric conversion layer on the first electrode layer, A second electrode forming step of forming a second electrode layer, which is an electrode facing the first electrode layer, on the photoelectric conversion layer, wherein the photoelectric conversion layer forming step uses an ionic liquid as a medium. And a coating solution for forming a photoelectric conversion layer in which an organic semiconductor material is dissolved or dispersed is applied, and the ionic liquid is solidified.
図4は、本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法の一例を示す工程図である。本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法においては、図4(a)に示すように、まず基板1上に第1電極層2が形成される(第1電極層形成工程)。次に、この第1電極層2上に、イオン性液体を媒体とし、有機半導体材料が溶解または分散された光電変換層形成用塗工液13を塗布し(図4(b))、紫外線11を照射することにより光電変換層形成用塗工液を固化して光電変換層3を形成する(図4(c))、光電変換層形成工程が行われる。さらに、図4(d)に示すように、この光電変換層3上に第2電極層を形成する(第2電極層形成工程)。
FIG. 4 is a process diagram showing an example of a method for producing an organic thin film solar cell of the present invention. In the method for producing an organic thin film solar cell of the present invention,
本発明によれば、光電変換層形成工程において、光電変換層形成用塗工液に用いられるイオン性液体は有機半導体材料を十分に溶解または分散させることが可能なものであり、このような光電変換層形成用塗工液を用いて形成した光電変換層中には光電変換層として機能するのに十分な有機半導体材料を含有させることが可能である。 According to the present invention, in the photoelectric conversion layer forming step, the ionic liquid used for the photoelectric conversion layer forming coating liquid can sufficiently dissolve or disperse the organic semiconductor material. In the photoelectric conversion layer formed using the conversion layer forming coating solution, it is possible to contain an organic semiconductor material sufficient to function as a photoelectric conversion layer.
また、従来のように有機半導体材料の溶解量の極めて少ない塗工液を塗布し、多量の有機溶媒を除去して固化し成膜するものと異なり、本発明においては、光電変換層形成用塗工液を塗布後、光照射または加熱等によりイオン性液体を固体化して成膜するものであるので、膜表面の平滑性が良好であり、有機半導体材料の分散性も良好な光電変換層を形成することができる。 Also, unlike the conventional one in which a coating solution having an extremely small amount of organic semiconductor material dissolved is applied and a large amount of organic solvent is removed and solidified to form a film, in the present invention, a coating for forming a photoelectric conversion layer is used. Since the ionic liquid is solidified by light irradiation or heating after application of the working solution, the photoelectric conversion layer has good film surface smoothness and good dispersibility of the organic semiconductor material. Can be formed.
さらに、用いるイオン性液体自体が、光電変換層中において有機半導体として機能するものとすることも可能である。これにより、エネルギー変換効率の高い有機薄膜太陽電池を製造することができる。
以下、このような有機薄膜太陽電池の製造方法の各工程について説明する。
Furthermore, the ionic liquid used itself can function as an organic semiconductor in the photoelectric conversion layer. Thereby, an organic thin film solar cell with high energy conversion efficiency can be manufactured.
Hereinafter, each process of the manufacturing method of such an organic thin-film solar cell is demonstrated.
1.第1電極層形成工程
本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法においては、まず基板上に第1電極層を形成する第1電極層形成工程が行われる。
1. First Electrode Layer Forming Step In the method for manufacturing an organic thin film solar cell of the present invention, first, a first electrode layer forming step for forming a first electrode layer on a substrate is performed.
例えば図4(a)において、第1電極層2は基板1上に全面に形成されているが、本発明においては、第1電極層はパターン状に形成されていてもよい。
For example, in FIG. 4A, the
また、上記第1電極層の形状としては、フラットな形状であってもよく、テクスチャー構造、ピラミッド構造、波型構造、くし型構造、ナノピロー構造等の凹凸状であってもよい。例えば第1電極層の形状が凹凸状である場合は、基板側からの入射光が第1電極層の凹凸形状により散乱されるため、上記光電変換層は光を多く取り込むことができる。これにより、光を有効に利用することができるため、エネルギー変換効率を向上させることができる。 In addition, the shape of the first electrode layer may be a flat shape, or may be an uneven shape such as a texture structure, a pyramid structure, a wave shape structure, a comb structure, or a nano pillow structure. For example, when the shape of the first electrode layer is uneven, incident light from the substrate side is scattered by the uneven shape of the first electrode layer, so that the photoelectric conversion layer can take in a large amount of light. Thereby, since light can be used effectively, energy conversion efficiency can be improved.
上記第1電極層の形成方法としては、一般的な電極の形成方法を用いることができ、具体的には、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のPVD法や、CVD法等の乾式塗工法、およびITO微粒子を含有する塗工液等を塗布する湿式塗工法を挙げることができる。 As a method for forming the first electrode layer, a general electrode forming method can be used. Specifically, a PVD method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or a CVD method can be used. Examples thereof include a dry coating method and a wet coating method in which a coating liquid containing ITO fine particles is applied.
また、第1電極層をパターン状に形成する場合のパターニング方法としては、第1電極層を所望のパターンに精度良く形成することができる方法であれば特に限定されないが、具体的には、フォトリソグラフィー法等を挙げることができる。 The patterning method for forming the first electrode layer in a pattern is not particularly limited as long as it can accurately form the first electrode layer in a desired pattern. Lithographic methods and the like can be mentioned.
さらに、上記第1電極層が凹凸構造を有するように形成する方法としては、コロナ処理、エッチング、サンドブラスト等が挙げられる。これらの方法は単独で用いてもよく、複数の方法を組合せて用いてもよい。また、CVD法やスパッタリング法等の成膜条件、または上記基板の表面処理により、自己組織化的に凹凸構造を形成させることもできる。 Furthermore, examples of the method for forming the first electrode layer so as to have a concavo-convex structure include corona treatment, etching, and sand blasting. These methods may be used alone or in combination of a plurality of methods. Further, the concavo-convex structure can be formed in a self-organized manner by film formation conditions such as a CVD method and a sputtering method, or by surface treatment of the substrate.
なお、第1電極層の形成材料および膜厚等に関しては、上述した「A.有機薄膜太陽電池」の第1電極層の欄に記載したので、ここでの説明は省略する。 In addition, since it described in the column of the 1st electrode layer of "A. organic thin film solar cell" mentioned above about the formation material, film thickness, etc. of a 1st electrode layer, description here is abbreviate | omitted.
2.光電変換層形成工程
次に、光電変換層形成工程について説明する。本発明の有機薄膜太陽電池の製造方法において、光電変換層形成工程は、イオン性液体を媒体とし、有機半導体材料が溶解または分散されてなる光電変換層形成用塗工液を塗布し、上記イオン性液体を固体化することにより行われる。
2. Photoelectric Conversion Layer Formation Step Next, the photoelectric conversion layer formation step will be described. In the method for producing an organic thin-film solar cell of the present invention, the photoelectric conversion layer forming step applies a coating liquid for forming a photoelectric conversion layer in which an organic semiconductor material is dissolved or dispersed using an ionic liquid as a medium, and the above ions This is done by solidifying the liquid.
本発明によれば、有機半導体材料を十分に溶解または分散させることが可能なイオン性液体を媒体とした光電変換層形成用塗工液を用いて光電変換層を形成するため、光電変換層中には光電変換層として機能するのに十分な有機半導体材料を含有させることが可能である。また、従来のように有機半導体材料の溶解量の極めて少ない塗工液を塗布し、多量の有機溶媒を除去して固化し成膜するものと異なり、本発明においては、光電変換層形成用塗工液を塗布後、光照射または加熱等によりイオン性液体を固体化して成膜するものであるので、膜表面の平滑性が良好であり、有機半導体材料の分散性も良好な光電変換層を形成することができる。 According to the present invention, a photoelectric conversion layer is formed using a coating liquid for forming a photoelectric conversion layer using an ionic liquid capable of sufficiently dissolving or dispersing an organic semiconductor material as a medium. It is possible to contain an organic semiconductor material sufficient to function as a photoelectric conversion layer. Also, unlike the conventional one in which a coating solution having an extremely small amount of organic semiconductor material dissolved is applied and a large amount of organic solvent is removed and solidified to form a film, in the present invention, a coating for forming a photoelectric conversion layer is used. Since the ionic liquid is solidified by light irradiation or heating after application of the working solution, the photoelectric conversion layer has good film surface smoothness and good dispersibility of the organic semiconductor material. Can be formed.
さらに、本発明により製造される有機薄膜太陽電池がバルクヘテロ接合型である場合、光電変換層は上述したように、電子供与性および電子受容性の両方の機能を有する電子正孔輸送層として形成される。この場合、光電変換層形成用塗工液は、電子供与性を有する有機半導体材料と電子供与性を有する有機半導体材料とを、イオン性液体に溶解または分散させることにより調製される。従来では、有機半導体材料の溶媒への溶解性または分散性が低く、光電変換層中における有機半導体材料の分散性が低いことから、pn接合が形成されにくくなり、エネルギー変換効率が低下するという不具合が生じていた。しかしながら、本発明においては、上述したように光電変換層中における有機半導体材料の分散性が良好であることから、pn接合が広く形成されるため、エネルギー変換効率を向上させることができる。 Furthermore, when the organic thin-film solar cell produced by the present invention is a bulk heterojunction type, the photoelectric conversion layer is formed as an electron-hole transport layer having both electron donating and electron accepting functions as described above. The In this case, the coating liquid for forming a photoelectric conversion layer is prepared by dissolving or dispersing an organic semiconductor material having an electron donating property and an organic semiconductor material having an electron donating property in an ionic liquid. Conventionally, since the solubility or dispersibility of the organic semiconductor material in the solvent is low and the dispersibility of the organic semiconductor material in the photoelectric conversion layer is low, a pn junction is hardly formed and energy conversion efficiency is reduced. Has occurred. However, in the present invention, as described above, since the dispersibility of the organic semiconductor material in the photoelectric conversion layer is good, the pn junction is widely formed, so that the energy conversion efficiency can be improved.
本発明において光電変換層形成工程は、イオン性液体を媒体とし、有機半導体材料が溶解または分散されてなる光電変換層形成用塗工液を調製する光電変換層形成用塗工液調製工程と、上記第1電極層上に上記光電変換層形成用塗工液を塗布する塗布工程と、上記イオン性液体を固体化する固体化工程とを有するものである。以下、各工程に分けて説明する。 In the present invention, the photoelectric conversion layer forming step uses a ionic liquid as a medium, and a photoelectric conversion layer forming coating solution preparation step for preparing a photoelectric conversion layer forming coating solution in which an organic semiconductor material is dissolved or dispersed; It has an application | coating process which apply | coats the said coating liquid for photoelectric conversion layer formation on the said 1st electrode layer, and a solidification process which solidifies the said ionic liquid. In the following, each process will be described separately.
(1)光電変換層形成用塗工液調製工程
本発明における光電変換層形成工程においては、まずイオン性液体を媒体とし、有機半導体材料が溶解または分散されてなる光電変換層形成用塗工液を調製する光電変換層形成用塗工液調製工程が行われる。
(1) Photoelectric conversion layer forming coating liquid preparation step In the photoelectric conversion layer forming step in the present invention, first, a photoelectric conversion layer forming coating solution in which an organic semiconductor material is dissolved or dispersed using an ionic liquid as a medium. The process for preparing a coating liquid for forming a photoelectric conversion layer is prepared.
なお、イオン性液体および有機半導体材料に関しては、上述した「A.有機薄膜太陽電池」の光電変換層の欄に記載したので、ここでの説明は省略する。 Since the ionic liquid and the organic semiconductor material are described in the column of the photoelectric conversion layer of “A. Organic thin film solar cell” described above, description thereof is omitted here.
本発明に用いられる光電変換層形成用塗工液において、イオン性液体および有機半導体材料の混合比としては、用いる材料により最適な混合比に適宜調整することが好ましい。具体的には、重量比で有機半導体材料1に対して0.0001〜1000の範囲内であることが好ましく、中でも0.01〜10の範囲内、特に0.05〜2の範囲内であることが好ましい。
In the coating liquid for forming a photoelectric conversion layer used in the present invention, the mixing ratio of the ionic liquid and the organic semiconductor material is preferably adjusted appropriately to the optimal mixing ratio depending on the material used. Specifically, it is preferable that the weight ratio is within a range of 0.0001 to 1000 with respect to the
また、後述する固体化工程において、イオン性液体を重合させて固体化する場合は、必要に応じて重合開始剤を光電変換層形成用塗工液に添加してもよい。重合開始剤が不要な場合もあるが、一般的に用いられている例えば紫外線(UV)照射による重合の場合においては、通常光重合開始剤が重合促進のために用いられるからである。 Moreover, in the solidification process mentioned later, when superposing | polymerizing an ionic liquid and solidifying, you may add a polymerization initiator to the coating liquid for photoelectric conversion layer formation as needed. In some cases, a polymerization initiator is not required, but in the case of polymerization by, for example, ultraviolet (UV) irradiation, which is generally used, a photopolymerization initiator is usually used to promote polymerization.
このような重合開始剤としては、イオン性液体の重合性基が光重合性である場合は光重合開始剤が用いられ、イオン性液体の重合性基が熱重合性である場合は熱重合開始剤が用いられる。 As such a polymerization initiator, a photopolymerization initiator is used when the polymerizable group of the ionic liquid is photopolymerizable, and thermal polymerization is started when the polymerizable group of the ionic liquid is thermally polymerizable. An agent is used.
上記光重合開始剤としては、一般に光重合開始剤として用いられているものを使用することができ、単独または2種以上を併用することができる。例えば、2−メチル−1−[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノ−プロパン−1−オン(市販品 チバスペシャルティケミカルズ社製 イルガキュア907)、2−ベンジル−2−ジメチルアミノ−1−(4−モルフォリノフェニル)ブタノン−1(市販品 チバスペシャルティケミカルズ社製 イルガキュア369)、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド(チバスペシャルティケミカルズ社製 商品名CGI819)、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド(BASF製 Lucirin TPO)、2,4−トリクロロメチル−(ピプロロニル)−6−トリアジン(市販品 日本シーベルヘグナー社製 商品名トリアジンPP)等が使用できる。 As said photoinitiator, what is generally used as a photoinitiator can be used, It can use individually or in combination of 2 or more types. For example, 2-methyl-1- [4- (methylthio) phenyl] -2-morpholino-propan-1-one (commercial product Irgacure 907 manufactured by Ciba Specialty Chemicals), 2-benzyl-2-dimethylamino-1- ( 4-morpholinophenyl) butanone-1 (commercially available Ciba Specialty Chemicals Irgacure 369), bis (2,4,6-trimethylbenzoyl) phenylphosphine oxide (Ciba Specialty Chemicals trade name CGI819), 2,4 6-trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide (Lucirin TPO manufactured by BASF), 2,4-trichloromethyl- (piprolonyl) -6-triazine (commercial product, product name Triazine PP manufactured by Nippon Sebel Hegner) and the like can be used.
また、熱重合開始剤としては、加熱時にラジカルを発生し、イオン性液体の重合性基を重合させて成膜することが可能であれば特に限定されるものではなく、一般にラジカル重合開始剤として用いられているものを使用することができる。具体的には、過酸化物系熱重合開始剤、アゾ系熱重合開始剤等が挙げられる。過酸化物系熱重合開始剤としては、クミルパーオキシネオデカネート、ジイソプロピルパーオキシジカルボネート、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシネオデカネート、イソブチルパーオキサイド、3,5,5−トリメチルヘキサノールパーオキサイド、ラウリルパーオキサイド、1,1,3,3―テトラメチルブチルパーオキシ−2−エチルヘキサネート、t−ヘキシルパーオキシ−2−エチルヘキサネート、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーキオキシマレイン酸、t−ブチルパーオキシベンゾエート等が挙げられる。また、アゾ系熱重合開始剤としては、2,2´−アゾビス〔2−(N−フェニルアミジノ)プロパン〕塩酸塩、2,2´−アゾビス{2−〔N−(4−クロロフェニル)アミジノ〕プロパン}塩酸塩、2,2´−アゾビス{2−〔N−(4−ヒドロキシフェニル)アミジノ〕プロパン}塩酸塩、2,2´−アゾビス〔2−(5−メチル−2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕塩酸塩、2,2´−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕塩酸塩、2,2´−アゾビス〔2−(2−イミダゾリン−2−イル)プロパン〕硫酸塩水和物等が挙げられる。これらの重合開始剤は単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。 The thermal polymerization initiator is not particularly limited as long as it can generate a radical upon heating and polymerize a polymerizable group of an ionic liquid to form a film. Generally, as a radical polymerization initiator, What is used can be used. Specific examples include peroxide thermal polymerization initiators and azo thermal polymerization initiators. As the peroxide-based thermal polymerization initiator, cumyl peroxyneodecanate, diisopropyl peroxydicarbonate, di-2-ethylhexyl peroxydicarbonate, t-butyl peroxyneodecanate, isobutyl peroxide, 3, 5 , 5-trimethylhexanol peroxide, lauryl peroxide, 1,1,3,3-tetramethylbutylperoxy-2-ethylhexanate, t-hexylperoxy-2-ethylhexanate, benzoyl peroxide, t- Examples include butyl peroxymaleic acid and t-butyl peroxybenzoate. As the azo-based thermal polymerization initiator, 2,2′-azobis [2- (N-phenylamidino) propane] hydrochloride, 2,2′-azobis {2- [N- (4-chlorophenyl) amidino] Propane} hydrochloride, 2,2′-azobis {2- [N- (4-hydroxyphenyl) amidino] propane} hydrochloride, 2,2′-azobis [2- (5-methyl-2-imidazoline-2- Yl) propane] hydrochloride, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] hydrochloride, 2,2'-azobis [2- (2-imidazolin-2-yl) propane] Examples thereof include sulfate hydrates. These polymerization initiators may be used alone or in combination of two or more.
上記重合開始剤の添加量としては、一般的には0.01〜10重量%、好ましくは0.1〜5重量%、より好ましくは0.2〜2重量%の範囲で光電変換層形成用塗工液に添加することができる。 The addition amount of the polymerization initiator is generally 0.01 to 10% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, more preferably 0.2 to 2% by weight for forming a photoelectric conversion layer. It can be added to the coating solution.
(2)塗布工程
本発明における光電変換層形成工程においては、上記第1電極層上に上記光電変換層形成用塗工液を塗布する塗布工程が行われる。
(2) Application process In the photoelectric conversion layer formation process in this invention, the application process which apply | coats the said coating liquid for photoelectric conversion layer formation on the said 1st electrode layer is performed.
塗布方法としては、所定の膜厚に均一に形成することができる方法であれば特に限定されない。具体的には、ダイコート法、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法、ビードコート法、スプレーコート等を挙げることができる。その中でも、スピンコート法またはダイコート法であることが好ましい。光電変換層を所定の膜厚に精度良く形成することができるからである。 The application method is not particularly limited as long as it can be uniformly formed to a predetermined film thickness. Specific examples include a die coating method, a spin coating method, a dip coating method, a roll coating method, a bead coating method, and a spray coating. Among these, a spin coating method or a die coating method is preferable. This is because the photoelectric conversion layer can be accurately formed with a predetermined thickness.
なお、光電変換層の膜厚等に関しては、上述した「A.有機薄膜太陽電池」の光電変換層の欄に記載したので、ここでの説明は省略する。 In addition, about the film thickness etc. of the photoelectric converting layer, since it described in the column of the photoelectric converting layer of "A. organic thin film solar cell" mentioned above, description here is abbreviate | omitted.
(3)固体化工程
本発明における光電変換層形成工程においては、上記光電変換層形成用塗工液中のイオン性液体を固体化する固体化工程が行われる。
(3) Solidification process In the photoelectric conversion layer formation process in this invention, the solidification process which solidifies the ionic liquid in the said coating liquid for photoelectric conversion layer formation is performed.
イオン性液体を固体化する方法としては、上述したように、(i)ホスト高分子にイオン性液体を含浸させてゲル電解質を形成する方法、(ii)イオン性液体の形成により高分子が形成される方法、(iii)イオン性液体自身を主鎖および側鎖に固定して高分子を形成する方法の3つに分類される。 As described above, as a method of solidifying the ionic liquid, (i) a method in which a host polymer is impregnated with an ionic liquid to form a gel electrolyte, and (ii) a polymer is formed by forming the ionic liquid. And (iii) a method of forming a polymer by fixing the ionic liquid itself to the main chain and the side chain.
本発明においては、中でも、イオン性液体自身を主鎖および側鎖に固定して高分子を形成することによりイオン性液体を固体化することが好ましい。これにより、イオン性液体を重合させて成膜することができ、平滑性および有機半導体材料の分散性が良好であり、さらに膜強度の高い光電変換層を形成することが可能となるからである。以下、イオン性液体を重合させる方法について説明する。 In the present invention, it is particularly preferable to solidify the ionic liquid by fixing the ionic liquid itself to the main chain and the side chain to form a polymer. This is because it is possible to form a film by polymerizing an ionic liquid, and it is possible to form a photoelectric conversion layer having excellent smoothness and dispersibility of the organic semiconductor material and having high film strength. . Hereinafter, a method for polymerizing an ionic liquid will be described.
イオン性液体を重合させる方法としては、活性放射線を照射する方法、加熱する方法等を挙げることができる。また、上述したように、必要であれば光電変換層形成用塗工液中に重合開始剤が含まれていてもよい。 Examples of the method for polymerizing the ionic liquid include a method of irradiating actinic radiation and a method of heating. Moreover, as above-mentioned, the polymerization initiator may be contained in the coating liquid for photoelectric conversion layer formation as needed.
本発明でいう活性放射線とは、イオン性液体に含まれる重合性基に対して重合を起こさせる能力がある活性放射線をいう。 The active radiation as used in the field of this invention means the active radiation which has the capability to raise | polymerize with respect to the polymeric group contained in an ionic liquid.
活性放射線としては、イオン性液体を重合せさることが可能な活性放射線であれば特に限定されるものではないが、通常は装置の容易性等の観点から紫外光または可視光線が使用される。中でも、紫外線(UV)を活性放射線として照射する方法が好ましい方法であるといえる。活性放射線としてUVを用いる方法は、既に確立された技術であることから、用いる光重合開始剤を含めて、本発明への応用が容易であるからである。 The actinic radiation is not particularly limited as long as it is an actinic radiation capable of polymerizing an ionic liquid, but usually ultraviolet light or visible light is used from the viewpoint of the ease of the apparatus. Among these, a method of irradiating ultraviolet rays (UV) as active radiation is a preferable method. This is because the method using UV as the actinic radiation is an already established technique, and therefore it is easy to apply to the present invention including the photopolymerization initiator to be used.
この照射光の光源としては、低圧水銀ランプ(殺菌ランプ、蛍光ケミカルランプ、ブラックライト)、高圧放電ランプ(高圧水銀ランプ、メタルハライドランプ)、ショートアーク放電ランプ(超高圧水銀ランプ、キセノンランプ、水銀キセノンランプ)などが例示できる。中でもメタルハライドランプ、キセノンランプ、高圧水銀ランプ灯等の使用が推奨される。 As the light source of this irradiation light, low pressure mercury lamp (sterilization lamp, fluorescent chemical lamp, black light), high pressure discharge lamp (high pressure mercury lamp, metal halide lamp), short arc discharge lamp (super high pressure mercury lamp, xenon lamp, mercury xenon) Lamp). In particular, the use of metal halide lamps, xenon lamps, high-pressure mercury lamps, etc. is recommended.
照射強度は、イオン性液体の種類や光重合開始剤の多寡によって適宜調整されて照射される。 Irradiation intensity is appropriately adjusted according to the type of ionic liquid and the amount of photopolymerization initiator.
一方、イオン性液体を重合させる方法のうちの加熱する方法としては、例えばオーブンのような特定の空間全体を加熱する装置内を通過または静置させる方法、熱風を当てる方法、あるいは遠赤外線等により直接的に加熱する方法等を用いることができる。 On the other hand, as a heating method among the methods for polymerizing the ionic liquid, for example, a method of passing or standing in a device that heats the entire specific space such as an oven, a method of applying hot air, or far infrared rays A direct heating method or the like can be used.
また、この際の加熱温度としては、一般的に30℃〜300℃、好ましくは40℃〜150℃、より好ましくは50℃〜100℃の範囲内とする。 In addition, the heating temperature at this time is generally in the range of 30 ° C to 300 ° C, preferably 40 ° C to 150 ° C, more preferably 50 ° C to 100 ° C.
このようにイオン性液体を媒体として、有機半導体材料を溶解または分散させ、成膜する方法は、有機薄膜太陽電池における光電変換層だけでなく、有機ELや有機トランジスタ等にも使用することができる。 As described above, the method of forming a film by dissolving or dispersing an organic semiconductor material using an ionic liquid as a medium can be used not only for a photoelectric conversion layer in an organic thin film solar cell but also for an organic EL, an organic transistor, and the like. .
3.第2電極形成工程
次に、第2電極層形成工程について説明する。本発明において、第2電極層形成工程は、上記光電変換層上に第2電極層を形成する工程である。
3. Second Electrode Formation Step Next, the second electrode layer formation step will be described. In the present invention, the second electrode layer forming step is a step of forming the second electrode layer on the photoelectric conversion layer.
例えば図4(d)においては、第2電極層4は光電変換層3上に全面に形成されているが、本発明においては、第2電極層はパターン状に形成されていてもよい。
For example, in FIG. 4D, the second electrode layer 4 is formed on the entire surface of the
また、上記第2電極層の形状としては、フラットな形状であってもよく、テクスチャー構造、ピラミッド構造、波型構造、くし型構造、ナノピロー構造等の凹凸状であってもよい。例えば第1電極層の形状が凹凸状である場合は、基板側からの入射光が第2電極層の凹凸形状により乱反射されるため、上記光電変換層は光を多く取り込むことができる。これにより、光を有効に利用することができるため、エネルギー変換効率を向上させることができる。 In addition, the shape of the second electrode layer may be a flat shape, or may be an uneven shape such as a texture structure, a pyramid structure, a wave shape structure, a comb structure, or a nano pillow structure. For example, when the shape of the first electrode layer is uneven, incident light from the substrate side is irregularly reflected by the uneven shape of the second electrode layer, so that the photoelectric conversion layer can take in a large amount of light. Thereby, since light can be used effectively, energy conversion efficiency can be improved.
このような第2電極層の形成方法としては、一般に使用される方法を用いることができ、例えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等のPVD法や、CVD法等の乾式塗工法、およびAg等の金属コロイドを含有する金属ペースト等を用いて塗布する湿式塗工法を挙げることができる。 As a method for forming such a second electrode layer, a generally used method can be used, for example, a PVD method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or a dry coating method such as a CVD method. And a wet coating method in which a metal paste containing a metal colloid such as Ag is used.
また、第2電極層をパターン状に形成する場合のパターニング方法としては、第2電極層を所望のパターンに精度良く形成することができる方法であれば特に限定されないが、具体的には、フォトリソグラフィー法等を挙げることができる。 The patterning method for forming the second electrode layer in a pattern is not particularly limited as long as the second electrode layer can be accurately formed in a desired pattern. Lithographic methods and the like can be mentioned.
さらに、上記第2電極層が凹凸構造を有するように形成する方法としては、コロナ処理、エッチング、サンドブラスト等が挙げられる。これらの方法は単独で用いてもよく、複数の方法を組合せて用いてもよい。また、CVD法やスパッタリング法等の成膜条件、または上記基板の表面処理により、自己組織化的に凹凸構造を形成させることもできる。 Furthermore, examples of the method for forming the second electrode layer so as to have a concavo-convex structure include corona treatment, etching, and sand blasting. These methods may be used alone or in combination of a plurality of methods. Further, the concavo-convex structure can be formed in a self-organized manner by film formation conditions such as a CVD method and a sputtering method, or by surface treatment of the substrate.
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention, and any device that exhibits the same function and effect is the present invention. It is included in the technical scope of the invention.
以下、実施例および比較例を挙げて本発明を具体的に説明する。
[実施例1]
(第1電極層の形成)
まず、超バリア性フィルム基板の表面にSiO2によるバリア層を形成し、このバリア層上に透明電極であるITO膜(膜厚:150nm、シート抵抗:15Ω/□)をIP法により成膜し、パターニングした。次いで、上記ITO膜が形成された基板をアセトン、基板洗浄液、およびIPAを用いてそれぞれ洗浄し、第1電極層を形成した。
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples.
[Example 1]
(Formation of first electrode layer)
First, a barrier layer made of SiO 2 is formed on the surface of the super-barrier film substrate, and an ITO film (film thickness: 150 nm, sheet resistance: 15 Ω / □) as a transparent electrode is formed on the barrier layer by the IP method. And patterned. Next, the substrate on which the ITO film was formed was cleaned using acetone, a substrate cleaning solution, and IPA to form a first electrode layer.
(正孔取出し層の形成)
上記第1電極層上に、PEDOT:PSS(ポリ(3,4)−エチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルフォネート水分散液)をスピンコートし、150℃で30分間乾燥させ、膜厚40nmの正孔取出し層を形成した。
(Formation of hole extraction layer)
On the first electrode layer, PEDOT: PSS (poly (3,4) -ethylenedioxythiophene / polystyrene sulfonate aqueous dispersion) was spin-coated and dried at 150 ° C. for 30 minutes to obtain a positive film having a thickness of 40 nm. A hole removal layer was formed.
(光電変換層の形成)
ポリチオフェン誘導体(P3HT:ポリ3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル(レジオレギュラー))と、ポリフルオレン誘導体と、ナノチューブとをクロロホルム溶媒中に、重量比が10:20:1となり、濃度が0.1重量%となるように溶解させ、この溶液に、下記化学式Iで示される側鎖に重合性基(ビニル基)をもつイオン性液体および重合開始剤を添加して攪拌し、この溶液の上澄み液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。次いで、この塗工液を上記正孔取出し層上にスピンコートし、110℃で2時間乾燥硬化させ、膜厚50nmの光電変換層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
A weight ratio of polythiophene derivative (P3HT: poly-3-hexylthiophene-2,5-diyl (resiregular)), polyfluorene derivative, and nanotubes in a chloroform solvent is 10: 20: 1, and the concentration is 0.00. An ionic liquid having a polymerizable group (vinyl group) in the side chain represented by the following chemical formula I and a polymerization initiator are added to this solution and stirred, and the supernatant of this solution is added. The liquid was filtered with φ0.2 μm filter paper to prepare a coating liquid. Next, this coating solution was spin-coated on the hole extraction layer and dried and cured at 110 ° C. for 2 hours to form a photoelectric conversion layer having a thickness of 50 nm.
(第2電極層の形成)
上記光電変換層上に、Caを蒸着法により100nmの膜厚となるように成膜し、さらにその上にAlを蒸着法により500nmの膜厚となるように成膜して、第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
A second electrode layer is formed on the photoelectric conversion layer by depositing Ca to a thickness of 100 nm by a vapor deposition method, and further depositing Al thereon by a vapor deposition method to a thickness of 500 nm. Formed.
最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バルクヘテロ接合型の有機薄膜太陽電池を作製した。 Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bulk heterojunction type organic thin film solar cell.
[実施例2]
超バリア性フィルム基板の替わりにガラス基板を用いた以外は、実施例1と同様にしてバリア層、第1電極層および正孔取出し層を形成した。
[Example 2]
A barrier layer, a first electrode layer, and a hole extraction layer were formed in the same manner as in Example 1 except that a glass substrate was used instead of the super-barrier film substrate.
(光電変換層の形成)
ポリチオフェン誘導体(P3HT:ポリ3−ヘキシルチオフェン−2,5−ジイル(レジオレギュラー))をクロロホルム溶媒中に濃度が0.1重量%となるように溶解させ、この溶液に、上記化学式Iで示される側鎖に重合性基(ビニル基)をもつイオン性液体および重合開始剤を添加して攪拌し、この溶液の上澄み液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を上記正孔取出し層上にスピンコートし、110℃で2時間乾燥硬化させ、膜厚30nmの正孔輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
A polythiophene derivative (P3HT: poly-3-hexylthiophene-2,5-diyl (resiregular)) is dissolved in a chloroform solvent to a concentration of 0.1% by weight, and this solution is represented by the above chemical formula I. An ionic liquid having a polymerizable group (vinyl group) in the side chain and a polymerization initiator were added and stirred, and the supernatant of this solution was filtered with a 0.2 μm filter paper to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole extraction layer and dried and cured at 110 ° C. for 2 hours to form a hole transport layer having a thickness of 30 nm.
次に、ポリフルオレン誘導体をキシレン溶媒中に濃度が0.3重量%となるように溶解させ、この溶液に、上記化学式Iで示される側鎖に重合性基(ビニル基)をもつイオン性液体および重合開始剤を添加して攪拌し、この溶液の上澄み液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を、上記正孔輸送層上にスピンコートし、110℃で2時間乾燥硬化させ、膜厚30nmの電子輸送層を形成した。 Next, the polyfluorene derivative is dissolved in a xylene solvent so as to have a concentration of 0.3% by weight, and this solution contains an ionic liquid having a polymerizable group (vinyl group) in the side chain represented by the above chemical formula I. Then, the polymerization initiator was added and stirred, and the supernatant of this solution was filtered with a filter paper of φ0.2 μm to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole transport layer and dried and cured at 110 ° C. for 2 hours to form an electron transport layer having a thickness of 30 nm.
(第2電極層の形成)
上記光電変換層上に、Alを蒸着法により500nmの膜厚となるように成膜して、第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
A second electrode layer was formed on the photoelectric conversion layer by depositing Al so as to have a thickness of 500 nm by an evaporation method.
最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バイレイヤー型の有機薄膜太陽電池を作製した。 Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bilayer type organic thin film solar cell.
[実施例3]
(第1電極層の形成)
超バリア性フィルム基板の表面にSiO2によるバリア層を形成し、このバリア層上に透明電極であるSnO2膜(膜厚:150nm、シート抵抗:15Ω/□)をCVD法により成膜し、パターニングした。次いで、上記SnO2膜が形成された基板をアセトン、基板洗浄液、およびIPAを用いてそれぞれ洗浄し、第1電極層を形成した。
[Example 3]
(Formation of first electrode layer)
A barrier layer made of SiO 2 is formed on the surface of the super-barrier film substrate, and a SnO 2 film (film thickness: 150 nm, sheet resistance: 15 Ω / □), which is a transparent electrode, is formed on the barrier layer by a CVD method. Patterned. Next, the substrate on which the SnO 2 film was formed was cleaned using acetone, a substrate cleaning solution, and IPA, thereby forming a first electrode layer.
(光電変換層の形成)
ポリフェニレンビニレン(PPV)誘導体をクロロホルム溶媒中に濃度が0.5重量%となるように溶解させ、この溶液に、下記化学式IIで示される側鎖に重合性基(アクリル基)をもつイオン性液体および重合開始剤を添加して攪拌し、この溶液の上澄み液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を上記第1電極層上にスピンコートし、110℃で2時間乾燥硬化させ、膜厚30nmの正孔輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
A polyphenylene vinylene (PPV) derivative is dissolved in a chloroform solvent to a concentration of 0.5% by weight, and this solution has an ionic liquid having a polymerizable group (acrylic group) in the side chain represented by the following chemical formula II. Then, the polymerization initiator was added and stirred, and the supernatant of this solution was filtered with a filter paper of φ0.2 μm to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the first electrode layer and dried and cured at 110 ° C. for 2 hours to form a hole transport layer having a thickness of 30 nm.
次に、フラーレン誘導体(PCBM:[6,6]−フェニル−C61ブチリックアシッドメチルエステル)をクロロホルム溶媒中に濃度が0.1重量%となるように溶解させ、この溶液に、上記化学式IIで示される側鎖に重合性基(アクリル基)をもつイオン性液体および重合開始剤を添加して攪拌し、この溶液の上澄み液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を、上記正孔輸送層上にスピンコートし、110℃で2時間乾燥硬化させ、膜厚30nmの電子輸送層を形成した。 Next, a fullerene derivative (PCBM: [6,6] -phenyl-C61 butyric acid methyl ester) was dissolved in a chloroform solvent to a concentration of 0.1% by weight. An ionic liquid having a polymerizable group (acrylic group) in the indicated side chain and a polymerization initiator were added and stirred, and the supernatant of this solution was filtered with a 0.2 μm filter paper to prepare a coating solution. . This coating solution was spin-coated on the hole transport layer and dried and cured at 110 ° C. for 2 hours to form an electron transport layer having a thickness of 30 nm.
(第2電極層の形成)
上記電子正孔輸送層上に、LiFを蒸着法により1nmの膜厚となるように成膜し、さらにその上にAlを蒸着法により50nmの膜厚となるように成膜して、第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
On the electron-hole transport layer, LiF was deposited to a thickness of 1 nm by a vapor deposition method, and further Al was deposited to a thickness of 50 nm by a vapor deposition method. An electrode layer was formed.
最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バイレイヤー型の有機薄膜太陽電池を作製した。 Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bilayer type organic thin film solar cell.
[実施例4]
超バリア性フィルム基板の替わりにガラス基板を用いた以外は、実施例1と同様にしてバリア層、第1電極層および正孔取出し層を形成した。
[Example 4]
A barrier layer, a first electrode layer, and a hole extraction layer were formed in the same manner as in Example 1 except that a glass substrate was used instead of the super-barrier film substrate.
(光電変換層の形成)
実施例2と同様にして正孔輸送層を形成した。
次に、ポリフルオレン誘導体とフラーレン誘導体(PCBM:[6,6]−フェニル−C61ブチリックアシッドメチルエステル)とをクロロホルム溶媒中に、重量比が1:1となり、濃度が0.3重量%となるように溶解させ、この溶液に、上記化学式Iで示される側鎖に重合性基(ビニル基)をもつイオン性液体および重合開始剤を添加して攪拌し、この溶液の上澄み液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を、上記正孔輸送層上にスピンコートし、110℃で2時間乾燥硬化させ、膜厚30nmの電子輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
A hole transport layer was formed in the same manner as in Example 2.
Next, a polyfluorene derivative and a fullerene derivative (PCBM: [6,6] -phenyl-C61 butyric acid methyl ester) are mixed in a chloroform solvent at a weight ratio of 1: 1 and a concentration of 0.3% by weight. To this solution, an ionic liquid having a polymerizable group (vinyl group) in the side chain represented by the above chemical formula I and a polymerization initiator are added and stirred, and the supernatant of this solution is φ0. A coating solution was prepared by filtering with 2 μm filter paper. This coating solution was spin-coated on the hole transport layer and dried and cured at 110 ° C. for 2 hours to form an electron transport layer having a thickness of 30 nm.
(第2電極層の形成)
実施例1と同様にして、第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
A second electrode layer was formed in the same manner as in Example 1.
最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バイレイヤー型の有機薄膜太陽電池を作製した。 Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bilayer type organic thin film solar cell.
[実施例5]
実施例1と同様にして、バリア層、第1電極層および正孔取出し層を形成した。
[Example 5]
In the same manner as in Example 1, a barrier layer, a first electrode layer, and a hole extraction layer were formed.
(光電変換層の形成)
上記化学式IIで示される側鎖に重合性基(アクリル基)をもつイオン性液体を用いた以外は、実施例2と同様にして正孔輸送層を形成した。
次に、ポリフルオレン誘導体とナノチューブとをクロロホルム溶媒中に、重量比が5:1となり、濃度が0.3重量%となるように溶解させ、この溶液に、上記化学式IIで示される側鎖に重合性基(アクリル基)をもつイオン性液体および重合開始剤を添加して攪拌し、この溶液の上澄み液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を、上記正孔輸送層上にスピンコートし、110℃で2時間乾燥硬化させ、膜厚30nmの電子輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
A hole transport layer was formed in the same manner as in Example 2 except that an ionic liquid having a polymerizable group (acrylic group) in the side chain represented by the above chemical formula II was used.
Next, the polyfluorene derivative and the nanotube are dissolved in a chloroform solvent so that the weight ratio is 5: 1 and the concentration is 0.3% by weight, and the side chain represented by the above chemical formula II is added to this solution. An ionic liquid having a polymerizable group (acrylic group) and a polymerization initiator were added and stirred, and the supernatant of this solution was filtered with a 0.2 μm filter paper to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole transport layer and dried and cured at 110 ° C. for 2 hours to form an electron transport layer having a thickness of 30 nm.
(第2電極層の形成)
実施例3と同様にして、第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
A second electrode layer was formed in the same manner as in Example 3.
最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バイレイヤー型の有機薄膜太陽電池を作製した。 Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bilayer type organic thin film solar cell.
[実施例6]
超バリア性フィルム基板の替わりにガラス基板を用いた以外は、実施例3と同様にして、バリア層、第1電極層を形成した。さらに、実施例1と同様にして正孔取出し層を形成した。
[Example 6]
A barrier layer and a first electrode layer were formed in the same manner as in Example 3 except that a glass substrate was used instead of the super-barrier film substrate. Further, a hole extraction layer was formed in the same manner as in Example 1.
(光電変換層の形成)
実施例2と同様にして正孔輸送層を形成した。
次に、ポリフェニレンビニレン(PPV)誘導体とフラーレン誘導体(PCBM:[6,6]−フェニル−C61ブチリックアシッドメチルエステル)とをクロロホルム溶媒中に、重量比が1:1となり、濃度が0.3重量%となるように溶解させ、この溶液に、上記化学式Iで示される側鎖に重合性基(ビニル基)をもつイオン性液体および重合開始剤を添加して攪拌し、この溶液の上澄み液をφ0.2μmのろ紙でフィルタリングして、塗工液を調製した。この塗工液を、上記正孔輸送層上にスピンコートし、110℃で2時間乾燥硬化させ、膜厚30nmの電子輸送層を形成した。
(Formation of photoelectric conversion layer)
A hole transport layer was formed in the same manner as in Example 2.
Next, a polyphenylene vinylene (PPV) derivative and a fullerene derivative (PCBM: [6,6] -phenyl-C61 butyric acid methyl ester) in a chloroform solvent have a weight ratio of 1: 1 and a concentration of 0.3. An ionic liquid having a polymerizable group (vinyl group) in the side chain represented by the above chemical formula I and a polymerization initiator are added to this solution and stirred, and the supernatant of this solution is stirred. Was filtered with φ0.2 μm filter paper to prepare a coating solution. This coating solution was spin-coated on the hole transport layer and dried and cured at 110 ° C. for 2 hours to form an electron transport layer having a thickness of 30 nm.
(第2電極層の形成)
実施例1と同様にして、第2電極層を形成した。
(Formation of second electrode layer)
A second electrode layer was formed in the same manner as in Example 1.
最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バイレイヤー型の有機薄膜太陽電池を作製した。 Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bilayer type organic thin film solar cell.
[実施例7]
実施例1と同様にしてバリア層および第1電極層を形成し、実施例3と同様にして正孔輸送層を形成した。さらに、上記化学式IIで示される側鎖に重合性基(アクリル基)をもつイオン性液体を用いた以外は、実施例4と同様にして電子輸送層を形成した。そして、実施例3と同様にして第2電極層を形成した。最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バイレイヤー型の有機薄膜太陽電池を作製した。
[Example 7]
A barrier layer and a first electrode layer were formed in the same manner as in Example 1, and a hole transport layer was formed in the same manner as in Example 3. Furthermore, an electron transport layer was formed in the same manner as in Example 4 except that an ionic liquid having a polymerizable group (acrylic group) in the side chain represented by the above chemical formula II was used. Then, the second electrode layer was formed in the same manner as in Example 3. Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bilayer type organic thin film solar cell.
[実施例8]
超バリア性フィルム基板の替わりにガラス基板を用いた以外は、実施例1と同様にして、バリア層、第1電極層、および正孔取出し層を形成した。さらに、上記化学式IIで示される側鎖に重合性基(アクリル基)をもつイオン性液体を用いた以外は、実施例1と同様にして光電変換層を形成した。そして、実施例2と同様にして第2電極層を形成した。最後に、保護シートおよび接着性封止材により、上記第2電極層側から封止して、バルクヘテロ接合型の有機薄膜太陽電池を作製した。
[Example 8]
A barrier layer, a first electrode layer, and a hole extraction layer were formed in the same manner as in Example 1 except that a glass substrate was used instead of the super-barrier film substrate. Further, a photoelectric conversion layer was formed in the same manner as in Example 1 except that an ionic liquid having a polymerizable group (acrylic group) in the side chain represented by the above chemical formula II was used. Then, the second electrode layer was formed in the same manner as in Example 2. Finally, it was sealed from the second electrode layer side with a protective sheet and an adhesive sealing material to produce a bulk heterojunction type organic thin film solar cell.
[比較例1]
イオン性液体を用いなかった以外は、実施例4と同様にしてバイレイヤー型の有機薄膜太陽電池を作製した。
[Comparative Example 1]
A bilayer organic thin film solar cell was produced in the same manner as in Example 4 except that the ionic liquid was not used.
[評価]
太陽電池特性に関しては、AM1.5、擬似太陽光(100mW/cm2)を照射光源とし、ソースメジャーユニット(HP社製、HP4100)にて電圧印加により電流電圧特性の評価を行った。評価結果を下記表1に示す。評価結果は、エネルギー変換効率η(%)を示した。
[Evaluation]
Regarding the solar cell characteristics, AM1.5 and simulated sunlight (100 mW / cm 2 ) were used as irradiation light sources, and current-voltage characteristics were evaluated by applying voltage with a source measure unit (HP4100, manufactured by HP). The evaluation results are shown in Table 1 below. The evaluation result showed energy conversion efficiency η (%).
1 … 基板
2 … 第1電極層
3 … 光電変換層
4 … 第2電極層
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記光電変換層は、イオン性液体を固体化してなる導電性化合物と、有機半導体材料とを含有することを特徴とする有機薄膜太陽電池。 A substrate, a first electrode layer formed on the substrate, a photoelectric conversion layer formed on the first electrode layer, and an electrode formed on the photoelectric conversion layer and facing the first electrode layer. An organic thin film solar cell having a second electrode layer,
The said photoelectric converting layer contains the electroconductive compound formed by solidifying an ionic liquid, and an organic-semiconductor material, The organic thin film solar cell characterized by the above-mentioned.
前記光電変換層形成工程が、イオン性液体を媒体とし、有機半導体材料が溶解または分散されてなる光電変換層形成用塗工液を塗布し、前記イオン性液体を固体化することにより行われることを特徴とする有機薄膜太陽電池の製造方法。
A first electrode layer forming step of forming a first electrode layer on the substrate; a photoelectric conversion layer forming step of forming a photoelectric conversion layer on the first electrode layer; and the first electrode layer on the photoelectric conversion layer. And a second electrode forming step of forming a second electrode layer that is an electrode facing the organic thin film solar cell,
The photoelectric conversion layer forming step is performed by applying a photoelectric conversion layer forming coating solution in which an organic semiconductor material is dissolved or dispersed using an ionic liquid as a medium, and solidifying the ionic liquid. A method for producing an organic thin-film solar cell.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005055155A JP2006245074A (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Organic thin film solar cell |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2005055155A JP2006245074A (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Organic thin film solar cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2006245074A true JP2006245074A (en) | 2006-09-14 |
Family
ID=37051220
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2005055155A Pending JP2006245074A (en) | 2005-02-28 | 2005-02-28 | Organic thin film solar cell |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2006245074A (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009043980A (en) * | 2007-08-09 | 2009-02-26 | Ricoh Co Ltd | PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, ITS MANUFACTURING METHOD, AND SOLAR CELL USING PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT |
| JP2010235526A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Otsuka Chem Co Ltd | Imidazolium salt, electrolyte, and electrochemical device |
| JP2010245026A (en) * | 2009-03-16 | 2010-10-28 | Konica Minolta Holdings Inc | Organic electronics panel |
| JP2011096914A (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Mitsubishi Chemicals Corp | Solar cell and method of manufacturing the same |
| JP2011243764A (en) * | 2010-05-19 | 2011-12-01 | Konica Minolta Holdings Inc | Organic electronic element, organic electroluminescent element, display device, lighting system, organic photoelectric conversion element, solar cell, optical sensor array, and organic electronic element material |
| JP2012084665A (en) * | 2010-10-08 | 2012-04-26 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Photoelectric conversion element |
| JP5240741B2 (en) * | 2008-12-04 | 2013-07-17 | 国立大学法人大阪大学 | Pattern formation method |
| JP2015524161A (en) * | 2012-05-10 | 2015-08-20 | メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングMerck Patent Gesellschaft mit beschraenkter Haftung | Formulations containing ionic organic compounds for use in electron transport layers |
| US9853174B2 (en) | 2012-12-07 | 2017-12-26 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Photoelectric conversion element |
| CN109830602A (en) * | 2019-01-29 | 2019-05-31 | 中国科学院过程工程研究所 | A kind of method of ionic liquid assisted microwave synthesis in-situ low-temperature preparation perovskite solar cell electron transfer layer |
| CN109830603A (en) * | 2019-01-29 | 2019-05-31 | 中国科学院过程工程研究所 | A kind of composite electron transport layer and perovskite solar cell based on ionic liquid |
-
2005
- 2005-02-28 JP JP2005055155A patent/JP2006245074A/en active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009043980A (en) * | 2007-08-09 | 2009-02-26 | Ricoh Co Ltd | PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT, ITS MANUFACTURING METHOD, AND SOLAR CELL USING PHOTOELECTRIC CONVERSION ELEMENT |
| JP5240741B2 (en) * | 2008-12-04 | 2013-07-17 | 国立大学法人大阪大学 | Pattern formation method |
| JP2010245026A (en) * | 2009-03-16 | 2010-10-28 | Konica Minolta Holdings Inc | Organic electronics panel |
| JP2010235526A (en) * | 2009-03-31 | 2010-10-21 | Otsuka Chem Co Ltd | Imidazolium salt, electrolyte, and electrochemical device |
| JP2011096914A (en) * | 2009-10-30 | 2011-05-12 | Mitsubishi Chemicals Corp | Solar cell and method of manufacturing the same |
| JP2011243764A (en) * | 2010-05-19 | 2011-12-01 | Konica Minolta Holdings Inc | Organic electronic element, organic electroluminescent element, display device, lighting system, organic photoelectric conversion element, solar cell, optical sensor array, and organic electronic element material |
| JP2012084665A (en) * | 2010-10-08 | 2012-04-26 | Sumitomo Chemical Co Ltd | Photoelectric conversion element |
| JP2015524161A (en) * | 2012-05-10 | 2015-08-20 | メルク パテント ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツングMerck Patent Gesellschaft mit beschraenkter Haftung | Formulations containing ionic organic compounds for use in electron transport layers |
| US9853174B2 (en) | 2012-12-07 | 2017-12-26 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Photoelectric conversion element |
| CN109830602A (en) * | 2019-01-29 | 2019-05-31 | 中国科学院过程工程研究所 | A kind of method of ionic liquid assisted microwave synthesis in-situ low-temperature preparation perovskite solar cell electron transfer layer |
| CN109830603A (en) * | 2019-01-29 | 2019-05-31 | 中国科学院过程工程研究所 | A kind of composite electron transport layer and perovskite solar cell based on ionic liquid |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2020067188A1 (en) | Solar cell module | |
| US9640330B2 (en) | Photoelectric conversion element and solar cell | |
| EP2999017B1 (en) | Organic photovoltaic cell | |
| US20170243698A1 (en) | Photoelectric conversion element | |
| WO2015125587A1 (en) | Photoelectric conversion element and solar cell | |
| JP2009076668A (en) | Organic thin film solar cell | |
| JP6206037B2 (en) | Photoelectric conversion element | |
| JP6051170B2 (en) | Photocell | |
| WO2010038406A1 (en) | Tandem solar cell | |
| JP2006245073A (en) | Organic thin film solar cell | |
| JP2006245074A (en) | Organic thin film solar cell | |
| JP2007005620A (en) | Organic thin film solar cell | |
| JP2006310729A (en) | Organic thin film solar cell | |
| JP5444743B2 (en) | Organic photoelectric conversion element | |
| JP2013026483A (en) | Organic photoelectric conversion element, method for manufacturing the same, and solar cell | |
| JP5228422B2 (en) | Coating liquid for photoelectric conversion layer and method for producing the same, organic thin film solar cell and method for producing the same | |
| JP5944120B2 (en) | ORGANIC PHOTOELECTRIC CONVERSION DEVICE, ITS MANUFACTURING METHOD, AND ORGANIC SOLAR CELL USING THE SAME | |
| JP5023457B2 (en) | Organic thin film solar cell | |
| JP5652314B2 (en) | Organic photoelectric conversion element and manufacturing method thereof | |
| JP5310230B2 (en) | Organic photoelectric conversion element | |
| JP2017011066A (en) | Photoelectric conversion element | |
| JP2012089617A (en) | Organic thin film solar cell element | |
| JP6432728B2 (en) | Photoelectric conversion element, diketopyrrolopyrrole derivative, photosensitizing dye containing the diketopyrrolopyrrole derivative | |
| JP2006278582A (en) | Organic thin film solar cell | |
| JP2011244020A (en) | Organic thin-film solar cell |