[发明专利]光电转换元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电转换元件及其制造方法。

背景技术

有机薄膜型太阳能电池使用组合p型有机半导体聚合物、和以富勒烯为例的n型有机半导体而成的光电转换层，在通过入射光而产生的激子到达p型有机半导体聚合物与n型有机半导体的接点时，进行电荷分离。

在这种有机薄膜型太阳能电池中，大多使用体异质结（BHJ：bulk heterojunction）型的光电转换层。将其称为体异质结型有机薄膜太阳能电池。

这种体异质结型的光电转换层通过涂布p型有机半导体聚合物和n型有机半导体的混合液，并使其干燥而形成。而且，在使混合液干燥的过程中，p型有机半导体材料、n型有机半导体材料分别自发凝聚并进行相分离，结果形成比表面积大的pn结。

然而，有机薄膜型太阳能电池由于能够在低光量的室内环境下获得高光电转换效率，所以能够与主流的Si太阳能电池各占一席之地，将来发展空间较大。

但是，与Si太阳能电池相比，由于填充因子（Fill Factor：FF）低，所以在实际使用条件下供电电压低。换言之，有机薄膜太阳能电池为了在实际使用条件下获得高输出电压，必须实现高填充因子，即，提高填充因子。

因此，为了提高填充因子，例如，提出了在含有P3HT（聚[3-己基噻吩]；Poly[3-hexylthiophene]）作为p型有机半导体材料且含有PCBM（[6,6]-苯基-C₆₁-丁酸甲酯；[6,6]-Phenyl-C₆₁butyric acid methyl ester）作为n型有机半导体材料的光电转换层与阴极之间插入TiO_x空穴阻挡层的方法（第1方法）。另外，例如，还提出了在含有P3HT作为p型有机半导体材料且含有PCBM作为n型有机半导体材料的光电转换层的阴极侧涂布PCBM的方法（第2方法）。另外，例如，还提出了在形成含有P3HT作为p型有机半导体材料且含有PCBM作为n型有机半导体材料的光电转换层的基底层，使用极性非常强的碳酸铯，利用碳酸铯与PCBM的高亲和性，使PCBM优先堆积于基底层侧（阴极侧）的方法（第3方法）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第5331183号说明书

非专利文献

非专利文献1：Akinobu Hayakawa et al.,“High performance polythiophene/fullerene bulk-heterojunction solar cell with a TiO_x hole blocking layer”,APPLIED PHYSICS LETTERS90,163517（2007）

非专利文献2：Bertrand Tremolet de Villers et al.,“Improving the Reproducibility of P3HT:PCBM solar Cells by Controlling the PCBM/Cathode Interface”,THE JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C,Vol.113,No.44,2009

非专利文献3：Zheng Xu et al.,“Vertical Phase Separation in Poly （3-hexylthiophene）:Fullerene Derivative Blends and its Advantage for Inverted Structure Solar Cells”,ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS,2009,19,1227-1234

然而，在上述第1方法中，由于需要将由与构成光电转换层的材料不同的材料形成的空穴阻挡层与光电转换层分开设置，所以制造成本增高。

另外，在上述第2方法中，仅涂布于光电转换层的阴极侧的PCBM的区域由构成光电转换层的材料构成，不管是否吸收光，都不具有光电转换功能，因此从提高光电转换效率的观点考虑，不能说是有效利用。换言之，如果使用构成光电转换层的材料，则优选作为光电转换层发挥功能，并且提高填充因子。另外，在形成光电转换层后还需要涂布PCBM的工序。