光電轉(zhuǎn)換元件及其制造方法
【專利摘要】光電轉(zhuǎn)換元件(10)具有在第1電極(30)和第2電極(80)之間按順序夾持了電子輸送層(40)、傳導(dǎo)帶下端能量調(diào)節(jié)層(50)、光電轉(zhuǎn)換層(60)和空穴輸送層(70)的結(jié)構(gòu)。傳導(dǎo)帶下端能量調(diào)節(jié)層(50)例如由碳酸銫形成。另外，電子輸送層(40)由醋酸鋅形成。
【專利說(shuō)明】光電轉(zhuǎn)換元件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及通過(guò)光電轉(zhuǎn)換將光能轉(zhuǎn)換成電能的光電轉(zhuǎn)換元件。
【背景技術(shù)】
[0002]使用了有機(jī)半導(dǎo)體的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池(光電轉(zhuǎn)換元件)，能采用印刷等簡(jiǎn)單方法，用塑料基板等質(zhì)量輕、撓性的原材料，以卷對(duì)卷制程(roll to roll process)這樣的面積大、適合量產(chǎn)的工藝制造，故與以往的太陽(yáng)能電池相比，具有廉價(jià)、質(zhì)量輕、撓性這樣的優(yōu)點(diǎn)，能夠期待太陽(yáng)能電池適用范圍的擴(kuò)大，因此有望開(kāi)發(fā)出新一代的太陽(yáng)能電池。目前，面向有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的實(shí)用化，光電轉(zhuǎn)換效率的提高有所進(jìn)展，已開(kāi)發(fā)出了光電轉(zhuǎn)換效率在8%以上的太陽(yáng)能電池。然而，已知有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池會(huì)因光、熱及大氣中的氧和水分而導(dǎo)致劣化，為了實(shí)用化，對(duì)元件的耐久性進(jìn)行改善是極為重要的。
[0003]另外，作為有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的構(gòu)成，為了在電極和光電轉(zhuǎn)換層之間形成良好的歐姆接觸、高效地輸出在光電轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生的電荷，通常在電極和光電轉(zhuǎn)換層之間設(shè)置電荷輸出層。至此，已報(bào)道了對(duì)于作為電荷輸出層的一種的電子輸出層，使用2,9-二甲基-4,7-二苯基-1， 10-菲咯啉(BCP)、氧化膦化合物等的有機(jī)化合物的情況(非專利文獻(xiàn)1、專利文獻(xiàn)I);使用氟化鋰(LiF)、氧化鈦(TiOx)、氧化鋅(ZnO)、碳酸銫(Cs2CO3)等的無(wú)機(jī)化合物的情況(非專利文獻(xiàn)2~5)。關(guān)于使用BCP作為有機(jī)化合物材料的電子輸出層的例子，非專利文獻(xiàn)I報(bào)道了組合并五苯和富勒烯C60的低分子蒸鍍系有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。然而，存在在短時(shí)間的光照射下光電轉(zhuǎn)換效率下降的問(wèn)題，有必要進(jìn)一步加以改善。
[0004]另外，專利文獻(xiàn)I報(bào)道了使用了氧化膦化合物的低分子蒸鍍系有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。然而，光電轉(zhuǎn)換效率低，為了實(shí)用化有必要提高轉(zhuǎn)換效率。關(guān)于使用LiF作為無(wú)機(jī)化合物材料的電子輸出層的例子，在非專利文獻(xiàn)2中報(bào)道了組合聚合物半導(dǎo)體(MEH-PPV)和富勒烯衍生物(PCBM)的高分子涂布系有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池。然而，存在光電轉(zhuǎn)換效率低，進(jìn)而在短時(shí)間的光照射下光電轉(zhuǎn)換效率下降的問(wèn)題，為了實(shí)用化有必要提高光電轉(zhuǎn)換效率、耐久性。作為使用了 TiOx的例子，非專利文獻(xiàn)3報(bào)道了組合聚合物半導(dǎo)體(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)的高分子涂布系有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池的耐久性優(yōu)異的例子。然而，只不過(guò)報(bào)道了 20小時(shí)左右較短時(shí)間的光照射下的耐久性，實(shí)用性不足。作為使用了 ZnOXs2CO3的例子，非專利文獻(xiàn)4、5報(bào)道了組合聚合物半導(dǎo)體(P3HT)和富勒烯衍生物(PCBM)的高分子涂布系有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池，光電轉(zhuǎn)換效率、耐久性均不充分。
〔現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)〕
〔專利文獻(xiàn)〕
[0005]〔專利文獻(xiàn)I〕日本特開(kāi)2006-073583號(hào)公報(bào)〔專利文獻(xiàn)2〕日本特開(kāi)2011-119648號(hào)公報(bào)
〔非專利文獻(xiàn)〕
[0006]〔非專利文獻(xiàn) I〕Organic Electronics2008 年、9 卷 ρ.656-660
〔非專利文獻(xiàn) 2〕Sol.Energy Mater.Sol.Cells2005 年、86 卷 p.499-516〔非專利文獻(xiàn) 3〕Sol.Energy Mater.Sol.Cells2008 年、92 卷 p.1476-1482
〔非專利文獻(xiàn) 4〕Sol.Energy Mater.Sol.Cells2011 年、95 卷 p.1382-1388
〔非專利文獻(xiàn) 5〕Sol.Energy Mater.Sol.Cells2010 年、94 卷 p.1831-1834

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]如上所述，在現(xiàn)有的有機(jī)薄膜太陽(yáng)能電池中，因長(zhǎng)時(shí)間光照射導(dǎo)致光電轉(zhuǎn)換效率下降的程度顯著，變成太陽(yáng)能電池長(zhǎng)壽命化的制約。因此，要求一種不僅是太陽(yáng)光未照射的初始狀態(tài)、即使是在被太陽(yáng)光長(zhǎng)期照射的狀態(tài)下光電轉(zhuǎn)換效率也足夠高的太陽(yáng)能電池。
[0008]本發(fā)明鑒于上述問(wèn)題而完成，其目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)提高被太陽(yáng)光長(zhǎng)時(shí)間照射的狀態(tài)下的光電轉(zhuǎn)換元件的光電轉(zhuǎn)換效率的技術(shù)。
[0009]本發(fā)明的一個(gè)方式是光電轉(zhuǎn)換元件。該光電轉(zhuǎn)換元件的特征在于，至少包括:光電轉(zhuǎn)換層，在所述光電轉(zhuǎn)換層的一個(gè)主表面?zhèn)仍O(shè)置的電子輸出電極，在所述光電轉(zhuǎn)換層的另一個(gè)主表面?zhèn)仍O(shè)置的空穴輸出電極，以及在所述光電轉(zhuǎn)換層和所述電子輸出電極之間設(shè)置的至少包括電子輸送層的電子輸出層；在所述光電轉(zhuǎn)換層和所述電子輸送層之間具備使所述電子輸出層的傳導(dǎo)帶下端能量下降得比所述電子輸送層的傳導(dǎo)帶下端能量低的傳導(dǎo)帶下端能量調(diào)節(jié)層。
[0010]根據(jù)該方式的光電轉(zhuǎn)換元件，不僅可以實(shí)現(xiàn)初始狀態(tài)下的光電轉(zhuǎn)換效率的提高，而且可以抑制長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)光照射狀態(tài)下的光電轉(zhuǎn)換效率的下降。由此，可以實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換元件的長(zhǎng)壽命化。
[0011]在上述方式的光電轉(zhuǎn)換元件下，可以是在從光未照射的初始狀態(tài)起，用將紫外線強(qiáng)度調(diào)節(jié)成相當(dāng)于ISun的氙氣燈光在氣氛溫度40°C連續(xù)照射1000小時(shí)時(shí)，光電轉(zhuǎn)換效率的下降比例在10%以下。所述傳導(dǎo)帶下端能量調(diào)節(jié)層可以包含銫化合物。
[0012]此外，所述電子輸送層可以含有下式物質(zhì)和一個(gè)以上的下式物質(zhì)的反應(yīng)物。
M(X) a...(I)
在上述(I)式中，M選自堿金屬、堿土金屬、2B、3B族的金屬、過(guò)渡金屬中的金屬或合金，X選自鹵素、羧酸酯基、烷氧基、烷基和下式表示的丙酮酸基，a是根據(jù)M的價(jià)數(shù)來(lái)確定的正整數(shù)。
[化I]
【權(quán)利要求】
1.一種光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，至少包括: 光電轉(zhuǎn)換層， 在所述光電轉(zhuǎn)換層的一個(gè)主表面?zhèn)仍O(shè)置的電子輸出電極， 在所述光電轉(zhuǎn)換層的另一個(gè)主表面?zhèn)仍O(shè)置的空穴輸出電極，以及 在所述光電轉(zhuǎn)換層和所述電子輸出電極之間設(shè)置的、至少包含電子輸送層的電子輸出層； 其中，在所述光電轉(zhuǎn)換層和所述 電子輸送層之間，具備使所述電子輸出層的傳導(dǎo)帶下端能量降得比所述電子輸送層的傳導(dǎo)帶下端能量低的傳導(dǎo)帶下端能量調(diào)節(jié)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于， 從光未照射的初始狀態(tài)起，用將紫外線強(qiáng)度調(diào)節(jié)成ISun相當(dāng)?shù)碾瘹鉄艄?，在氣氛溫?0°C連續(xù)照射1000小時(shí)的情況下，光電轉(zhuǎn)換效率的下降比例在10%以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于， 所述傳導(dǎo)帶下端能量調(diào)節(jié)層包含銫化合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換兀件,其特征在于， 所述電子輸送層含有下式物質(zhì)和I個(gè)以上下式物質(zhì)的反應(yīng)物，
M(X) a...(I) 在上述(I)式中，M選自堿金屬、堿土金屬、2B、3B族的金屬、過(guò)渡金屬中的金屬或合金，X選自氧、鹵素、羧酸酯基、烷氧基、烷基和下式表示的丙酮酸基，a是根據(jù)M的價(jià)數(shù)來(lái)確定的正整數(shù)，
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于， 所述電子輸送層包含選自醋酸鋅、醋酸鎂、乙酰丙酮鋁、氯化鋁、乙酰丙酮鎵、氯化鎵、乙酰丙酮鋅、氯化鋅、二乙基鋅、ZnMgO中的一個(gè)以上的金屬化合物及其反應(yīng)物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~5中任一項(xiàng)所述的光電轉(zhuǎn)換兀件,其特征在于， 所述光電轉(zhuǎn)換層包含具有1160mV以上的第一還原電位的富勒烯衍生物，所述第一還原電位以Fc/Fc+為參比。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于， 所述富勒烯衍生物是ICBA，即茚-C60雙加成物。
8.一種具備一對(duì)電極、位于該一對(duì)電極之間的光電轉(zhuǎn)換層、在一個(gè)電極和上述光電轉(zhuǎn)換層之間設(shè)置的電子輸送層、以及存在于上述光電轉(zhuǎn)換層和上述電子輸送層之間的傳導(dǎo)帶下端能量調(diào)節(jié)層的光電轉(zhuǎn)換元件的制造方法，其特征在于，包括: 在涂覆含有下式(1-1)的物質(zhì)的溶液而成膜后，以100°C以上、150°C以下溫度加熱，從而形成上述電子輸送層的工序，和將含有銫化合物的傳導(dǎo)帶下端能量調(diào)節(jié)層成膜的工序；
Zn(X)2...(1-1) 在上述⑴式中，X選自氧、鹵素、羧酸酯基、烷氧基、烷基和由下式表示的丙酮酸基，
9.一種具備一對(duì)電極、位于該一對(duì)電極之間的光電轉(zhuǎn)換層、在一個(gè)電極和所述光電轉(zhuǎn)換層之間設(shè)置的電子輸送層、以及存在于所述光電轉(zhuǎn)換層和所述電子輸送層之間的傳導(dǎo)帶下端能量調(diào)節(jié)層的光電轉(zhuǎn)換元件的制造方法，其特征在于，包括: 在涂覆含有下式(1-1)和(1-2)的物質(zhì)的溶液而成膜后，以300°C以上溫度加熱，從而形成所述電子輸送層的工序，和 將含有銫化合物的傳導(dǎo)帶下端能量調(diào)節(jié)層成膜的工序； Zn(X)2 (1-1) 在上述(1-1)式中，X選自鹵素、羧酸酯基、烷氧基、烷基和下式表示的丙酮酸基，
【文檔編號(hào)】C07C13/64GK103931008SQ201280054787
【公開(kāi)日】2014年7月16日 申請(qǐng)日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月7日
【發(fā)明者】市林拓, 朝野剛 申請(qǐng)人:吉坤日礦日石能源株式會(huì)社