JPH04192376A

JPH04192376A - タンデム型有機太陽電池

Info

Publication number: JPH04192376A
Application number: JP2320389A
Authority: JP
Inventors: Minoru Suezaki; 穣末崎; Norishige Shichiri; 徳重七里; Takeshi Inoue; 健井上
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 1990-11-22
Filing date: 1990-11-22
Publication date: 1992-07-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明はタンデム型有機太陽電池に関し、詳しくは透明
電極と対向電極との間に有機化合物を主体とする２個の
異なる単位セルが設けられているタンデム型有機太陽電
池に関する。

（従来の技術）太陽電池材料として有機化合物を使用した有機太陽電池
は、無機半導体を使用した太陽電池に比べ、コスト、大
面積化、製造工程の容易さ等の点で優れており、従来よ
り、有機化合物が太陽電池材料として使用された種々の
構成の有機太陽電池が提案されている。

例えば、フタロシアニン銅とペリレン系色素の積層膜を
使用した有機太陽電池が、Ａｐｐｌｉｅｄ　　Ｐｈｙｓ
ｉｃｓ　　Ｌｅｔｔｅｒｓ　（１９８６゜Ｖｏｌ、４８
．Ｐ、１８３）に記載されており、この有機太陽電池の
エネルギー換効率は１％程度であると報告されている。

しかし、上記有機太陽電池においては、その高いエネル
ギー変換効率を得るためには、半導体層である色素層の
膜厚を薄くしなければならない。そのため膜にピンホー
ルが生じ易く、電極が短絡する欠点があった。

一方、太陽電池のエネルギー変換効率を高めるために複
数個の単位セルを積層したタンデム型太陽電池が提案さ
れており、有機太陽電池に応用した例が、ＣＨＥＭＩＳ
ＴＲＹ　　ＬＥＴＴＥＲ３（１９９０、Ｐ、３２７）に
記載されているが、積層数が増すにしたがって光透過性
が減少してエネルギー変換効率が低下し、単位セルの積
層効果が認められないという欠点を有していた。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上記欠点を解決するためになされたものであ
り、その目的は、エネルギー変換効率が高く、しかも電
極の短絡等の少ない、性能の安定したタンデム型有機太
陽電池を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明で使用される透明電極は、可視光が透過可能なも
のであれば特に限定されるものではないが、通常は、透
明基板上に透明導電膜が設けられたものが好適に使用さ
れる。

上記透明基板に使用される材料としては、例えば、ガラ
スおよびアクリル系、ビニル系、ポリオレフィン系、ポ
リエステル系、ポリアミド系、ポリカーボネート系等の
高分子があげられる。

上記透明導電膜に使用される材料としては、例えば、ス
ズがドープされた酸化インジウム（以下、丁ＴＯという
）、酸化スズ、酸化インジウム等があげられ、特にＩＴ
Ｏが好ましい。

本発明で使用される対向電極は、公知の電極材料を用い
て形成され、該電極材料としては、例えば、金、銀、白
金等の仕事関数の大きな金属があげられる。

本発明で使用される２個の異なる単位セルのうち、透明
電極側の単位セルは、透明電極側から対向電極側に向け
て、硫化カドミウムからなる第１層、ペリレン系色素か
らなる第２層およびフタロシアニン系色素からなる第３
層が順次積層されている複合層となされている。

上記硫化カドミウムからなる第１層の膜厚は特に限定さ
れるものではないが、薄くなるとピンホールが発生しや
すくなり、厚（なると光透過率の低下および膜の電気抵
抗の増加のためにエネルギー変換効率が低下するので、
１００〜５００人が好ましい。

上記第２層で使用されるペリレン系色素としては、例え
ば、ペリレンテトラカルボン酸ビスベンゾイミダゾール
、Ｎ、Ｎ’−ジメチルペリレンテトラカルボン酸ジイミ
ド、Ｎ、Ｎ’−ジフェニルペリレンテトラカルボン酸ジ
イミド等があげられ、これらは、単独で使用してもよい
し、二種以上併用されてもよい。

上記第２層は、ごく薄い膜であっても十分な起電力を生
じさせることができ、膜中にピンホールを有していたり
、膜が不連続な状態になっていても同様の効果を発揮す
る。その膜厚は特に限定されるものではないが、薄くな
ると十分な起電力を生じさせることができなくなり、厚
くなるとペリレン系色素の光吸収波長領域（４５０〜６
００ｎｍ）での光吸収が大きくなりすぎ、透明電極側の
単位セル中を光が透過するとき光が減衰して対向電極側
の単位セルでの起電力が低下するので、１０〜１００人
が好ましい。

上記第３層で使用されるフタロシアニン系色素としては
、例えば、無金属フタロシアニン、金属フタロシアニン
およびそれらの誘導体等があげられる。

上記金属フタロシアニンとしては、例えば、中心原子が
、銅、マグネシウム、亜鉛、アルミニウム、スズ、クロ
ム、マンガン、鉄、コバルト、ロジウム、パラジウム、
白金等の金属、３価以上の原子価を有する金属のハロゲ
ン化物などで形成されているものがあげられる。

上記誘導体としては、例えば、フタロシアニン分子中の
水素原子が、スルホン基、ニトロ基、シアノ基、カルボ
キシル基、ハロゲン原子等で置換された誘導体があげら
れる。

上記第３層の膜厚は特に限定されるものではないが、薄
くなるとピンホールが発生しやすくなり、厚くなると光
透過率の低下および膜の電気抵抗の増加のためにエネル
ギー変換効率が低下するので、４００〜１０００八が好
ましい。

本発明で使用される２個の異なる単位セルのうち、対向
電極側の単位セルは、透明電極側から対向電極側に向け
て、ペリレン系色素からなる第１層およびフタロシアニ
ン系色素からなる第２層が順次積層されている複合層と
なされている。

上記対向電極側の単位セルの′ｓ１層に使用されるペリ
レン系色素としては、前記ペリレン系色素が使用できる
。

なお、上記対向電極側の単位セルの第１層に使用される
ペリレン系色素は、透明電極側の単位セルの第２層に使
用したものと同じものを用いてもよいし、異なるものを
用いてもよい。

上記対向電極側の単位セルの第１層の膜厚は特に限定さ
れるものではないが、薄くなるとピンホールが発生しや
すくなり、厚くなると光透過率の低下および膜の電気抵
抗の増加のためにエネルギー変換効率が低下するので、
４００〜１０００人が好ましい。

上記対向電極側の単位セルの第２層に使用されるフタロ
シアニン系色素としては、前記フタロシアニン系色素が
使用できる。

なお、上記対向電極側の単位セルの第２層に使用される
フタロシアニン系色素は、透明電極側の単位セルの第３
層に使用したものと同じものを用いてもよいし、異なる
ものを用いてもよい。

上記対向電極側の単位セルの第２層の膜厚は特に限定さ
れるものではないが、薄くなるとピンホールが発生しや
すくなり、厚くなると膜の電気抵抗の増加のためにエネ
ルギー変換効率が低下するので、５００〜３０００人が
好ましい。

本発明のタンデム型有機太陽電池においては、前記透明
電極および対向電極の間に、上記２個の異なる単位セル
が設けられており、該単位セル間は金属層で接合されて
いる。

上記金属層に使用される金属としては、倒えば、金、銀
等があげられ、その膜厚は、薄くなると単位セル同志を
オーミックに接合する効果が低下し、厚くなると光透過
率が低下するので、１０〜１００人が好ましく、１５〜
３０人がより好ましい。

上記各層の形成方法は任意の方法が採用されてよく、例
えば、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンブレーテ
ィング法等の各方法があげられる。

本発明のタンデム型有機太陽電池を製造するには、例え
ば、透明基板上に透明導電膜が真空蒸着された透明電極
の透明導電膜上に、硫化カドミウム膜をスパッタリング
法により形成した後、ペリレン系色素膜およびフタロシ
アニン系色素膜を真空蒸着法により順次積層して透明電
極側の単位セルを形成し、次に、真空蒸着法により金属
層を形成し、さらにペリレン系色素膜およびフタロシア
ニン系色素膜を真空蒸着法により順次積層して対向電極
側の単位セルを形成し、その上に対向電極を設ければよ
い。

（実施例）以下、本発明を実施例により説明する。

実施例ＩＩＴＯを蒸着した透明導電ガラス基板を高周波スパッタ
リング装置の真空容器内に設置し、キャリアガスとして
Ａｒガスを用い、容器内を５×１Ｏ−３Ｔｏｒｒとして
、ＩＴＯ膜上に、３００人の厚さの硫化カドミウム膜を
スパッタリングした。

次いで、硫化カドミウム膜が形成された透明導電ガラス
基板を真空蒸着装置の真空容器内に設置してＩ　Ｘ　Ｉ
　０−５Ｔｏｒｒに減圧し、ペリレンテトラカルボン酸
ビスベンゾイミダゾールをアルミナ坩堝中で抵抗加熱し
て、硫化カドミウム膜上に、３０人の厚さのペリレンテ
トラカルボン酸ビスベンゾイミダゾール膜を蒸着した。

次いで、この膜の上に、ペリレンテトラカルボン酸ビス
ベンゾイミダゾール膜を形成したのと同様にして、５０
’ＯＡの厚さの無金属フタロシアニン膜を積層して一段
目の単位セルを得た。

得られた一段目の単位セル上に、１　ｘ　１０−’Ｔ。

ｒ’ｒの減圧下で金を２０人の厚さに真空蒸着した後、
上記−段目の単位セル中のペリレンテトラカルボン酸ビ
スベンゾイミダゾール膜を形成したのと同様にして、７
００人の厚さのＮ、Ｎ’−ジメチルペリレンテトラカル
ボン酸ジイミド膜および１０００人の厚さの無金属フタ
ロシアニン膜を順次積層して二段目の単位セルを得た。

得られた二段目の単位セル上に、ｌ　ｘ　１０−’Ｔ。

ｒｒの減圧下で金を真空蒸着し、２ｍ１Ｔ１２の大きさ
で３００人の厚さの対向電極を形成してタンデム型有機
太陽電池を得た。

得られたタンデム型有機太陽電池のＩＴＯ透明電極側か
らエアマス２　（ＡＭ２）光（７５ｍＷ／ｃｎりを照射
し、電流−電圧特性を測定して光電変換特性〔開放端電
圧（Ｖｏｃ）、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、フィルファク
ター（ｆｆ）及びエネルギー変換効率（η）〕を評価し
、結果を第１表に示した。

Ｋ凰旦ユ実施例１の一段目の単位セルにおいて、ペリレンテトラ
カルボン酸ビスベンゾイミダゾールの膜厚を７０人とし
た以外は、実施例１と同様にして、タンデム型有機太陽
電池を得た。

得られたタンデム型有機太陽電池を用いて、実施例１と
同様にして光電変換特性を評価し、結果を第１表に示し
た。

実施例３実施例１の一段目の単位セルにおいて、ペリレンテトラ
カルボン酸ビスベンゾイミダゾールのかわりにＮ、Ｎ’
−ジメチルペリレンテトラカルボン酸ジイミドを用いた
以外は、実施例１と同様にして、タンデム型有機太陽電
池を得た。

ル較■ユ実施例１において、金蒸着層及び二段目の単位セルを取
り去った以外は、実施例１と同様にして、有機太陽電池
を得た。

得られた有機太陽電池を用いて、実施例１と同様にして
光電変換特性を評価し、結果を第１表に示した。

（以下余白）第１表（以下余白）（発明の効果）本発明のタンデム型有機太陽電池においては、透明電極
と対向電極の間に、金属層でオーミ・νり接合された異
なる２個の単位セルが設けられており、上記単位セルの
うち、透明電極側の単位セルが、透明電極側から対向電
極側に向けて、硫化カドミウム膜からなる第１層、ペリ
レン系色素薄膜からなる第２層およびフタロシアニン系
色素膜からなる第３層が順次積層されている複合層とな
っており、対向電極側の単位セルが、ペリレン系色素膜
からなる第Ｘ層およびフタロシアニン系色素膜からなる
第２層が順次積層されている複合層となっているから、
透明電極側から光を照射したとき、上記透明電極側の単
位セル中でペリレン系色素の光吸収領域（４５０〜６０
０　ｎｍ）での光の減衰が殆どなく、その波長領域の光
を対向電極側の単位セルで利用でき、その結果、上記タ
ンデム型有機太陽電池は、エネルギー変換効率が優れ、
しがも高電圧を得ることができる。また、単位セルの積
層によりピンホールが発生しにくくなり、電極間の短絡
のない性能の安定したタンデム型有機太陽電池となる。

なお、上記タンデム型有機太陽電池は、液晶表示素子等
の駆動用電池として好適に使用される。

畠願大　積水化学工業株式会社代表者　廣　１）　馨

Claims

【特許請求の範囲】

１、透明電極と対向電極の間に２個の単位セルを有し、
該単位セル間に金属薄膜が設けられているタンデム型有
機太陽電池において、上記単位セルのうち、透明電極側
の単位セルが、透明電極側から対向電極側に向けて、硫
化カドミウムからなる第１層、ペリレン系色素からなる
第２層およびフタロシアニン系色素からなる第３層が順
次積層されている複合層であり、対向電極側の単位セル
が、透明電極側から対向電極側に向けて、ペリレン系色
素からなる第１層およびフタロシアニン系色素からなる
第２層が順次積層されている複合層であることを特徴と
するタンデム型有機太陽電池。