專利名稱：有機光電轉(zhuǎn)換元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有機光電轉(zhuǎn)換元件。
背景技術(shù)：
光電轉(zhuǎn)換元件是能夠?qū)⒐饽苻D(zhuǎn)換為電能的元件，作為其例子，可以舉出太陽能電池。作為代表性的太陽能電池，已知有硅系太陽能電池。但是，硅系太陽能電池由于在制造工序中要準備高真空環(huán)境及高壓環(huán)境，因此制造成本高。由此，制造成本比硅系太陽能電池低廉的有機太陽能電池受到關(guān)注。然而，有機太陽能電池與硅系太陽能電池相比有光電轉(zhuǎn)換效率低的趨勢。另外，有機太陽能電池使用了有機材料，因此容易因紫外線(UV)等使有機材料劣化，與硅系太陽能電池相比有壽命短的趨勢。所以，為了在有機太陽能電池中實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率的提高及長壽命化，進行過各種技術(shù)開發(fā)。例如在專利文獻1中，記載有為了阻斷紫外線而在有機太陽能電池中設(shè)置UV截止膜的構(gòu)成。專利文獻專利文獻1日本特開2007-67115號公報如果將入射的紫外線用UV截止膜阻斷，則可以抑制由紫外線造成的有機材料的劣化，可以延長有機太陽能電池的壽命。但是，只是阻斷紫外線的話無法實現(xiàn)有機太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率的提高，因此希望開發(fā)出可以實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換效率的提高的技術(shù)。另外，所述的事項在有機太陽能電池以外的有機光電轉(zhuǎn)換元件中也是共同的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述的問題而完成的，提供一種光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)異的有機光電轉(zhuǎn)換元件。本發(fā)明人為了解決上述的問題進行了深入研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過在有機光電轉(zhuǎn)換元件中設(shè)置波長轉(zhuǎn)換層，將射入波長轉(zhuǎn)換層的紫外線轉(zhuǎn)換為比所述紫外線更長波長的光而向活性層射出，就可以將射入有機光電轉(zhuǎn)換元件的紫外線的能量作為能夠有效地用于光電轉(zhuǎn)換的能量來利用，可以提高光電轉(zhuǎn)換效率，從而完成了本發(fā)明。S卩，本發(fā)明如下所示?！?〕一種有機光電轉(zhuǎn)換元件，其依次具有第一電極、能夠因光的入射而產(chǎn)生電荷的活性層、第二電極、和能夠?qū)⑷肷涞淖贤饩€轉(zhuǎn)換為比所述紫外線波長更長的光而射出的波長轉(zhuǎn)換層。〔2〕根據(jù)〔1〕所述的有機光電轉(zhuǎn)換元件，其在所述第二電極與所述波長轉(zhuǎn)換層之間，還具有紫外線吸收層?！?〕根據(jù)〔1〕或〔2〕所述的有機光電轉(zhuǎn)換元件，其在所述活性層與所述第二電極之間，還具有能夠?qū)⒃谒龌钚詫又挟a(chǎn)生的電荷向所述第二電極輸送的功能層，所述功能層含有能夠吸收紫外線的材料。
〔4〕根據(jù)〔1〕 〔3〕中任一項所述的有機光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述波長轉(zhuǎn)換層經(jīng)過如下的工序形成，即，將含有能夠?qū)⑷肷涞淖贤饩€轉(zhuǎn)換為比所述紫外線波長更長的光而射出的波長轉(zhuǎn)換劑的液狀組合物涂布在所述有機光電轉(zhuǎn)換元件中與所述波長轉(zhuǎn)換層相接的層上?！?〕根據(jù)〔1〕 〔4〕中任一項所述的有機光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述波長轉(zhuǎn)換層含有無機熒光體。〔6〕一種有機光電轉(zhuǎn)換元件，其依次具有第一電極、能夠因光的入射而產(chǎn)生電荷的活性層、第二電極、紫外線吸收層、和能夠?qū)⑷肷涞淖贤饩€轉(zhuǎn)換為比所述紫外線波長更長的光而射出的波長轉(zhuǎn)換層，所述紫外線吸收層經(jīng)過如下工序形成，S卩，將含有能夠吸收紫外線的材料的液狀組合物涂布在所述有機光電轉(zhuǎn)換元件中與所述紫外線吸收層相接的層上。


圖1是本發(fā)明的第一實施方式的有機光電轉(zhuǎn)換元件的示意性剖面圖。圖2是本發(fā)明的第二實施方式的有機光電轉(zhuǎn)換元件的示意性剖面圖。
圖3是本發(fā)明的第三實施方式的有機光電轉(zhuǎn)換元件的示意性剖面圖。圖4是本發(fā)明的第四實施方式的有機光電轉(zhuǎn)換元件的示意性剖面圖。其中，1、8基板，2第二電極，3、5、11功能層，4活性層，6第一電極，7密封材料層，9 波長轉(zhuǎn)換層，10紫外線吸收層，100、200、300、400有機光電轉(zhuǎn)換元件
具體實施例方式下面，對本發(fā)明將通過給出實施方式及例示物等而詳細進行說明，然而本發(fā)明并不限定于以下所示的實施方式及例示物等，可以在不脫離本發(fā)明的主旨的范圍中任意地變更后實施。而且，本發(fā)明中所謂“紫外線”是指波長為400nm以下的光。[1.概要]本發(fā)明的有機光電轉(zhuǎn)換元件依次具有第一電極、能夠因光的入射而產(chǎn)生電荷的活性層、第二電極、和能夠?qū)⑷肷涞淖贤饩€轉(zhuǎn)換為比所述紫外線波長更長的光而射出的波長轉(zhuǎn)換層。所以，各層的排列順序為第一電極、活性層、第二電極及波長轉(zhuǎn)換層的順序。通過具有波長轉(zhuǎn)換層，本發(fā)明的有機光電轉(zhuǎn)換元件可以將射入波長轉(zhuǎn)換層的紫外線轉(zhuǎn)換為更長波長的光(例如、可見光、近紅外光、紅外光等)，因此可以將屬于活性層的劣化的一個原因的紫外線的能量作為用于活性層中的電荷產(chǎn)生的光能來利用。所以，本發(fā)明的有機光電轉(zhuǎn)換元件能夠以所述的被波長轉(zhuǎn)換的紫外線的能量來提高光電轉(zhuǎn)換效率。另外，本發(fā)明的有機光電轉(zhuǎn)換元件也可以具有第一電極、活性層、第二電極、及波長轉(zhuǎn)換層以外的層。例如，本發(fā)明的有機光電轉(zhuǎn)換元件也可以在第二電極與波長轉(zhuǎn)換層之間具有紫外線吸收層，還可以在第一電極與活性層之間具有功能層，還可以在活性層與第二電極之間具有功能層。此外，本發(fā)明的有機光電轉(zhuǎn)換元件通常具有基板，具有在基板上層疊有構(gòu)成本發(fā)明的有機光電轉(zhuǎn)換元件的各層(例如第一電極、活性層、第二電極、波長轉(zhuǎn)換層、紫外線吸收層及功能層等)的結(jié)構(gòu)。
[2.基板]基板是作為本發(fā)明的有機光電轉(zhuǎn)換元件的支承體發(fā)揮作用的構(gòu)件。作為基板，通常使用在形成電極或形成有機材料的層時不會化學(xué)地發(fā)生變化的構(gòu)件。作為基板的材料， 例如可以舉出玻璃、塑料、高分子薄膜、硅等。而且，基板的材料既可以單獨使用1種，也可以以任意的比率組合使用2種以上。通常作為基板使用透明或半透明的構(gòu)件，然而也可以使用不透明的基板。但是，在使用不透明的基板的情況下，優(yōu)選與該基板相反一側(cè)的電極(即第一電極及第二電極中的遠離不透明的基板的一方的電極)是透明或半透明的。[3.第一電極及第二電極]第一電極及第二電極當(dāng)中，一方為陽極，另一方為陰極。為了使光易于進入位于第一電極及第二電極之間的活性層，優(yōu)選第一電極及第二電極中的至少一方是透明或半透明的。本發(fā)明的有機光電轉(zhuǎn)換元件中，由于通常是從第二電極側(cè)照射光，可以將透過第二電極進入活性層的光中所含的紫外線進行波長轉(zhuǎn)換，因此從有效地發(fā)揮本發(fā)明的效果的觀點考慮，優(yōu)選至少將第二電極設(shè)為透明或半透明。作為透明或半透明的電極的例子，可以舉出導(dǎo)電性的金屬氧化物膜、半透明的金屬薄膜等。作為所述的透明或半透明的電極的材料的例子，可以舉出使用氧化銦、氧化鋅、 氧化錫、以及作為它們的復(fù)合體的銦錫氧化物(ΙΤ0)、銦鋅氧化物(IZO)、NESA等導(dǎo)電性材料制作出的膜、或金、鉬、銀、銅等。尤其優(yōu)選ΙΤ0、銦鋅氧化物、氧化錫。另外，作為透明或半透明的電極的材料也可以使用有機材料。如果要舉出可以作為電極的材料使用的有機材料的例子，則可以舉出聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物等導(dǎo)電性高分子。作為不透明的電極的材料，例如可以舉出金屬、導(dǎo)電性高分子等。如果要舉出其具體例，則可以舉出鋰、鈉、鉀、銣、銫、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、鈧、釩、鋅、釔、銦、鈰、釤、銪、鋱、鐿等金屬、所述金屬中的2種以上的合金、1種以上的所述金屬與選自金、銀、鉬、銅、錳、鈦、鈷、 鎳、鎢及錫中的1種以上的金屬的合金、石墨、石墨層間化合物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物等。如果要舉出所述的合金的具體例，則可以舉出鎂-銀合金、鎂-銦合金、 鎂-鋁合金、銦-銀合金、鋰-鋁合金、鋰-鎂合金、鋰-銦合金、鈣-鋁合金等。而且，電極的材料既可以單獨使用1種，也可以以任意的比率組合使用2種以上。第一電極及第二電極的厚度根據(jù)電極的材料的種類而不同，然而從使光的透過性良好的觀點、以及將電阻抑制得很小的觀點考慮，優(yōu)選為500nm以下，更優(yōu)選為200nm以下。 而且，雖然對于下限沒有限制，然而通常為IOnm以上。如果要舉出第一電極及第二電極的形成方法的例子，則例如可以舉出真空蒸鍍法、濺射法、離子鍍法、鍍膜法等。另外，在例如利用導(dǎo)電性高分子來形成第一電極及第二電極的情況下，也可以利用涂布法來形成。[4.活性層]活性層是能夠因光的入射而產(chǎn)生電荷的層，通常含有作為給電子性化合物的ρ型半導(dǎo)體和作為受電子性化合物的η型半導(dǎo)體。本發(fā)明的有機光電轉(zhuǎn)換元件由于作為ρ型半導(dǎo)體及η型半導(dǎo)體中的至少一方，通常作為雙方使用有機化合物，因此被稱作“有機”光電轉(zhuǎn)換元件。而且，P型半導(dǎo)體及η型半導(dǎo)體是根據(jù)所述的半導(dǎo)體的能級的能量水平相對地確定的?；钚詫又?，可以認為因如下所示的要領(lǐng)而產(chǎn)生電荷。當(dāng)射入活性層的光能由η型半導(dǎo)體及P型半導(dǎo)體的一方或雙方吸收時，就會生成電子與空穴(hole)結(jié)合而成的激子。 當(dāng)所生成的激子移動，到達η型半導(dǎo)體與P型半導(dǎo)體相鄰的異質(zhì)結(jié)界面時，因異質(zhì)結(jié)界面中的各自的HOMO (最高被占軌道)能量及LUMO (最低空軌道)能量的差異而將電子與空穴分離，產(chǎn)生可以獨立運動的電荷(電子及空穴)。因所產(chǎn)生的電荷分別向電極移動，而可以作為電能(電流)向本發(fā)明的有機光電轉(zhuǎn)換元件的外部導(dǎo)出。只要是能夠因光的入射而產(chǎn)生電荷的層，則活性層既可以是僅由1層構(gòu)成的單層結(jié)構(gòu)的層，也可以是具有2層以上的層的層疊結(jié)構(gòu)的層。如果要舉出活性層的層構(gòu)成的例子，則可以舉出如下所示的例子。但是，活性層的層構(gòu)成并不限定于下述的例示。層構(gòu)成(i)具有含有ρ型半導(dǎo)體的層和含有η型半導(dǎo)體的層的層疊結(jié)構(gòu)的活性層。層構(gòu)成(ii)含有ρ型半導(dǎo)體及η型半導(dǎo)體的單層結(jié)構(gòu)的活性層。層構(gòu)成(iii)具有含有ρ型半導(dǎo)體的層、含有ρ型半導(dǎo)體及η型半導(dǎo)體的層、和含有η型半導(dǎo)體的層的層疊結(jié)構(gòu)的活性層。作為ρ型半導(dǎo)體，例如可以舉出吡唑啉衍生物、芳基胺衍生物、芪衍生物、三苯基二胺衍生物、低聚噻吩及其衍生物、聚乙烯基咔唑及其衍生物、聚硅烷及其衍生物、在側(cè)鏈或主鏈中具有芳香族胺的聚硅氧烷衍生物、聚苯胺及其衍生物、聚噻吩及其衍生物、聚吡咯及其衍生物、聚苯乙炔及其衍生物、聚噻吩乙炔及其衍生物等。此外，作為合適的ρ型半導(dǎo)體，可以舉出具有以下述結(jié)構(gòu)式(1)表示的結(jié)構(gòu)單元的有機高分子化合物。
權(quán)利要求
1.一種有機光電轉(zhuǎn)換元件，其依次具有第一電極；能夠因光的入射而產(chǎn)生電荷的活性層；第二電極；以及能夠?qū)⑷肷涞淖贤饩€轉(zhuǎn)換為比所述紫外線波長更長的光而射出的波長轉(zhuǎn)換層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述第二電極與所述波長轉(zhuǎn)換層之間還具有紫外線吸收層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述活性層與所述第二電極之間還具有能夠?qū)⒃谒龌钚詫又挟a(chǎn)生的電荷向所述第二電極輸送的功能層，所述功能層含有能夠吸收紫外線的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的有機光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述活性層與所述第二電極之間還具有能夠?qū)⒃谒龌钚詫又挟a(chǎn)生的電荷向所述第二電極輸送的功能層，所述功能層含有能夠吸收紫外線的材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述波長轉(zhuǎn)換層是經(jīng)過如下的工序形成的，所述工序?qū)⒑邢率霾ㄩL轉(zhuǎn)換劑的液狀組合物涂布在所述有機光電轉(zhuǎn)換元件中與所述波長轉(zhuǎn)換層相接的層上，所述波長轉(zhuǎn)換劑能夠?qū)⑷肷涞淖贤饩€轉(zhuǎn)換為比所述紫外線波長更長的光而射出。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的有機光電轉(zhuǎn)換元件，其中，所述波長轉(zhuǎn)換層含有無機熒光體。
7.一種有機光電轉(zhuǎn)換元件，其特征在于，依次具有第一電極、能夠因光的入射而產(chǎn)生電荷的活性層、第二電極、紫外線吸收層、和能夠?qū)⑷肷涞淖贤饩€轉(zhuǎn)換為比所述紫外線波長更長的光而射出的波長轉(zhuǎn)換層，所述紫外線吸收層是經(jīng)過如下工序形成的，所述工序?qū)⒑心軌蛭兆贤饩€的材料的液狀組合物涂布在所述有機光電轉(zhuǎn)換元件中與所述紫外線吸收層相接的層上。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光電轉(zhuǎn)換效率優(yōu)異的有機光電轉(zhuǎn)換元件。在有機光電轉(zhuǎn)換元件(100)中，依次設(shè)置第一電極(6)、能夠因光的入射而產(chǎn)生電荷的活性層(4)、第二電極(2)、和能夠?qū)⑷肷涞淖贤饩€轉(zhuǎn)換為比所述紫外線波長更長的光而射出的波長轉(zhuǎn)換層(9)。
文檔編號H01L51/42GK102576807SQ201080047490
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者加藤岳仁, 大西敏博 申請人:住友化學(xué)株式會社