光电转换元件制造技术

本发明专利技术提供一种光电转换元件，其具有阴极和阳极以及位于该阳极和该阴极之间的活性层，所述活性层具有ｎ型半导体和ｐ型半导体，所述ｎ型半导体和ｐ型半导体的ｐｎ结的面积为每１μｍ３活性层１００μｍ２以上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种光电转换元件。
技术介绍
近年来，利用光能的有机光电转换元件(有机太阳能电池、光传感器等)正备受 瞩目。尤其是具有包含η型半导体和ρ型半导体的活性层的本体相异质结型太阳能电 池(bulk heterojunction-type solar cell)更是备受关注(Applied Physics Letters Vol. 58(1991) 1062 页)。
技术实现思路
但是，在上述本体相异质结型太阳能电池之类的本体相异质型光电转换元件中， 用于提高其光电转换效率的条件未必明确。在此，本专利技术的目的在于，提供一种光电转换效率高的光电转换元件。本专利技术的第一方面提供一种光电转换元件，其具有阴极和阳极以及位于所述阳极 和所述阴极之间的活性层，所述活性层具有η型半导体和ρ型半导体，所述η型半导体和ρ 型半导体的Pn结的面积为每1 μ m3活性层100 μ m2以上。本专利技术的第二方面提供上述光电转换元件，其中，pn结的面积为每1 μ m3活性层 300 μ τα 以下。本专利技术的第三方面提供上述光电转换元件，其中，活性层包含高分子化合物。本专利技术的第四方面提供上述光电转换元件，其中，活性层包含富勒烯衍生物和高 分子化合物。具体实施例方式下面详细地说明本专利技术。本专利技术的光电转换元件的活性层包含作为受电子性化合物的η型半导体和作为 供电子性化合物的P型半导体的混合物，具有本体相异质结型结构。在本体相异质结型结构中，活性层含有的η型半导体和P型半导体进行相分离而 在活性层的层内产生pn结(pn-jimction)。本专利技术的光电转换元件的每1 μ m3活性层的pn 结的面积为100 μ m2以上。光致电荷分离由于在pn结产生，因此通过将pn结的面积设定 为IOOym2以上，光致电荷分离易于发生，光电转换效率提高。pn结的面积优选为115μπι2 以上、更优选为130 μ m2以上。现有的光电转换元件由于活性层的pn结的面积小，因此难 以发生光致电荷分离，不能得到充分的光电转换效率。pn结的面积过大时，具有微细的相分离结构，η型、ρ型各相的区域被微细地分割， 有对在η型半导体或P型半导体内部的电荷输送产生障碍的倾向。pn结的面积优选每Iy m3 活性层300 μ m2以下、更优选为250 μ m2以下。作为pn结的面积的测定方法，可举出通过用透射型电子显微镜(TEM)对活性层进行2维观察，求面积的方法。通过用TEM观察η型半导体及/或ρ型半导体含有的元素的 特征性的图像，可以将P型半导体和η型半导体分离进行观察。作为元素的特征性的图像， 可举出利用能量过滤器TEM的元素分布像、使用赋予与元素映射像相同的对比度的能量值 的能耗图像、利用使用扫描透射型电子显微镜的能量分散型X线分析(STEM-EDX)的元素分 布像等。通过将P型半导体相和η型半导体相进行比较，对使明亮的相为白、使黑暗的相为 黑的图像实施二元化处理，可以计算出Pn结的面积。也可以用TEM的3维层析X射线照相法来求ρη结的面积。通过例如使用将ρ型半导体及/或η型半导体溶解于溶剂而成的溶液的涂布法， 可以制造本专利技术的光电转换元件的活性层。这种情况下，确定ρη结的面积的要素之一，即，P型半导体对溶剂的溶解性及η型 半导体对溶剂的溶解性。优选P型半导体相对于溶剂100重量份的溶解度为0. 1 10重 量份。另外，优选η型半导体相对于溶剂100重量份的溶解度为5 20重量份。在溶解度 过高的情况下，η型半导体相和ρ型半导体相的相分离变细，电荷的迁移率有变差的倾向。 另一方面，如果溶解度过低，则相分离变粗，电荷分离有变差的倾向。作为本专利技术的光电转换元件具有的电极(阳极及/或阴极)，可举出包含金属的电 极、包含聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物等有机的透明导电膜的电极等，优选包含金 属的电极。作为包含金属的电极中的金属，可举出锂、铍、钠、镁、铝、钾、钙、钪、钛、钒、铬、锰、 铁、钴、镍、铜、锌、镓、锗、铷、锶、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、锑、铯、钡、镧、铪、钽、钨、铼、锇、铱、钼、金、汞、铊、铅、铋、镧系元素等。也可以使用这些金属的合金、石墨或这 些金属和石墨的层间化合物等。金属中，优选铝、镁、钛、铬、铁、镍、铜、锌、镓、锆、钼、银、铟、 锡。作为包含金属的电极，可举出由金属构成的电极、包含导电性的金属氧化物膜的 电极等。由金属构成的电极除了金属以外，还可以包含金属的氧化物、金属的卤化物，但在 将金属的重量设定为100的情况下，优选金属的氧化物的重量和金属的卤化物的重量的合 计为10以下，更优选实际上仅由金属构成。作为包含导电性的金属氧化物膜的电极中的金属氧化物，可举出氧化铟、氧化锌、 氧化锡、及作为它们的复合体铟·锡·氧化物(ITO)、铟 锌·氧化物等。作为电极的制作方法，可举出真空蒸镀法、溅射法、离子镀法、镀敷法等。此外，还 可以使用金属油墨、金属膏、低熔点金属、包含有机物的油墨等用涂布法制作电极。本专利技术的光电转换元件通常形成在衬底上。该衬底优选形成电极并且在形成包含 有机物的层时不变形。作为衬底的材料，可举出例如玻璃、塑料、高分子膜、硅等。在使用 不透明的衬底的情况下，优选相对的电极(即远离衬底侧的电极)为透明或半透明。作为上述透明或半透明的电极材料，可举出导电性的金属氧化物膜、半透明的金 属薄膜等。具体而言，使用用包含氧化铟、氧化锌、氧化锡及作为它们的复合体铟 锡 氧 化物(ITO)、铟 锌 氧化物等的导电性材料制作的膜(NESA等)或使用金、钼、银、铜等，优 选ΙΤ0、铟·锌·氧化物、氧化锡。对光电转换元件的工作原理进行说明。从透明或半透明的电极入射的光能被受电 子性化合物和/或供电子性化合物吸收，生成电子和空穴结合而成的激发子。当生成的激发子移动至受电子性化合物和供电子性化合物邻接的异质结界面时，由于界面上的各HOMO 能及LUMO能不同，电子和空穴分离，产生可以独立活动的电荷(电子和空穴)。产生的电荷 通过分别向电极移动，可以作为电能(电流)向外部输出。本专利技术的光电转换元件在阳极和阴极之间具有含有受电子性化合物及供电子性 化合物的活性层。受电子性化合物通常相当于η型半导体。供电子性化合物通常相当于ρ 型化合物。对适合用于光电转换元件的受电子性化合物而言，受电子性化合物的HOMO能比 供电子性化合物的HOMO能高，且受电子性化合物的LUMO能比供电子性化合物的LUMO能尚ο供电子性化合物可以是低分子化合物也可以是高分子化合物。作为低分子化合 物，可举出酞菁、金属酞菁、P卜啉、金属卟啉、低聚噻吩、并四苯、并五苯、红荧烯等。作为高 分子化合物，可举出聚乙烯咔唑及其衍生物、聚硅烷及其衍生物、侧链或主链上具有芳香 族胺的聚硅氧烷衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯 乙烯及其衍生物、聚噻吩乙烯及其衍生物、聚芴及其衍生物等。尤其优选高分子化合物，更 优选共轭高分子化合物。作为受电子性化合物，可以是低分子化合物也可以是高分子化合物。作为低分子 化合物，可举出噁二唑衍生物、蒽醌二甲烷及其衍生物、苯醌及其衍生物、萘醌及其衍生物、 蒽醌及其衍生物、四氰基蒽醌二甲烷及其衍生物、芴酮衍生物、二苯基二氰基乙烯及其衍生 物、联本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电转换元件，其具有阴极和阳极以及位于所述阳极与所述阴极之间的活性层，所述活性层具有ｎ型半导体和ｐ型半导体，所述ｎ型半导体和ｐ型半导体的ｐｎ结的面积为每１μｍ↑［３］活性层１００μｍ↑［２］以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP2008-1776442008年7月8日1.一种光电转换元件，其具有阴极和阳极以及位于所述阳极与所述阴极之间的活性 层，所述活性层具有η型半导体和P型半导体，所述η型半导体和P型半导体的ρη结的面 积为每1 μ m3活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：上谷保则，
申请(专利权)人：住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：JP