光电转换元件制造技术

提供的是光电转换元件，其包括：第一电极；空穴阻挡层；电子传输层；空穴传输层；和第二电极，其中空穴阻挡层包含含有钛原子和铌原子的金属氧化物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及光电转换元件.
技术介绍
近些年，电子电路的驱动电力已显著减少，并且驱动各种电子部件如具有弱电力(μW量级)的传感器已成为可能。传感器所期望的用途包括应用于储能元件作为能够瞬间产生和消耗电力的独立电力系统。在此类储能元件之中，太阳能电池(其为一类光电转换元件)作为能够在任何有光的地方产生电力的元件正引起注意。在此类太阳能电池之中，据报道，由来自Lausanne的瑞典联邦理工学院(SwissFederalInstituteofTechnology)的Graetzel等提出的染料敏化太阳能电池在微弱室内光下具有大于或等于非晶硅太阳能电池的光电转换特性的高光电转换特性(参见，例如，非专利文件1)。例如，LED灯和荧光灯的室内光通常具有约200Lux至1,000Lux的照度，并且远弱于直射阳光(约100,000Lux)。太阳能电池的结构由以下形成：透明导电玻璃基材(基板，substrate)上的多孔金属氧化物半导体；吸附于多孔金属氧化物半导体表面的染料；含有氧化还原对的电解质；和对电极。Graetzel等已经明显改善了光电转换效率——其通过使用多孔材料作为由金属氧化物半导体如氧化钛形成的电极以增加表面积并且通过单分子吸附钌络合物作为染料(参见，例如，专利文件1和非专利文件2和3)。染料敏化太阳能电池通常使用电解溶液进行生产，但是由于液体挥发或泄露的问题还没有被投入实际应用。同时，作为旨在实际应用的发展，以下使用固体材料替换电解溶液的固体染料敏化太阳能电池已被报道。空穴传输材料被主要地用作固体材料。具有类似p型半导体行为和能够接收来自染料的空穴的材料可以代替电解溶液。1)使用无机半导体的固体染料敏化太阳能电池(参见，例如，非专利文件4)2)使用低分子量有机空穴传输材料的固体染料敏化太阳能电池(参见，例如，专利文件2和非专利文件5和6)3)使用导电聚合物的固体染料敏化太阳能电池(参见，例如，专利文件3和非专利文件7)在具有其中多孔金属氧化物半导体层被直接提供在透明导电玻璃基材上的结构的固体染料敏化太阳能电池中，空穴传输材料可通过多孔层中的空隙侵入并且接触透明导电玻璃基材的表面。这已知引起空穴传输材料中的空穴和透明导电玻璃基材的表面中的电子之间的再结合(即，所谓的逆电子转移)，导致电力下降。为了弥补这个缺点，在透明导电玻璃基材上形成由金属氧化物形成的空穴阻挡层的方法已被报道，并且例如，给出以下的报道。专利文件4公开了由氧化铌形成的氧化物膜被插入于透明导电膜和半导体颗粒层之间，以及氧化物膜的膜厚度被设置为预定值。这是提高光电转换效率的尝试，因为自透明导电膜至电解溶液的逆电子转移可以被阻止，而不干扰电子转移至透明导电膜。专利文件5涉及在透明电极侧包含光催化膜的染料敏化太阳能电池，并且公开了形成在透明电极和光催化膜之间布置的缓冲层的方法。在醇液体中通过溶解金属醇盐——其为光催化剂的前体——获得的混合溶液被通过液体喷雾喷嘴涂覆在透明电极的表面，并且其后立即，通过蒸汽喷雾喷嘴将过热蒸汽喷雾进行烧制，以形成缓冲层。此外，关于金属氧化物膜的形成，包含两种或更多种金属原子的金属氧化物膜已被报道如下。专利文件6公开了同时执行使用由金属Ti形成的第一靶材通过氧气进行反应溅射的步骤和使用由五氧化铌形成的第二靶材进行溅射的步骤，以在基材上形成由掺铌氧化钛形成的透明导电膜。在固体染料敏化太阳能电池的结构中，利用金属氧化物的空穴阻挡层执行显著、重要的功能。当光电转换元件如固体染料敏化太阳能电池被用于将弱光如室内光转换为电时，空穴阻挡层也显示了重要功能。据报道，当弱光如室内光被转换为电时，由于光电转换元件中的低内阻，损失电流是显著的(参见非专利文件8)。在此方面，可以预期通过提供空穴阻挡层以提高内阻并且抑制损失电流来改善光电转换特性。但是另一方面，内阻的增加使电流提取困难。因此，增加内阻和实现良好的光电转换特性两者是很难同时满足的。因此，在目前情况下，目前所研究的以及包含空穴阻挡层的光电转换元件还未能获得将弱光如室内光转化为电的满意特性。引用列表专利文件专利文件1：日本专利号2664194专利文件2：日本未经审查专利申请公开号11-144773专利文件3：日本未经审查专利申请公开号2000-106223专利文件4：日本未经审查专利申请公开号2008-077924专利文件5：日本未经审查专利申请公开号2011-233376专利文件6：日本未经审查专利申请公开号2011-144408非专利文件非专利文件1：松下技术报告(PanasonicTechnicalReport)，第56卷，第4期(2008)87非专利文件2：Nature，353(1991)737非专利文件3：J.Am.Chem.Soc.，115(1993)6382非专利文件4：Nature，485(2012)486非专利文件5：J.Am.Chem.Soc.，133(2011)18042非专利文件6：J.Am.Chem.Soc.，135(2013)7378非专利文件7：J.Phys.Chem.C，116(2012)25721非专利文件8：IEEJ杂志，第133卷，第4期(2013)214-217
技术实现思路
技术问题本专利技术的目标为提供甚至在弱入射光如室内光时能够获得良好光电转换效率的光电转换元件。问题解决方案本专利技术的光电转换元件作为实现上述目标的手段包括第一电极、空穴阻挡层、电子传输层、空穴传输层、和第二电极。空穴阻挡层包括含有钛原子和铌原子的金属氧化物。专利技术效果本专利技术可以提供甚至在弱入射光如室内光时能够获得良好光电转换效率的光电转换元件。附图说明图1是示例本专利技术的光电转换元件结构的实例的示意图。具体实施方式本专利技术的光电转换元件将参考附图在下面进行描述。本专利技术不限于以下描述的实施方式，但是其它的实施方式、添加、修改、删减等可在本领域技术人员所能想到的范围内进行。任何具有本专利技术的操作和效果的实施方式意图包括在本专利技术的范围内。本专利技术中，光电转换元件指的是被配置以将光能转换成电能的元件或被配置以将电能转化为光能的元件。具体实例包括太阳能电池和光电二极管。也就是说，本专利技术的光电转换元件可以被用作，例如，太阳能电池和光电二极管。光电转换元件的配置将参考图1进行描述。图1是光电转换元件的横截面的示意图。图1中示例的实施方式是配置实例，其中第一电极2在基材1上形成，空穴阻挡层3在第一电极2上形成，电子传输层4在空穴阻挡层3上形成，光敏化合物5被吸附于电子传输层4中的电子传输材料，和空穴传输层6被插入在第一电极2和与第一电极2相对的第二电极7之间。图1示例的配置实例还包括导线8和9，其以使第一电极2和第二电极7电连续(electricallycontinuous)的方式提供。详细内容将在下面描述。<基材>本专利技术中所用的基材1不被特别限定并且可使用已知的基材。优选地，基材1由透明材料形成。材料的实例包括玻璃、透明塑料板、透明塑料膜、和无机透明晶体物质。<第一电极>本专利技术所用的第一电极2不被特别限定并且可依据预期目的被适当选择，只要第一电极2是对可见光透明的导电材料。可以使用已知导电材料，例如，典型光电转换元件或液晶面板中使用的导电材料。第一电极的材料的实例包括铟本文档来自技高网...

【技术保护点】
光电转换元件，其包括：第一电极；空穴阻挡层；电子传输层；空穴传输层；和第二电极，其中所述空穴阻挡层包含含有钛原子和铌原子的金属氧化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.16 JP 2014-084962;2014.12.10 JP 2014-250011.光电转换元件，其包括：第一电极；空穴阻挡层；电子传输层；空穴传输层；和第二电极，其中所述空穴阻挡层包含含有钛原子和铌原子的金属氧化物。2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其中所述空穴传输层包含由以下结构式(1)所表示的空穴传输材料：3.根据权利要求1或2所述的光电转换元件，其中所述空穴阻挡层的平均厚度为0.5nm以上但500nm以下。4.根据权利要求1至3中任一项所述的光电转换元件，其中所述空穴阻挡层中的所述钛原子和所述铌原子之间的原子比例(Ti∶Nb)为1∶0.1至1∶10。5.根据权利要求1至4中任一项所述的光电转换元件，其中所述电子传输层包含吸附由下面通式(1)表示的光敏化合物的电子传输材料：其中在所述式中，R表示取代或未取代的烷基基团。6.根据权利要求5所...

【专利技术属性】
技术研发人员：兼为直道，田中裕二，新居辽太，堀内保，
申请(专利权)人：株式会社理光，
类型：发明
国别省市：日本;JP