[发明专利]有机半导体组合物、光伏元件、光电转换装置和光伏元件的制造方法

说明书

本发明的目的在于，提供光电转换效率高、且加工性·低环境负荷性优异的光伏元件。具体而言，本发明是包含单环或二环的芳族环被特定数量的烷基、烷氧基、烷酰基或烷硫基取代得到的化合物作为添加剂的有机半导体组合物、以及使用该组合物得到的光伏元件的制造方法。

技术领域

本发明涉及有机半导体组合物和使用其得到的光伏元件、光电转换装置和光伏元件的制造方法。

背景技术

太阳能电池对于当今日益严重的能源问题而言作为有效环保的能源来源而受到关注。当今，作为太阳能电池的光伏元件的半导体材料，使用单晶硅、多晶硅、非晶硅、化合物半导体等无机物。但是，使用无机半导体制造的太阳能电池与火力发电等发电方式相比成本高，因此尚未广泛普及至一般家庭。成本高的主要原因在于主要在真空且高温下形成半导体薄膜的工艺。因此，作为期待使制造工艺简化的半导体材料，研究了使用共轭系高分子、有机晶体等有机半导体、有机色素得到的有机太阳能电池。在这样的有机太阳能电池中，由于能够通过涂布法制作半导体材料层，因此能够大幅简化制造工艺。

但是，使用共轭系高分子等得到的有机太阳能电池与以往的使用无机半导体得到的太阳能电池相比光电转换效率低，因此尚未实用化。为了使有机太阳能电池实用化，必须进一步提高光电转换效率。

作为提高有机太阳能电池的光电转换效率的方法之一，经常使用下述方法：在涂布形成由供电子性有机半导体(例如为共轭系聚合物等)和受电子性有机半导体(例如为富勒烯化合物等)组成的光电转换层时，并非使用单一溶剂，而是添加1,8-二碘辛烷作为添加剂来进行涂布形成(例如，非专利文献1、专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第5482973号说明书

非专利文献

非专利文献1：Advanced Materials，2010年，22卷，E135-E138页。

发明内容

发明要解决的问题

在涂布形成由供电子性有机半导体和受电子性有机半导体组成的光电转换层时，其相分离结构受到供电子性有机半导体、受电子性有机半导体、溶剂、或添加剂彼此之间的亲和性·排斥性的影响，可以认为该相分离结构由它们复杂地相互影响来决定。其中，根据本发明人等的见解，可以认为特别重要的是受电子性有机半导体与溶剂的亲和性、或者受电子性有机半导体与添加剂的亲和性。

此外，由有机半导体溶液涂布形成光电转换层时，在单一溶剂体系中，由于受电子性有机半导体与溶剂的亲和性不充分，导致在涂布溶液后逐渐干燥·浓缩的过程中，容易产生受电子性有机半导体的过度凝集等。因此，光电转换层的相分离尺寸变得过大以致大于20nm(可以认为适合的是，相分离尺寸为有机半导体的激子扩散距离(通常约为10nm)的2倍左右的20nm左右)，作为光电转换层而难以调整至适当的大小。此外，与受电子性有机半导体的亲和性高的溶剂的沸点过高，这样的单一溶剂体系难以以适当的厚度进行涂布。

作为解决这些问题的方法，可以举出组合溶剂和添加剂的方法。如前述非专利文献1(Advanced Materials，2010年，22卷，E135-E138页)中公开的那样，报告了通过向用于形成光电转换层的溶液中加入特定的添加剂(1,8-二碘辛烷等)，供电子性有机半导体与受电子性有机半导体的相分离结构(相分离尺寸、共连续性、取向性等)发生变化，光电转换效率提高。

进一步，如果是以少量也能够得到性能提高的效果的添加剂，则容易通过与廉价的溶剂进行组合而得到成本方面的益处。此外，根据溶剂的选择而能够确定溶液的粘性、干燥性等，因此容易配合所使用的涂布方法来调整组合物的特性。此外，作为溶剂，即使是难以干燥的高沸点化合物、在常温常压下为固体之类的化合物，也可以想到通过以少量添加剂的形式进行添加而使干燥变得容易、或者能够以溶液的形式进行应用等工艺方面的益处。