[發(fā)明專利]有機薄膜太陽能電池

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200980143138.4
• 申請日: 2009-10-28
• 公開（公告）號: CN102197504A
• 公開（公告）日: 2011-09-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 松浦正英;池田秀嗣;中村浩昭;巖本伸太郎
• 申請（專利權(quán)）人: 出光興產(chǎn)株式會社
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 雒運樸

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種有機薄膜太陽能電池。

背景技術(shù)

有機薄膜太陽能電池像以將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的發(fā)光二極管或攝像元件、將光能轉(zhuǎn)換為電能的太陽能電池為代表的那樣，是相對于光輸入顯示出電輸出的裝置，是與相對于電輸入顯示出光輸出的電致發(fā)光(EL)元件顯示出相反的響應(yīng)的裝置。尤其是太陽能電池，在化石燃料的枯竭問題和地球變暖問題的背景下，作為清潔能源近年來受到極大關(guān)注，正在積極地進(jìn)行研究開發(fā)。

以往，已經(jīng)得到實用化的是以單晶Si、多晶Si、無定形Si等為代表的硅系太陽能電池，然而因為價格高且隨著原料Si的不足問題等逐漸表面化，對新一代太陽能電池的要求在不斷提高。此種背景之下，有機太陽能電池由于廉價且毒性低，還不用擔(dān)心原材料不足，因此作為繼硅系太陽能電池之后的新一代的太陽能電池倍受關(guān)注。

有機太陽能電池基本上由輸送電子的n層和輸送空穴的p層構(gòu)成，根據(jù)構(gòu)成各層的材料大致上可分為2種。

作為n層在二氧化鈦等無機半導(dǎo)體表面單分子吸附了釕染料等敏化染料且作為p層使用了電解質(zhì)溶液的電池被稱作染料敏化太陽能電池(所謂的Gratzel電池)，由于轉(zhuǎn)換效率高，因此自1991年以后就得到大力研究，然而由于使用溶液，因此具有在長時間的使用時會發(fā)生漏液等缺點。所以為了克服此種缺點，最近還進(jìn)行了將電解質(zhì)溶液固體化而摸索全固體型的染料敏化太陽能電池的研究，然而向多孔二氧化鈦的細(xì)孔中滲入有機物的技術(shù)難度很高，因而現(xiàn)實狀況是，尚未完成可以再現(xiàn)性良好地體現(xiàn)出高轉(zhuǎn)換效率的電池。

另一方面，n層、p層都由有機薄膜構(gòu)成的有機薄膜太陽能電池由于是全固體型，因此沒有漏液等缺點，制作容易，且不使用屬于稀有金屬的釕等，因而最近受到關(guān)注，正在大力地進(jìn)行研究。

有機薄膜太陽能電池最先是以使用了花青染料等的單層膜進(jìn)行研究，然而發(fā)現(xiàn)，通過設(shè)為p層/n層的多層膜，轉(zhuǎn)換效率就會提高，此后多層膜逐漸成為主流。對于此時所用的材料，作為p層是銅酞菁(CuPc)，作為n層是苝酰亞胺類(PTCBI)。

其后發(fā)現(xiàn)，通過向p層與n層之間插入i層(p材料與n材料的混合層)而增加層疊，轉(zhuǎn)換效率就會提高。但是，此時所用的材料依然是酞菁類和苝酰亞胺類。另外，其后發(fā)現(xiàn)，利用將p/i/n層層疊幾層的堆電池構(gòu)成可以進(jìn)一步提高轉(zhuǎn)換效率，然而此時的材料系是酞菁類和C₆₀。

如此所述，有機薄膜太陽能電池中，利用電池構(gòu)成及形態(tài)學(xué)的最佳化可以帶來轉(zhuǎn)換效率的提高，然而此處所用的材料系與初期的時候相比沒有什么進(jìn)展，依然是使用酞菁類、苝酰亞胺類、C₆₀類。所以，熱切期望開發(fā)出取代它們的新的材料系。

一般來說，有機薄膜太陽能電池的動作過程由(1)光吸收及激子生成、(2)激子擴散、(3)電荷分離、(4)載流子移動、(5)電動勢產(chǎn)生的單過程組成。有機物大體上顯示出符合太陽光譜圖的吸收特性的很少，而且很多有機物的載流子遷移率也很低，大多無法實現(xiàn)高轉(zhuǎn)換效率。另外，由于有機薄膜太陽能電池是全固體型元件，因此會受到有機薄膜的膜性的影響。此外，還有受形成有機薄膜的材料分子影響的問題。

專利文獻(xiàn)1公開有酞菁類及苝酰亞胺類的有機共蒸鍍膜，然而酞菁類及苝酰亞胺類由于其升華特性而極難控制真空蒸鍍成膜時的成膜速度，存在產(chǎn)生短路的概率高的問題。另外，除了需要高度的成膜控制性以外，酞菁類的蒸鍍溫度高，在元件制作中需要的能量大也是個問題。

專利文獻(xiàn)2公開有具備空穴阻止層的有機太陽能電池，該空穴阻止層具有比活性層中所含的化合物半導(dǎo)體粒子的電離勢更大的電離勢。但是，電離勢是反映出空穴的能級的值，并不形成對電子的能級或移動的規(guī)定。

專利文獻(xiàn)1：日本特開2002-76027號公報

專利文獻(xiàn)2：日本特開2004-165516號公報

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種顯示出高效率的光電轉(zhuǎn)換特性的有機薄膜太陽能電池。

根據(jù)本發(fā)明，可以提供以下的有機薄膜太陽能電池。

1.一種有機薄膜太陽能電池，其特征在于，具有一對電極和夾持于上述一對電極間且包含2種以上的有機化合物的1個以上的有機層，

上述2種以上的有機化合物中的主要的2種有機化合物的親和水平之差ΔAf滿足下述式(a)：

0.5eV＜ΔAf＜2.0eV…(a)。

2.根據(jù)1所述的有機薄膜太陽能電池，其中，上述1個以上的有機層中的至少1個有機層是混合2種以上的有機化合物而成的混合層。

3.根據(jù)1所述的有機薄膜太陽能電池，其中，