有机薄膜太阳能电池制造技术

本发明专利技术的目的在于，提供一种光电转换效率高、耐久性优异的有机薄膜太阳能电池。本发明专利技术提供的是具有光电转换层的有机薄膜太阳能电池，在所述光电转换层中，含有元素周期表15族元素的硫化物的部位和有机半导体部位相互接触，构成所述有机半导体部位的有机半导体为聚噻吩衍生物、酞菁衍生物、萘酞菁衍生物或苯并卟啉衍生物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】有机薄膜太阳能电池
本专利技术涉及光电转换效率高、耐久性优异的有机薄膜太阳能电池。
技术介绍
以往以来，开发出了将多种半导体层叠并在该层叠体的两侧设置有电极的光电转 换元件。另外，还研究了使用将多种的半导体混合并复合化而得的复合膜来代替如上所述 的层叠体。在这样的光电转换元件中，各半导体作为P型半导体或N型半导体而工作，通过 光激发而在P型半导体或N型半导体中生成光生载流子（电子-空穴对），通过电子在N型 半导体中移动，空穴在P型半导体中移动，从而产生电场。 目前被实用化的光电转换元件大多是使用硅等无机半导体所制造的无机太阳能 电池。但是，就无机太阳能电池而言，在制造上耗费成本并且难以大型化，导致利用范围受 限，因此，使用有机半导体代替无机半导体而制造的有机太阳能电池受到了关注。 在有机太阳能电池中，在几乎全部情况下使用的是富勒烯。已知富勒烯主要作为 N型半导体来工作。例如，在专利文献1中，记载了使用作为P型半导体的有机化合物和富 勒烯类而形成的半导体异质结膜。但是，已知在使用富勒烯所制造的有机太阳能电池中，其 劣化的原因在于富勒烯（例如，参照非专利文献1)，因此，要求选择比富勒烯的耐久性更高 的材料。 另外，由于代替富勒烯的优秀的有机半导体较少，因此使用无机半导体代替富勒 烯并且将有机半导体和无机半导体组合使用的有机太阳能电池也在被研究，作为无机半导 体，例如可以使用氧化锌、氧化钛等。作为这样的有机太阳能电池，例如在专利文献2中记 载了将含有有机电子供体和化合物半导体结晶的活性层设置于两个电极之间的有机太阳 能电池。但是，即使使用氧化锌、氧化钛等也无法得到充足的耐久性，另外，与使用富勒烯的 情况相比，还存在光电转换效率降低的问题。 现有技术文献 专利文献 专利文献1 :日本特开2006-344794号公报 专利文献2 :日本专利第4120362号公报 非专利文献 非专利文献 1 :Reese et al.，Adv. Funct. Mater.，20, 3476-3483 (2010)
技术实现思路
专利技术所要解决的课题 本专利技术目的在于，提供一种光电转换效率高、耐久性优异的有机薄膜太阳能电池。 用于解决课题的方法 本专利技术提供的是具有光电转换层的有机薄膜太阳能电池，在所述光电转换层中， 含有元素周期表15族元素的硫化物的部位和有机半导体部位相互接触，构成所述有机半 导体部位的有机半导体为聚噻吩衍生物、酞菁衍生物、萘酞菁衍生物或苯并卟啉衍生物。 下面对本专利技术进行详述。 本专利技术人发现：在具有光电转换层的有机薄膜太阳能电池中，通过使光电转换层 成为包含有机半导体部位和含有元素周期表15族元素的硫化物的部位的层，将聚噻吩衍 生物、酞菁衍生物、萘酞菁衍生物或苯并卟啉衍生物作为构成有机半导体部位的有机半导 体来使用，从而可以保持高光电转换效率并且使耐久性得以提高，至此完成了本专利技术。 本专利技术的有机薄膜太阳能电池是具有光电转换层的电池，在该光电转换层中，含 有元素周期表15族元素的硫化物的部位和有机半导体部位相互接触。 可推测在这样的光电转换层中上述含有元素周期表15族元素的硫化物的部位主 要作为N型半导体来工作、而上述有机半导体部位主要作为P型半导体来工作，通过光激发 而在P型半导体或N型半导体中生成光生载流子（电子-空穴对），通过电子在N型半导体 中移动，空穴在P型半导体中移动而产生电场。但是，上述含有元素周期表15族元素的硫 化物的部位也可以部分地作为P型半导体来工作，上述有机半导体部位也可以部分地作为 N型半导体来工作。 元素周期表15族元素的硫化物的耐久性高，因此通过使用元素周期表15族元素 的硫化物，从而使本专利技术的有机薄膜太阳能电池成为耐久性优异的电池。 另外，通过使用有机半导体，从而使本专利技术的有机薄膜太阳能电池成为耐冲击性、 挠性等也优异的电池。 另外，在N型半导体和P型半导体均为无机半导体的情况下，存在它们的固溶体在 界面析出的可能性，与此相对，在本专利技术的有机薄膜太阳能电池中不析出固溶体，即使在高 温时也能够得到高稳定性。 需要说明的是，就光电转换层而言，可以是含有元素周期表15族元素的硫化物的 部位和有机半导体部位相互接触，也可以是包含含有元素周期表15族元素的硫化物的层 和有机半导体层的层叠体，还可以是将含有元素周期表15族元素的硫化物的部位和有机 半导体部位混合并复合化而得的复合膜，由于可以使有机半导体部位的电荷分离效率提 高，因此更优选复合膜。 上述元素周期表15族元素的硫化物优选硫化锑、硫化铋，更优选硫化锑。硫化锑 与有机半导体在能级方面的相容性良好，且与现有的氧化锌、氧化钛等相比对可见光的吸 收更大。因此，凭借上述元素周期表15族元素的硫化物为硫化锑，从而使有机薄膜太阳能 电池的光电转换效率变高。这些元素周期表15族元素的硫化物可以单独使用，也可以两种 以上组合使用。 上述元素周期表15族元素的硫化物也可以是在同一分子中含有元素周期表15族 元素中的2种以上的元素的复合硫化物。 就上述含有元素周期表15族元素的硫化物的部位而言，只要在不阻碍本专利技术的 效果的范围内，则除上述元素周期表15族元素的硫化物以外还可以含有其它的元素。上述 其它的元素没有特别的限定，优选属于元素周期表的第4周期、第5周期和第6周期的元 素，具体可以列举例如铟、镓、锡、镉、铜、锌、错、镍、银、钛、银、银、钥、钽、铁、钴等。这些其它 的元素可以单独使用，也可以两种以上组合使用。其中，从电子的迁移率变高的方面出发， 优选铟、镓、锡、镉、锌、铜。 就上述其它的元素的含量而言，上述含有元素周期表15族元素的硫化物的部位 中的优选的上限为50重量％。若上述含量为50重量％以下，则能够抑制含有元素周期表 15族元素的硫化物的部位和有机半导体的相容性的降低，且光电转换效率变高。 优选上述含有元素周期表15族元素的硫化物的部位为结晶性半导体。通过上述 含有元素周期表15族元素的硫化物的部位为结晶性半导体，由此电子的迁移率变高，光电 转换效率变高。 需要说明的是，结晶性半导体是指利用X射线衍射测定等来测定，且能够检出散 射峰的半导体。 另外，还可以使用结晶度作为上述含有元素周期表15族元素的硫化物的部位的 结晶性的指标。就上述含有元素周期表15族元素的硫化物的部位的结晶度而言，优选的下 限为30%。若上述结晶度为30%以上，则电子的迁移率变高，光电转换效率变高。上述结 晶度的更优选的下限为50%，进一步优选的下限为70%。 需要说明的是，结晶度可以通过如下的方法求得，即，将通过X射线衍射测定等所 检测出的来自于结晶物质的散射峰与来自于非晶物质部分的晕通过拟合（fitting)来分 离，求得各自的强度积分，并计算出整体中的结晶物质部分的比。 作为提高上述含有元素周期表15族元素的硫化物的部位的结晶度的方法，可以 列举出例如对含有元素周期表15族元素的硫化物的部位进行热退火、激光或闪光灯等的 高强度光的照射、激基缔合物光照射、等离子体照射等的方法。其中，从能够降低上述元素 周期表15族本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有机薄膜太阳能电池，其特征在于，其是具有光电转换层的有机薄膜太阳能电池，在所述光电转换层中，含有元素周期表15族元素的硫化物的部位与有机半导体部位相互接触，构成所述有机半导体部位的有机半导体为聚噻吩衍生物、酞菁衍生物、萘酞菁衍生物或苯并卟啉衍生物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.02.07 JP 2012-024451;2012.03.21 JP 2012-063911. 一种有机薄膜太阳能电池，其特征在于， 其是具有光电转换层的有机薄膜太阳能电池， 在所述光电转换层中，含有元素周期表15族元素的硫化物的部位与有机半导体部位 相互接触， 构成所述有机半导体部位的有机半导体为聚噻吩衍生物、酞菁衍生物、萘酞菁衍生物 或苯并卟啉衍生物。2. 根据权利要求1所述的有机薄膜太阳能电池，其特征在于，元素周期表15族元素的 硫化物为硫化铺。3. 根据权利要求1或2所述的有机薄膜太阳能电池，其特征在于， 光电转换层为包含有机半导体层和含有元素周期表15族元素的硫化物的层的层叠 体。4. 根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：早川明伸，伊藤和志，孙仁德，
申请(专利权)人：积水化学工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP