[发明专利]酞菁纳米棒及光电转换元件

说明书

技术领域

本发明涉及酞菁纳米棒、含有该酞菁纳米棒的墨组合物、含有该酞菁纳米棒的晶体管、含有该酞菁纳米棒的光电转换元件用材料以及特征在于在正极与负极之间含有该酞菁纳米棒的光电转换元件。

背景技术

与目前主流的硅系太阳能电池相比，有机薄膜太阳能电池在

（1）环境负荷小、

（2）制造成本低、

（3）轻量且难以破坏等方面潜力高，近年来引人注目。有机薄膜太阳能电池是以由供电子性材料（供体）与受电子性材料（受体）形成的有机半导体层为光电转换的活性层（光电转换层）的、由有机半导体材料构成的光电转换元件，其中，所述供电子性材料由有机半导体材料构成，且所述受电子性材料由有机半导体材料构成。在这里，作为供电子性材料，可列举出聚噻吩系、聚苯乙烯撑系等供电子性π共轭系聚合物、酞菁类等供电子性低分子材料，作为受电子性材料，可列举出富勒烯类等。最近，尤其是将该供电子性材料与该受电子性材料在纳米水平下复合化、使有助于光电转换的两种材料的接合界面（DA接合界面）增大的本体异质结型的开发在积极地进行（专利文献1）。

有机薄膜太阳能电池的光电转换的原理如下：

（1）通过有机半导体层的光吸收产生激子（空穴-电子对），

（2）该激子在DA接合界面扩散移动，

（3）电荷分离为空穴和电子，

（4）各个电荷通过供电子性材料和受电子性材料被电荷输送到正极和负极，从而产生电力，根据上述各过程的效率的累计来确定该光电转换效率。在此处，激子的寿命极短，能够扩散移动的距离极短，最多不过为几纳米到十几纳米，因此为了提高光电转换的效率，有机半导体层中的DA接合界面优选在与上述激子可扩散移动的距离（激子扩散长度）相同程度的距离范围内存在，且优选确保电荷分离后的电荷能快速移动到各自电极中的电荷输送路径。

如果DA接合界面在有机半导体层中不是分布在数十纳米左右的范围内，则存在上述过程（1）中生成的激子在达到DA接合界面之前失活，导致电荷无法输出的问题，另外，如果在有机半导体层中未确保由供电子性材料和受电子性材料形成的电荷输送路径，则会产生上述过程（3）中生成的各电荷不能到达正极和负极、不能获得电动势的问题。

从上述观点出发，为了光电转换元件的高效率化，存在如下课题：如何使DA接合界面在激子扩散长度内形成；以及，如何确保由供电子性材料和受电子性材料分别形成的电荷输送路径，即，在不使供电子性材料和受电子性材料在有机半导体层中孤立（形成终点部位）的情况下，如何形成网络。

有机薄膜太阳能电池（有机光电转换元件）的最典型的构成可列举出：将作为供电子性材料的聚-3-己基噻吩（以下称为P3HT）等π共轭系聚合物与作为受电子性材料的属于富勒烯衍生物的[6,6]-苯基C61丁酸甲酯（以下称为PCBM）混合，将它们薄膜化而使DA接合界面在膜内整个区域中形成的本体异质结型。

由供电子性π共轭系聚合物与PCBM形成的光电转换元件可以通过湿法（印刷或涂布）由溶解有两种有机材料的溶液简便地成膜，因此，具有不需要昂贵的制造设备而能够以低成本生产的优点。然而，通常，π共轭系聚合物在大气下容易由于氧而发生氧化反应，另外，具有在强光照射下劣化等耐久性问题，由该材料形成的光电转换元件存在寿命低的问题。另外，对上述成膜法而言，由上述供电子性材料和受电子性材料形成的网络是通过成膜和其后处理所引起的相分离而偶然地形成的，因此必然存在孤立的供电子性材料和受电子性材料，因此，有时不能确保电荷输送所必需的输送路径，成为转换效率降低的一个原因。

另一方面，近年来，为了提高上述“光电转换的原理”中的过程（4）的电荷输送效率，提出了使用纳米线状的供电子性材料的光电转换元件（非专利文献1）。其通过将作为供电子性π共轭系聚合物的P3HT纳米线化、即将其形态控制为宽度几十纳米左右的细线，从而增大了电荷输送效率，其结果，与不含该纳米线的该光电转换元件相比，含有P3HT纳米线的P3HT/PCBM系光电转换元件的光电转换效率提高。

照此，可以确认，含有聚合物系纳米线的光电转换元件在提高光电转换效率方面是有用的，但通常P3HT等聚合物类如上所述由于耐氧性、耐光性低，因此耐久性差，不能解决光电转换元件在实用性方面的问题。