專利名稱：光電轉(zhuǎn)換元件及使用該元件的太陽能電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及緩沖層含有氧化膦化合物的光電轉(zhuǎn)換元件、以及使用該光電轉(zhuǎn)換元件的太陽能電池。
背景技術(shù)：
近年來，使用有機半導(dǎo)體的有機薄膜太陽能電池的高效化異常顯著，已開發(fā)了光電轉(zhuǎn)換效率為5%以上的太陽能電池。但已知有機薄膜太陽能電池會因光、熱及大氣中氧及水分的存在而發(fā)生劣化，要付諸實用，改善元件的耐久性是極為重要的。作為有機薄膜太陽能電池的半導(dǎo)體，已知有使用高分子涂布型或低分子蒸鍍型有機半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體。近年，提出了使用涂布轉(zhuǎn)換型有機半導(dǎo)體層的有機薄膜太陽能電池， 其中，所述涂布轉(zhuǎn)換型有機半導(dǎo)體層中使用了四苯并卟啉(BP)等(專利文獻1)。就高分子涂布型有機半導(dǎo)體層而言，大多使用可溶性共軛高分子聚己基噻吩 (P3HT)等作為ρ型半導(dǎo)體、使用PCBM等富勒烯的溶解度得到提高的衍生物作為η型半導(dǎo)體。此外，作為高分子涂布型有機半導(dǎo)體層，大多是僅由共存有P型和η型分子的本體異質(zhì)層構(gòu)成的有機半導(dǎo)體層。作為低分子蒸鍍型有機半導(dǎo)體層，大多使用酞菁類、并五苯、低聚噻吩作為ρ型半導(dǎo)體，并使用C6tl作為η型半導(dǎo)體。另外，還包括由在Ρ-Π結(jié)界面導(dǎo)入了 ρ型半導(dǎo)體與η型半導(dǎo)體共存的i層的p-i-n疊層結(jié)構(gòu)構(gòu)成的有機半導(dǎo)體層。涂布轉(zhuǎn)換型有機薄膜太陽能電池由與低分子蒸鍍型相同的疊層結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其使用BP等作為ρ型半導(dǎo)體、使用富勒烯衍生物等作為η型半導(dǎo)體。此外，作為有機薄膜太陽能電池的構(gòu)成，已知有不使電極與有機半導(dǎo)體層直接接合，而是在其間夾入緩沖層的方法。有機半導(dǎo)體層的總厚度通常為數(shù)百nm左右、非常薄，而且透明電極(ITO)等的表面不夠平滑。因此，如果不設(shè)置緩沖層，則存在發(fā)生短路的可能性。迄今為止，已報道了下述情況在作為緩沖層的1種的電子導(dǎo)出(取出L· )層中使用2，9_ 二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲繞啉(BCP)、氧化膦化合物等有機化合物的情況 (非專利文獻1、專利文獻幻；以及使用氟化鋰(LiF)、氧化鈦(TiOx)等無機化合物的情況 (非專利文獻2、3)。作為將BCP用作有機化合物材料的電子導(dǎo)出層的實例，非專利文獻1中披露了由并五苯和富勒烯C6tl組合而成的低分子蒸鍍型有機薄膜太陽能電池。但其存在下述問題在室溫、模擬(擬似)太陽光照射下，會在短時間(約70分鐘)內(nèi)發(fā)生電池特性劣化，需要進
一步改善。此外，專利文獻2中報道了使用氧化膦化合物的低分子蒸鍍型有機薄膜太陽能電池。但其光電轉(zhuǎn)換特性差，為了付諸實用，需要提高轉(zhuǎn)換效率。作為將LiF用作無機化合物材料的電子導(dǎo)出層的實例，非專利文獻2中披露了由聚合物半導(dǎo)體(MEH-PPVV)和富勒烯衍生物(PCBM)組合而成的高分子涂布型有機薄膜太陽能電池。但其存在下述問題在72°C、模擬太陽光照射下，會在短時間(約8000秒鐘)內(nèi)發(fā)生電池特性劣化，并且其光電轉(zhuǎn)換特性差，因此要付諸實用，需要提高耐久性及轉(zhuǎn)換效率。作為使用TiOx的實例，非專利文獻3中披露了下述內(nèi)容由聚合物半導(dǎo)體(P3HT) 和富勒烯衍生物(PCBM)組合而成的高分子涂布型有機薄膜太陽能電池具有優(yōu)異的耐久性。但其中僅報道了在室溫、模擬太陽光照射下，具有20小時左右的耐久性，并沒有報道作為薄膜太陽能電池在實用中所要求的在高溫下的光照射耐久性及在高濕度條件下的耐候性等。現(xiàn)有技術(shù)文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2008-016834號公報專利文獻2 日本特開2006-073583號公報非專利文獻非專利文獻1 =Organic Electronics 2008 年，第 9 卷 p. 656-660非專利文獻2 :Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2005 年，第 86 卷 p. 499-516非專利文獻3 :Sol. Energy Mater. Sol. Cells 2008 年，第 92 卷 p. 1476-148
發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題本發(fā)明人等經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)將包含高溶解度且高電子遷移率的化合物的有機半導(dǎo)體層作為n型半導(dǎo)體，與包含BCP及LiF等無機化合物的電子導(dǎo)出層組合時，在適用于有機薄膜太陽能電池時，在光電轉(zhuǎn)換效率、耐久性方面存在不足。而要適用于長期暴露于太陽光下的有機薄膜太陽能電池用途，這一點在實用中會成為嚴重的問題?；诖?，本發(fā)明鑒于上述背景而完成，目的在于通過將包含高溶解度且高電子遷移率的化合物的有機半導(dǎo)體層和指定化合物作為η型半導(dǎo)體、并與電子導(dǎo)出層的材料共同使用，來提供具有高性能的光電轉(zhuǎn)換元件及使用該光電轉(zhuǎn)換元件的太陽能電池。解決問題的方法本發(fā)明人等為解決上述問題而進行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)通過使緩沖層含有具有受電子性基團或電子接受性原子的化合物，并使活性層中含有作為η型半導(dǎo)體的高溶解度且高電子遷移率的化合物以及作為P型半導(dǎo)體的卟啉化合物或聚合物半導(dǎo)體，可獲得具有高效率及高耐久性的光電轉(zhuǎn)換元件，進而完成了本發(fā)明。即，本發(fā)明的要點如下所述。1. 一種光電轉(zhuǎn)換元件，其包含緩沖層和活性層，其中，緩沖層含有下述通式(I)表示的化合物，活性層含有η型半導(dǎo)體，該η型半導(dǎo)體于25°C在甲苯中的溶解度為0.5重量％ 以上、電子遷移率為1.0Xl(T6Cm7VS以上。[化學(xué)式1]
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換元件，其包含緩沖層和活性層，其中，緩沖層含有下述通式(I)表示的化合物，活性層含有η型半導(dǎo)體，該η型半導(dǎo)體于25°C在甲苯中的溶解度為0. 5重量％以上、電子遷移率為1.0Xl(T6Cm7VS以上，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中，相對于真空能級，利用循環(huán)伏安測定法算出的所述η型半導(dǎo)體的LUMO為-5eV以上且_3eV以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述通式(I)表示的化合物為下述通式(II)表示的化合物，
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中，上述式(II)中，R3、R4各自獨立地代表任選具有取代基的稠合多環(huán)芳基或芳基，R5為芳基。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述通式(I)表示的化合物為下述通式(III)表示的化合物，
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述通式(I)表示的化合物為下述通式(IV)表示的化合物，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中，上述式(IV)中的Ar5 Ar8各自獨立地代表任選具有取代基的芳香族烴基或任選具有取代基的芳香族雜環(huán)基。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述通式(I)表示的化合物為下述通式(V)表示的化合物，
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述活性層包含卟啉化合物及聚合物半導(dǎo)體中的至少之一。
10.根據(jù)權(quán)利要求1 9中任一項所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中，在至少具有電子導(dǎo)出層及空穴導(dǎo)出層作為緩沖層的光電轉(zhuǎn)換元件中，電子導(dǎo)出層含有上述通式(I) (V)中任一通式表示的化合物，空穴導(dǎo)出層含有含磺酸基的化合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1 10中任一項所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述η型半導(dǎo)體為富勒烯化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中，相對于真空能級，利用循環(huán)伏安測定法算出的所述富勒烯化合物的LUMO為-3. 85eV以上。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述富勒烯化合物具有下述通式(n4) (π7)所示部分結(jié)構(gòu)中的至少一種結(jié)構(gòu)，
14.一種太陽能電池，其包含權(quán)利要求1 13中任一項所述的光電轉(zhuǎn)換元件。
15.一種油墨，其含有極性溶劑和下述通式(IX)表示的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度為90°C以上的化合物，r O ■ 11ρβ J4ρ 8 {Ty \ID T . _ . k式(IX)中，R6 R7各自獨立地代表任選具有取代基的芳基，k代表2以上的整數(shù)，R8 為環(huán)的總數(shù)為3以上的2價以上芳環(huán)基。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的油墨，其中，所述極性溶劑的溶解度參數(shù)為9.5以上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光電轉(zhuǎn)換元件材料、使用該光電轉(zhuǎn)換元件材料的光電轉(zhuǎn)換元件、以及使用該光電轉(zhuǎn)換元件的太陽能電池，所述光電轉(zhuǎn)換元件材料作為太陽能電池的電極緩沖材料等，能夠在保持與電極的相互作用和遷移率的同時，使耐久性得以提高。所述光電轉(zhuǎn)換元件包含緩沖層和活性層，其中，緩沖層含有下述通式(I)表示的化合物，活性層含有n型半導(dǎo)體，該n型半導(dǎo)體于25℃在甲苯中的溶解度為0.5重量％以上、電子遷移率為1.0×10-6cm2/Vs以上。
文檔編號H01L51/50GK102473843SQ20108003441
公開日2012年5月23日 申請日期2010年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月4日
發(fā)明者岡部未紗子, 大坪才華, 太田一司, 尾込裕平, 新實高明, 森竹美子, 橫山孝理, 河井潤也, 秋山誠治 申請人:三菱化學(xué)株式會社