JPH03285366A - Solar cell - Google Patents

Solar cell

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Publication number
JPH03285366A
JPH03285366A JP2087916A JP8791690A JPH03285366A JP H03285366 A JPH03285366 A JP H03285366A JP 2087916 A JP2087916 A JP 2087916A JP 8791690 A JP8791690 A JP 8791690A JP H03285366 A JPH03285366 A JP H03285366A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phthalocyanine
type
solar cell
metal
binder polymer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2087916A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Mutsuaki Murakami
睦明 村上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP2087916A priority Critical patent/JPH03285366A/en
Publication of JPH03285366A publication Critical patent/JPH03285366A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549Organic PV cells

Landscapes

  • Electroluminescent Light Sources (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

産業上の利用分野 この発明は、有機物を用いた太陽電池に関する。 従来の技術 有機太陽電池は、無機の/リコン太陽電池に比べ、分子
設計により色々な波長に高感度な材料を合成できること
、生産性・経済性に優れ、安価であること、等の特■を
有しており、現在活発な研究開発が行われている。しか
し、その性能:ま、シリコン太陽電池に比べてはるかに
劣っており、現在、実用化されたものはない。 太陽電池の特性は、通常、電流がOとなるときの電圧(
開放#A雷電圧VOCと略す)と印加電圧0のときの光
電流(短絡光電流、1.。と略す)、最大電力とISC
とvo。の比率(フィルファクターFFと略す)、変換
効率(η= (VocX l5cXF F) /Pi*
X 100で計算される、%表示)の4つで示される。 有機太陽電池は、通常、ショットキーバリアー型の光電
変換素子として評価され、研究されている。図は、ショ
ットキー型光電変換素子の構造を示す、ショットキー型
光電変換素子では、有機起電力薄膜(光起電力層)2は
、オーミックなコンタクトを形成する電極3とバリアー
電極1とによってサンドインチされ、光はバリアー電極
側から照射される。図中、4は基板である。 このような素子を構成する材料として検討された有機物
には、テトラセン、メロシアニン、ポリアセチレン、ポ
リバラフェニレンサルファイド(PPS)、ニッケルフ
タロシアニン(NiPc)等がある。これらは、蒸着法
または重合法によって3H化され素子化される。無金属
フタロシアニン(以下、H2−Pcと略す)のうちのX
型のものやα型のもの等は、高分子分散系として薄膜化
され素子化される。バリヤー電極として検討された金属
には、アルミニウム、インジウム等があり、力、オーミ
ック電極としては、金、銀、銅、酸化スズ、不す、酸化
インジウム等がある。 しかしながら、これらの材料を用いて作製された太陽電
池の特性は、いずれも、無機シリコン太陽電池に比軽し
で不充分なものであった。例えば、AI/テトラセン/
Agで形成された大BH池の■。。、l3.、FFおよ
びηの値は、それぞれ、0.65V、 0.06μA、
CI−”、 0.55.10−’%であり、同しく、A
 I / P P S / Cuでは0.5V、 0.
0018μA、cya−”、 0.28.0.21%、
AI/NiPc/NESAでは、0.68V  O,0
42uA、crn−”、 0.32.0.]2%、AI
/X−H! Pc、 PVAc/5nOzでは0.86
V、 1.4μA、cm−”、 6.5%、In/X 
 HzPc、Pc/NESAでは0.4V、 179μ
A、cm−”2.4%、AI/α−H2PC,PVDF
/IntO3では0.92V、  8.7μA、cta
−”、  1.4%であり、実用的観点から見た場合に
はいずれも不十分な特性であった。 発明が解決しようとする課題 この発明の課題は、従来の有機太陽電池のもつ上記のよ
うな欠点を解消し、高性能で、耐久性に優れる太陽電池
を促供することにある。特に、従来、太陽電池用起電力
材料として最もよく研究されてきたH、−Pcをとり上
げ、これを用いて、従来にない構成の光起電力層とする
ことによって高性能化を図ろうとするものでおる。 課題を解決するための手段 我々は、上記の問題点を解決するために、神りの構成を
有する有機太陽電池の検討を行った。その結果、X型H
!−Pcまたはτ型H,−Pcと各種の金属フタロシア
ニン(以下、金属Pcと略す)を用い、これらを適当な
溶剤で処理し、バインダー高分子中に分子状分散したH
2−PCと粒子状分散したH、 −Pcおよび金属Pc
の組み合わせからなる光起電力層を存する太陽電池が優
れた起電力特性を発揮することを発見して、この発明を
完成するに至った。 すなわち、この発明は、ハイ7ダ一高分子とバインダー
高分子中に分子状分散したH、−Pcとハイ、・グー高
分子中に粒子状に分散したX型HzP cおよび、/ま
たは
INDUSTRIAL APPLICATION FIELD This invention relates to solar cells using organic materials. Conventional technology Compared to inorganic/recon solar cells, organic solar cells have the following characteristics: they are able to synthesize materials with high sensitivity to various wavelengths through molecular design, are superior in productivity and economy, and are inexpensive. active research and development is currently underway. However, its performance: well, it is far inferior to silicon solar cells, and there are currently no commercially available solar cells. The characteristics of solar cells are usually the voltage when the current becomes O (
Open #A lightning voltage (abbreviated as VOC), photocurrent when applied voltage is 0 (short-circuit photocurrent, abbreviated as 1.), maximum power and ISC
and vo. ratio (abbreviated as fill factor FF), conversion efficiency (η= (VocX l5cXF F) /Pi*
X 100, expressed as a percentage). Organic solar cells are generally evaluated and researched as Schottky barrier type photoelectric conversion elements. The figure shows the structure of a Schottky-type photoelectric conversion element. Inch, and light is irradiated from the barrier electrode side. In the figure, 4 is a substrate. Organic materials that have been studied as materials for such devices include tetracene, merocyanine, polyacetylene, polyparaphenylene sulfide (PPS), and nickel phthalocyanine (NiPc). These are converted into 3H by a vapor deposition method or a polymerization method to form a device. X of metal-free phthalocyanine (hereinafter abbreviated as H2-Pc)
type and α type are made into thin films as polymer dispersion systems and made into devices. Metals considered as barrier electrodes include aluminum, indium, etc., and ohmic electrodes include gold, silver, copper, tin oxide, tin, indium oxide, etc. However, the characteristics of solar cells produced using these materials are inferior to those of inorganic silicon solar cells. For example, AI/tetracene/
■ Large BH pond formed by Ag. . , l3. , FF and η are 0.65V, 0.06μA, respectively.
CI-'', 0.55.10-'%, and A
0.5V for I/PPS/Cu, 0.
0018 μA, cya-”, 0.28.0.21%,
For AI/NiPc/NESA, 0.68V O,0
42uA, crn-”, 0.32.0.]2%, AI
/X-H! Pc, 0.86 for PVAc/5nOz
V, 1.4 μA, cm-”, 6.5%, In/X
HzPc, Pc/NESA: 0.4V, 179μ
A, cm-”2.4%, AI/α-H2PC, PVDF
/IntO3: 0.92V, 8.7μA, cta
-", 1.4%, and all of them had insufficient characteristics from a practical point of view. Problems to be Solved by the Invention The problems to be solved by this invention are to solve the above-mentioned problems of conventional organic solar cells. The purpose is to eliminate the drawbacks such as , and to promote high performance and durable solar cells.In particular, we will focus on H, -Pc, which has been most studied as an electromotive force material for solar cells. We are trying to improve the performance by creating a photovoltaic layer with an unprecedented structure using We investigated an organic solar cell with the following configuration.As a result, we found that
! -Pc or τ-type H, -Pc and various metal phthalocyanines (hereinafter abbreviated as metal Pc) are treated with an appropriate solvent to form molecularly dispersed H in a binder polymer.
2-PC and particulate dispersed H, -Pc and metal Pc
The present invention was completed by discovering that a solar cell having a photovoltaic layer consisting of a combination of the following exhibits excellent electromotive force characteristics. That is, the present invention provides H, -Pc molecularly dispersed in a Hi-7D polymer and a binder polymer, and X-type HzPc and/or

【型Hz −Pcとバインダー高分子中に粒子状に
分散した金属Pcとからなる光起電力層を備える太陽電
池を要旨とし、その特徴は、単層中に分子状分散したH
2−Pcと粒子状分散したHオーPcの2種類が、粒子
状分散した金属Pcと共存することである。 作用 この発明にかかる太陽電池は、次のような特徴を有して
いる。 ■ 新規な結晶構造をもつHtPcを用いているので、
従来の太陽電池に比べ、はるかに高性能であり、500
〜800nmの広い波長範囲で優れた特性を示す。たと
えば、X型Hz −PcとP bPcとポリビニルブチ
ラール(重量比1:2:1)から作製した、新H2−P
cを含む光起電力層を有し、この光起電力層を、AIを
ブロッキング電極、Agをオーミ、り電極として構成し
だ、この発明の太陽電池のV。c、  Isc、  F
F、  ηの値は、それぞれ、0.85V、 5.15
μA、cm−”、 0.70. 8.2%であり、従来
の有機太陽電池に比べはるかに高性能であった。 ■ 光起電力層が単層構造であるので、製造工程が簡単
であり、しかも、従来の単層構造太陽電池に比べ、安定
性にも優れている。 実施例 以下に本発明の詳細な説明する。 本発明の特徴は、単層中に分子状分散したHlPcと粒
子状分散したHz  Pcの2種類が、粒子状分散した
金属Pcと共存することである。 Ht−Pcに関しては、ゼロックス(χerox)社が
優れた電子写真特性を有するX型H,−Pcを開発しく
ll5P 3,357,989) 、その合成法、結晶
型と電子写真特性との関係、構造解析、太陽電池への応
用(R,O,Louutfy and J、H,5ha
rp氏、J、Chefl。 Phys、71 、1211 (1979)などの研究
を行っている。X型H2PCは、常法により合成したβ
型HtPcを硫酸処理によりα型とし、これを長時間ボ
ールミリングすることC二より作製する。この結晶構造
は、従来のα型およびβ型と明らかにWなっている。そ
のX線回折図(CuKα線による測定)によれば、回折
線は、2θ=7.4.9.0,15.1.]6.517
.2.20.1.20.6.20.7.21.4.22
.2.23.8.27.2.28.530.3’に出現
する。もっとも強度の強い回折線:よ、7.5°(面間
隔d=11.8人に相当)付近の回折線であって、その
強度を1とすると、9.1°付近の回折線強度(面間隔
d=9.8人に相当)は0.66である。この強度の比
率は結晶の粒径に殆ど影響されない。X型H,−Pcの
吸収スペクトルも、α型およびβ型のものとは明らかに
異なっている。結晶型の相違による、このスペクトルの
相違は、Hz  Pc分子の結晶状態でのスタッキング
状態の相違によるものであり、X型H,−Pcはダイマ
ー構造をとっていると報告されている。このほかの結晶
型をもつH,−Pcとしては、τ型H7Pcがある。こ
れは、α、β、X型結晶を摩砕助剤とともに不活性溶剤
中5〜10゛C520時間ボールミリングすることによ
って得られる。そのX型回折パターンは本質的にX型の
それに類似と、ている。ただし、この場合は、7.5゛
付近の回折線強度と9.1°付近の回折線強度の比率は
1:0.8になっている。 金W!APcとしては、各種結晶系の銅フタロシアニン
(CuPc)、鉛フタロシアニン(PbPc)、スズフ
タロノアニン(SnPc)、亜鉛フタロノアニン(Zn
Pc)、マグ不ノウムフタロシアニン(MgPc)−ノ
リコンフタロシアニン(SiPc)、ハナジウムフタロ
ノアニン(〜’Pc)、クロロアルミニウムフタロ/ア
ニン(AICIPc)、チタニルフタロ/アニン(Ti
OPc)、クロロインジウムフタロシアニン(InCI
Pc)、クロロガリウムフタロシアニン(GaC]Pc
)などを¥げることが出来、これらのうちから選ばれた
少なくとも1種を用いることが出来る。 この発明にかかる太陽電池の光起電力層を作製する際に
は、X型および/またはτ型H,−Pcと金属Pcとを
出発原料とじ、これらX型またはτ型H,−Pcとを、
少なくともその一部を溶解する能力を有する溶剤、金属
Pc、および必要に応じてバインダー高分子と共に反応
容器に入れ、十分に攪拌混合する。十分な混練を行うこ
とが、二の発明の太陽電池を製造する際の重要点である
。一般にこのような安定した混練状態を作り出す6二は
、通常の撹拌法で1日以上の時間か必要である。 このような方法によってX型またはτ型OH2Pcと金
属Pcを出発原料として得られる新宮光体のX線回相図
は、11□−Pcと金属Yゝ(のそれを組み合わせた(
1のとなるが、H,−Pcが溶剤処理にJりそのX線回
折図を変化させている。 特に、HH−Pc (7) 2θ−21,4’以上O回
打1線が消失する(ψ向二二あり、16.5°付近の回
折線;よ増加する傾向にある。最も顕著な変化は、X型
)(7Pcの最も特徴的な75° (d=]]、8人)
、9.1° (d=9.8人)付近の2本C5回折線の
うち7.5°付近の回折線のみが選択的に消失している
ことである。新宮光体のX線回折図は、勿論、α型やβ
型(7)H,−PCのX線回折図とも異なる。 新宮光体を得るだめの上記混練の程度、時間、温度など
は、用いられる溶剤、高分子の種類によって異なる。太
陽電池として最も優れた特性を得るだめには、この溶剤
との処理が不十分であっても、また進み過ぎてもよくな
い、適切な反応の程度を見分ける乙こは、たとえば、先
に述べたX線回折パターンの7.5°付近と9,1°付
近との回折線強度比(1,、,1/1.1)が1から0
.02の間であることを確認すれば良い、なお、この発
明においては、金属Pcは、電荷発生剤として作用し、
分子状分散したH、 −Pcは、電荷移動剤として作用
する。したがって、この発明においては、金属Pcは、
粒子状に分散したものでよく、分子状ムこ分散している
ことは必ずしも必要がない。このような方法で作製され
た新感光体の吸収スペクトルも、X型やτ型のH2−P
cの吸収スペクトルとは明らかに異なっている。 この発明における、Hz −Pcの一部が高分子バイン
ダー中に分子状分散していること状態を実現するために
は、X型またはτ型Hz −Pcを適当な?容剤]に7
容解するとともに、このン容印農こγ容解するような高
分子をバインダーとして選択することが好ましい。 このような目的に合った、Hz   PCf!:溶解す
る溶剤としては、ニトロベンゼン、クロルヘンゼン、ジ
クロルベンゼン、ジクロルメタン、トリクロルエチレン
、クロルナフタレン、メチルナフタレン、ベンゼン、ト
ルエン、キルン、テトラヒドロフラン、ンクロヘキサノ
ン、14−ジオキサン、N−メチルピロリドン、四塩化
炭素、ブロムブタン、エチレングリコール、スルホラン
、エチレングリコールモノブチルエーテル、アセトキシ
エトキシエタン、ピリジン、等を挙げることができる。 この発明に用いる溶剤は、上記のものに限定されない。 これらの溶剤は単独あるいは2種類以上の混合体として
使用される。 アセトン、ノクロヘキサン、石油エーテル、メトキシエ
タノール、アセトニトリル、酢酸エチル、イソプロピル
アルコール、ジエチルエーテル、メチルエチルケトン、
エタノール、ヘキ井ン、プロピレンカーボネート、ブチ
ルアミン、水、等の溶剤は一般にHt−Pcを溶解しな
い。したがって、この発明においては、これらの溶剤を
単独で用いることはできない、これらの溶剤を用いる場
合には、H2−Pcを溶解する前記溶剤と組み合わせて
使用する必要がある。 この発明に用いるバインダー高分子としては、H,−P
cを?8%fする前記溶剤に溶解するものを用いると良
い。このような目的に適した高分子としては、ポリエス
テル、ポリ酢酸ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニ
リデン、ボリカーポ不−F、ポリビニルブチラール、ポ
リビニルアセトアセタール、ポリスチレン、ポリアクリ
ロニトリル、ポリメタアクリル酸メチル、ポリアクリレ
ート、ポリビニルカルバゾール、およびこれらの共重合
体、ポリ(塩化ビニル、/酢酸ビニル/ビニルアルコー
ル)、ポリ (塩化ビニル/酢酸ビニル/マレイン酸)
、ポリ(エチレン、酢酸ビニル)、ポリ(塩化ビニル/
塩化ビニリデン)、セルロース系高分子、各種ノロキサ
ン高分子、等が挙げられる。この発明に用いるバインダ
ー高分子は上記の高分子に限定されるものではない。こ
れらの高分子は単独あるいは2種類以上の混合体として
使用される。前記溶剤を2種類以上組み合ねセで用いる
際は、一つの溶剤でHz−Pcを熔解し、他の溶剤でバ
インダー高分子を熔解することが可能である。 HtPcと金属Pcに対するハンイダー高分子の最適比
率は、重量比で5=1から1=2の間である。H2〜P
cと金属Pcの量がこの範囲より多い場合には、電池特
性自体は優れたものとなるが、皮膜性能が悪くなる傾向
がある。これに対し、H,−Pcと金属PcL:v置が
上記の範囲よりも少ない場合には電池特性が悪くなる傾
向かある。 この発明にかかる太陽電池のバリヤー電極として有効に
使用される金属としては、アルミニウム、インジュウム
、クロム、ガリウム、酸化亜鉛、スズ等があり、一方オ
ーミノク電極としては金、銀、銅、コバルト、ニッケル
、鉄、酸化スズ、ネサ、酸化インジュウム、ITO等が
ある。 有機光導電層の基板となる導電性支持体としては、特に
限定はされず、使用用途等によって適宜選択することが
できる。具体的O二は、アルミニつム等の金属や、ガラ
ス、紙あるいはプラスチング等の表面に金属蒸着等の方
法で導電層を形成したもの、などが好ましく用いられる
。また、その形状についても、ベルト状、シート状など
いろいろな形状を取ることができる。なお、この発明に
かかる太陽電池は、上記構成に限定されることなく、た
とえば、必要に応じて、表面保護層を形成したりするこ
ともできる。 次に、この発明の実施例を比較例と併せて詳しく説明す
る。 実施例1− X型Hz  Pc(大日本インキ銖製、ファストゲンブ
ルー(Fastogen Blue) 8120B)と
PbPcとポリビニルブチラール(PVBと略す、種水
化学工業■製エスレソクBM−2)をテトラヒドロフラ
ンに熔解し、充分混合混練した後、得られた溶液を7す
電極の上に塗布し、真空中、120″Cで1時間処理し
て、光起電力層(厚さ1.2μm)を形成した。なお、
厚さの測定はタリステ、ブ(Taly−step)厚さ
測定器によって行った。得られた光起電力層の上に薄い
半透明のインジュウム電極を蒸着法により形成した。厚
さは約800人であり、光の過通率は約2%である。 こうして得られた太陽電池セルの光照射下の電流−電圧
特性、光熱照射の電流−電圧特性をポーラログラフイッ
クアナライザー(EG&G、モデル174A)を用いて
測定した。光源はAMO(AMはAir Massの略
で太陽光が通過する大気の量を意味し、これによって太
陽光のスペクトル分布を示す。地表に垂直に入射する場
合をAMIとし、大気圏外をAMOというように表す、
)、強度は1mW/cdである。X型H,−PcとPb
Pcの比率を1:2に固定し、これらに対するPVBの
重量比をいろいろ変化させたときの特性を第1表に示す
、ここで、変換効率の計算には、フロント電極表面への
入射光強度ではなく、有機物表面への入射光強度を用い
ている。 (以下余白) 第1表 中にX型HtPcが粒子状でのみ混合されており、分子
状に分散したX型H,−Pcは存在しないと考えられる
。その結果を第2表に示す。 第2表 第1表にみるように、X型H,−PcおよびPbPcと
PVBの比は5:1からl:2間が適当で、この範囲内
の組成で良好な特性を得ることができる。 比較例1 比較のため、実施例1と同し構成で、溶削としてアセト
ンとDMFの混合溶媒を使用した場合の特性を示す、ア
セトンとDMFは、PVBは溶解するがX型H,−Pc
は熔解しない。したがって、このような製造方法で得た
怒光体中には、PVB第2表にみるように、このような
手法により作製された、比較例1の太陽電池の特性は、
第1表に示す実施例】の結果と比較して、著しく悪くな
っている。このことから、この発明にとっては、H,−
Pcの一部がバインダー高分子中に分子状に分散してい
ることが必要であることかわかる。 一実施例2− τ型HXPC(東洋インキ■製、リオフォトン(Lio
photon T)tP))およびMgPcと、実施例
】で用いたP〜TBをII比1:3:2でテトラヒドロ
フランに熔解し、充分混合混練した後、実施例1と同じ
方法で太陽電池を作製した。その特性は、■。c:o、
70V、I sc : 4.50μA、14、FF:0
.65、ηニア、5%であり、X型H,−Pcを用いた
場合と同様な優れた特性を示した。 実施例3 X型H,−PcおよびM g P cと各種のバインダ
ー高分子を1:3:2の比率で混合し、テトラヒドロフ
ランに溶解して、充分混合混練した後、実施例1と同し
方法で太陽電池を作製した。その結果を第3表に示す。 第3表 第3表にみるように、H,−Pcが分子状に分散された
ものと粒子状に分散されたものよりなる場合には、高分
子の種類によらず、優れた特性の感光体を形成すること
ができる。 一実施例4 X型H1Pcおよび各種金属PcとPVBをテトラヒド
ロフランに溶解し、充分混合混練した後、実施例1と同
し方法で太陽電池を作製した。 バリヤー電極はアルミである。X型H! −Pcおよび
金W4PcとPVBの重量比を1:2:Iとしたときの
太陽電池特性を第4表に示す。ここで、光源は150W
のXeランプと1/211Jarrel Ashモノク
ロメータである。この光源を用いて試料(フロント電極
)に照射される光量はおよそ8011W / cmであ
る。なお、ここでも、変換効率の計算は、有機物表面へ
の入射光強度(0,6mW/ cd )でなされている
。 (以下余白) 第4表
The main feature of the solar cell is a photovoltaic layer consisting of Hz-Pc and metal Pc dispersed in particle form in a binder polymer, and its characteristics are
Two types of 2-Pc and H-Pc dispersed in particulate form coexist with metal Pc dispersed in particulate form. Function: The solar cell according to the present invention has the following features. ■ Since HtPc with a new crystal structure is used,
Compared to conventional solar cells, it has much higher performance and
Shows excellent properties over a wide wavelength range of ~800 nm. For example, a new H2-P made from X-type Hz-Pc, PbPc, and polyvinyl butyral (weight ratio 1:2:1)
The solar cell of the present invention has a photovoltaic layer containing c, and this photovoltaic layer is configured with AI as a blocking electrode and Ag as an ohmic electrode. c, Isc, F
The values of F and η are 0.85V and 5.15, respectively.
μA, cm-”, 0.70.8.2%, which is much higher performance than conventional organic solar cells. ■ Since the photovoltaic layer has a single-layer structure, the manufacturing process is simple. In addition, it has superior stability compared to conventional single-layer structure solar cells.The present invention will be explained in detail below with examples. Two types of particulate dispersed Hz Pc coexist with particulate dispersed metal Pc. Regarding Ht-Pc, Xerox has developed X-type H,-Pc, which has excellent electrophotographic properties. Development method 15P 3,357,989), its synthesis method, relationship between crystal type and electrophotographic properties, structural analysis, application to solar cells (R, O, Louutfy and J, H, 5 ha
rp, J., Chefl. Phys, 71, 1211 (1979), etc. X-type H2PC is β synthesized by a conventional method.
Type HtPc is converted into α type by treatment with sulfuric acid, and this is produced from C2 by ball milling for a long time. This crystal structure is clearly W different from the conventional α type and β type. According to its X-ray diffraction diagram (measured using CuKα radiation), the diffraction lines are 2θ=7.4.9.0, 15.1. ]6.517
.. 2.20.1.20.6.20.7.21.4.22
.. Appears at 2.23.8.27.2.28.530.3'. The most intense diffraction line: The diffraction line around 7.5° (corresponding to the interplanar spacing d = 11.8 people), and if its intensity is 1, the intensity of the diffraction line around 9.1° ( The surface distance d (equivalent to 9.8 people) is 0.66. This strength ratio is hardly affected by the grain size of the crystals. The absorption spectrum of the X-form H,-Pc is also clearly different from that of the α- and β-forms. This difference in spectra due to the difference in crystal type is due to the difference in the stacking state of the Hz Pc molecule in the crystal state, and it has been reported that the X-form H,-Pc has a dimeric structure. H,-Pc having other crystal forms includes τ type H7Pc. It is obtained by ball milling α, β, Its X-type diffraction pattern is essentially similar to that of X-type. However, in this case, the ratio of the diffraction line intensity around 7.5° and the diffraction line intensity around 9.1° is 1:0.8. Money W! APc includes various crystalline copper phthalocyanine (CuPc), lead phthalocyanine (PbPc), tin phthalonoanine (SnPc), and zinc phthalonoanine (Zn).
Pc), magnonium phthalocyanine (MgPc)-noriconphthalocyanine (SiPc), chloraluminum phthalonoanine (~'Pc), chloraluminum phthalo/anine (AICIPc), titanyl phthalo/anine (Ti
OPc), chloroindium phthalocyanine (InCI
Pc), chlorogallium phthalocyanine (GaC]Pc)
), etc., and at least one selected from these can be used. When producing the photovoltaic layer of the solar cell according to the present invention, X-type and/or τ-type H, -Pc and metal Pc are combined as starting materials, and these X-type or τ-type H, -Pc are combined. ,
The mixture is placed in a reaction vessel together with a solvent capable of dissolving at least a portion of it, metal Pc, and if necessary a binder polymer, and thoroughly stirred and mixed. Sufficient kneading is an important point when manufacturing the solar cell of the second invention. Generally, it takes one day or more to create such a stable kneading state using a normal stirring method. The X-ray phase diagram of the Shingu light body obtained by such a method using X-type or τ-type OH2Pc and metal Pc as starting materials is the combination of 11□-Pc and metal Yも(
1, H,-Pc changes the X-ray diffraction pattern due to solvent treatment. In particular, HH-Pc (7) 2θ-21, 4' or more, the O-stroke 1st line disappears (there is 22 in the ψ direction, and the diffraction line around 16.5°; it tends to increase. The most noticeable change is X-type) (75° (d=]], the most characteristic of 7Pc, 8 people)
, of the two C5 diffraction lines around 9.1° (d=9.8 people), only the diffraction line around 7.5° has selectively disappeared. Of course, the X-ray diffraction diagram of Shingu Light Body is of α type and β type.
It is also different from the X-ray diffraction diagram of type (7)H, -PC. The degree, time, temperature, etc. of the above-mentioned kneading to obtain Shingu Hikari vary depending on the solvent used and the type of polymer. In order to obtain the best characteristics as a solar cell, it is necessary to determine the appropriate degree of reaction, which is neither insufficient nor excessive in the treatment with the solvent. The diffraction line intensity ratio (1,,,1/1.1) between around 7.5° and around 9.1° of the X-ray diffraction pattern is 1 to 0.
.. It is sufficient to confirm that the value is between 0.02 and 0.02. In this invention, the metal Pc acts as a charge generating agent,
The molecularly dispersed H, -Pc acts as a charge transfer agent. Therefore, in this invention, the metal Pc is
It may be dispersed in particulate form, and does not necessarily need to be dispersed in molecular form. The absorption spectrum of the new photoreceptor produced by this method also shows X-type and τ-type H2-P.
It is clearly different from the absorption spectrum of c. In order to realize the state in which a part of Hz-Pc is molecularly dispersed in the polymer binder in this invention, it is necessary to use X-type or τ-type Hz-Pc in a suitable manner. 7 to [container]
It is preferable to select a polymer as the binder that is both soluble and soluble. Hz PCf! is suitable for this purpose. : Solvents that can be dissolved include nitrobenzene, chlorhenzene, dichlorobenzene, dichloromethane, trichloroethylene, chlornaphthalene, methylnaphthalene, benzene, toluene, kiln, tetrahydrofuran, chlorohexanone, 14-dioxane, N-methylpyrrolidone, carbon tetrachloride, Mention may be made of bromobutane, ethylene glycol, sulfolane, ethylene glycol monobutyl ether, acetoxyethoxyethane, pyridine, and the like. The solvent used in this invention is not limited to those mentioned above. These solvents may be used alone or as a mixture of two or more. Acetone, noclohexane, petroleum ether, methoxyethanol, acetonitrile, ethyl acetate, isopropyl alcohol, diethyl ether, methyl ethyl ketone,
Solvents such as ethanol, hexane, propylene carbonate, butylamine, water, etc. generally do not dissolve Ht-Pc. Therefore, in this invention, these solvents cannot be used alone; when these solvents are used, they must be used in combination with the above-mentioned solvent that dissolves H2-Pc. The binder polymer used in this invention is H, -P
c? It is preferable to use a material that dissolves in the above-mentioned solvent having a concentration of 8% f. Polymers suitable for this purpose include polyester, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polycarpo-F, polyvinyl butyral, polyvinyl acetoacetal, polystyrene, polyacrylonitrile, polymethyl methacrylate, and polyvinyl butyral. Acrylate, polyvinylcarbazole, and their copolymers, poly(vinyl chloride, vinyl acetate, vinyl alcohol), poly(vinyl chloride, vinyl acetate, maleic acid)
, poly(ethylene, vinyl acetate), poly(vinyl chloride/
(vinylidene chloride), cellulose polymers, various noroxane polymers, and the like. The binder polymer used in this invention is not limited to the above-mentioned polymers. These polymers may be used alone or as a mixture of two or more. When using a combination of two or more of the above solvents, it is possible to melt Hz-Pc with one solvent and melt the binder polymer with another solvent. The optimum ratio of HtPc to Hider polymer to metal Pc is between 5=1 and 1=2 by weight. H2~P
If the amounts of c and metal Pc are greater than this range, the battery properties themselves will be excellent, but the film performance will tend to deteriorate. On the other hand, when the ratio of H, -Pc and metal PcL:v is less than the above range, the battery characteristics tend to deteriorate. Metals that can be effectively used as barrier electrodes for solar cells according to the present invention include aluminum, indium, chromium, gallium, zinc oxide, tin, etc., while ohminoc electrodes include gold, silver, copper, cobalt, nickel, Examples include iron, tin oxide, nesa, indium oxide, and ITO. The conductive support serving as the substrate of the organic photoconductive layer is not particularly limited, and can be appropriately selected depending on the intended use. Preferred examples of O2 include metals such as aluminum, glass, paper, plastics, etc., on which a conductive layer is formed by metal vapor deposition or the like. Furthermore, it can take various shapes such as a belt shape and a sheet shape. Note that the solar cell according to the present invention is not limited to the above configuration, and for example, a surface protective layer may be formed as necessary. Next, examples of the present invention will be described in detail together with comparative examples. Example 1 - X-type Hz Pc (Fastogen Blue 8120B manufactured by Dainippon Ink), PbPc, and polyvinyl butyral (abbreviated as PVB, Esuresoku BM-2 manufactured by Tanemizu Chemical Industry Co., Ltd.) were dissolved in tetrahydrofuran. After thorough mixing and kneading, the obtained solution was applied onto a 7-layer electrode and treated in vacuum at 120''C for 1 hour to form a photovoltaic layer (thickness: 1.2 μm). ,
Thickness measurements were made with a Taly-step thickness gage. A thin translucent indium electrode was formed on the resulting photovoltaic layer by vapor deposition. The thickness is about 800 mm, and the light penetration rate is about 2%. The current-voltage characteristics under light irradiation and the current-voltage characteristics under photothermal irradiation of the solar cell thus obtained were measured using a polarographic analyzer (EG&G, model 174A). The light source is AMO (AM is an abbreviation for Air Mass, which means the amount of atmosphere through which sunlight passes, and this indicates the spectral distribution of sunlight. When it is incident perpendicular to the earth's surface, it is called AMI, and when it is outside the atmosphere, it is called AMO. Expressed in
), the intensity is 1 mW/cd. X type H, -Pc and Pb
Table 1 shows the characteristics when the ratio of Pc is fixed at 1:2 and the weight ratio of PVB to these is varied.Here, to calculate the conversion efficiency, the intensity of light incident on the front electrode surface is Instead, it uses the intensity of light incident on the surface of the organic material. (The following is a blank space) In Table 1, X-type HtPc is mixed only in particulate form, and it is thought that X-type H, -Pc dispersed in molecular form does not exist. The results are shown in Table 2. As shown in Table 2 and Table 1, the appropriate ratio of X-type H, -Pc and PbPc to PVB is between 5:1 and 1:2, and good characteristics can be obtained with a composition within this range. . Comparative Example 1 For comparison, the characteristics are shown when a mixed solvent of acetone and DMF is used for cutting with the same configuration as Example 1. Acetone and DMF dissolve PVB, but X-type H, -Pc
does not melt. Therefore, as shown in PVB Table 2, the characteristics of the solar cell of Comparative Example 1 produced by such a method are as follows:
The results are significantly worse than those of Example shown in Table 1. From this, for this invention, H,-
It can be seen that it is necessary that a part of Pc be dispersed in molecular form in the binder polymer. Example 2 - τ type HXPC (manufactured by Toyo Ink ■, Liopoton (Lio
photon T) tP)) and MgPc and P to TB used in Example] were dissolved in tetrahydrofuran at a II ratio of 1:3:2, and after thorough mixing and kneading, a solar cell was produced in the same manner as in Example 1. did. Its characteristics are ■. c: o,
70V, Isc: 4.50μA, 14, FF: 0
.. 65, η near, 5%, and showed the same excellent characteristics as when using X-type H, -Pc. Example 3 X-type H,-Pc and MgPc and various binder polymers were mixed in a ratio of 1:3:2, dissolved in tetrahydrofuran, thoroughly mixed and kneaded, and then mixed in the same manner as in Example 1. A solar cell was fabricated using this method. The results are shown in Table 3. Table 3 As shown in Table 3, when H,-Pc is composed of molecularly dispersed and particulate dispersed ones, excellent photosensitive characteristics can be obtained regardless of the type of polymer. can form a body. Example 4 X-type H1Pc, various metals Pc, and PVB were dissolved in tetrahydrofuran, thoroughly mixed and kneaded, and then a solar cell was produced in the same manner as in Example 1. The barrier electrode is aluminum. X type H! Table 4 shows the solar cell characteristics when the weight ratio of -Pc and gold W4Pc and PVB is 1:2:I. Here, the light source is 150W
Xe lamp and a 1/211 Jarrel Ash monochromator. The amount of light irradiated onto the sample (front electrode) using this light source is approximately 8011 W/cm. Note that, also here, the conversion efficiency is calculated using the intensity of light incident on the surface of the organic substance (0.6 mW/cd). (Left below) Table 4

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図はショットキー型光電変換素子の構造を表す側断面図
である。 1・・・・・・バリヤー電極、2・・・・・光起電力層
、3・・・・オーミック電極、4・・・・・・基板。
The figure is a side sectional view showing the structure of a Schottky photoelectric conversion element. 1... Barrier electrode, 2... Photovoltaic layer, 3... Ohmic electrode, 4... Substrate.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 バインダー高分子とバインダー高分子中に分子状分
散した無金属フタロシアニンとバインダー高分子中に粒
子状に分散したX型無金属フタロシアニンおよび/また
はτ型無金属フタロシアニンとバインダー高分子中に粒
子状に分散した金属フタロシアニンとからなる光起電力
層を備える太陽電池。 2 バインダー高分子とフタロシアニンの重量比が2:
1から1:5の範囲内にある請求項1記載の太陽電池。 3 金属フタロシアニンが、銅フタロシアニン、鉛フタ
ロシアニン、スズフタロシアニン、亜鉛フタロシアニン
、マグネシウムフタロシアニン、シリコンフタロシアニ
ン、バナジウムフタロシアニン、クロロアルミニウムフ
タロシアニン、チタニルフタロシアニン、クロロインジ
ウムフタロシアニン、クロロガリウムフタロシアニンの
うちから選ばれた少なくとも1種である請求項1または
2記載の太陽電池。
[Claims] 1. A binder polymer, a metal-free phthalocyanine molecularly dispersed in the binder polymer, an X-type metal-free phthalocyanine and/or a τ-type metal-free phthalocyanine dispersed in particles in the binder polymer, and a binder polymer. A solar cell with a photovoltaic layer consisting of metal phthalocyanine dispersed in particles in molecules. 2 The weight ratio of binder polymer and phthalocyanine is 2:
The solar cell according to claim 1, wherein the ratio is within the range of 1 to 1:5. 3. The metal phthalocyanine is at least one selected from copper phthalocyanine, lead phthalocyanine, tin phthalocyanine, zinc phthalocyanine, magnesium phthalocyanine, silicon phthalocyanine, vanadium phthalocyanine, chloroaluminum phthalocyanine, titanyl phthalocyanine, chloroindium phthalocyanine, and chlorogallium phthalocyanine. The solar cell according to claim 1 or 2.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012042264A3 (en) * 2010-09-29 2012-08-02 Dzp Technologies Ltd Printable composition, method and uses thereof

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