JP2002094085A - Organic solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は家庭用電源、腕時計
もしくは小型電子計算機等の電源に使用される太陽電池
に関し、特に有機化合物層と電極との界面における電荷
の再結合を防ぎ、また、有機化合物層間の界面における
電荷のトラップを防いで変換効率を改善した有機太陽電
池に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell used as a power source for a household power supply, a wristwatch or a small computer, and more particularly to a solar cell for preventing charge recombination at an interface between an organic compound layer and an electrode. The present invention relates to an organic solar cell having improved conversion efficiency by preventing charge trapping at an interface between compound layers.
【0002】[0002]
【従来の技術】石油資源の枯渇や地球温暖化といったエ
ネルギー問題ならびに環境問題の解決策の一つとして、
太陽電池が関心を集めている。2. Description of the Related Art As one of solutions to energy problems and environmental problems such as depletion of petroleum resources and global warming,
Solar cells are of interest.
【0003】しかしながら、現在までに普及しているシ
リコン系太陽電池においては、製造コストが高く、普及
の拡大には限界がある。[0003] However, silicon-based solar cells that have been widespread to date have a high manufacturing cost, and their spread is limited.
【0004】そこで、シリコンの代わりに、低コストで
製造できる有機化合物を用いる技術が提案され、近年、
多くの研究開発がおこなわれている。Therefore, a technique using an organic compound which can be manufactured at low cost instead of silicon has been proposed.
Much research and development is underway.
【0005】例えば、p型導電性有機化合物とn型導電
性有機化合物とのpn接合を利用する技術が提案されて
いる。このようなpn接合型有機太陽電池としては、p
型導電性有機化合物である銅フタロシアニンとn型導電
性化合物であるペリレン誘導体とを用いたものが知られ
ており、模擬太陽光(75mW/cm2)下でのエネル
ギー変換効率0.95%が得られている(C.W.Ta
ng,Appl.Phys.Lett.48(2),1
3January1986,p183)。For example, a technique has been proposed which utilizes a pn junction between a p-type conductive organic compound and an n-type conductive organic compound. Such a pn junction type organic solar cell includes p
Using copper phthalocyanine, which is a type conductive organic compound, and a perylene derivative, which is an n type conductive compound, has an energy conversion efficiency of 0.95% under simulated sunlight (75 mW / cm 2 ). (CW Ta)
ng, Appl. Phys. Lett. 48 (2), 1
3 January 1986, p183).
【0006】しかしながら、シリコン系太陽電池のエネ
ルギー変換効率が、多結晶型で15%以上、アモルファ
ス型でも10%以上得られるのに比べると、pn接合形
有機太陽電池のエネルギー変換効率はかなり低いと言え
る。[0006] However, the energy conversion efficiency of a pn junction type organic solar cell is considerably lower than that of a silicon type solar cell, which is 15% or more for a polycrystalline type and 10% or more for an amorphous type. I can say.
【0007】また、ナノポーラスなTiO2の表面に有
機色素を担持して、I-―I3-酸化還元対を溶解した電
解液を注入して成る湿式太陽電池が提案されている。Further, a wet solar cell has been proposed in which an organic dye is carried on the surface of nanoporous TiO 2 and an electrolyte solution in which an I − -I 3 -redox couple is dissolved is injected.
【0008】このような湿式太陽電池では、ナノポーラ
スなTiO2焼結体の表面積が広いことを利用して色素
の担持量を増やし、電解液を浸透させることにより電子
供与体であるI-を色素と良好に接触させることができ
るため、模擬太陽光下でのエネルギー変換効率が10%
と、アモルファスシリコンに近い性能が得られている
が、その反面、揮発性の高い電解液を使用するため、長
期間にわたる信頼性に問題があった。[0008] In such a wet solar cell, by utilizing the surface area of the nanoporous TiO 2 sintered body is wide to increase the supported amount of the dye, I is an electron donor by infiltrating an electrolyte solution - dye 10% energy conversion efficiency under simulated sunlight
Thus, a performance close to that of amorphous silicon is obtained, but on the other hand, there is a problem in long-term reliability because an electrolytic solution having high volatility is used.
【0009】そこで、ナノポーラスなTiO2焼結体
と、その表面に担持させた色素はそのまま使い、電解液
を固体のp型導電性化合物に置き換えた有機太陽電池も
検討されてきている。例えば、p型導電性化合物として
ポリピロールを用いた有機太陽電池が提案されている
(K.Murakoshi,R.Kogure,Y.W
ada,and S.Yanagida, Chemi
stry Letters1997,p471)。この
ような有機太陽電池では、揮発性の電解液を使用しない
ため、長期信頼性にも優れたものとすることができる。Therefore, an organic solar cell in which the nanoporous TiO 2 sintered body and the dye carried on the surface thereof are used as they are and the electrolyte is replaced with a solid p-type conductive compound has been studied. For example, an organic solar cell using polypyrrole as a p-type conductive compound has been proposed (K. Murakoshi, R. Kogure, YW).
ada, and S.A. Yanagida, Chemi
stry Letters 1997, p471). In such an organic solar cell, since a volatile electrolyte is not used, long-term reliability can be improved.
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ようなナノポーラスなTiO2/色素/p型導電性ポリ
ピロールで構成された有機太陽電池においては、酸化還
元対を溶解した電解液ほどにはp型導電性ポリピロール
がナノポーラスなTiO2中に浸透していないため、エ
ネルギー変換効率が0.1%まで低下するという問題が
あった。However, in an organic solar cell composed of nanoporous TiO 2 / dye / p-type conductive polypyrrole as described above, the p-type is smaller than the electrolyte in which a redox couple is dissolved. Since the conductive polypyrrole does not penetrate into the nanoporous TiO 2 , there is a problem that the energy conversion efficiency is reduced to 0.1%.
【0011】以上のとおり、有機化合物を用いた太陽電
池において、電解液を用いた技術については、アモルフ
ァスシリコンに匹敵する変換効率が得られているが、そ
の反面、揮発性の有機電解液を用いていることで、長期
信頼性に劣っていた。他方、長期信頼性に優れた全固体
型の太陽電池では変換効率が低いという問題があった。As described above, in a solar cell using an organic compound, a conversion efficiency comparable to that of amorphous silicon is obtained in a technique using an electrolytic solution, but a volatile organic electrolytic solution is used. That was inferior in long-term reliability. On the other hand, an all-solid-state solar cell having excellent long-term reliability has a problem that conversion efficiency is low.
【0012】本発明は叙上に鑑みて案出されたものであ
り、その目的は長期信頼性に優れ、しかも、エネルギー
変換効率を向上させた有機太陽電池を提供することにあ
る。The present invention has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide an organic solar cell which has excellent long-term reliability and has improved energy conversion efficiency.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】本発明の有機太陽電池
は、透明電極上にトリフェニレン誘導体からなる正孔輸
送層、トリフェニレン誘導体とフタロシアニン誘導体と
の混合層、フタロシアニン誘導体とペリレン誘導体とか
らなる電荷生成層、ペリレン誘導体とヘキサアザトリフ
ェニレン誘導体との混合層、ヘキサアザトリフェニレン
誘導体からなる電子輸送層および金属電極とを順次積層
したことを特徴とする。According to the present invention, there is provided an organic solar cell comprising a hole transport layer comprising a triphenylene derivative, a mixed layer comprising a triphenylene derivative and a phthalocyanine derivative, and a charge generation comprising a phthalocyanine derivative and a perylene derivative on a transparent electrode. A layer, a mixed layer of a perylene derivative and a hexaazatriphenylene derivative, an electron transport layer made of a hexaazatriphenylene derivative, and a metal electrode are sequentially laminated.
【0014】前記トリフェニレン誘導体が一般式[化
1]で表される化合物であることが好ましい。Preferably, the triphenylene derivative is a compound represented by the general formula [1].
【0015】[0015]
【化1】 Embedded image
【0016】また、前記フタロシアニン誘導体が、一般
式[化2]で表される化合物であることが好ましい。Further, it is preferable that the phthalocyanine derivative is a compound represented by the general formula [Formula 2].
【0017】[0017]
【化2】 Embedded image
【0018】前記ペリレン誘導体が、一般式[化3]で
表される化合物であることが望ましい。Preferably, the perylene derivative is a compound represented by the general formula [Chemical Formula 3].
【0019】[0019]
【化3】 Embedded image
【0020】さらに前記ヘキサアザトリフェニレン誘導
体が、一般式[化4]で表される化合物であることが好
ましい。Further, it is preferable that the hexaazatriphenylene derivative is a compound represented by the general formula [4].
【0021】[0021]
【化4】 Embedded image
【0022】しかも、本発明の有機太陽電池において
は、透明基板の他面にTiO2膜を形成するとよい。Moreover, in the organic solar cell of the present invention, it is preferable to form a TiO 2 film on the other surface of the transparent substrate.
【0023】[0023]
【作用】本発明の有機太陽電池によれば、透明電極上
に、トリフェニレン誘導体からなる正孔輸送層、トリフ
ェニレン誘導体とフタロシアニン誘導体との混合層、フ
タロシアニン誘導体とペリレン誘導体とからなる電荷生
成層、ペリレン誘導体とヘキサアザトリフェニレン誘導
体との混合層、ヘキサアザトリフェニレン誘導体からな
る電子輸送層、金属電極の順に配置された素子からなる
ことで、トリフェニレン誘導体からなる正孔輸送層がエ
キサイトンを拡散せず、正孔のみに対し導電性を有する
ため、従来のpn接合型有機太陽電池のように電荷生成
層中で生成したエキサイトンが透明電極中の不純物と再
結合することがなくなる。According to the organic solar cell of the present invention, a hole transport layer composed of a triphenylene derivative, a mixed layer of a triphenylene derivative and a phthalocyanine derivative, a charge generation layer composed of a phthalocyanine derivative and a perylene derivative, A mixed layer of a derivative and a hexaazatriphenylene derivative, an electron transporting layer made of a hexaazatriphenylene derivative, and an element arranged in the order of a metal electrode, the hole transporting layer made of a triphenylene derivative does not diffuse excitene, Since it has conductivity only for holes, excitons generated in the charge generation layer do not recombine with impurities in the transparent electrode as in a conventional pn junction type organic solar cell.
【0024】また、トリフェニレン誘導体からなる正孔
輸送層とフタロシアニン誘導体およびペリレン誘導体と
からなる電荷生成層との間に、トリフェニレン誘導体と
フタロシアニン誘導体との混合層を設けたことで、界面
における電荷のトラップが起こりにくくなる。Further, by providing a mixed layer of a triphenylene derivative and a phthalocyanine derivative between a hole transporting layer composed of a triphenylene derivative and a charge generation layer composed of a phthalocyanine derivative and a perylene derivative, charge trapping at the interface is achieved. Is less likely to occur.
【0025】ヘキサアザトリフェニレン誘導体からなる
電子輸送層がエキサイトンを拡散せず、電子のみに対し
導電性を有するため、従来のpn接合型有機太陽電池の
ように、電荷生成層中で生成したエキサイトンが金属電
極に達して再結合することがなくなる。Since the electron transport layer made of a hexaazatriphenylene derivative does not diffuse excite and has conductivity only for electrons, the electron transport layer formed in the charge generation layer as in a conventional pn junction type organic solar cell. No longer reach the metal electrode and recombine.
【0026】フタロシアニン誘導体およびペリレン誘導
体とからなる電荷生成層とヘキサアザトリフェニレン誘
導体からなる電子輸送層との間に、ペリレン誘導体とヘ
キサアザトリフェニレン誘導体との混合層を設けたこと
で、界面における電荷のトラップが起こりにくくなる。By providing a mixed layer of a perylene derivative and a hexaazatriphenylene derivative between a charge generation layer made of a phthalocyanine derivative and a perylene derivative and an electron transporting layer made of a hexaazatriphenylene derivative, the charge at the interface is reduced. Trap is less likely to occur.
【0027】さらに、トリフェニレン誘導体、フタロシ
アニン誘導体、ペリレン誘導体、ヘキサアザトリフェニ
レン誘導体がいずれも平面性の高い共役した分子構造を
もつことで、分子同士の重なりがよくなる。Furthermore, the triphenylene derivative, the phthalocyanine derivative, the perylene derivative, and the hexaazatriphenylene derivative all have a conjugated molecular structure with high planarity, so that the molecules are well overlapped.
【0028】本発明の有機太陽電池は、以上のような各
構成を備えることで、フタロシアニン誘導体およびペリ
レン誘導体が太陽光を吸収することにより生成したエキ
サイトンからの電荷分離が効果的におこなわれ、変換効
率を高める。例えば、家庭用電源や、腕時計あるいは小
型電子計算機等の電源に使用される有機太陽電池を、従
来品より高効率なものとすることができる。The organic solar cell of the present invention having the above-described components effectively separates charge from exciten generated by the phthalocyanine derivative and the perylene derivative absorbing sunlight, Increase conversion efficiency. For example, an organic solar cell used for a household power supply, a power supply for a wristwatch, a small computer, or the like can be made more efficient than a conventional product.
【0029】[0029]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に基づいて詳
細に説明する。図1は本発明の有機太陽電池の例を示す
断面図である。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an example of the organic solar cell of the present invention.
【0030】同図において、2はガラス基板、このガラ
ス基板2の一方面に表面コート層1を被覆し、他方面に
透明電極3、正孔輸送層4、正孔輸送物質と電荷生成物
質との混合層5、電荷生成層6、電荷生成物質と電子輸
送物質との混合層7、電子輸送層8、および金属電極9
とを順次積層する。In FIG. 1, reference numeral 2 denotes a glass substrate, and one surface of the glass substrate 2 is coated with a surface coat layer 1, and the other surface is provided with a transparent electrode 3, a hole transport layer 4, a hole transport material and a charge generation material. Mixed layer 5, charge generation layer 6, mixed layer 7 of charge generation material and electron transport material, electron transport layer 8, and metal electrode 9
Are sequentially laminated.
【0031】表面コート層1は太陽光中に含まれる紫外
線を吸収し、素子を構成する有機化合物が紫外線を吸収
して光劣化を起こすことを防ぐために配置される。The surface coating layer 1 is arranged to absorb ultraviolet rays contained in sunlight and prevent the organic compounds constituting the device from absorbing the ultraviolet rays and causing photodeterioration.
【0032】このような表面コート層1には、例えばT
iO2から構成し、ガラス基板2上にCVD法やスパッ
タリング法等により形成される。表面コート層1上に、
さらに反射防止膜を形成してもよい。The surface coat layer 1 has, for example, T
It is made of iO 2 and is formed on the glass substrate 2 by a CVD method, a sputtering method, or the like. On the surface coat layer 1,
Further, an antireflection film may be formed.
【0033】ガラス基板2は、素子を外気から遮断する
ため、ならびに可視光線と赤外線を透過して電荷生成層
6に到達させるために配置される。可視光線と赤外線に
対する透過性の高いものであれば、材質、製法は特に制
限されない。ガラスの代わりに透明な樹脂基板を用いて
もよい。The glass substrate 2 is arranged to shield the device from the outside air and to transmit visible light and infrared light to reach the charge generation layer 6. The material and manufacturing method are not particularly limited as long as they have high transmittance to visible light and infrared light. A transparent resin substrate may be used instead of glass.
【0034】透明電極3は、正孔輸送層4から正孔を取
り出すため、さらには可視光線と赤外線を透過して電荷
生成層6に到達させるために配置される。この透明電極
3には酸化錫インジウム(ITO)、酸化錫アンチモン
(NESA)などで構成され、ガラス基板2上にCVD
法やスパッタリング法等により形成される。The transparent electrode 3 is arranged for extracting holes from the hole transport layer 4 and for transmitting visible light and infrared light to reach the charge generation layer 6. The transparent electrode 3 is made of indium tin oxide (ITO), tin antimony oxide (NESA), or the like, and is formed on the glass substrate 2 by CVD.
It is formed by a method or a sputtering method.
【0035】正孔輸送層4は、電荷生成層6から生成し
た電荷のうち、正孔だけを輸送し、透明電極3に到達さ
せるため、さらには可視光線と赤外線を透過して電荷生
成層6に到達させるために配置される。The hole transport layer 4 transports only holes of the charges generated from the charge generation layer 6 to reach the transparent electrode 3, and further transmits visible light and infrared light to the charge generation layer 6. Is arranged to reach.
【0036】後述する電荷生成層6のフタロシアニン誘
導体にも正孔輸送性があるが、電荷生成層6中では、電
子−正孔対からなるエキサイトンが生成し、これが層中
を拡散するため、電荷生成層6と透明電極3とが直接に
接していると、透明電極との界面で透明電極材料中の還
元された金属イオン元素などの不純物との再結合が起こ
り、エネルギー変換効率が低下する原因となる。したが
って、電荷生成層6と透明電極3との間に、エキサイト
ンの拡散をブロックし、正孔だけを輸送する正孔輸送層
4を設けることにより、透明電極3との界面における再
結合を防いで、エネルギー変換効率を向上することがで
きる。The phthalocyanine derivative of the charge generation layer 6 described below also has a hole transporting property. However, in the charge generation layer 6, excitons composed of electron-hole pairs are generated and diffuse in the layer. If the charge generation layer 6 and the transparent electrode 3 are in direct contact, recombination with impurities such as reduced metal ion elements in the transparent electrode material occurs at the interface with the transparent electrode, and the energy conversion efficiency decreases. Cause. Therefore, by providing the hole transport layer 4 that blocks the diffusion of excitons and transports only holes between the charge generation layer 6 and the transparent electrode 3, recombination at the interface with the transparent electrode 3 is prevented. Thus, the energy conversion efficiency can be improved.
【0037】正孔輸送層4には、一般式の化5(化1)
で表されるトリフェニレン誘導体が用いられ、透明電極
3上に蒸着法で形成される。The hole transport layer 4 has the general formula (5)
Is formed on the transparent electrode 3 by an evaporation method.
【0038】[0038]
【化5】 Embedded image
【0039】正孔輸送物質と電荷生成物質との混合層5
は、正孔輸送層4と後述する電荷生成層6との間に、界
面における電荷のトラップを起こりにくくするために配
置される。Mixed layer 5 of hole transport material and charge generating material
Is disposed between the hole transport layer 4 and the charge generation layer 6 described later in order to prevent trapping of charges at the interface.
【0040】正孔輸送物質と電荷生成物質との混合層5
は、正孔輸送層4上に、蒸着法で形成される。Mixed layer 5 of hole transport material and charge generating material
Is formed on the hole transport layer 4 by an evaporation method.
【0041】電荷生成層6は、可視光線と赤外線を吸収
して、電子と正孔からなるエキサイトンを生成し、電荷
分離を行うために配置される。The charge generation layer 6 is disposed to absorb visible light and infrared light, generate excitons composed of electrons and holes, and perform charge separation.
【0042】電荷生成層6には、一般式の化6(化2)
で表されるフタロシアニン誘導体、および、一般式の化
7(化3)で表されるペリレン誘導体が用いられ、正孔
輸送物質と電荷生成物質との混合層5上に、蒸着法で形
成される。The charge generation layer 6 has a general formula (Formula 2)
And a perylene derivative represented by the general formula (Chemical Formula 3) are used, and are formed on the mixed layer 5 of the hole transport material and the charge generating material by an evaporation method. .
【0043】[0043]
【化6】 Embedded image
【0044】[0044]
【化7】 Embedded image
【0045】電荷生成物質と電子輸送物質との混合層7
は、電荷生成層6と後述する電子輸送層8との間に、界
面における電荷のトラップを起こりにくくするために配
置される。Mixed layer 7 of charge generating substance and electron transporting substance
Is disposed between the charge generation layer 6 and an electron transport layer 8 described later in order to prevent trapping of charges at the interface.
【0046】電荷生成物質と電子輸送物質との混合層7
は、電荷生成層6上に、蒸着法で形成される。Mixed layer 7 of charge generating substance and electron transporting substance
Is formed on the charge generation layer 6 by an evaporation method.
【0047】電子輸送層8は、電荷生成層6から生成し
た電荷のうち、電子だけを輸送し、金属電極9に到達さ
せるために配置される。The electron transport layer 8 is arranged to transport only electrons of the charges generated from the charge generation layer 6 to reach the metal electrode 9.
【0048】電子輸送層8には、一般式の化8(化4)
で表されるヘキサアザトリフェニレン誘導体が用いら
れ、電荷生成物質と電子輸送物質との混合層7上に、蒸
着法で形成される。The electron transporting layer 8 has the general formula 8
Is formed on the mixed layer 7 of the charge generating substance and the electron transporting substance by a vapor deposition method.
【0049】[0049]
【化8】 Embedded image
【0050】以上の通り、正孔輸送物質、電荷生成物質
および電子輸送物質に用いられる化合物は、分子構造が
類似しており、そのために分子のパッキングが良好であ
り、その結果、分子間のπ電子軌道のオーバーラップが
よくなって、電荷の伝導に好影響をもたらすと考えられ
る。As described above, the compounds used for the hole transporting substance, the charge generating substance, and the electron transporting substance have similar molecular structures, and therefore have good packing of molecules, and as a result, π It is considered that the overlap of the electron orbits is improved, which has a favorable effect on the charge conduction.
【0051】金属電極9は、電子輸送層8から電子を取
り出すために配置される。この金属電極9はAgなどで
構成し、電子輸送層8上に蒸着法により形成される。The metal electrode 9 is arranged to extract electrons from the electron transport layer 8. The metal electrode 9 is made of Ag or the like, and is formed on the electron transport layer 8 by an evaporation method.
【0052】また、正孔輸送層4、正孔輸送物質と電荷
生成物質との混合層5、電荷生成層6、電荷生成物質と
電子輸送物質との混合層7、電子輸送層8、金属電極9
は、いずれも1×10-5Torr以下の真空中で連続し
て蒸着するとよく、これにより、大気中の酸素や水分に
より、有機化合物や金属の酸化反応を抑えることがで
き、その結果、素子の特性を向上させることができる。Further, a hole transport layer 4, a mixed layer 5 of a hole transport material and a charge generating material, a charge generating layer 6, a mixed layer 7 of a charge generating material and an electron transport material, an electron transport layer 8, a metal electrode 9
Are preferably continuously deposited in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr or less, whereby the oxidation reaction of an organic compound or metal can be suppressed by oxygen or moisture in the air. Characteristics can be improved.
【0053】かくして本発明の有機太陽電池によれば、
ガラス基板2の上に透明電極3と、トリフェニレン誘導
体からなる正孔輸送層4と、トリフェニレン誘導体とフ
タロシアニン誘導体との混合層5と、フタロシアニン誘
導体およびペリレン誘導体からなる電荷生成層6と、ペ
リレン誘導体とヘキサアザトリフェニレン誘導体との混
合層7と、ヘキサアザトリフェニレン誘導体からなる電
子輸送層8と、金属電極9とを順次積層した素子構成に
したことで、トリフェニレン誘導体からなる正孔輸送層
がエキサイトンを拡散せず、正孔のみに対し導電性を有
するため、従来のpn接合型有機太陽電池のように電荷
生成層中で生成したエキサイトンが透明電極の不純物電
位と再結合することがなく、また、トリフェニレン誘導
体からなる正孔輸送層とフタロシアニン誘導体からなる
電荷生成層との間に、トリフェニレン誘導体とフタロシ
アニン誘導体とからなる混合層を設けたことで、界面に
おける電荷のトラップが起こりにくく、また、ヘキサア
ザトリフェニレン誘導体からなる電子輸送層がエキサイ
トンを拡散せず、電子のみに対し導電性を有するため、
従来のpn接合型有機太陽電池のように、電荷生成層中
で生成したエキサイトンが金属電極に達して再結合する
ことがなく、また、ペリレン誘導体からなる電荷生成層
とヘキサアザトリフェニレン誘導体からなる電子輸送層
との間に、ペリレン誘導体とヘキサアザトリフェニレン
誘導体とからなる混合層を設けたことで、界面における
電荷のトラップが起こりにくくなる。Thus, according to the organic solar cell of the present invention,
A transparent electrode 3 on a glass substrate 2, a hole transport layer 4 of a triphenylene derivative, a mixed layer 5 of a triphenylene derivative and a phthalocyanine derivative, a charge generation layer 6 of a phthalocyanine derivative and a perylene derivative, and a perylene derivative. By forming the element configuration in which the mixed layer 7 with the hexaazatriphenylene derivative, the electron transport layer 8 composed of the hexaazatriphenylene derivative, and the metal electrode 9 are sequentially laminated, the hole transport layer composed of the triphenylene derivative reduces the exciten. Since it does not diffuse and has conductivity only for holes, excitons generated in the charge generation layer do not recombine with the impurity potential of the transparent electrode as in a conventional pn junction type organic solar cell, and Between the hole transport layer composed of a triphenylene derivative and the charge generation layer composed of a phthalocyanine derivative By providing a mixed layer composed of a triphenylene derivative and a phthalocyanine derivative, charge trapping at the interface is unlikely to occur, and the electron transport layer composed of the hexaazatriphenylene derivative does not diffuse excitene, and conducts only electrons. To have
Unlike conventional pn-junction type organic solar cells, the excitons generated in the charge generation layer do not reach the metal electrode and recombine, and are composed of a charge generation layer composed of a perylene derivative and a hexaazatriphenylene derivative. By providing a mixed layer of a perylene derivative and a hexaazatriphenylene derivative between the electron transport layer and the electron transport layer, charge trapping at the interface is less likely to occur.
【0054】さらに、トリフェニレン誘導体、フタロシ
アニン誘導体、ペリレン誘導体、ヘキサアザトリフェニ
レン誘導体がいずれも類似性の高い共役した分子構造を
もつことで、分子同士の重なりがよくなる。Furthermore, the triphenylene derivative, phthalocyanine derivative, perylene derivative, and hexaazatriphenylene derivative all have a conjugated molecular structure with high similarity, so that the molecules are well overlapped.
【0055】本発明の有機太陽電池は、以上のような各
構成を備えることで、フタロシアニン誘導体およびペリ
レン誘導体が太陽光を吸収することにより生成したエキ
サイトンからの電荷分離が効果的におこなわれ、変換効
率を高める。例えば、家庭用電源や、腕時計あるいは小
型電子計算機等の電源に使用される有機太陽電池を、従
来品より高効率なものとすることができる。The organic solar cell of the present invention having the above-described respective constitutions effectively separates electric charge from exciten generated by the phthalocyanine derivative and the perylene derivative absorbing sunlight, Increase conversion efficiency. For example, an organic solar cell used for a household power supply, a power supply for a wristwatch, a small computer, or the like can be made more efficient than a conventional product.
【0056】[0056]
【実施例】次に本発明の有機太陽電池について具体例を
説明する。まず、ガラス基板2の背面に表面コート層1
であるTiO2膜(厚さ150nm)を形成し、その他
面に透明電極3であるITO膜(厚さ150nm、抵抗
7Ω/cm2)を成膜したものに、蒸着でもって正孔輸
送層4を被覆した。Next, specific examples of the organic solar cell of the present invention will be described. First, the surface coat layer 1 is formed on the back of the glass substrate 2.
A TiO 2 film (thickness: 150 nm) as a transparent electrode 3 and an ITO film (thickness: 150 nm, resistance: 7 Ω / cm 2 ) as a transparent electrode 3 on the other surface. Was coated.
【0057】すなわち、基板温度を150℃に保ち、1
×10-5Torrの真空中において1nm/sの成膜速
度で化5で表されるトリフェニレン誘導体(R=C
H3)を15nmの厚さに蒸着した。That is, while keeping the substrate temperature at 150 ° C., 1
× 10 -5 Torr triphenylene derivative represented by the formula at a deposition rate of 1 nm / s 5 in a vacuum (R = C
H 3 ) was deposited to a thickness of 15 nm.
【0058】続いて、1×10-5Torrの真空中にお
いて1nm/sの成膜速度で化5で表されるトリフェニ
レン誘導体(R=CH3)と化6で表されるフタロシア
ニン誘導体との混合層5(モル比1:1)を5nmの厚
さに蒸着した。Subsequently, a mixture of the triphenylene derivative (R = CH 3 ) and the phthalocyanine derivative represented by the chemical formula (5) in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr at a film forming rate of 1 nm / s. Layer 5 (1: 1 molar ratio) was deposited to a thickness of 5 nm.
【0059】つぎに、1×10-5Torrの真空中にお
いて1nm/sの成膜速度で化6で表されるフタロシア
ニン誘導体、および、化7で表されるペリレン誘導体か
らなる電荷生成層6(モル比1:1)を50nmの厚さ
に蒸着し、電荷生成層6を形成した。Next, the charge generation layer 6 made of the phthalocyanine derivative represented by the chemical formula (6) and the perylene derivative represented by the chemical formula (7) at a film forming rate of 1 nm / s in a vacuum of 1 × 10 -5 Torr ( A molar ratio of 1: 1) was deposited to a thickness of 50 nm to form a charge generation layer 6.
【0060】続いて、1×10-5Torrの真空中にお
いて1nm/sの成膜速度で化7で表されるペリレン誘
導体と化8で表されるヘキサアザトリフェニレン誘導体
(X=CN)との混合層7(モル比1:1)を5nmの
厚さに蒸着した。Subsequently, a perylene derivative represented by the formula (7) and a hexaazatriphenylene derivative represented by the formula (8) (X = CN) were formed at a film formation rate of 1 nm / s in a vacuum of 1 × 10 -5 Torr. Mixed layer 7 (1: 1 molar ratio) was deposited to a thickness of 5 nm.
【0061】続いて、1×10-5Torrの真空中にお
いて1nm/sの成膜速度で化8で表されるヘキサアザ
トリフェニレン誘導体(X=CN)を15nmの厚さに
蒸着し、電子輸送層8を形成した。Subsequently, a hexaazatriphenylene derivative (X = CN) represented by the formula (8) is deposited to a thickness of 15 nm in a vacuum of 1 × 10 -5 Torr at a film formation rate of 1 nm / s, and electron transport is performed. Layer 8 was formed.
【0062】最後に、1×10-5Torrの真空中にお
いて0.1nm/sの成膜速度でAgを150nmの厚
さに蒸着し、金属電極9を設けた。Finally, Ag was deposited to a thickness of 150 nm in a vacuum of 1 × 10 −5 Torr at a deposition rate of 0.1 nm / s to provide a metal electrode 9.
【0063】かくして有効面積0.1cm2の有機太陽
電池Aを得た。Thus, an organic solar cell A having an effective area of 0.1 cm 2 was obtained.
【0064】なお、いずれの有機化合物も、99.9%
以上の純度の試薬を、使用直前に真空蒸着により精製し
たものを用いた。It is to be noted that each of the organic compounds was 99.9%
The reagent having the above purity was purified by vacuum evaporation immediately before use.
【0065】上記の各膜厚は水晶発振式の成膜コントロ
ーラーでモニターした。The above film thicknesses were monitored by a crystal oscillation type film forming controller.
【0066】〔比較例1〕本例においては、前記有機太
陽電池Aを作製するに当り、化5のトリフェニレン誘導
体からなる正孔輸送層4、化5のトリフェニレン誘導体
と化6のフタロシアニン誘導体との混合層5、化7のペ
リレン誘導体と化8のヘキサアザトリフェニレン誘導体
との混合層7、および、化8のヘキサアザトリフェニレ
ン誘導体からなる電子輸送層8を成膜しないで、その他
の構成を同一にして、有機太陽電池Bを得た。[Comparative Example 1] In this example, in manufacturing the organic solar cell A, a hole transport layer 4 composed of a triphenylene derivative of Chemical Formula 5 and a triphenylene derivative of Chemical Formula 5 and a phthalocyanine derivative of Chemical Formula 6 were used. The mixed layer 5, the mixed layer 7 of the perylene derivative of Chemical formula 7 and the hexaazatriphenylene derivative of Chemical formula 8, and the electron transport layer 8 of the hexaazatriphenylene derivative of Chemical formula 8 are not formed, and other configurations are made the same. Thus, an organic solar cell B was obtained.
【0067】〔比較例2〕本例においては、前記有機太
陽電池Aを作製するに当り、化5のトリフェニレン誘導
体と化6のフタロシアニン誘導体との混合層5、化7の
ペリレン誘導体と化8のヘキサアザトリフェニレン誘導
体との混合層7を成膜しないで、その他の構成を同一に
して、有機太陽電池Cを得た。[Comparative Example 2] In this example, when manufacturing the organic solar cell A, a mixed layer 5 of a triphenylene derivative of Chemical Formula 5 and a phthalocyanine derivative of Chemical Formula 6, and a perylene derivative of Chemical Formula 7 and a chemical compound of Chemical Formula 8 An organic solar cell C was obtained in the same manner as the above except that the mixed layer 7 with the hexaazatriphenylene derivative was not formed.
【0068】そして、これらの有機太陽電池の特性評価
を下記のようにおこなった。The characteristics of these organic solar cells were evaluated as follows.
【0069】ハロゲンタングステンランプからの白色光
(強度100mW/cm2)を照射し、ファンクション
ジェネレーターで電位をかけながらエレクトロメーター
で電流値を測定して得られる電流−電位曲線より各特性
を求めた。すなわち、電流−電位曲線より、開放光起電
力(VOC)、短絡光電流密度(JSC)、フィルファクタ
ー(FF)、入射した光に対する光電変換効率(η)を
求めたところ、表1に示すような結果が得られた。尚、
同表中の試料A、B、Cはそれぞれ有機太陽電池A、
B、Cである。Each characteristic was determined from a current-potential curve obtained by irradiating white light (intensity 100 mW / cm 2 ) from a halogen tungsten lamp and measuring a current value with an electrometer while applying a potential with a function generator. That is, open photovoltaic (V OC ), short-circuit photocurrent density (J SC ), fill factor (FF), and photoelectric conversion efficiency (η) with respect to incident light were obtained from the current-potential curve. The results shown were obtained. still,
Samples A, B, and C in the table are organic solar cells A,
B and C.
【0070】[0070]
【表1】 [Table 1]
【0071】この表から明らかなとおり、本発明の有機
太陽電池Aは、エネルギー変換効率が最も優れているこ
とがわかる。As is clear from this table, it is understood that the organic solar cell A of the present invention has the highest energy conversion efficiency.
【0072】しかるに、有機太陽電池Bにおいては、エ
ネルギー変換効率が有機太陽電池Aの1/2程度と低
く、有機太陽電池Cにおいても、エネルギー変換効率が
有機太陽電池Aの4/5程度と低い。However, the energy conversion efficiency of the organic solar cell B is as low as about 1/2 of that of the organic solar cell A, and the energy conversion efficiency of the organic solar cell C is as low as about 4/5 of the organic solar cell A. .
【0073】これは、有機太陽電池Bは、トリフェニレ
ン誘導体からなる正孔輸送層、正孔輸送物質であるトリ
フェニレン誘導体と電荷生成物質であるフタロシアニン
誘導体との混合層、電荷生成物質であるペリレン誘導体
と電子輸送物質であるヘキサアザトリフェニレン誘導体
との混合層、および、ヘキサアザトリフェニレン誘導体
からなる電子輸送層を設けていないため、フタロシアニ
ン誘導体およびペリレン誘導体中で生成したエキサイト
ンが透明電極または金属電極との界面にまで拡散した際
に、再結合を起こしたことが原因であると考える。The organic solar cell B comprises a hole transport layer made of a triphenylene derivative, a mixed layer of a triphenylene derivative as a hole transport material and a phthalocyanine derivative as a charge generation material, and a perylene derivative as a charge generation material. Since a mixed layer with a hexaazatriphenylene derivative that is an electron transporting substance and an electron transporting layer composed of a hexaazatriphenylene derivative are not provided, excite generated in a phthalocyanine derivative and a perylene derivative may cause a transparent electrode or a metal electrode. It is considered that the reason is that recombination occurred when it diffused to the interface.
【0074】また、有機太陽電池Cについては、正孔輸
送物質であるトリフェニレン誘導体と電荷生成物質であ
るフタロシアニン誘導体との混合層、および、電荷生成
物質であるペリレン誘導体と電子輸送物質であるヘキサ
アザトリフェニレン誘導体との混合層を設けていないた
め、正孔輸送層と電荷生成層との界面、および、電荷生
成層と電子輸送層との界面において電荷のトラップが起
きたことが原因であると考える。In the organic solar cell C, a mixed layer of a triphenylene derivative as a hole transporting substance and a phthalocyanine derivative as a charge generating substance, and a perylene derivative as a charge generating substance and hexaaza as an electron transporting substance were used. Because no mixed layer with the triphenylene derivative is provided, it is considered that charge trapping occurred at the interface between the hole transport layer and the charge generation layer and at the interface between the charge generation layer and the electron transport layer. .
【0075】[0075]
【発明の効果】以上のように、本発明の有機太陽電池に
よれば、透明電極上にトリフェニレン誘導体からなる正
孔輸送層、トリフェニレン誘導体とフタロシアニン誘導
体との混合層、フタロシアニン誘導体とペリレン誘導体
とからなる電荷生成層、ペリレン誘導体とヘキサアザト
リフェニレン誘導体との混合層、ヘキサアザトリフェニ
レン誘導体からなる電子輸送層および金属電極とを順次
積層したことで、トリフェニレン誘導体からなる正孔輸
送層がエキサイトンを拡散せず、正孔のみに対し導電性
を有するため、従来のpn接合型有機太陽電池のように
電荷生成層中で生成したエキサイトンが透明電極の不純
物電位と再結合することがなく、また、トリフェニレン
誘導体からなる正孔輸送層とフタロシアニン誘導体およ
びペリレン誘導体とからなる電荷生成層との間に、トリ
フェニレン誘導体とフタロシアニン誘導体との混合層を
設けたことで、界面における電荷のトラップが起こりに
くく、また、ヘキサアザトリフェニレン誘導体からなる
電子輸送層がエキサイトンを拡散せず、電子のみに対し
導電性を有するため、従来のpn接合型有機太陽電池の
ように、電荷生成層中で生成したエキサイトンが金属電
極に達して再結合することがなく、また、ヘキサアザト
リフェニレン誘導体からなる電子輸送層とフタロシアニ
ン誘導体およびペリレン誘導体とからなる電荷生成層と
の間に、ヘキサアザトリフェニレン誘導体とペリレン誘
導体との混合層を設けたことで、界面における電荷のト
ラップが起こりにくくなり、さらに、トリフェニレン誘
導体、フタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、ヘキサ
アザトリフェニレン誘導体がいずれも平面性の高い共役
した分子構造をもつことで、分子同士の重なりがよくな
り、フタロシアニン誘導体およびペリレン誘導体が太陽
光を吸収することにより生成したエキサイトンからの電
荷分離が効果的におこなわれ、変換効率が向上し、例え
ば、家庭用電源や、腕時計あるいは小型電子計算機等の
電源に使用される有機太陽電池を、従来品より高効率な
ものとすることができる。As described above, according to the organic solar cell of the present invention, the transparent electrode comprises a hole transport layer composed of a triphenylene derivative, a mixed layer of a triphenylene derivative and a phthalocyanine derivative, and a mixture of a phthalocyanine derivative and a perylene derivative. A charge transport layer, a mixed layer of a perylene derivative and a hexaazatriphenylene derivative, an electron transport layer composed of a hexaazatriphenylene derivative, and a metal electrode are sequentially laminated, so that a hole transport layer composed of a triphenylene derivative diffuses exciten. Without having, only holes have conductivity, so that excitons generated in the charge generation layer do not recombine with the impurity potential of the transparent electrode as in a conventional pn junction type organic solar cell, and Hole transport layer composed of triphenylene derivative and phthalocyanine and perylene derivatives By providing a mixed layer of a triphenylene derivative and a phthalocyanine derivative between the charge generation layer and the charge generation layer, the trapping of charges at the interface is unlikely to occur, and the electron transport layer made of the hexaazatriphenylene derivative diffuses exciten. Since it has conductivity only for electrons, it does not cause the excitons generated in the charge generation layer to reach the metal electrode and recombine unlike the conventional pn junction type organic solar cell. By providing a mixed layer of a hexaazatriphenylene derivative and a perylene derivative between an electron transporting layer composed of an azatriphenylene derivative and a charge generation layer composed of a phthalocyanine derivative and a perylene derivative, charge trapping at an interface is unlikely to occur. And a triphenylene derivative, a phthalocyanine derivative, Both the derivatives and the hexaazatriphenylene derivatives have a highly conjugated molecular structure with high planarity, so that the molecules overlap well, and the phthalocyanine derivative and the perylene derivative generate excitons generated by absorbing sunlight. Charge separation is effectively performed, conversion efficiency is improved, and for example, organic solar cells used in home power supplies, power supplies for watches, small computers, and the like can be made more efficient than conventional products. it can.
【図1】本発明の有機太陽電池の概略断面図である。FIG. 1 is a schematic sectional view of an organic solar cell of the present invention.
1:表面コート層、2:ガラス基板、3:透明電極、
4:正孔輸送層、5:正孔輸送物質と電荷生成物質との
混合層、6:電荷生成層、7:電荷生成物質と電子輸送
物質との混合層、8:電子輸送層、9:金属電極1: surface coating layer, 2: glass substrate, 3: transparent electrode,
4: hole transport layer, 5: mixed layer of hole transport material and charge generating material, 6: charge generating layer, 7: mixed layer of charge generating material and electron transport material, 8: electron transport layer, 9: Metal electrode
Claims (1)
る正孔輸送層、トリフェニレン誘導体とフタロシアニン
誘導体との混合層、フタロシアニン誘導体とペリレン誘
導体とからなる電荷生成層、ペリレン誘導体とヘキサア
ザトリフェニレン誘導体との混合層、ヘキサアザトリフ
ェニレン誘導体からなる電子輸送層および金属電極とを
順次積層した有機太陽電池。1. A transparent electrode comprising a hole transport layer comprising a triphenylene derivative, a mixed layer comprising a triphenylene derivative and a phthalocyanine derivative, a charge generation layer comprising a phthalocyanine derivative and a perylene derivative, and a mixture comprising a perylene derivative and a hexaazatriphenylene derivative. An organic solar cell in which a layer, an electron transport layer made of a hexaazatriphenylene derivative, and a metal electrode are sequentially laminated.
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