有机光电转换元件制造技术

本发明专利技术提供一种有机光电转换元件(10)，其具备在由第一电极(32)及第二电极(34)构成的一对电极之间含有有机化合物的活性层(40)，该活性层含有表面包覆有碳材料的金属氧化物纳米粒子，因此，可以由廉价的材料得到。

【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有机光电转换元件及搭载该有机光电转换元件的装置。
技术介绍
目前正在进行构成将光转换成电力的太阳能电池、将图像转换成电信号的图像传感器等的光电转换元件的研究、实用化。在现在实用化不断发展的光电转换元件中，通常在具备光电转换活性的活性层中使用无机半导体材料。对此，从进一步谋求元件的薄膜化及大面积化等观点考虑，在具备光电转换活性的活性层中使用有机化合物材料的光电转换元件(以下，称为有机光电转换元件)正备受瞩目。目前，作为有机光电转换元件中的η型半导体材料，可使用例如PCBM(-Phenyl-C61-Butyric Acid Methyl Ester)等富勒烯衍生物。但是，PCBM 极其昂贵，寻求更廉价的η型半导体材料。作为PCBM的代替材料候补之一，也研究了利用可作为η型半导体材料起作用的金属氧化物纳米粒子，但与使用PCBM的情况相比，存在光电转换效率降低的趋势。为了提高光电转换特性，尝试了改良η型金属氧化物纳米粒子，例如进行了使用在纳米晶体 Ti02(nc-Ti02)的表面上用三辛基氧化膦(TOPO)覆盖而成的TOPO-capped TiO2等的试验 (非专利文献1)。现有技术文献非专利文献非专利文献 1 Johann et al.，Advanced Functional Materials, 18(2008)662, Hybrid Solar Cells from a Blend of Poly(3-hexylthiophene)and Lignad-Capped TiO2 Nanorods
技术实现思路
通常金属氧化物的表面容易被羟基覆盖。另外，由于纳米粒子的表面能量高，因此，固体状态下的凝聚力强。因此，金属氧化物纳米粒子容易形成数Pm左右的粗大的2次凝聚，在使用η型金属氧化物纳米粒子的情况下，不易如PCBM那样形成与ρ型有机高分子在纳米(nm)水平下的微细的混合状态(所谓的本体异质结结构)。本专利技术人等发现通过在金属氧化物纳米粒子的表面上包覆碳材料，可以廉价地得到作为可用于有机光电转换元件的半导体材料优选的材料这样的见解，直至完成了本专利技术。根据本专利技术，可提供下述有机光电转换元件。 一种有机光电转换元件，其中，所述有机光电转换元件具备由第一电极及第二电极构成的一对电极、该一对的电极之间的活性层，该活性层含有表面包覆有碳材料的金属氧化物纳米粒子。根据上述所述的有机光电转换元件，其中，碳材料选自由石墨、富勒烯、富勒烯衍生物及碳纳米管构成的组。根据上述或所述的有机光电转换元件，其中，构成金属氧化物纳米粒子的金属氧化物为η型半导体材料。根据上述 中任一项所述的有机光电转换元件，其中，构成金属氧化物纳米粒子的金属氧化物为选自由Ti、Nb、Zn及Sn构成的组中的金属的氧化物。 一种有机光电转换元件的制造方法，其为具备由第一电极及第二电极构成的一对电极和、位于该一对电极之间的含有有机化合物的活性层的有机光电转换元件制造方法，所述制造方法中包括形成所述活性层的工序，所述活性层含有表面包覆有碳材料的金属氧化物纳米粒子。根据上述所述的有机光电转换元件的制造方法，其中，表面包覆有碳材料的金属氧化物纳米粒子通过包括下述(A)及(B)的制备方法来制造(A)制备含有金属氧化物原料的浆料和碳材料的原料的混合溶液的工序及(B)在所述混合溶液中实施超临界水热处理的工序。 一种有机光电转换元件，其是由上述所述的方法制造的有机光电转换元件，并且碳材料的原料为糖类。8、一种太阳能电池模块，其中，所述太阳能电池模块具备上述 中任一项所述的有机光电转换元件。9、一种图像传感器装置，其中，所述图像传感器装置具备上述 中任一项所述的有机光电转换元件。附图说明图1是表示本专利技术的有机光电转换元件的第一实施方式的层构成的图；图2是表示本专利技术的有机光电转换元件的第二实施方式的层构成的图；图3是表示本专利技术的有机光电转换元件的第三实施方式的层构成的图。符号说明10有机光电转换元件20 基板32第一电极；34 第二电极40活性层42第一活性层44第二活性层52第一中间层M第二中间层具体实施例方式以下，一边参照附图一边对本专利技术的实施方式进行进一步详细说明。需要说明的是，为了容易理解，有时附图中的各部件的比例尺与实际不同。另外，本专利技术并不限定于以下的记述，在不脱离本专利技术的主旨的范围内可以适宜变更。在有机光电转换元件中也存在电极的引线等部件，但在本专利技术的说明中并不直接地需要，因此省略记载。为了方便说明层结构等，在下述所示的例子中，与在下面配置有基板的图一起进行说明，但是专利技术的有机光电转换元件及搭载该有机光电转换元件的装置未必配置在该上下左右的方向而进行制造或使用等，可进行适宜调整。1.本专利技术的有机光电转换元件及装置本专利技术的有机光电转换元件备有由第一电极及第二电极构成的一对电极、和位于该一对的电极之间的含有有机化合物的活性层，该活性层含有表面包覆有碳材料的金属氧化物纳米粒子。在本说明书中，有时将“表面包覆有碳材料的金属氧化物纳米粒子”称为“碳包覆金属氧化物纳米粒子”。<活性层>光电转换元件中的活性层为具有通过受光而活化来产生电能的功能的层。对本专利技术的有机光电转换元件而言，有机化合物和碳材料包覆在金属氧化物纳米粒子的表面上的碳包覆金属氧化物纳米粒子并存在活性层中。作为活性层的优选的一个形态，可将碳包覆金属氧化物纳米粒子用作η型半导体材料。通过将碳包覆金属氧化物纳米粒子用作η型半导体材料，可以采用被用作ρ型半导体材料的各种的有机半导体材料来得到光电转换效率优异的元件。碳包覆金属氧化物纳米粒子可以廉价地进行制造。另外，由于利用碳材料中和金属氧化物的表面电荷，因此，不易凝聚、粒子的分散性优异、在制造过程等中的操作容易。活性层可以为单层，也可以为多层重叠而成的层叠体。作为活性层的形态，例如可以为用P型半导体材料形成的层(给电子性层)和用η型半导体材料形成的层(受电子性层)重叠而成的ρη异质结型的活性层，或者，也可以为P型半导体材料和η型半导体材料进行混合而形成本体异质结结构的本体异质结型的活性层。在以碳包覆金属氧化物纳米粒子作为一方的半导体材料形成ρη异质结型的活性层的情况下，用P型半导体材料形成的层和用η型半导体材料形成的层的界面中的亲和性良好，可期待光电转换率的提高。作为活性层的优选的一个形态，可以举出将碳包覆金属氧化物纳米粒子用作η型半导体材料的本体异质结型的活性层的形态。在制成本体异质结型的活性层的情况下，金属氧化物纳米粒子和可用作P型半导体材料的各种的有机半导体材料多形成相容性低的组合。对此，在本专利技术中，通过使用碳包覆金属氧化物纳米粒子，中和金属氧化物纳米粒子的表面电荷，因此，粒子的分散性优异，进而可以容易地选择与P型有机半导体材料的相容性良好的各种组合。因此，可以形成本体异质结结构良好的活性层，与使用未经表面修饰的金属氧化物纳米粒子的情况相比，可以期待高光电转换效率。另外，未经表面修饰的金属氧化物牢固地密合在粒子间界面上时，无法得到充分的导电性，因此，需要在高温下进行烧结处理。例如，在非专利文献(Journal of Photochemistry and Photobiology A :Chemistry 2004 年、Volu本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：清家崇广，大西敏博，伊藤丰，
申请(专利权)人：住友化学株式会社，
类型：发明
国别省市：