[发明专利]光电转换元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电转换元件及其制造方法。

背景技术

以地球暖化为开端，最近对环境问题的意识提高，作为石油代替能源的太阳光发电、以及其所使用的光电转换元件受到瞩目。

当前，实际应用于太阳光发电用的光电转换元件是以结晶硅或非晶硅为代表的无机半导体型，但这些光电转换元件的制造所花费的能源及成本较大。因此，对使用了能够以更低能源及低成本制造的有机材料的光电转换元件积极地进行研究开发。

由于有机材料的材料本身比较廉价，另外由于能够采用在大气压下的制造方法因此大面积化或连续加工化比较容易，因此认为能够以低能源及低成本来制造光电转换元件。

电子供给层(p层)与电子接受层(n层)分别分开地成膜，平面结合这些的光电转换元件的光电转换效率有较低的倾向。因此，近些年来，研究开发了涂敷有混合电子供给材料与电子接受材料的溶液的、或者共蒸镀有电子供给材料与电子接受材料的本体异质(bulk hetero)结合型的光电转换元件。

在有机光电转换元件中，生成的激子(exciton)之中参与电荷分离的仅是到达电子供给层与电子接受层的p/n结界面的激子。激子到达其电荷分离界面的距离(以下称作“激子扩散长度”)随着材料的化学构造或纯度而不同，但认为其为50nm以下。所以，在每激子扩散长度的约2倍的距离周期性存在电子供给层与电子接受层的接合界面，若在与相对于接合界面方向大致垂直的方向配置电极，则认为电荷分离的激子增大，光电转换效率提高。

在专利文献1中，在层叠有机半导体膜而制作超晶格后，利用切断截面使其直立的超晶格设备，使电子供给层与电子接受层的界面积增大(权利要求1、图1等)。

在专利文献2中，用包含与以往方法同样的本体异质结合制作法的各种方法来制作异质结合元件，使电子供给层与电子接受层的界面积增大(权利要求4、权利要求5、图1～图8等)。

在专利文献3中，提出了使由有机半导体构成的嵌段共聚物微相分离，使电子供给层与电子接受层的界面积增大，且具有良好的电荷分离能的光电转换元件(权利要求1、图2及图3等)。

在专利文献4中，提出了在有机半导体表面形成凹凸，使电子供给层与电子接受层的界面积增大的光电转换元件的制造方法(权利要求1～3等)。

专利文献1：日本专利第3886431号公报

专利文献2：日本特开2003-298152号公报

专利文献3：日本专利第4126019号公报

专利文献4：日本特开2008-141103公报

发明内容

然而，在专利文献1～3中存在的问题是，由于电子供给层和电子接受层这两者相对于1个电极接触，因此整流性较差，短路的可能性较高等。

在专利文献4中存在的问题是，由于仅提出了凹凸的高度与宽度之比(＝高宽比)较低的凹凸形状，因此实质上电子供给层与电子接受层的界面积的增大较少，光电转换效率的提高较少。另外，在专利文献4的0026段记载了“较好的是凹凸的间距较细，优选的是亚微米级。”。在专利文献4中，优选的是与激子扩散长度相比相当大的、几百μm间距的凹凸形状，没有考虑关于激子扩散长度与界面间距离的关系带给光电转换效率的影响。所以，专利文献4没有提供用于光电转换效率提高的充分的方针。

本发明是为解决如上所述的问题而完成的，其目的在于提供整流性良好，能抑制短路，且显示出良好的电荷分离和光电转换效率的光电转换元件及其制造方法。

本发明的光电转换元件，

在电极主面彼此互相对置地配置的一对电极之间，具备：

截面呈梳齿状的电子供给层，由周期性形成有在相对于所述电极主面交叉的方向延伸的多个截面呈条状部的截面呈条纹状部、和形成于该截面呈条纹状部的一个所述电极侧并连接所述多个截面呈条状部的基部构成；以及

截面呈梳齿状的电子接受层，由周期性形成有在相对于所述电极主面交叉方向的延伸的多个截面呈条状部的截面呈条纹状部、和形成于该截面呈条纹状部的另一个所述电极侧并连接所述多个截面呈条状部的基部构成，

所述光电转换元件具有所述电子供给层的所述多个截面呈条状部与所述电子接受层的所述多个截面呈条状部交替接合的活性层，

所述电子供给层的所述截面呈条纹状部的条纹宽度、及所述电子接受层的所述截面呈条纹状部的条纹宽度都为5nm以上、100nm以下，

且在所述电子供给层的所述条纹宽度与所述电子接受层的所述条纹宽度相同时，所述活性层的层厚为该条纹宽度的2倍以上、40倍以下，