[發明專利]光電轉換元件及其制造方法

有效

• 申請號: 201180073252.1
• 申請日: 2011-09-08
• 公開（公告）號: CN103782407A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 百瀨悟
• 申請（專利權）人: 富士通株式會社
• 主分類號: H01L51/42
• 分類號: H01L51/42
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 崔香丹;洪燕

技術領域

本發明涉及一種光電轉換元件及其制造方法。

背景技術

有機薄膜型太陽能電池使用將p型有機半導體聚合物與以富勒烯為例的n型有機半導體進行組合的光電轉換層，在該有機薄膜型太陽能電池中，當通過入射光產生的激子到達p型有機半導體聚合物與n型有機半導體的接點時，進行電荷分離。

在上述有機薄膜型太陽能電池中，多數情況下是采用本體異質結型的光電轉換層，所述本體異質結型的光電轉換層具有p型有機半導體材料與n型有機半導體材料以幾十納米（nm）大小進行凝集且相互纏繞而成的內部結構。對此稱為本體異質結型有機薄膜太陽能電池。

這種本體異質結型的光電轉換層，是通過涂布p型有機半導體與n型有機半導體的混合液并使其干燥而形成。并且，在使混合液干燥的過程中，p型有機半導體材料和n型有機半導體材料分別主動發生凝集而進行相分離，結果形成比表面積大的pn結。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：美國專利第5331183號說明書

專利文獻2：日本特開2009-88045號公報

非專利文獻

非專利文獻1：Gang?Li?et?al.，“Manipulating?regioregular?poly(3-hexylthiophen)：[6,6]-phenyl-C61-butyric?acid?methyl?ester?blends-route?towards?high?efficiency?polymer?solar?cells”，Journal?of?Materials?Chemistry，Vol.17，pp.3126-3140，2007

非專利文獻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

發明內容

發明要解決的課題

然而，對本體異質結型有機薄膜太陽能電池而言，pn結中一旦分離的載流子在光電轉換層中復合的比率高，存在光電轉換效率低的問題。例如，即使想要通過增加光電轉換層的厚度來增大光吸收率，也有光電轉換效率伴隨著膜厚的增加而迅速降低的實驗結果。

另外，為了降低載流子的復合概率，提高p型有機半導體材料和n型有機半導體材料的各材料中的載流子傳輸效率是有效的。因此，有人提出了將各材料設置成相對于光電轉換層的表面垂直的柱形狀的方案，但這只是構思而已，尚沒有實現具有這種柱形狀的光電轉換層的實用方法。

因此，希望實現p型有機半導體材料和n型有機半導體材料形成為柱形狀的光電轉換層，以提高載流子傳輸效率并提高光電轉換效率。

解決課題的方法

本光電轉換元件的必要條件，是包含：第一導電型無機半導體層；貴金屬膜，其設置在第一導電型無機半導體層表面的局部；以及光電轉換層，其具有與貴金屬膜接觸且含硫原子的第一導電型有機半導體柱、和與第一導電型無機半導體層接觸且不含硫原子的第二導電型有機半導體柱。

本光電轉換元件的制造方法，是以下述步驟作為必要條件：在第一導電型無機半導體層表面的局部形成貴金屬膜，在形成有貴金屬膜的第一導電型無機半導體層的表面涂布含硫原子的第一導電型有機半導體材料與不含硫原子的第二導電型有機半導體材料的混合液并使其干燥，從而形成包括與貴金屬膜接觸且含硫原子的第一導電型有機半導體柱以及與第一導電型無機半導體層接觸且不含硫原子的第二導電型有機半導體柱的光電轉換層。

發明效果

因此，根據本光電轉換元件及其制造方法，能夠容易地實現p型有機半導體材料和n型有機半導體材料成為柱形狀的光電轉換層，具有能夠提高載流子傳輸效率、提高光電轉換效率的優點。

附圖說明

圖1是表示本實施方式的光電轉換元件的構成的示意圖。

圖2是表示采用本實施方式的光電轉換元件制造方法制造的光電轉換元件基于掃描型透射電子顯微鏡得到的剖面圖像的圖。

圖3是表示采用本實施方式的光電轉換元件制造方法制造的光電轉換元件基于掃描型透射電子顯微鏡得到的剖面放大圖像以及以硫原子作為對象的電子能量損失光譜分析結果的圖。