[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

有机薄膜型太阳能电池使用组合p型有机半导体聚合物和以富勒烯为例的n型有机半导体而成的光电转换层，由入射光产生的激子到达p型有机半导体聚合物与n型有机半导体的边界时，进行电荷分离。

这样的有机薄膜型太阳能电池中，大多使用本体异质结(BHJ：bulk heterojunction)型的光电转换层。将其称为本体异质结型有机薄膜太阳能电池。

本体异质结型的光电转换层通过涂布p型有机半导体聚合物与n型有机半导体的混合液并使其干燥而形成。而且，在使混合液干燥的过程中，p型有机半导体材料、n型有机半导体材料分别自发性地凝聚而发生相分离，结果形成比表面积大的pn结。

应予说明，为了提高光电转换效率，有如下技术：为提高填充因数，使p型有机半导体材料与n型有机半导体材料成为2层结构，或者形成使p型有机半导体材料与n型有机半导体材料的界面相互进入的结构。

另外，为了提高光电转换效率，还有如下技术：为提高短路电流密度，进行了使用数值模拟来摸索理想的微小结构的研究，作为一个例子，宽度为纳米级的p型有机半导体材料的柱和n型有机半导体材料的柱与光电转换膜的膜面垂直，在面内方向形成方格纹，显示交替排列的结构的优势。

另外，为了提高光电转换效率，有如下技术：为提高载流子的输送性，p型有机半导体材料和n型有机半导体材料中的至少一方使用通过结晶化而提高在其内部的载流子的输送性的结晶性的有机半导体材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第5331183号说明书

专利文献2：日本特开2002-76391号公报

专利文献3：日本特开2012-15434号公报

专利文献4：日本特开2012-33904号公报

非专利文献

非专利文献1：Yutaka Matsuo et al.,“Columnar Structure in Bulk Hererojunction in Solution-Processable Three-Layered p-i-n Organic Photovoltaic Devices Using Tetrabenzoporphyrin Precursor and Silylmethyl[60]fullerene”,J.AM.CHEM.SOC.2009,121,16048-16050

非专利文献2：Peter K.Watkins et al.,“Dynamical Monte Carlo Modelling of Organic Solar Cells：The Dependence of Internal Quantum Efficiency on Morphology”,Nano Letters,Vol.5,No.9,pp.1814-1818,2005

非专利文献3：Ta-Ya Chu et al.,“Highly efficient polycarbazole-based organic photovoltaic devices”,APPLIED PHYSICS LETTERS 95,063304(2009)

发明内容

然而，有机薄膜型太阳能电池由于可在低照度的室内光环境下得到高光电转换效率，所以能够与目前主流的Si太阳能电池共存，可发展性高。

然而，为了在低照度的室内光环境得到高光电转换效率，需要使用膜厚厚的光电转换层来提高光吸收率。另一方面，仅增加光电转换层的膜厚时，特别是在高照度的太阳光环境下会因填充因数(Fill Factor,FF)的降低而导致光电转换效率降低。因此，在低照度的室内光环境(低照度条件)和高照度的太阳光环境(高照度条件)两种环境下均难以得到高光电转换效率。

因此，想要在低照度的室内光环境(低照度条件)和高照度的太阳光环境(高照度条件)两种环境下均得到高光电转换效率。

本光电转换元件的要件在于，具备阳极、阴极和光电转换层，该光电转换层含有构成本体异质结的p型有机半导体材料和n型有机半导体材料，作为p型有机半导体材料，含有在主链含有咔唑环、芴环或环戊并二噻吩环的非晶性的高分子化合物，作为n型有机半导体材料，含有非晶性的富勒烯衍生物，光电转换层在X射线衍射图谱中具有与面间距d＝1.6nm～2.0nm对应的衍射峰。