专利名称：光伏元件用材料和光伏元件的制作方法
技术领域：
本发明涉及光伏元件用材料和光伏元件。
背景技术：
环保的电能源即太阳能电池针对目前日益严峻的能源问题，已经作为有力的能源受到关注。目前，作为太阳能电池的光伏元件的半导体材料，使用单晶硅、多晶硅、非晶硅、 化合物半导体等无机物。但是，使用无机半导体制造的太阳能电池与火力发电或原子能发电等发电方式相比，成本高，因此尚未能广泛普及至一般家庭中。成本高的原因主要在于 在真空且高温下制造半导体薄膜的工序。因此，作为有望实现制造工序简化的半导体材料， 人们对于使用共轭系聚合物或有机晶体等有机半导体或有机染料的有机太阳能电池进行了研究。但是，使用共轭系聚合物等的有机太阳能电池与以往的使用无机半导体的太阳能电池相比，最大的问题是光电转换效率低，尚未达到实用化程度。以往的使用共轭系聚合物的有机太阳能电池的光电转换效率低，这主要是由于太阳光的吸收效率低，或者由太阳光生成的电子和空穴形成难以分离的、被称为激子的束缚状态，或者这容易形成俘获载流子 (电子、空穴)的陷阱，因此生成的载流子容易被陷阱俘获，载流子的迁移率慢等。目前，有机半导体的光电转换元件在现阶段通常可分为如下所述的元件构成。将供电子性有机材料(P型有机半导体)与功函数小的金属接合的肖特基型、将电子接受性有机材料(η型有机半导体)与供电子性有机材料(P型有机半导体)接合的异质结型等。这些元件只是接合部的有机层(数个分子层的程度)对光电流生成有贡献，因此光电转换效率低，其提高成为研究课题。作为提高光电转换效率的一个方法，有将电子接受性有机材料(η型有机半导体) 与供电子性有机材料(P型有机半导体)混合，使对光电转换有贡献的结面增加的体异质结型(例如参照非专利文献1)。其中，有人报到了一种光电转换材料，该光电转换材料是使用共轭系聚合物作为供电子性有机材料(P型有机半导体)，除了具有η型半导体特性的导电性高分子之外，使用PCBM等C6tl衍生物作为电子接受性有机材料(例如参照非专利文献 2)。还有人报道，为了高效率吸收太阳光谱中广谱的放射能，向主链导入供电子性基团和吸电子性基团，使带隙减小的有机半导体的光电转换材料(例如参照非专利文献3)。 对于该供电子性基团的噻吩骨架、吸电子性基团的苯并噻二唑骨架或喹喔啉骨架等进行了深入研究(例如参照非专利文献3 12、专利文献1 2)。但是，尚未得到足够的光电转换效率。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特表2004-534863号公报(权利要求1)专利文献2 日本特表2004-500464号公报(权利要求1)
非专利文献非专禾Ij文献 1 :J.J.M. Halls、C.A.Walsh、N. C. Greenham、E.A.Marseglla、 R. H. Frirnd、S. C. Moratti、A. B. Homes 著、“Nature”、1995 年、376 号、498 页非专利文献2 :G. Yu、J. Gao, J. C. Hummel en, F. Wudl、A. J. Heeger 著、"Science，，、 1995 年、270 卷、1789 页非专利文献 3 :Ε· Bundgaard、F. C. Krebs 著、"Solar Energy Materials & Solar Cells",2007 年、91 卷、954 页非专禾丨J 文献 4 :A. Gadisa、W. Mammo> L. Μ. Andersson、S. Admassie> F. Zhang、 Μ· R. Andersson、0. Inganas 著、"Advanced Functional Materials，，、2007 年、17 卷、 3836-3842 页非专禾丨J 文献 5 Mammo、S. Admassie、A. Gadisa、F. Zhang、0. Inganas、 M. R. Andersson 著、“Solar Energy Materials & Solar Cells”、2007 年、91 卷、1010-1018 页非专利文献 6 :R. S. Ashraf、H. Hoppe> Μ. ShahicU G. Gobsch、S. Sensfuss、E. Klemm 著、"Journal of Polymer Science :Part A :Polymer Chemistry，，、2006 年、44 卷、 6952-6961 页非专利文献7 :C-L. Liu、J-H. Tsai、ff-Y. Lee、ff-C. Chen、S. A. Jenekhe 著、 "Macromolecules，，、2008 年、41 卷、6952-6959 页非专利文献8 :N. Blouin、A. Michaud、D. Gendron、S. Wakim、E. Blair、 R. Neagu-PIesu> M. Belletete、G. Durocher> Y. Tao> M. Leclerc 著、"Journal of American Chemical Society",2008 年、130 卷、732-742 页非专利文献 9 :M. Sun、Q. Niu、B. Du、J. Peng、W. Yang、Y. Cao 著、"Macromolecular Chemistry and Physics，，、2007 年、208 卷、988-993 页非专利文献10 :ff-Y. Lee,K-F. Chang, T-F. Wang、C_C. Chueh、W_C. Chen, C-S. Tuan, J-L. Lin 著、“Macromolecular Chemistry and Physics”、2007 年、208 卷、1919—1927 页11 :A. Tsami> Τ. W. BunnageU Τ. FarrelU Μ. Scharber> S. Α. Choulis、 C. J. Brabec、U. Scherf 著、"Journal of Materials Chemistry，，、2007 年、17 卷、1353-1355 页非专利文献12 :M. Lai、C. Chueh.ff. Chen、J. Wu、F. Chen 著、"Journal of Polymer Science Part A =Polymer Chemistry'\2009 ^>47 ^>973-985 M
发明内容
发明所要解决的课题如上所述，以往的有机太阳能电池的问题是光电转换效率均低。本发明的目的在于提供光电转换效率高的光伏元件。解决课题的手段S卩，本发明涉及含有具特定结构的供电子性有机材料的光伏元件用材料以及光伏元件。发明效果
根据本发明的光伏元件用材料，可提供光电转换效率高的光伏元件。附图简述
图1是表示本发明的光伏元件的一个方案的模式图。图2是表示本发明的光伏元件的另一个方案的模式图。图3是化合物A-I薄膜(膜厚约60nm)的紫外可见光吸收光谱。图4是化合物B-I薄膜(膜厚约60nm)的紫外可见光吸收光谱。图5是实施例1的电流-电压特性。图6是实施例2的电流-电压特性。图7是实施例3的电流-电压特性。图8是实施例4的电流-电压特性。图9是实施例5的电流-电压特性。
图10是实施例6的电流-电压特性。图11是实施例7的电流-电压特性。图12是实施例8的电流-电压特性。图13是实施例9的电流-电压特性。图14是比较例1的电流-电压特性。图15是比较例2的电流-电压特性。图16是实施例10的电流-电压特性。图17是实施例11的电流-电压特性。图18是实施例12的电流-电压特性。图19是实施例13的电流-电压特性。
图20是实施例14的电流-电压特性。图21是比较例3的电流-电压特性。图22是比较例4的电流-电压特性。图23是比较例5的电流-电压特性。图M是实施例1的有机半导体层表面的原子力显微镜(AFM)图像。图25是比较例1的有机半导体层表面的原子力显微镜(AFM)图像。图沈是实施例10的光伏元件外量子效率(EQE)谱。图27是实施例1的光伏元件的模式图。
具体实施例方式本发明的光伏元件用材料含有具通式(1)所示结构的供电子性有机材料。[化学式1]
权利要求
1.光伏元件用材料，该光伏元件用材料含有具通式(1)所示结构的供电子性有机材料
2.权利要求1所述的光伏元件用材料，该光伏元件用材料进一步含有电子接受性有机材料。
3.权利要求2所述的光伏元件用材料，其中，上述电子接受性有机材料是富勒烯化合物。
4.权利要求3所述的光伏元件用材料，其中，上述富勒烯化合物是C7tl衍生物。
5.光伏元件，该光伏元件至少具有正极和负极，在正极和负极之间含有权利要求1 4 中任一项所述的光伏元件用材料。
全文摘要
通过含有具通式(1)所示结构的供电子性有机材料的光伏元件用材料，提供光电转换效率高的光伏元件。
文档编号H01L51/42GK102292838SQ20108000544
公开日2011年12月21日 申请日期2010年1月20日 优先权日2009年1月20日
发明者北泽大辅, 塚本遵, 山本修平, 渡边伸博 申请人:东丽株式会社