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JP6733455B2 - Photoelectric conversion element, solar cell and solar cell module - Google Patents
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JP6733455B2 - Photoelectric conversion element, solar cell and solar cell module - Google Patents

Photoelectric conversion element, solar cell and solar cell module Download PDF

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Description

本発明は、光電変換素子、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion element, a solar cell, and a solar cell module.

近年、有機半導体を用いた電子デバイス、なかでも有機薄膜太陽電池(OPV)が盛んに検討されている。有機薄膜太陽電池は、一般的に、一対の電極と該電極間に活性層が形成された構成を有しているが、有機薄膜太陽電池の変換効率を向上させるために、活性層中に無機ナノ粒子を添加した例が報告されている。
例えば、特許文献1には、光を吸収することができる色素を有する第1の有機化合物と、電子受容性を有する第2の有機化合物と、無機ナノ粒子と、を含有する有機薄膜層を備えた有機薄膜太陽電池の例が記載されている。さらに、非特許文献1には、P3HTとPCBMと、酸化亜鉛と、を含む塗布液を用いて有機太陽電池を作製する例が記載されている。
In recent years, electronic devices using organic semiconductors, particularly organic thin film solar cells (OPV), have been actively studied. Organic thin-film solar cells generally have a structure in which an active layer is formed between a pair of electrodes and the electrodes. An example of adding nanoparticles has been reported.
For example, Patent Document 1 includes an organic thin film layer containing a first organic compound having a dye capable of absorbing light, a second organic compound having an electron accepting property, and inorganic nanoparticles. Examples of organic thin-film solar cells are described. Furthermore, Non-Patent Document 1 describes an example of producing an organic solar cell using a coating liquid containing P3HT, PCBM, and zinc oxide.

特開2009−158730号公報JP, 2009-158730, A

Solar Energy Materials&Solar Cells 134.(2015)291−297Solar Energy Materials & Solar Cells 134. (2015) 291-297

有機薄膜太陽電池を屋外で使用する場合を想定すると、変換効率のみならず、光に対して光電変換効率の低下の少ない高い耐光性が求められる。しかしながら、本発明者らの検討によると、特許文献1及び非特許文献1に記載の有機薄膜太陽電池では、高い耐光性を達成するのが困難な場合があることが判明した。
本発明は、上記問題を解決するものであり、長時間光に晒されても光電変換効率の低下の少ない高い耐光性を備えた光電変換素子、太陽電池及び太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
Assuming that the organic thin-film solar cell is used outdoors, not only conversion efficiency, but also high light resistance with little decrease in photoelectric conversion efficiency with respect to light is required. However, according to the study by the present inventors, it has been found that it may be difficult to achieve high light resistance with the organic thin film solar cells described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1.
The present invention is to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a photoelectric conversion element, a solar cell, and a solar cell module having high light resistance with less deterioration of photoelectric conversion efficiency even when exposed to light for a long time. And

本発明者等は上記実情に鑑み鋭意検討した結果、活性層中において、無機ナノ粒子が適度に分散されていることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を達成するに至った。即ち、本発明は以下を要旨とする。 As a result of intensive studies made by the present inventors in view of the above-mentioned circumstances, they have found that the inorganic nanoparticles are appropriately dispersed in the active layer to achieve the above object, and have accomplished the present invention. That is, the gist of the present invention is as follows.

[1]素子基板上に、少なくとも、一対の電極と、該一対の電極間に活性層と、を有し、
前記活性層は、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子と、を含有
し、前記活性層の上部界面から前記活性層の1/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在量
をM、該活性層の1/3の深さから活性層の2/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在
量をM、該活性層の2/3の深さから活性層の下部側界面までの深さにおける前記無機
ナノ粒子の存在量をMとした場合に、M/M及びM/Mが、それぞれ0.7以
上1.3以下であり、前記活性層の断面における無機ナノ粒子の数密度が25個/μm
以上500個/μm 以下であることを特徴とする光電変換素子。
素子基板上に、少なくとも、一対の電極と、該一対の電極間に活性層と、を有し、
前記活性層は、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子と、を含有
し、前記活性層の上部界面から前記活性層の1/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在量
をM 、該活性層の1/3の深さから活性層の2/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在
量をM 、該活性層の2/3の深さから活性層の下部側界面までの深さにおける前記無機
ナノ粒子の存在量をM とした場合に、M /M 及びM /M が、それぞれ0.7以
上1.3以下であり、前記活性層中の前記無機ナノ粒子総数に対する長軸長さが10nm
以上100nm以下の無機ナノ粒子の割合が70%以上であることを特徴とする電変換
素子。
素子基板上に、少なくとも、一対の電極と、該一対の電極間に活性層と、を有し、
前記活性層は、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子と、を含有
し、前記活性層の上部界面から前記活性層の1/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在量
をM 、該活性層の1/3の深さから活性層の2/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在
量をM 、該活性層の2/3の深さから活性層の下部側界面までの深さにおける前記無機
ナノ粒子の存在量をM とした場合に、M /M 及びM /M が、それぞれ0.7以
上1.3以下であり、前記n型半導体化合物のLUMOエネルギー準位と前記無機ナノ粒
子の伝導帯底のエネルギー差が1.0eV以下であることを特徴とする電変換素子。
]前記無機ナノ粒子が酸化亜鉛又は酸化チタンであることを特徴とする[1]〜[
]のいずれかに記載の光電変換素子。
][1]〜[]のいずれかに記載の光電変換素子を有する太陽電池。
][]に記載の太陽電池を有する太陽電池モジュール。
[1] At least a pair of electrodes and an active layer between the pair of electrodes are provided on the element substrate,
The active layer contains a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and inorganic nanoparticles, and the presence of the inorganic nanoparticles at a depth of 1/3 of the active layer from the upper interface of the active layer. Amount M 1 , the amount of inorganic nanoparticles present from a depth of 1/3 of the active layer to a depth of 2/3 of the active layer is M 2 , and a depth of 2/3 of the active layer to the depth of the active layer. the abundance of the inorganic nanoparticles in depth up to the lower side surface when the M 3, M 1 / M 2 and M 3 / M 2 is state, and are 0.7 to 1.3, respectively, wherein The number density of the inorganic nanoparticles in the cross section of the active layer is 25/μm 2
The photoelectric conversion device characterized der Rukoto 500 / [mu] m 2 or less.
[ 2 ] At least a pair of electrodes and an active layer between the pair of electrodes are provided on the element substrate,
The active layer contains a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and inorganic nanoparticles.
And the amount of inorganic nanoparticles present at a depth of 1/3 of the active layer from the upper interface of the active layer.
M 1 , the presence of inorganic nanoparticles from a depth of 1/3 of the active layer to a depth of 2/3 of the active layer
The amount of M 2 is the inorganic at a depth of 2/3 of the active layer to the lower interface of the active layer.
When the amount of nanoparticles is M 3 , M 1 /M 2 and M 3 /M 2 are each 0.7 or more.
Upper 1.3 or less, and the major axis length is 10 nm with respect to the total number of the inorganic nanoparticles in the active layer.
The photoelectric conversion element, wherein the proportion of more than 100nm or less of the inorganic nanoparticles is 70% or more.
[ 3 ] At least a pair of electrodes and an active layer between the pair of electrodes are provided on the element substrate,
The active layer contains a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and inorganic nanoparticles.
And the amount of inorganic nanoparticles present at a depth of 1/3 of the active layer from the upper interface of the active layer.
M 1 , the presence of inorganic nanoparticles from a depth of 1/3 of the active layer to a depth of 2/3 of the active layer
The amount of M 2 is the inorganic at a depth of 2/3 of the active layer to the lower interface of the active layer.
When the amount of nanoparticles is M 3 , M 1 /M 2 and M 3 /M 2 are each 0.7 or more.
And the above 1.3 or less, the photoelectric conversion element, wherein the energy difference of the conduction band bottom of the LUMO energy level and the inorganic nanoparticles of the n-type semiconductor compound is less than 1.0 eV.
[ 4 ] The inorganic nanoparticles are zinc oxide or titanium oxide [1] to [ 3 ]
] The photoelectric conversion element in any one of these.
[ 5 ] A solar cell having the photoelectric conversion element according to any one of [1] to [ 4 ].
[ 6 ] A solar cell module having the solar cell according to [ 5 ].

本発明により、長時間光に晒されても光電変換効率の低下の少ない、耐光性の高い光電変換素子、太陽電池及び太陽電池モジュールを提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion element, a solar cell, and a solar cell module having a high light resistance, in which the photoelectric conversion efficiency is less likely to decrease even when exposed to light for a long time.

本発明の一実施形態としての光電変換素子の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the photoelectric conversion element as one Embodiment of this invention typically. 本発明の一実施形態としての太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solar cell as one Embodiment of this invention typically. 本発明の一実施形態としての太陽電池モジュールの構成を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the solar cell module as one Embodiment of this invention typically.

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。 Embodiments of the present invention will be described in detail below. The description of the constituent elements described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not specified to these contents unless the gist thereof is exceeded.

本発明に係る光電変換素子は、素子基板上に、少なくとも、一対の電極と、該一対の電極間に活性層と、を有する。 The photoelectric conversion element according to the present invention has at least a pair of electrodes and an active layer between the pair of electrodes on the element substrate.

図1に示すように、本発明に係る光電変換素子の一実施形態は、素子基板106上に、下部電極101と、下部バッファ層102と、活性層103と、上部バッファ層104と、上部電極105と、が順次形成された層構造を有する。本発明において、下部電極とは、素子基板106側に積層される電極を意味し、上部電極とは、素子基板106をボトムとした際に、下部電極よりも上部に積層される電極を意味する。なお、本発明において、下部電極101及び上部電極105を合わせて一対の電極と称す場合がある。また、下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、必須の構成ではなく、任意で設ければよく、下部バッファ層102及び上部バッファ層104のうち一方のみを有していてもよい。また、光電変換素子は、上記以外の別の層を任意で有していてもよい。以下、光電変換素子の各構成部材について説明する。 As shown in FIG. 1, one embodiment of the photoelectric conversion element according to the present invention is such that a lower electrode 101, a lower buffer layer 102, an active layer 103, an upper buffer layer 104, and an upper electrode are provided on an element substrate 106. 105 has a layered structure formed in sequence. In the present invention, the lower electrode means an electrode stacked on the element substrate 106 side, and the upper electrode means an electrode stacked above the lower electrode when the element substrate 106 is the bottom. .. In the present invention, the lower electrode 101 and the upper electrode 105 may be collectively referred to as a pair of electrodes. Further, the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 are not essential structures and may be provided arbitrarily, and may have only one of the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104. Further, the photoelectric conversion element may optionally have another layer other than the above. Hereinafter, each constituent member of the photoelectric conversion element will be described.

<1−1.素子基板106> <1-1. Element substrate 106>

光電変換素子107を構成する各層は、通常、支持体となる素子基板106上に形成される。素子基板106の材料に特段の制限は無い。素子基板106の材料の好適な例としては、石英、ガラス、サファイア又はチタニア等の無機材料、及びフレキシブル基材等が挙げられる。フレキシブル基材の具体例としては、限定されるわけではないが、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル又はポリエチレン等のポリオレフィン;セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン又はエポキシ樹脂等の有機材料(樹脂基材);紙又は合成紙等の紙材料;ステンレス、チタン又はアルミニウム等の金属箔に、絶縁性を付与するために表面をコート又はラミネートしたもの等の複合材料が挙げられる。 Each layer forming the photoelectric conversion element 107 is usually formed on the element substrate 106 that serves as a support. There is no particular limitation on the material of the element substrate 106. Suitable examples of the material of the element substrate 106 include quartz, glass, an inorganic material such as sapphire or titania, and a flexible substrate. Specific examples of the flexible substrate include, but are not limited to, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyether sulfone, polyimide, nylon, polystyrene, polyvinyl alcohol, ethylene vinyl alcohol copolymer, fluororesin film, vinyl chloride. Or a polyolefin such as polyethylene; an organic material (resin base material) such as cellulose, polyvinylidene chloride, aramid, polyphenylene sulfide, polyurethane, polycarbonate, polyarylate, polynorbornene or epoxy resin; paper material such as paper or synthetic paper; stainless steel, Examples of the composite material include a metal foil such as titanium or aluminum whose surface is coated or laminated in order to impart insulation.

素子基板106の膜厚は、特段の制限はないが、通常5μm以上、好ましくは20μm以上であり、一方、通常20mm以下、好ましくは10mm以下である。素子基板の膜厚が5μm以上であることは、光電変換素子の強度が不足する可能性が低くなるために好ましい。 The thickness of the element substrate 106 is not particularly limited, but is usually 5 μm or more, preferably 20 μm or more, while it is usually 20 mm or less, preferably 10 mm or less. It is preferable that the film thickness of the element substrate is 5 μm or more because the possibility of insufficient strength of the photoelectric conversion element is reduced.

なお、太陽電池において、素子基板106側を受光面とする場合、素子基板106は透光性を有することが好ましい。本発明において、透光性を有するとは可視光線透過率が40%以上であることを意味する。なお、素子基板106の可視光線透過率は70%以上であるとより多くの光を活性層103に到達させることができるために好ましい。素子基板106の可視光線透過率は、JIS R3106に定義された方法により測定することができる。一方、太陽電池において、光電変換素子107の上部電極105側を受光面とする場合、素子基板106は透光性を有していてもよいし、透光性を有していなくてもよい。但し、窓等に太陽電池を設置する場合は、シースルー型の太陽電池とすることが好ましく、この場合、受光面に関わらず、素子基板106は透光性を有していることが好ましい。 In the solar cell, when the element substrate 106 side is the light receiving surface, the element substrate 106 preferably has a light-transmitting property. In the present invention, having translucency means having a visible light transmittance of 40% or more. Note that the visible light transmittance of the element substrate 106 is preferably 70% or more because more light can reach the active layer 103. The visible light transmittance of the element substrate 106 can be measured by the method defined in JIS R3106. On the other hand, in the solar cell, when the upper electrode 105 side of the photoelectric conversion element 107 is used as the light receiving surface, the element substrate 106 may or may not have a light-transmitting property. However, when a solar cell is installed in a window or the like, it is preferable to use a see-through type solar cell, and in this case, it is preferable that the element substrate 106 has translucency regardless of the light receiving surface.

<1−2.一対の電極(101、105)>
上述の通り、本発明に係る光電変換素子は、下部電極101及び上部電極105からなる一対の電極を有する。なお、一対の電極のうち、一方の電極は、活性層103で発生した電子を捕集する機能を有するカソードであり、他方の電極は、活性層103で発生した正孔を捕集する機能を有するアノードである。下部電極101をカソードとする場合、上部電極105をアノードとし、下部電極101をアノードとする場合、上部電極105をカソードとすればよい。
<1-2. Pair of electrodes (101, 105)>
As described above, the photoelectric conversion element according to the present invention has the pair of electrodes including the lower electrode 101 and the upper electrode 105. Note that one of the pair of electrodes is a cathode having a function of collecting electrons generated in the active layer 103, and the other electrode has a function of collecting holes generated in the active layer 103. It has an anode. When the lower electrode 101 serves as a cathode, the upper electrode 105 serves as an anode, and when the lower electrode 101 serves as an anode, the upper electrode 105 serves as a cathode.

下部電極101及び上部電極105の形成材料は特段の制限はなく、酸化ニッケル、酸化スズ、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)、インジウム−ジルコニウム酸化物(IZO)、酸化チタン、酸化インジウム又は酸化亜鉛等の金属酸化物;金、白金、銀、銅、鉄、スズ、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム又はコバルト等の金属あるいはその合金が挙げられる。上記のなかでも、アノードは、比較的、仕事関数の大きな材料を用いて形成することが好ましく、カソードは比較的仕事関数の小さな材料を用いて形成することが好ましい。なお、光電変換素子が、下部バッファ層102及び/又は上部バッファ層104を有する場合、これらバッファ層材料を調整することにより、下部電極101及び上部電極105を同じ材料を使用して形成することもできる。 The material for forming the lower electrode 101 and the upper electrode 105 is not particularly limited and may be nickel oxide, tin oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium-zirconium oxide (IZO), titanium oxide, indium oxide or zinc oxide. Metal oxides such as; metal such as gold, platinum, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, cesium, calcium, magnesium or cobalt or alloys thereof. Among the above, the anode is preferably formed of a material having a relatively large work function, and the cathode is preferably formed of a material having a relatively small work function. Note that when the photoelectric conversion element has the lower buffer layer 102 and/or the upper buffer layer 104, the lower electrode 101 and the upper electrode 105 may be formed using the same material by adjusting these buffer layer materials. it can.

下部電極101及び上部電極105はそれぞれ単層構造であってもよいし、積層構造であってもよい。 The lower electrode 101 and the upper electrode 105 may each have a single layer structure or a laminated structure.

また、一対の電極のうち少なくとも一方の電極は透光性を有していることが好ましい。例えば、素子基板106側を太陽光の受光面とする場合、下部電極101は透光性を有していることが好ましく、上部電極105は透光性を有していてもよいし、透光性を有していなくてもよい。また、上部電極105側を太陽光の受光面とする場合は、上部電極105は透光性を有していることが好ましく、下部電極101は透光性を有していてもよいし、透光性を有していなくてもよい。なお、光電変換素子をシースルー型とする場合は、下部電極101及び上部電極105はともに透光性を有していることが好ましい。 Further, at least one of the pair of electrodes preferably has a light-transmitting property. For example, when the element substrate 106 side is used as a sunlight receiving surface, the lower electrode 101 preferably has a light-transmitting property, and the upper electrode 105 may have a light-transmitting property. It does not have to have the property. When the upper electrode 105 side is used as a sunlight receiving surface, the upper electrode 105 preferably has a light-transmitting property, and the lower electrode 101 may have a light-transmitting property. It does not have to have optical properties. Note that when the photoelectric conversion element is a see-through type, it is preferable that both the lower electrode 101 and the upper electrode 105 have a light-transmitting property.

透光性を有する電極とする場合、上述のような金属酸化物を用いて電極を形成すればよい。また、金属酸化物を含む層と薄い金属層とを積層させた構造であってもよい。 When the electrode has a light-transmitting property, the metal oxide as described above may be used to form the electrode. Further, it may have a structure in which a layer containing a metal oxide and a thin metal layer are laminated.

下部電極101及び上部電極105の膜厚は特段の制限はないが、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、さらに好ましくは、20nm以上であり、一方、通常2μm以下、好ましくは1μm以下、さらに好ましくは500nm以下である。 The film thickness of the lower electrode 101 and the upper electrode 105 is not particularly limited, but is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, more preferably 20 nm or more, while it is usually 2 μm or less, preferably 1 μm or less, more preferably It is 500 nm or less.

電極のシート抵抗は、特段の制限はないが、通常0.1Ω/□以上、一方、1000Ω/□以下、好ましくは500Ω/□以下、さらに好ましくは100Ω/□以下である。 The sheet resistance of the electrode is not particularly limited, but is usually 0.1 Ω/□ or more, on the other hand, 1000 Ω/□ or less, preferably 500 Ω/□ or less, more preferably 100 Ω/□ or less.

下部電極101及び上部電極105の形成方法は、特段の制限はなく、使用する材料に合わせて公知の方法により形成することができる。例えば、蒸着法、スパッタ法等の真空成膜方法;又はナノ粒子や前駆体を含有するインクを塗布して成膜する湿式塗布法が挙げられる。 The method of forming the lower electrode 101 and the upper electrode 105 is not particularly limited and can be formed by a known method according to the material used. For example, a vacuum film forming method such as a vapor deposition method or a sputtering method; or a wet coating method in which an ink containing nanoparticles or a precursor is applied to form a film.

<1−3.活性層103>
活性層103は、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子を含有するバルクヘテロ型の混合層である。なお、上述の通り、活性層103が光を吸収することで、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物との界面で電子及び正孔が発生し、各電極からこれらの電荷が取り出される。
<1-3. Active layer 103>
The active layer 103 is a bulk hetero type mixed layer containing a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and inorganic nanoparticles. As described above, when the active layer 103 absorbs light, electrons and holes are generated at the interface between the p-type organic semiconductor compound and the n-type semiconductor compound, and these charges are extracted from each electrode.

p型有機半導体化合物は、特段の制限はなく、p型の低分子有機半導体化合物又はp型の有機半導体ポリマーが挙げられる。なかでも、1.0eV以上1.8eV以下のエネルギーバンドギャップを有するp型半導体ポリマーが好ましい。 The p-type organic semiconductor compound is not particularly limited, and examples thereof include a p-type low molecular weight organic semiconductor compound and a p-type organic semiconductor polymer. Among them, a p-type semiconductor polymer having an energy band gap of 1.0 eV or more and 1.8 eV or less is preferable.

具体的に、p型半導体ポリマーとしては、二種以上のモノマー単位を共重合させた半導体ポリマーであることが好ましく、具体的には、アクセプター性構成単位と、ドナー性構成単位を含むπ電子共役重合体であることが好ましい。 Specifically, the p-type semiconductor polymer is preferably a semiconductor polymer obtained by copolymerizing two or more kinds of monomer units, and specifically, a π-electron conjugated unit containing an acceptor constitutional unit and a donor constitutional unit. It is preferably a polymer.

本発明において、ドナー性構成単位(D)とは、イオン化ポテンシャルが小さく電子を供与する傾向の強い構成単位であり、具体的に、ドナー性構成単位は、アクセプター性構成単位(A)よりもイオン化ポテンシャル及び電子親和力が小さい構成単位である。すなわち、本発明において、ドナー性構成単位(D)は、アクセプター性構成単位(A)よりも高いHOMOエネルギー準位及び高いLUMOエネルギー準位を有する構成単位である。なお、アクセプター性構成単位及びドナー性構成単位のHOMOエネルギー準位及びLUMOエネルギー準位は光電子収量分光(PYS)測定、紫外光電子分光(UPS)測定、逆光電子分光(IPES)測定及びサイクリックボルタンメトリー測定等により実験的に見積もることができる他、分子軌道法(MO法)及び密度半関数法(DFT法)等の量子化学計算により算出することができる。なお、アクセプター性構成単位及びドナー性構成単位のHOMOエネルギー準位及びLUMOエネルギー準位を算出する際は、それぞれの構成単位の末端部分を水素原子で置換させて算出することとする。 In the present invention, the donor constitutional unit (D) is a constitutional unit having a small ionization potential and a strong tendency to donate electrons. Specifically, the donor constitutional unit is more ionized than the acceptor constitutional unit (A). It is a structural unit with a small potential and electron affinity. That is, in the present invention, the donor constitutional unit (D) is a constitutional unit having a higher HOMO energy level and a higher LUMO energy level than the acceptor constitutional unit (A). The HOMO energy level and LUMO energy level of the acceptor constitutional unit and the donor constitutional unit are measured by photoelectron yield spectroscopy (PYS), ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS), inverse photoelectron spectroscopy (IPES), and cyclic voltammetry. It can be estimated experimentally by, for example, or it can be calculated by quantum chemical calculation such as molecular orbital method (MO method) and density half-function method (DFT method). When the HOMO energy level and the LUMO energy level of the acceptor constitutional unit and the donor constitutional unit are calculated, the terminal portion of each constitutional unit is replaced with a hydrogen atom.

アクセプター性構成単位(A)及びドナー性構成単位(D)は特段の制限はないが、置換基を有していてもよい、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基又は脂肪族複素環基が挙げられる。なお、これらの基は、単環式であってもよいし、縮合多環式であってもよい。置換基は、特段の制限はなく、p型半導体ポリマーの溶解性の向上、吸収波長の調整に合わせて、任意の置換基を選択することができる。例えば、脂肪族炭化水素基、アルコキシ基、アルキルカルボニル基、アルコキシカルボニル基、アルキルチオ基、脂肪族複素環基、芳香族炭化水素基、芳香族複素環基又はハロゲン原子が挙げられる。これらの置換基はさらに置換基を有していてもよい。なかでも、アクセプター性構成単位(A)及びドナー性構成単位(D)は、それぞれ、置換基を有していてもよい芳香族複素環基であることが好ましい。 The acceptor constitutional unit (A) and the donor constitutional unit (D) are not particularly limited, but may have a substituent, such as an aromatic hydrocarbon group, an aromatic heterocyclic group or an aliphatic heterocyclic group. Are listed. In addition, these groups may be monocyclic or may be condensed polycyclic. The substituent is not particularly limited, and any substituent can be selected according to the improvement of the solubility of the p-type semiconductor polymer and the adjustment of the absorption wavelength. Examples thereof include an aliphatic hydrocarbon group, an alkoxy group, an alkylcarbonyl group, an alkoxycarbonyl group, an alkylthio group, an aliphatic heterocyclic group, an aromatic hydrocarbon group, an aromatic heterocyclic group and a halogen atom. These substituents may further have a substituent. Among them, the acceptor constitutional unit (A) and the donor constitutional unit (D) are each preferably an aromatic heterocyclic group which may have a substituent.

アクセプター性構成単位(A)及びドナー性構成単位(D)の具体例としては、限定されるわけではないが、イミドチオフェン単位、ナフトビスチアジアゾール単位、ベンゾチアジアゾール単位、ジチエノシロール単位、ベンゾジチオフェン単位、ジチエノチオフェン単位、ジチエノピロール単位、チエノチオフェン単位、又はジケトピロロピロール単位が挙げられる。これらの基のHOMOエネルギー準位及びLUMOエネルギー順位を考慮して、アクセプター性構成単位及びドナー性構成単位を選択することができる。 Specific examples of the acceptor constitutional unit (A) and the donor constitutional unit (D) include, but are not limited to, imidothiophene unit, naphthobisthiadiazole unit, benzothiadiazole unit, dithienosilole unit, benzodithiophene unit, Examples include dithienothiophene units, dithienopyrrole units, thienothiophene units, or diketopyrrolopyrrole units. The acceptor constitutional unit and the donor constitutional unit can be selected in consideration of the HOMO energy level and LUMO energy level of these groups.

より具体的な、p型半導体ポリマーの例としては、Nature Materials,2006,5,328に記載のポリチオフェン−チエノチオフェン共重合体、国際公開第2008/000664号パンフレットに記載のポリチオフェン−ジケトピロロピロール共重合体、Adv.Mater.,2007,4160に記載のポリチオフェン−チアゾロチアゾール共重合体、Nature Materials,2007,6,497に記載のPCPDTBT等のようなポリチオフェン共重合体、国際公開第2011/028827号パンフレットに記載のイミドチオフェンを含む共重合体、国際公開第2011/011545号パンフレットに記載のチエノチオフェンとベンゾジチオフェンとの共重合体等が挙げられる。また、国際公開第2013/180243号パンフレット、国際公開第2013/065855号パンフレット等に記載の共役高分子化合物も挙げられる。また、これらのポリマーの誘導体や、ここに挙げたモノマーの組み合わせで合成し得るポリマーも同様に用いることができる。これらポリマーやモノマーの置換基は、溶解性、結晶性、成膜性、HOMOエネルギー準位、LUMOエネルギー準位等を制御するために適宜選択しうる。 More specific examples of the p-type semiconductor polymer include polythiophene-thienothiophene copolymers described in Nature Materials, 2006, 5, 328 and polythiophene-diketopyrrolopyrroles described in WO 2008/000664. Copolymer, Adv. Mater. , 2007, 4160, a polythiophene-thiazolothiazole copolymer, a polythiophene copolymer such as PCPDTBT described in Nature Materials, 2007, 6, 497, an imidothiophene described in International Publication No. 2011/028827 pamphlet. And a copolymer of thienothiophene and benzodithiophene described in International Publication No. 2011/011545 pamphlet, and the like. Further, conjugated polymer compounds described in WO 2013/180243 Pamphlet, International Publication No. 2013/065855 Pamphlet and the like are also included. Further, derivatives of these polymers and polymers that can be synthesized by combining the monomers listed here can be used as well. Substituents of these polymers and monomers can be appropriately selected in order to control the solubility, crystallinity, film formability, HOMO energy level, LUMO energy level and the like.

上記のなかでも、p型半導体コポリマーの好ましい形態としては、アクセプター性構成単位として置換基を有していてもよいイミドチオフェン単位と、ドナー性構成単位として置換基を有していてもよいジチエノシロール単位とを有するπ電子共役重合体、又は、アクセプター性構成単位として置換基を有していてもよいナフトビスチアジアゾール単位と、ドナー性構成単位として置換基を有していてもよいベンゾジチオフェン単位を有するπ電子共役重合体が挙げられる。 Among the above, as a preferable form of the p-type semiconductor copolymer, an imidothiophene unit which may have a substituent as an acceptor constitutional unit and a dithienosilole unit which may have a substituent as a donor constitutional unit are preferable. And a naphthobisthiadiazole unit which may have a substituent as an acceptor constitutional unit, and a benzodithiophene unit which may have a substituent as a donor constitutional unit. The π-electron conjugated polymer which has.

なお、p型半導体ポリマーは、アクセプター性構成単位を2種以上有していてもよく、同様に、ドナー性構成単位を2種以上有していてもよい。また、p型半導体ポリマーは、アクセプター性構成単位及びドナー性構成単位以外に、スペーサーとして機能しうる基を有していてもよい。スペーサーとして機能しうる基としては、特段の制限はないが、置換基を有していてもチエニル基が挙げられる。 The p-type semiconductor polymer may have two or more acceptor constitutional units, and may similarly have two or more donor constitutional units. Further, the p-type semiconductor polymer may have a group capable of functioning as a spacer, in addition to the acceptor constituent unit and the donor constituent unit. The group that can function as a spacer is not particularly limited, but examples thereof include a thienyl group even if it has a substituent.

n型半導体化合物としては、特段の制限はないが、具体的には、フラーレン;フラーレン化合物;8−ヒドロキシキノリンアルミニウムに代表されるキノリノール誘導体金属錯体;ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の縮合環テトラカルボン酸ジイミド類;ペリレンジイミド誘導体、ターピリジン金属錯体、トロポロン金属錯体、フラボノール金属錯体、ペリノン誘導体、ベンズイミダゾール誘導体、ベンズオキサゾール誘導体、チアゾール誘導体、ベンズチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、アルダジン誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、キノキサリン誘導体、ベンゾキノリン誘導体、ビピリジン誘導体、ボラン誘導体;アントラセン、ピレン、ナフタセン又はペンタセン等の縮合多環芳香族炭化水素の全フッ化物;単層カーボンナノチューブ、n型ポリマー(n型高分子半導体材料)等が挙げられる。 The n-type semiconductor compound is not particularly limited, but specifically, fullerene; fullerene compound; quinolinol derivative metal complex represented by 8-hydroxyquinoline aluminum; naphthalenetetracarboxylic acid diimide or perylenetetracarboxylic acid diimide, etc. Condensed ring tetracarboxylic acid diimides; perylene diimide derivative, terpyridine metal complex, tropolone metal complex, flavonol metal complex, perinone derivative, benzimidazole derivative, benzoxazole derivative, thiazole derivative, benzthiazole derivative, benzothiadiazole derivative, oxadiazole Derivatives, thiadiazole derivatives, triazole derivatives, aldazine derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, quinoxaline derivatives, benzoquinoline derivatives, bipyridine derivatives, borane derivatives; of condensed polycyclic aromatic hydrocarbons such as anthracene, pyrene, naphthacene or pentacene Full fluoride; single-walled carbon nanotubes, n-type polymers (n-type polymer semiconductor materials), and the like.

これらの中でも、n型半導体化合物は、フラーレン、フラーレン化合物、ボラン誘導体、チアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、ベンゾチアジアゾール誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体又はn型高分子半導体材料が好ましく、フラーレン、フラーレン化合物、N−アルキル置換されたペリレンジイミド誘導体、N−アルキル置換されたナフタレンテトラカルボン酸ジイミド又はn型高分子半導体化合物がより好ましく、フラーレン化合物が特に好ましい。フラーレン化合物としては、特段の制限はないが、例えば、国際公開第2011/016430号又は日本国特開2012−191194号公報等の公知文献に記載のものを使用することができる。フラーレン化合物のなかでも、PC61BM又はPC71BMが好ましい。なお、上記のうち一種の化合物を用いてもよいし、複数種の化合物の混合物を用いてもよい。 Among these, the n-type semiconductor compound is a fullerene, a fullerene compound, a borane derivative, a thiazole derivative, a benzothiazole derivative, a benzothiadiazole derivative, an N-alkyl-substituted naphthalenetetracarboxylic acid diimide, or an N-alkyl-substituted perylenediimide derivative. Alternatively, an n-type polymer semiconductor material is preferable, a fullerene, a fullerene compound, an N-alkyl-substituted perylene diimide derivative, an N-alkyl-substituted naphthalene tetracarboxylic acid diimide or an n-type polymer semiconductor compound is more preferable, and a fullerene compound is Particularly preferred. The fullerene compound is not particularly limited, but those described in known documents such as International Publication No. 2011/016430 or Japanese Patent Laid-Open No. 2012-191194 can be used. Among the fullerene compounds, PC61BM or PC71BM is preferable. One of the above compounds may be used, or a mixture of a plurality of compounds may be used.

活性層103中において、p型有機半導体化合物に対するn型半導体化合物の割合は、特段の制限はないが、電荷分離を促進するために、100質量部以上であることが好ましく、150質量部以上であることがさらに好ましく、一方、400質量部以下であることが好ましく、350質量部以下であることが特に好ましい。 The ratio of the n-type semiconductor compound to the p-type organic semiconductor compound in the active layer 103 is not particularly limited, but is preferably 100 parts by mass or more, and 150 parts by mass or more in order to promote charge separation. More preferably, on the other hand, it is preferably 400 parts by mass or less, and particularly preferably 350 parts by mass or less.

活性層103は、上述の通り、無機ナノ粒子を含有する。なお、本発明において、無機ナノ粒子は活性層103中で適度に均一に存在していることが好ましい。具体的には、前記活性層の上部界面から前記活性層の1/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在量をM1、該活性層の1/3の深さから活性層の2/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在量をM2、該活性層の2/3の深さから活性層の下部側界面までの深さにおける前記無機ナノ粒子の存在量をM3とした場合に、M1/M2及びM3/M2は、それぞれ0.7以上1.3以下であることが好ましい。なお、上記の無機ナノ粒子の存在量は例えばX線光電子分光法(XPS)分析などにより求められる。特に、本発明において、無機ナノ粒子の存在比率M1/M2及びM3/M2は、Arスパッタをしながら深さ方向のX線光電子分光法(XPS)分析を行うことで得られるデプスプロファイルにより算出することができる。具体的に、M1/M2は、X線光電子分光法(XPS)分析により得られたスペクトルピーク強度から組成分布を求めることができ、(活性層の上部界面から1/3の深さ方向における無機ナノ粒子に由来するプロファイル面積)/(活性層の1/3の深さから活性層の2/3の深さにおける無機ナノ粒子由来のプロファイル面積)により算出することができる。同様に、M3/M2は、X線光電子分光法(XPS)分析により得られたスペクトルピークにおいて、(活性層の2/3の深さから活性層の下部界面における無機ナノ粒子に由来するプロファイル面積)/(活性層の1/3の深さから活性層の2/3の深さにおける無機ナノ粒子由来のプロファイル面積)により算出することができる。 The active layer 103 contains inorganic nanoparticles, as described above. In the present invention, the inorganic nanoparticles are preferably present in the active layer 103 in a reasonably uniform manner. Specifically, the presence amount of the inorganic nanoparticles at the depth of 1/3 of the active layer from the upper interface of the active layer is M 1 , and from the depth of 1/3 of the active layer to 2/3 of the active layer. When the abundance of the inorganic nanoparticles at the depth of M 2 is M 2 and the abundance of the inorganic nanoparticles at the depth from the 2/3 depth of the active layer to the lower side interface of the active layer is M 3 , , M 1 /M 2 and M 3 /M 2 are each preferably 0.7 or more and 1.3 or less. The abundance of the inorganic nanoparticles is determined by, for example, X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis. In particular, in the present invention, the abundance ratios M 1 /M 2 and M 3 /M 2 of inorganic nanoparticles are obtained by performing X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis in the depth direction while performing Ar sputtering. It can be calculated from the profile. Specifically, for M 1 /M 2 , the composition distribution can be obtained from the spectral peak intensity obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis, and (1/3 depth direction from the upper interface of the active layer). In the above, the profile area derived from the inorganic nanoparticles)/(the profile area derived from the inorganic nanoparticles from the depth of 1/3 of the active layer to the depth of 2/3 of the active layer) can be calculated. Similarly, M 3 /M 2 is derived from the inorganic nanoparticles (from the depth of 2/3 of the active layer to the lower interface of the active layer) in the spectral peak obtained by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis. Profile area)/(profile area derived from inorganic nanoparticles at a depth of 1/3 of the active layer to a depth of 2/3 of the active layer).

なお、後述するように光電変換素子の耐光性をより向上させるためには、M1/M2は0.8以上であることがさらに好ましく、0.9以上であることが特に好ましく、一方、1.2以下であることがさらに好ましく、1.1以下であることが特に好ましい。 In addition, as described later, in order to further improve the light resistance of the photoelectric conversion element, M 1 /M 2 is more preferably 0.8 or more, particularly preferably 0.9 or more, while It is more preferably 1.2 or less, and particularly preferably 1.1 or less.

同様に、後述するように光電変換素子の耐光性をより向上させるために、M3/M2は0.8以上であることがさらに好ましく、0.9以上であることが特に好ましく、一方、1.2以下であることがさらに好ましく、1.1以下であることが特に好ましい。 Similarly, as described later, in order to further improve the light resistance of the photoelectric conversion element, M 3 /M 2 is more preferably 0.8 or more, particularly preferably 0.9 or more, while It is more preferably 1.2 or less, and particularly preferably 1.1 or less.

また、特段の制限はないが、後述するように光電変換素子の耐光性をさらに向上させるために、(M1/M2)/(M3/M2)は、0.7以上であることが好ましく、0.8以上であることがさらに好ましく、0.9以上であることが特に好ましく、一方、1.3以下であることが好ましく、1.2以下であることがさらに好ましく、1.1以下であることが特に好ましい。 Further, there is no particular limitation, but (M 1 /M 2 )/(M 3 /M 2 ) is 0.7 or more in order to further improve the light resistance of the photoelectric conversion element as described later. Is more preferable, 0.8 or more is more preferable, 0.9 or more is particularly preferable, while 1.3 or less is preferable, 1.2 or less is more preferable, and 1. It is particularly preferably 1 or less.

従来、日本国特開2009−158730号公報又はSolar Energy Materials&Solar cells 134(2015) 291−297に記載されるように、活性層中において濃度勾配を設けて酸化亜鉛ナノ粒子等を含有させる試みがなされてきた。 Conventionally, as described in JP-A-2009-158730 or Solar Energy Materials & Solar cells 134(2015) 291-297, an attempt has been made to contain a zinc oxide nanoparticle or the like by providing a concentration gradient in the active layer. Came.

例えば、日本国特開2009−158730号公報においては、P3HTとPCBMとを含有する層を形成した後に、P3HTと、PCBMと、酸化チタンナノ粒子を含有する塗布液を塗布することにより活性層を形成することが記載されている。このように形成された活性層は、正極もしくは負極の平面からなる法線方向に対して濃度分布を持って、酸化チタンナノ粒子が存在しているために、短絡電流密度が増加し、有機薄膜太陽電池の高効率化に寄与することが記載されている。
また、Solar Energy Materials&Solar cells 134(2015) 291−297においては、下部電極上に直接、P3HTと、PCBMと、酸化亜鉛を含有した塗布液を塗布することにより、下部電極上に酸化亜鉛層が堆積し、その上にP3HTとPCBMとの混合層が形成されることが記載されている。すなわち、Solar Energy Materials&Solar cells 134(2015) 291−297に記載の方法の場合、活性層の下部に酸化亜鉛濃度の高い領域が存在している。
For example, in Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-158730, after forming a layer containing P3HT and PCBM, an active layer is formed by applying a coating liquid containing P3HT, PCBM, and titanium oxide nanoparticles. It is described to do. The active layer thus formed has a concentration distribution in the normal direction consisting of the plane of the positive electrode or the negative electrode, and since titanium oxide nanoparticles are present, the short-circuit current density increases and It is described that it contributes to high efficiency of the battery.
In Solar Energy Materials & Solar cells 134(2015) 291-297, a zinc oxide layer is deposited on the lower electrode by directly applying a coating solution containing P3HT, PCBM, and zinc oxide on the lower electrode. However, it is described that a mixed layer of P3HT and PCBM is formed thereon. That is, in the case of the method described in Solar Energy Materials & Solar cells 134(2015) 291-297, a region having a high zinc oxide concentration exists under the active layer.

しかしながら、本発明者らの検討によると、活性層中における無機ナノ粒子の勾配を極力減らし、無機ナノ粒子が適度に均一に存在させることにより、驚くことに光電変換素子の耐光性が向上することが判明した。このメカニズムは明らかではないが、以下の理由によるものと考えられる。 However, according to the study by the present inventors, the gradient of the inorganic nanoparticles in the active layer is reduced as much as possible, and the inorganic nanoparticles are present in a reasonably uniform manner, whereby the light resistance of the photoelectric conversion element is surprisingly improved. There was found. Although this mechanism is not clear, it is thought to be due to the following reasons.

例えば、公知のAdvanced Energy Materials 4(2014) 1300693では、活性層中にPCBMが含まれ、無機ナノ粒子が含まれていない従来の有機薄膜太陽電池では、該太陽電池が光に晒されると、PCBMの二量体が生成することが挙げられている。そして、PCBMの二量体が生成すると、トラップ形成やモルフォロジー変化、エネルギー準位の乱れ等の原因により電子移動度が低下し、活性層中における電荷の再結合が増え、その結果、有機薄膜太陽電池の変換効率の低下に繋がってしまうことが記載されている。すなわち、従来の有機太陽電池では、光電変換素子が光に晒されることにより、活性層のモロフォロジーの変化等の影響により、n型半導体化合物の電子移動度が低下してしまい、その結果、変換効率の低下が懸念される。 For example, in the known Advanced Energy Materials 4 (2014) 1300693, a conventional organic thin-film solar cell containing PCBM in the active layer and no inorganic nanoparticles contains PCBM when exposed to light. It is mentioned that the dimer of is produced. When PCBM dimers are generated, electron mobility is lowered due to causes such as trap formation, morphology change, and energy level disorder, and charge recombination in the active layer increases, resulting in organic thin film solar cells. It is described that the conversion efficiency of the battery is reduced. That is, in the conventional organic solar cell, when the photoelectric conversion element is exposed to light, the electron mobility of the n-type semiconductor compound is reduced due to the influence of the change in the morphology of the active layer, and as a result, the conversion efficiency is reduced. Is a concern.

一方、本発明のように、活性層103中において、無機ナノ粒子が適度に均一に存在することにより、適切なモルフォロジーが形成される。そのため、活性層が光に晒されてn型半導体化合物の電子移動度が低下しても、無機ナノ粒子が電子輸送パスとして機能するために、光電変換素子の光劣化による変換効率の低下を抑制できるものと考えられる。 On the other hand, as in the present invention, the appropriate morphology is formed by the inorganic nanoparticles being present in the active layer 103 in an appropriate and uniform manner. Therefore, even if the active layer is exposed to light and the electron mobility of the n-type semiconductor compound is reduced, the inorganic nanoparticles function as an electron transport path, and thus the reduction in conversion efficiency due to photodegradation of the photoelectric conversion element is suppressed. It is considered possible.

また、後述するような活性層の光劣化による導電性の低下を抑制するために、活性層の断面おける無機ナノ粒子の数密度は、25個/μm2以上であることが好ましく、40個/μm2以上であることがさらに好ましく、60個/μm2以上であることが特に好ましい。一方、活性層のpn接合界面の面積を確保して電荷生成量の低下を抑制したり、又は無機ナノ粒子によるリークを防止するために、活性層断面における無機ナノ粒子の数密度は、500個/μm2以下であることが好ましく、300個/μm2以下であることがさらに好ましく、200個/μm2以下であることが特に好ましい。なお、本発明において、活性層中の無機ナノ粒子の数密度は、走査型電子顕微鏡により活性層の任意の断面を観察することにより見積もることができる。具体的には、観察された活性層断面において、任意の、活性層の幅方向が2μmの範囲に存在する無機ナノ粒子数から無機ナノ粒子の数密度を見積もることができる。なお、本発明において、隣接する粒子との間隔が10nm以下に存在する粒子をまとめて一つの無機ナノ粒子とみなすこととする。 Further, in order to suppress a decrease in conductivity due to photodegradation of the active layer as described below, the number density of the inorganic nanoparticles in the cross section of the active layer is preferably 25 particles/μm 2 or more, and 40 particles/μm 2 or more. still more preferably [mu] m 2 or more, and particularly preferably 60 / [mu] m 2 or more. On the other hand, the number density of the inorganic nanoparticles in the cross section of the active layer is 500 in order to secure the area of the pn junction interface of the active layer and suppress the decrease in the amount of charge generation, or to prevent the leakage due to the inorganic nanoparticles. /Μm 2 or less is preferable, 300/μm 2 or less is more preferable, and 200/μm 2 or less is particularly preferable. In the present invention, the number density of the inorganic nanoparticles in the active layer can be estimated by observing an arbitrary cross section of the active layer with a scanning electron microscope. Specifically, in the observed cross section of the active layer, the number density of the inorganic nanoparticles can be estimated from the number of the inorganic nanoparticles existing in the range of 2 μm in the width direction of the active layer. In addition, in the present invention, particles having a distance between adjacent particles of 10 nm or less are collectively regarded as one inorganic nanoparticle.

また、電子輸送性の向上のために、活性層中の無機ナノ粒子が適度な大きさであり、かつ凝集することなく、適度に分散していることが好ましい。具体的には、活性層中の無機ナノ粒子の総数に対して、長軸長さが10nm以上100nm以下である無機ナノ粒子数の割合が70%以上であることが好ましく、80%以上がさらに好ましく、90%以上であることが特に好ましい。本発明において、活性層中の無機ナノ粒子の総数に対する長軸長さが10nm以上100nm以下の無機ナノ粒子数の割合は、無機ナノ粒子の数密度と同様に、走査型電子顕微鏡により見積もることができる。具体的には、観察された活性層断面において、任意の、活性層の幅方向が2μmの範囲に存在する無機ナノ粒子数から見積もることができる。なお、無機ナノ粒子の長軸とは、観察される断面において、無機ナノ粒子外縁上の2点を結んで形成される線分のうち、2点間の距離が最も長いものを意味する。 Further, in order to improve the electron transporting property, it is preferable that the inorganic nanoparticles in the active layer have an appropriate size and are appropriately dispersed without aggregating. Specifically, the ratio of the number of inorganic nanoparticles having a major axis length of 10 nm or more and 100 nm or less to the total number of inorganic nanoparticles in the active layer is preferably 70% or more, more preferably 80% or more. It is preferably 90% or more and particularly preferably. In the present invention, the ratio of the number of inorganic nanoparticles having a major axis length of 10 nm or more and 100 nm or less to the total number of inorganic nanoparticles in the active layer can be estimated by a scanning electron microscope, like the number density of inorganic nanoparticles. it can. Specifically, in the observed cross section of the active layer, it can be estimated from the number of inorganic nanoparticles existing in the range of 2 μm in the width direction of the active layer. The long axis of the inorganic nanoparticles means the longest distance between two points among the line segments formed by connecting two points on the outer edge of the inorganic nanoparticles in the observed cross section.

無機ナノ粒子を構成する化合物は、電子輸送性を有する無機ナノ粒子であれば特段の制限はないが、酸化スズ、酸化チタン、酸化亜鉛等の金属酸化物;アルミニウム、ガリウム、アルカリ金属、アルカリ土類金属等によりドープした酸化亜鉛等;銅、インジウム、セレン等を含む化合物半導体等が挙げられる。これらのなかでも、電子伝導パスの補助として機能させるためには、活性層103中のn型有機半導体化合物のLUMOエネルギー準位に近い伝導帯底のバンドを有する無機ナノ粒子を使用することが好ましい。具体的には、n型半導体化合物のLUMOエネルギー準位と無機ナノ粒子の伝導帯底のエネルギー差は1.0eV以下であることが好ましく、0.7eV以下であることがさらに好ましく、0.5eV以下であることが特に好ましい。具体的には、無機ナノ粒子を構成する化合物は、酸化亜鉛や酸化チタン、窒化ガリウム、リン化ガリウム、リン化インジウム、硫化亜鉛、セレン化亜鉛、酸化銅(I)、硫化カドミウム、チタン酸ストロンチウムであることが好ましい。なお、n型半導体化合物のLUMOエネルギー準位及び無機ナノ粒子の伝導帯底のエネルギー準位は公知の方法により見積もることができる。 The compound constituting the inorganic nanoparticles is not particularly limited as long as it is an inorganic nanoparticle having an electron transporting property, but metal oxides such as tin oxide, titanium oxide and zinc oxide; aluminum, gallium, alkali metal, alkaline earth Examples thereof include zinc oxide doped with a group metal and the like; compound semiconductors containing copper, indium, selenium, and the like. Among these, it is preferable to use inorganic nanoparticles having a band at the bottom of the conduction band close to the LUMO energy level of the n-type organic semiconductor compound in the active layer 103, in order to function as an auxiliary of the electron conduction path. .. Specifically, the energy difference between the LUMO energy level of the n-type semiconductor compound and the conduction band bottom of the inorganic nanoparticles is preferably 1.0 eV or less, more preferably 0.7 eV or less, and 0.5 eV. The following is particularly preferable. Specifically, the compounds forming the inorganic nanoparticles include zinc oxide, titanium oxide, gallium nitride, gallium phosphide, indium phosphide, zinc sulfide, zinc selenide, copper (I) oxide, cadmium sulfide, and strontium titanate. Is preferred. The LUMO energy level of the n-type semiconductor compound and the energy level of the bottom of the conduction band of the inorganic nanoparticles can be estimated by known methods.

活性層103中の無機ナノ粒子の割合は、良好なモルフォロジーの形成と、電子輸送パスとして機能するために、n型半導体に対して0.5質量部以上であることが好ましく、1.0質量部以上であることがさらに好ましく、2.5質量部以上であることがより好ましい。一方、n型半導体化合物に対する無機ナノ粒子の割合が大きすぎると、活性層103のpn接合界面が減少するため、電荷分離が低下し、さらには導電性の高い無機ナノ粒子を用いた場合、光電変換素子がリークしやすくなる傾向がある。そのため、活性層103中のn型半導体化合物に対する無機ナノ粒子の割合は、20質量%以下であることが好ましく、17質量%以下であることがさらに好ましく、15質量%以下であることが特に好ましい。 The ratio of the inorganic nanoparticles in the active layer 103 is preferably 0.5 parts by mass or more, and 1.0 part by mass with respect to the n-type semiconductor in order to form a good morphology and function as an electron transport path. The amount is more preferably at least 2.5 parts by mass, more preferably at least 2.5 parts by mass. On the other hand, if the ratio of the inorganic nanoparticles to the n-type semiconductor compound is too large, the pn junction interface of the active layer 103 is reduced, so that the charge separation is lowered, and further, when the highly conductive inorganic nanoparticles are used, The conversion element tends to leak easily. Therefore, the ratio of the inorganic nanoparticles to the n-type semiconductor compound in the active layer 103 is preferably 20% by mass or less, more preferably 17% by mass or less, and particularly preferably 15% by mass or less. ..

活性層103の膜厚は、特段の制限はないが、より多くの光を吸収するために通常、5nm以上、好ましくは10nm以上、さらに好ましくは50nm以上、より好ましくは120nm以上である。一方、直列抵抗を低くするために、活性層103の膜厚は、通常、600nm以下、好ましくは500nm以下、より好ましくは400nm以下である The film thickness of the active layer 103 is not particularly limited, but is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more, more preferably 50 nm or more, more preferably 120 nm or more in order to absorb more light. On the other hand, in order to reduce the series resistance, the thickness of the active layer 103 is usually 600 nm or less, preferably 500 nm or less, more preferably 400 nm or less.

活性層103の形成方法は特段の制限はないが、活性層形成用組成物を用いて、湿式塗布法により形成することが好ましい。具体的には、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子と、溶媒と、を含む活性層形成用組成物を調製し、この活性層形成用組成物を塗布することにより活性層103を形成することができる。 The method for forming the active layer 103 is not particularly limited, but it is preferable to form the active layer 103 by a wet coating method using the composition for forming the active layer. Specifically, by preparing a composition for forming an active layer containing a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, inorganic nanoparticles, and a solvent, and applying the composition for forming an active layer. The active layer 103 can be formed.

塗布法は任意の方法を用いることができるが、例えば、スピンコート法、インクジェット法、ドクターブレード法、ドロップキャスティング法、リバースロールコート法、グラビアコート法、キスコート法、ロールブラッシュ法、スプレーコート法、エアナイフコート法、ワイヤーバーバーコート法、スリットダイコート法、パイプドクター法、含浸・コート法又はカーテンコート法等が挙げられる。 The coating method can be used any method, for example, spin coating method, inkjet method, doctor blade method, drop casting method, reverse roll coating method, gravure coating method, kiss coating method, roll brushing method, spray coating method, Examples thereof include an air knife coating method, a wire bar bar coating method, a slit die coating method, a pipe doctor method, an impregnation/coating method and a curtain coating method.

また、活性層形成用組成物を塗布した後に、加熱乾燥を行ってもよい。加熱により、活性層の自己組織化が促進されうる。加熱温度は、通常50℃以上、好ましくは80℃以上であり、一方、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下である。加熱する時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上、一方、通常3時間以下、好ましくは1時間以下である。 Moreover, you may heat-dry after apply|coating the composition for active layer formation. The heating can promote self-assembly of the active layer. The heating temperature is usually 50°C or higher, preferably 80°C or higher, while it is usually 300°C or lower, preferably 280°C or lower, more preferably 250°C or lower. The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, while it is usually 3 hours or shorter, preferably 1 hour or shorter.

活性層形成用組成物が含有する溶媒は、p型有機半導体化合物、n型半導体化合物、及び無機ナノ粒子を、溶解又は分散できる溶媒であれば特段の制限はない。例えば、クロロベンゼン若しくはオルトジクロロベンゼン等の芳香族炭化水素類;シクロペンタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、テトラリン若しくはデカリン等の脂環式炭化水素類;メタノール、エタノール若しくはプロパノール等の低級アルコール類;アセトン、メチルエチルケトン、シクロペンタノン若しくはシクロヘキサノン等の脂肪族ケトン類;アセトフェノン若しくはプロピオフェノン等の芳香族ケトン類;酢酸エチル、酢酸ブチル若しくは乳酸メチル等のエステル類;クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、トリクロロエタン若しくはトリクロロエチレン等のハロゲン炭化水素類;エチルエーテル、テトラヒドロフラン若しくはジオキサン等のエーテル類;又は、ジメチルホルムアミド若しくはジメチルアセトアミド等のアミド類等が挙げられる。 The solvent contained in the active layer forming composition is not particularly limited as long as it is a solvent capable of dissolving or dispersing the p-type organic semiconductor compound, the n-type semiconductor compound, and the inorganic nanoparticles. For example, aromatic hydrocarbons such as chlorobenzene or orthodichlorobenzene; alicyclic hydrocarbons such as cyclopentane, cyclohexane, methylcyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, tetralin or decalin; lower alcohols such as methanol, ethanol or propanol Aliphatic ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, cyclopentanone or cyclohexanone; Aromatic ketones such as acetophenone or propiophenone; Esters such as ethyl acetate, butyl acetate or methyl lactate; Chloroform, methylene chloride, dichloroethane, Examples thereof include halogenated hydrocarbons such as trichloroethane and trichloroethylene; ethers such as ethyl ether, tetrahydrofuran or dioxane; and amides such as dimethylformamide or dimethylacetamide.

また、溶媒は1種の溶媒を単独で用いてもよいし、任意の2種以上の溶媒を任意の比率で併用してもよい。2種以上の溶媒を併用する場合、常圧下での沸点が60℃以上150℃以下である低沸点溶媒と、常圧下での沸点が180℃以上250℃以下である高沸点溶媒とを組み合わせることが好ましい。例えば、高沸点溶媒としてはテトラリン、デカリン、又はアセトフェノン等が挙げられ、低沸点溶媒としてはトルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、又はエチルメチルケトン等が挙げられる。このように高沸点溶媒と低沸点溶媒とを組み合わせて用いる場合、活性層を成膜する際に、揮発性のより低い高沸点溶媒がゆっくりと揮発することにより、半導体化合物の組織化が促進され、相分離構造が最適化されうる。また、環境負荷の観点から、これらの高沸点溶媒及び低沸点溶媒は非ハロゲン系溶媒であることが好ましい。 As the solvent, one kind of solvent may be used alone, or any two or more kinds of solvents may be used in combination at any ratio. When two or more kinds of solvents are used in combination, a low boiling point solvent having a boiling point of 60° C. to 150° C. under normal pressure and a high boiling point solvent having a boiling point of 180° C. to 250° C. under normal pressure are combined. Is preferred. For example, the high boiling point solvent may be tetralin, decalin, acetophenone or the like, and the low boiling point solvent may be toluene, xylene, tetrahydrofuran, ethyl methyl ketone or the like. When a high-boiling solvent and a low-boiling solvent are used in combination as described above, when the active layer is formed, the low-volatility high-boiling solvent is slowly volatilized to promote the organization of the semiconductor compound. , The phase separation structure can be optimized. Further, from the viewpoint of environmental load, it is preferable that the high boiling point solvent and the low boiling point solvent are non-halogenated solvents.

また、上述の通り、活性層103中において、無機ナノ粒子を適度に均一に存在させるためには、分散剤を含有する活性層用組成物を塗布して活性層103を形成することが好ましい。特に、酸化亜鉛、酸化チタン等のナノ粒子は親水性を示すために、これらの粒子を無極性溶媒へ分散させる場合は、分散剤等で表面修飾を行うことが好ましい。あるいは粒子合成の際にこれらの粒子へ直接有機鎖を修飾させてもよい。分散剤として、例えば、水酸基やカルボキシル基、アミン基などを含む分散剤を用いることが好ましい。また、該活性層用組成物を加熱撹拌や超音波処理することにより、塗布後の活性層中の無機ナノ粒子を適度に均一にすることができる。また、活性層用組成物に対して、ビーズミル又はジェットミル等を用いることにより、無機ナノ粒子を活性層中に適度に均一化することができる。 Further, as described above, in order to allow the inorganic nanoparticles to be present in the active layer 103 in a reasonably uniform manner, it is preferable to apply the active layer composition containing a dispersant to form the active layer 103. In particular, since nanoparticles of zinc oxide, titanium oxide, etc. exhibit hydrophilicity, when these particles are dispersed in a nonpolar solvent, it is preferable to carry out surface modification with a dispersant or the like. Alternatively, these particles may be directly modified with an organic chain during particle synthesis. As the dispersant, for example, a dispersant containing a hydroxyl group, a carboxyl group, an amine group or the like is preferably used. Further, by heating and stirring or ultrasonically treating the composition for active layer, the inorganic nanoparticles in the active layer after coating can be appropriately homogenized. Further, by using a bead mill, a jet mill or the like for the active layer composition, the inorganic nanoparticles can be appropriately homogenized in the active layer.

活性層形成用組成物は、p型有機半導体化合物を含む溶液、n型半導体化合物を含む溶液、及び無機ナノ粒子を含む分散液と、をそれぞれ調製した後に混合して作製してもよいし、1種以上の溶媒に、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子を同時に溶解又は分散させて調製し作製してもよい。また、あらかじめ無機ナノ粒子と、分散剤を含む無機ナノ粒子分散液を用意しておき、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物とを含む液に、当該分散液を加えて活性層用組成物を調製することが好ましい。なお、無機ナノ粒子分散液は、市販品を使用することもできる。例えば、ZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)、NANOBYKR―3842(ビックケミー社製)、RTIT15WT%−GO(シーアイ化成社製)などが挙げられる。 The composition for forming an active layer may be prepared by mixing a solution containing a p-type organic semiconductor compound, a solution containing an n-type semiconductor compound, and a dispersion containing inorganic nanoparticles, and then mixing them. The p-type organic semiconductor compound, the n-type semiconductor compound, and the inorganic nanoparticles may be dissolved or dispersed at the same time in one or more kinds of solvents to prepare them. In addition, an inorganic nanoparticle dispersion liquid containing inorganic nanoparticles and a dispersant is prepared in advance, and the dispersion liquid is added to a liquid containing a p-type organic semiconductor compound and an n-type semiconductor compound to form an active layer composition. It is preferable to prepare the product. A commercially available product may be used as the inorganic nanoparticle dispersion liquid. Examples thereof include ZNT15WT%-G0 (manufactured by CI Kasei), NANOBYKR-3842 (manufactured by BYK Chemie), RTIT15WT%-GO (manufactured by CI Kasei), and the like.

なお、活性層形成用組成物中の各化合物の割合は特段の制限はなく、所望の活性層103の組成に合わせて任意で選択すればよい。 The ratio of each compound in the active layer forming composition is not particularly limited and may be arbitrarily selected according to the desired composition of the active layer 103.

<1−4.バッファ層(下部バッファ層102、上部バッファ層104)>
上述の通り、本実施形態に係る光電変換素子は、下部電極101と活性層103との間、及び上部電極105と活性層103との間に、それぞれバッファ層を有する。なお、本発明においては、便宜上、下部電極101と活性層103との間のバッファ層102を下部バッファ層と称する場合があり、上部電極105と活性層103との間のバッファ層104を上部バッファ層と称す場合がある。
<1-4. Buffer layer (lower buffer layer 102, upper buffer layer 104)>
As described above, the photoelectric conversion element according to this embodiment has the buffer layer between the lower electrode 101 and the active layer 103 and between the upper electrode 105 and the active layer 103, respectively. In the present invention, for convenience, the buffer layer 102 between the lower electrode 101 and the active layer 103 may be referred to as a lower buffer layer, and the buffer layer 104 between the upper electrode 105 and the active layer 103 may be referred to as an upper buffer layer. Sometimes referred to as a layer.

バッファ層102及び104は、正孔取り出し層又は電子取り出し層である。正孔取り出し層とは、有機活性層103で発生した正孔の輸送効率を向上させる機能を有する層であり、電子取り出し層は、有機活性層103で発生した電子の輸送効率を向上させる機能を有する層である。そのため、アノードと活性層との間のバッファ層は、正孔取り出し層であることが好ましく、カソードと活性層との間のバッファ層は電子取り出し層であることが好ましい。具体的に、上部電極105がアノードであり、下部電極104がカソードである場合、上部バッファ層104を正孔取り出し層とし、下部バッファ層102を電子取り出し層とすることが好ましく、上部電極105がカソードであり、下部電極104がアノードである場合、上部バッファ層104を電子取り出し層とし、下部バッファ層102を正孔取り出し層とすることが好ましい。 The buffer layers 102 and 104 are hole extraction layers or electron extraction layers. The hole extraction layer is a layer having a function of improving transport efficiency of holes generated in the organic active layer 103, and the electron extraction layer has a function of improving transport efficiency of electrons generated in the organic active layer 103. It is a layer that has. Therefore, the buffer layer between the anode and the active layer is preferably a hole extraction layer, and the buffer layer between the cathode and the active layer is preferably an electron extraction layer. Specifically, when the upper electrode 105 is an anode and the lower electrode 104 is a cathode, it is preferable that the upper buffer layer 104 be a hole extraction layer and the lower buffer layer 102 be an electron extraction layer. When it is a cathode and the lower electrode 104 is an anode, it is preferable that the upper buffer layer 104 is an electron extraction layer and the lower buffer layer 102 is a hole extraction layer.

なお、下部バッファ層102及び上部バッファ層104は、必須の構成部材ではなく、任意で設ければよい。また、どちらか一方のバッファ層のみを有していてもよい。しかしながら、本発明においては、以下の理由により、下部バッファ層が電子取り出し層であることが好ましい。本発明において、無機ナノ粒子は、活性層103中において極力均一に存在するように分散させているが、一般的に、無機ナノ粒子は有機物に比べて比重が高いために、分散性の良い塗布液を用いても、有機活性層中において、下部バッファ層側に存在し、下部バッファ層とコンタクトする無機ナノ粒子が多くなる傾向にある。そのため、下部バッファ層が正孔取り出し層の場合、電子輸送性を有する無機ナノ粒子と、正孔取り出し機能を有する正孔取り出し層とがオーミックな接触を取ることがあり、その結果、リーク電流が増大してしまう可能性がある。一方、下部バッファ層が電子取り出し層の場合、電子輸送性を示す無機ナノ粒子とコンタクトしても、オーミックな接触は形成しないためリーク電流を増大させるのを抑えることができる。この理由により、下部バッファ層は電子取り出し層であることが好ましい。 The lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 are not essential constituent members and may be provided arbitrarily. Further, it may have only one of the buffer layers. However, in the present invention, the lower buffer layer is preferably the electron extraction layer for the following reasons. In the present invention, the inorganic nanoparticles are dispersed so as to be present in the active layer 103 as uniformly as possible. Generally, since the inorganic nanoparticles have a higher specific gravity than organic substances, coating with good dispersibility is possible. Even if the liquid is used, the number of inorganic nanoparticles existing on the lower buffer layer side and in contact with the lower buffer layer in the organic active layer tends to increase. Therefore, when the lower buffer layer is a hole extraction layer, the inorganic nanoparticles having an electron transporting property may make ohmic contact with the hole extraction layer having a hole extraction function, and as a result, the leakage current It may increase. On the other hand, when the lower buffer layer is an electron extraction layer, ohmic contact is not formed even if the lower buffer layer contacts with the electron transporting inorganic nanoparticles, so that increase of the leak current can be suppressed. For this reason, the lower buffer layer is preferably an electron extraction layer.

電子取り出し層の材料は、活性層103からカソードへ電子の取り出し効率を向上させる材料であれば特段の制限はないが、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。 The material of the electron extraction layer is not particularly limited as long as it is a material that improves the extraction efficiency of electrons from the active layer 103 to the cathode, and an inorganic compound or an organic compound can be used.

無機化合物の例としては、Li、Na、K又はCs等のアルカリ金属の塩;酸化チタン(TiOx)や酸化亜鉛(ZnO)のようなn型半導体酸化物等が挙げられる。なかでも、アルカリ金属の塩としては、LiF、NaF、KF又はCsFのようなフッ化物塩が好ましく、n型半導体酸化物としては、酸化亜鉛(ZnO)が好ましい。このような材料の動作機構は不明であるが、Al等で構成されるカソードと組み合わされた際にカソードの仕事関数を小さくし、太陽電池素子内部に印加される電圧を上げる事が考えられる。 Examples of the inorganic compound include salts of alkali metals such as Li, Na, K, and Cs; n-type semiconductor oxides such as titanium oxide (TiOx) and zinc oxide (ZnO). Among them, the alkali metal salt is preferably a fluoride salt such as LiF, NaF, KF or CsF, and the n-type semiconductor oxide is preferably zinc oxide (ZnO). Although the operating mechanism of such materials is unknown, it is conceivable to reduce the work function of the cathode and increase the voltage applied to the inside of the solar cell element when combined with the cathode made of Al or the like.

有機化合物の例としては、例えば、トリアリールホスフィンオキシド化合物のようなリン原子と第16族元素との二重結合を有するホスフィン化合物;バソキュプロイン(BCP)又はバソフェナントレン(Bphen)のような、置換基を有してもよく、1位及び10位がヘテロ原子で置き換えられていてもよいフェナントレン化合物;トリアリールホウ素のようなホウ素化合物;(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(Alq3)のような有機金属酸化物;オキサジアゾール化合物又はベンゾイミダゾール化合物のような、置換基を有していてもよい1又は2の環構造を有する化合物;ナフタレンテトラカルボン酸無水物(NTCDA)又はペリレンテトラカルボン酸無水物(PTCDA)のような、ジカルボン酸無水物のような縮合ジカルボン酸構造を有する芳香族化合物等が挙げられる。 Examples of the organic compound include a phosphine compound having a double bond between a phosphorus atom and a Group 16 element such as a triarylphosphine oxide compound; a substituent such as bathocuproine (BCP) or bathophenanthrene (Bphen) A phenanthrene compound in which 1- and 10-positions may be substituted with heteroatoms; a boron compound such as triarylboron; an organometallic such as (8-hydroxyquinolinato)aluminum (Alq3) Oxide; Compound having 1 or 2 ring structure which may have a substituent, such as oxadiazole compound or benzimidazole compound; naphthalenetetracarboxylic acid anhydride (NTCDA) or perylenetetracarboxylic acid anhydride Examples thereof include aromatic compounds having a condensed dicarboxylic acid structure such as dicarboxylic acid anhydrides such as (PTCDA).

電子取り出し層は、上述のような化合物を用いて形成することができるが、電子取り出し障壁を小さくするために、電子取り出し層は、活性層中の無機ナノ粒子を構成する化合物と同じ化合物を含有することが好ましい。例えば、無機ナノ粒子が金属酸化物により構成されている場合、電子取り出し層も無機ナノ粒子を構成する金属酸化物と同じ金属酸化物を含有していることが好ましい。なお、この場合、電子取り出し層が含有する金属酸化物は金属元素によりドープされていてもよい。特に、無機ナノ粒子が酸化亜鉛により構成され、電子取り出し層が酸化亜鉛を含有していることが好ましい。 The electron extraction layer can be formed by using the compound as described above, but in order to reduce the electron extraction barrier, the electron extraction layer contains the same compound as the compound constituting the inorganic nanoparticles in the active layer. Preferably. For example, when the inorganic nanoparticles are composed of a metal oxide, it is preferable that the electron extraction layer also contains the same metal oxide as the metal oxide forming the inorganic nanoparticles. In this case, the metal oxide contained in the electron extraction layer may be doped with a metal element. In particular, it is preferable that the inorganic nanoparticles are made of zinc oxide and the electron extraction layer contains zinc oxide.

正孔取り出し層の材料に特に限定は無く、活性層103からアノードへの正孔の取り出し効率を向上させることが可能な材料であれば特に限定されない。具体的には、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアセチレン、トリフェニレンジアミン又はポリアニリン等に、スルホン酸及び/又はヨウ素等がドーピングされた導電性ポリマー、スルホニル基を置換基に有するポリチオフェン誘導体、アリールアミン等の導電性有機化合物、酸化銅、酸化ニッケル、酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化バナジウム又は酸化タングステン等の金属酸化物、ナフィオン、後述のp型半導体等が挙げられる。その中でも好ましくは、スルホン酸をドーピングした導電性ポリマーであり、より好ましくは、ポリチオフェン誘導体にポリスチレンスルホン酸をドーピングした(3,4−エチレンジオキシチオフェン)ポリ(スチレンスルホン酸)(PEDOT:PSS)である。また、金、インジウム、銀又はパラジウム等の金属等の薄膜も使用することができる。金属等の薄膜は、単独で形成してもよいし、上記の有機材料と組み合わせて用いることもできる。 The material of the hole extraction layer is not particularly limited, and is not particularly limited as long as it is a material that can improve the extraction efficiency of holes from the active layer 103 to the anode. Specifically, polythiophene, polypyrrole, polyacetylene, triphenylenediamine, polyaniline, or the like, a conductive polymer doped with sulfonic acid and/or iodine, a polythiophene derivative having a sulfonyl group as a substituent, or a conductive organic material such as arylamine Examples thereof include compounds, metal oxides such as copper oxide, nickel oxide, manganese oxide, molybdenum oxide, vanadium oxide and tungsten oxide, Nafion, and p-type semiconductors described later. Among them, a conductive polymer doped with sulfonic acid is preferable, and more preferably, (3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonic acid) obtained by doping polystyrenesulfonic acid in a polythiophene derivative (PEDOT:PSS). Is. Further, a thin film of a metal such as gold, indium, silver or palladium can also be used. The thin film of metal or the like may be formed alone or may be used in combination with the above organic material.

下部バッファ層102及び上部バッファ層104の膜厚は、それぞれ、通常0.1nm以上である。一方、通常400nm以下、好ましくは200nm以下である。各バッファ層の膜厚が上記の範囲内であれば、活性層103から電荷が取り出し易くなり、光電変換効率が向上しうる。 The film thickness of each of the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104 is usually 0.1 nm or more. On the other hand, it is usually 400 nm or less, preferably 200 nm or less. When the film thickness of each buffer layer is within the above range, electric charges can be easily taken out from the active layer 103, and the photoelectric conversion efficiency can be improved.

下部バッファ層102及び上部バッファ層104の形成方法に制限はない。例えば、昇華性を有する材料を用いる場合は真空蒸着法等により形成することができる。また、例えば、溶媒に可溶な材料を用いる場合は、スピンコート法やインクジェット法等の湿式塗布法等により形成することができる。 There is no limitation on the method of forming the lower buffer layer 102 and the upper buffer layer 104. For example, when a sublimable material is used, it can be formed by a vacuum vapor deposition method or the like. Further, for example, when a material soluble in a solvent is used, it can be formed by a wet coating method such as a spin coating method or an inkjet method.

なお、バッファ層を塗布法により形成する場合、塗布液にさらに界面活性剤を含有させてもよい。界面活性剤の使用により、微小な泡若しくは異物等の付着による凹み及び/又は乾燥工程での塗布むら等の発生が抑制される。界面活性剤としては、公知の界面活性剤(カチオン系界面活性剤、アニオン系界面活性剤、ノニオン系界面活性剤)を用いることができる。なかでも、ケイ素系界面活性剤、アセチレンジオール系界面活性剤又はフッ素系界面活性剤が好ましい。なお、界面活性剤としては1種のみを用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。 When the buffer layer is formed by the coating method, the coating liquid may further contain a surfactant. The use of the surfactant suppresses the occurrence of dents due to the adhesion of fine bubbles or foreign matter and/or uneven coating in the drying process. As the surfactant, known surfactants (cationic surfactant, anionic surfactant, nonionic surfactant) can be used. Of these, a silicon-based surfactant, an acetylene diol-based surfactant or a fluorine-based surfactant is preferable. As the surfactant, only one kind may be used, or two or more kinds may be used in optional combination and ratio.

<1−5.光電変換素子の製造方法>
図1に示される構成を有する光電変換素子107は、各層について説明した上述の方法に従い、素子基板106上に、下部電極101、下部バッファ層102、活性層103、上部バッファ層104、及び上部電極105を順次積層することにより作製することができる。
<1-5. Method for manufacturing photoelectric conversion element>
In the photoelectric conversion element 107 having the configuration shown in FIG. 1, the lower electrode 101, the lower buffer layer 102, the active layer 103, the upper buffer layer 104, and the upper electrode are formed on the element substrate 106 according to the method described above for each layer. It can be manufactured by sequentially stacking 105.

下部電極101及び上部電極105を積層した後に、光電変換素子を通常50℃以上、好ましくは80℃以上、一方、通常300℃以下、好ましくは280℃以下、より好ましくは250℃以下の温度範囲において、加熱することが好ましい(この工程をアニーリング処理工程と称する)。 After stacking the lower electrode 101 and the upper electrode 105, the photoelectric conversion element is usually heated to 50° C. or higher, preferably 80° C. or higher, while usually 300° C. or lower, preferably 280° C. or lower, more preferably 250° C. or lower. It is preferable to heat (this step is called an annealing treatment step).

アニーリング処理工程を50℃以上の温度で行うことは、光電変換素子の各層間の密着性、例えば、下部バッファ層102と下部電極101及び/又は下部バッファ層102と活性層103の密着性が向上する効果が得られるため、好ましい。各層間の密着性が向上することにより、光電変換素子の熱安定性や耐久性等が向上し得る。また、アニーリング処理工程により、活性層の自己組織化が促進され得る。アニーリング処理工程の温度を300℃以下にすることは、活性層103内の有機化合物が熱分解する可能性が低くなるため、好ましい。アニーリング処理工程においては、上記の温度範囲内で段階的な加熱を行ってもよい。 Performing the annealing process at a temperature of 50° C. or higher improves the adhesion between the layers of the photoelectric conversion element, for example, the adhesion between the lower buffer layer 102 and the lower electrode 101 and/or the lower buffer layer 102 and the active layer 103. This is preferable because the effect of By improving the adhesiveness between the layers, the thermal stability and durability of the photoelectric conversion element can be improved. Also, the annealing process may promote self-assembly of the active layer. It is preferable to set the temperature of the annealing treatment step to 300° C. or lower because the organic compound in the active layer 103 is less likely to be thermally decomposed. In the annealing process, stepwise heating may be performed within the above temperature range.

加熱する時間としては、通常1分以上、好ましくは3分以上、一方、通常3時間以下、好ましくは1時間以下である。アニーリング処理工程は、太陽電池性能のパラメータである開放電圧、短絡電流及びフィルファクターが一定の値になったところで終了させることが好ましい。また、アニーリング処理工程は、常圧下、かつ不活性ガス雰囲気中で実施することが好ましい。 The heating time is usually 1 minute or longer, preferably 3 minutes or longer, while it is usually 3 hours or shorter, preferably 1 hour or shorter. It is preferable to terminate the annealing treatment step when the open circuit voltage, the short circuit current and the fill factor, which are the parameters of the solar cell performance, become constant. In addition, the annealing treatment step is preferably performed under normal pressure and in an inert gas atmosphere.

加熱する方法としては、ホットプレート等の熱源に光電変換素子を載せてもよいし、オーブン等の加熱雰囲気中に光電変換素子を入れてもよい。また、加熱はバッチ式で行っても連続方式で行ってもよい。 As a method of heating, the photoelectric conversion element may be placed on a heat source such as a hot plate, or the photoelectric conversion element may be placed in a heating atmosphere such as an oven. The heating may be performed in a batch system or a continuous system.

本発明に係る光電変換素子を構成する各層は、特段の制限はなく、シート・ツー・シート(枚葉)方式、又はロール・ツー・ロール方式で形成することができる。 Each layer constituting the photoelectric conversion element according to the present invention is not particularly limited and can be formed by a sheet-to-sheet (sheet-fed) method or a roll-to-roll method.

<2.太陽電池>
上述の実施形態に係る光電変換素子は、太陽電池、なかでも、シースルー型の有機薄膜太陽電池の太陽電池素子として使用されることが好ましい。なお、太陽電池は図2に示すように光電変換素子以外の構成を有していてもよい。
<2. Solar cell>
The photoelectric conversion element according to the above-described embodiment is preferably used as a solar cell element, particularly a see-through type organic thin-film solar cell solar cell element. The solar cell may have a configuration other than the photoelectric conversion element as shown in FIG.

図2は、本発明の一実施形態としての薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。図2に示すように、本実施形態の薄膜太陽電池14は、対候性保護フィルム1と、紫外線カットフィルム2と、ガスバリアフィルム3と、ゲッター材フィルム4と、封止材5と、光電変換素子6と、封止材7と、ゲッター材フィルム8と、ガスバリアフィルム9と、バックシート10とをこの順に備える。そして、薄膜太陽電池は、通常、耐候性保護フィルム1が形成された側(図中下方)から光が照射されて、光電変換素子6が発電する。なお、薄膜太陽電池は、これらの構成部材を全て有する必要はなく、各構成部材を任意で選択して設ければよい。 FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the thin film solar cell as one embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the thin-film solar cell 14 of the present embodiment includes a weather-resistant protective film 1, an ultraviolet ray blocking film 2, a gas barrier film 3, a getter material film 4, a sealing material 5, and photoelectric conversion. The element 6, the sealing material 7, the getter material film 8, the gas barrier film 9, and the back sheet 10 are provided in this order. Then, in the thin-film solar cell, light is normally irradiated from the side (lower side in the drawing) on which the weather resistant protective film 1 is formed, and the photoelectric conversion element 6 generates power. The thin-film solar cell does not have to have all of these constituent members, and each constituent member may be arbitrarily selected and provided.

薄膜太陽電池を構成するこれらの構成部材及びその製造方法について特段の制限はなく、周知技術を用いることができる。例えば、国際公開第2011/016430号又は日本国特開2012−191194号公報等の公知文献に記載のものを使用することができる。 There is no particular limitation on these constituent members constituting the thin-film solar cell and the manufacturing method thereof, and well-known techniques can be used. For example, those described in publicly known documents such as International Publication No. 2011/016430 or Japanese Patent Laid-Open No. 2012-191194 can be used.

本発明に係る太陽電池、特に上述した薄膜太陽電池14の用途に特段の制限はなく、任意の用途に用いることができる。例えば、建材用太陽電池、自動車用太陽電池、宇宙機用太陽電池、家電用太陽電池、携帯電話用太陽電池又は玩具用太陽電池等が挙げられる。 The use of the solar cell according to the present invention, particularly the above-mentioned thin-film solar cell 14 is not particularly limited and can be used for any application. For example, solar cells for building materials, solar cells for automobiles, solar cells for space machines, solar cells for home appliances, solar cells for mobile phones, solar cells for toys, and the like.

本発明に係る太陽電池、特に薄膜太陽電池はそのまま用いてもよいし、例えば基材上に太陽電池を設置して太陽電池モジュールとして用いてもよい。例えば、図3に示すように、基材12上に薄膜太陽電池14を備えた太陽電池モジュール13として、使用場所に設置して用いることができる。基材12については、周知技術を用いることができ、例えば、国際公開第2011/016430号又は日本国特開2012−191194号公報等に記載のものを用いることができる。例えば、基材12として建材用板材を使用する場合、この板材の表面に薄膜太陽電池14を設けることにより、太陽電池モジュール13として太陽電池パネルを作製することができる。 The solar cell according to the present invention, particularly the thin-film solar cell, may be used as it is, or may be used as a solar cell module by installing the solar cell on a substrate, for example. For example, as shown in FIG. 3, a solar cell module 13 having a thin film solar cell 14 on a base material 12 can be installed and used at a place of use. A well-known technique can be used for the base material 12, and for example, those described in International Publication No. 2011/016430 or Japanese Patent Laid-Open No. 2012-191194 can be used. For example, when a plate material for building materials is used as the base material 12, a solar cell panel can be manufactured as the solar cell module 13 by providing the thin film solar cell 14 on the surface of the plate material.

以下に、実施例により本発明の実施形態を説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、これらに限定されるものではない。本実施例に記載の項目は以下の方法によって測定した。 The embodiments of the present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these as long as the gist thereof is not exceeded. The items described in this example were measured by the following methods.

(重量平均分子量及び数平均分子量の測定方法)
ポリスチレン換算の重量平均分子量(Mw)及び数平均分子量(Mn)は、ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)により求めた。分子量分布(PDI)は、Mw/Mnを表す。
(Measurement method of weight average molecular weight and number average molecular weight)
The polystyrene-equivalent weight average molecular weight (Mw) and number average molecular weight (Mn) were determined by gel permeation chromatography (GPC). Molecular weight distribution (PDI) represents Mw/Mn.

ゲル浸透クロマトグラフィー(GPC)測定は以下の条件で行った。
カラム:PolymerLaboratories GPC用カラム(PLgel MIXED−B 10μm,内径7.5mm,長さ30cm)を2本直列に接続して使用 ポンプ:LC−10AT(島津製作所社製) オーブン:CTO−10A(島津製作所社製)
検出器:示差屈折率検出器(島津製作所社製,RID−10A)及びUV−vis検出器(島津製作所社製,SPD−10A)
サンプル:試料1mgをクロロホルム(200mg)に溶解させた液1μL
移動相:クロロホルム
流速:1.0mL/min
解析:LC−Solution(島津製作所社製)
The gel permeation chromatography (GPC) measurement was performed under the following conditions.
Column: Polymer Laboratories GPC column (PLgel MIXED-B 10 μm, inner diameter 7.5 mm, length 30 cm) used by connecting two in series Pump: LC-10AT (manufactured by Shimadzu Corporation) Oven: CTO-10A (Shimadzu Manufacturing) (Made by the company)
Detector: Differential refractive index detector (RID-10A manufactured by Shimadzu Corporation) and UV-vis detector (SPD-10A manufactured by Shimadzu Corporation)
Sample: 1 μL of a solution prepared by dissolving 1 mg of sample in chloroform (200 mg)
Mobile phase: Chloroform Flow rate: 1.0 mL/min
Analysis: LC-Solution (manufactured by Shimadzu Corporation)

(光電変換素子の評価)
光電変換素子に4mm角のメタルマスクを付け、照射光源としてエアマス(AM)1.5G、放射照度100mW/cm2のソーラシミュレータを用い、ソースメーター(ケイスレー社製,2400型)により、ITO電極と銀電極との間における電流−電圧特性を測定した。この測定結果から、開放電圧Voc(V)、短絡電流密度Jsc(mA/cm2)、形状因子FF、光電変換効率PCE(%)を算出した。
(Evaluation of photoelectric conversion element)
A 4 mm square metal mask is attached to the photoelectric conversion element, a solar simulator with an air mass (AM) of 1.5 G and an irradiance of 100 mW/cm 2 is used as an irradiation light source, and an ITO electrode and silver are used with a source meter (Kathley, 2400 type). The current-voltage characteristics between the electrodes were measured. From this measurement result, the open circuit voltage Voc (V), the short circuit current density Jsc (mA/cm2), the form factor FF, and the photoelectric conversion efficiency PCE (%) were calculated.

ここで、開放電圧Vocとは電流値=0(mA/cm2)の際の電圧値であり、短絡電流密度Jscとは電圧値=0(V)の際の電流密度である。形状因子FFとは内部抵抗を表すファクターであり、最大出力をPmaxとすると次式で表される。
FF = Pmax/(Voc×Jsc)
また、光電変換効率PCEは、入射エネルギーをPinとすると次式で与えられる。
PCE = (Pmax/Pin)×100
= (Voc×Jsc×FF/Pin)×100
Here, the open circuit voltage Voc is a voltage value when the current value is 0 (mA/cm2), and the short circuit current density Jsc is a current density when the voltage value is 0 (V). The form factor FF is a factor representing the internal resistance, and is represented by the following equation when the maximum output is Pmax.
FF = Pmax/(Voc x Jsc)
Further, the photoelectric conversion efficiency PCE is given by the following equation when the incident energy is Pin.
PCE=(Pmax/Pin)×100
= (Voc x Jsc x FF/Pin) x 100

<合成例1:コポリマー1の合成> <Synthesis Example 1: Synthesis of Copolymer 1>

Figure 0006733455
Figure 0006733455

窒素雰囲気下、50mL二口ナスフラスコに、モノマーとして、公知文献(Organic Letters 2004,6,3381−3384)に記載の方法を参考にして得られた1,3−ジブロモ−5−(n−オクチル)−4H−チエノ[3,4−c]ピロール−4,6−(5H)−ジオン(化合物B1:イミドチオフェンジブロミド),350mg,0.826mmol)、公知文献(Polymer, 1990,31,1379−1383)を参考にして得られた4,4’−ジドデシル−5,5’−ビス(トリメチルスタニル)−2,2’−ビチオフェン(化合物C1)(342mg,0.413mmol)、及びWO2013/180243に記載の方法を参考にして得られた4,4−ビス(2−エチルヘキシル)−2,6−ビス(トリメチルスズ)−ジチエノ[3,2−b:2’,3’−d]シロール(化合物A1)(308mg,0.413mmol)を入れ、さらにテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(28.6mg,3mol%)、トリフェニルホスフィン含有不均一系パラジウム錯体触媒Pd−EnCatTPP30(Aldrich社製,37.2mg,3mol%)、トルエン(24mL)、及びN,N−ジメチルホルムアミド(6mL)を入れ、90℃で1時間、続いて100℃で10時間攪拌した。反応液をトルエンで4倍に希釈して100℃でさらに0.5時間加熱攪拌した後、末端処理として、トリメチル(フェニル)スズ(0.036mL)を加えて100℃で5時間加熱攪拌し、さらにブロモベンゼン(8mL)を加えて100℃で2時間加熱攪拌して、反応溶液をメタノール中に注ぎ、析出した沈殿をろ取した。得られた固体をクロロホルムに溶解させ、ジアミンシリカゲル(Fujiシリシア化学製)を加えて1時間室温で攪拌し、酸性シリカゲルのショートカラムを通した。溶液を濃縮し、クロロホルム/酢酸エチルを溶媒として再結晶を行い、析出した沈殿を濾別することで、目的とするコポリマー1を、収率74%で得た。得られたコポリマー1の重量平均分子量Mwは37,000であり、PDIは2.1であった。 In a 50 mL two-necked eggplant flask under a nitrogen atmosphere, 1,3-dibromo-5-(n-octyl was obtained as a monomer by referring to the method described in a known document (Organic Letters 2004, 6,3381-3384). )-4H-thieno[3,4-c]pyrrole-4,6-(5H)-dione (Compound B1: imidothiophene dibromide), 350 mg, 0.826 mmol), known literature (Polymer, 1990, 31, 1379). -1383), 4,4'-didodecyl-5,5'-bis(trimethylstannyl)-2,2'-bithiophene (Compound C1) (342 mg, 0.413 mmol), and WO2013/ 4,4-bis(2-ethylhexyl)-2,6-bis(trimethyltin)-dithieno[3,2-b:2',3'-d]silole obtained by referring to the method described in 180243. (Compound A1) (308 mg, 0.413 mmol) was added, and tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0) (28.6 mg, 3 mol%) and triphenylphosphine-containing heterogeneous palladium complex catalyst Pd-EnCatTPP30 (Aldrich Co.) were added. (37.2 mg, 3 mol%), toluene (24 mL), and N,N-dimethylformamide (6 mL) were added, and the mixture was stirred at 90°C for 1 hour and subsequently at 100°C for 10 hours. The reaction solution was diluted 4 times with toluene and further heated and stirred at 100° C. for 0.5 hours, and then, as terminal treatment, trimethyl(phenyl)tin (0.036 mL) was added and heated and stirred at 100° C. for 5 hours. Bromobenzene (8 mL) was further added, and the mixture was heated with stirring at 100° C. for 2 hours, the reaction solution was poured into methanol, and the deposited precipitate was collected by filtration. The obtained solid was dissolved in chloroform, diamine silica gel (manufactured by Fuji Silysia Chemical Ltd.) was added, and the mixture was stirred at room temperature for 1 hour and passed through a short column of acidic silica gel. The solution was concentrated, recrystallized with chloroform/ethyl acetate as a solvent, and the deposited precipitate was separated by filtration to obtain the target Copolymer 1 in a yield of 74%. The weight average molecular weight Mw of the obtained copolymer 1 was 37,000 and the PDI was 2.1.

<合成例2:コポリマー2の合成>
窒素雰囲気下、50mL二口ナスフラスコに、モノマーとして、米国特許出願公開第2012/0227812号公報に記載の方法を参考にして得られた3,7−ジ(2−ブロモ−3−ドデシルチオフェン−5−イル)−ナフト[1,2−c:5,6−c]ビス[1,2,5]チアジアゾール(60.0mg,0.066mmol)、特許5698371に記載の方法を参考にして得られた4,8−ビス−[5−(2−ヘキシルデシル)−チオフェン−2−イル]−2,6−ビス(トリメチルスタニル)−ベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(74.7mg,0.067mmol)とを用いて合成を行い、下記式により表される構成単位を含むコポリマー2を得た。得られたコポリマーの2の重量平均分子量Mwは120,000であり、PDIは5.5であった。
<Synthesis Example 2: Synthesis of Copolymer 2>
In a 50 mL two-necked eggplant flask under a nitrogen atmosphere, 3,7-di(2-bromo-3-dodecylthiophene- was obtained as a monomer by referring to the method described in U.S. Patent Application Publication No. 2012/0227812. 5-yl)-naphtho[1,2-c:5,6-c]bis[1,2,5]thiadiazole (60.0 mg, 0.066 mmol), obtained by referring to the method described in Patent 5698371. 4,8-bis-[5-(2-hexyldecyl)-thiophen-2-yl]-2,6-bis(trimethylstannyl)-benzo[1,2-b:4,5-b'] Synthesis was performed using dithiophene (74.7 mg, 0.067 mmol) to obtain a copolymer 2 containing a structural unit represented by the following formula. The weight average molecular weight Mw of 2 of the obtained copolymer was 120,000 and the PDI was 5.5.

Figure 0006733455
Figure 0006733455

<活性層形成用組成物の調製>
(活性層形成用組成物1の作製)
p型有機半導体化合物として合成例1で得られたコポリマー1及びn型半導体化合物としてフラーレン化合物であるPC61BM(フェニルC61酪酸メチルエステル)とPC71BM(フェニルC71酪酸メチルエステル)との混合物を、質量比が1:2となるように混合した。なお、PC61BM及びPC71BMは、Journal of Organic Chemistry,1995,60,532を参照して製造した。この混合物をトルエンとテトラリンとの混合溶媒(体積比9:1)に固形分濃度が4質量%となるように窒素雰囲気中で混合させ、混合物をよく溶解させた溶液を作製した。さらに平均一次粒径15nmの酸化亜鉛ナノ粒子を含む分散液ZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)をトルエンで希釈した分散液を酸化亜鉛ナノ粒子が混合物に対して4質量%となるように溶液に添加した。得られた溶液をホットスターラー上で80℃の温度にて1時間攪拌混合した。攪拌混合後の溶液を1μmのポリテトラフルオロエチレン(PTFE)フィルターで濾過することにより、活性層形成用組成物1を得た。なお、サイクリックボルタンメトリーより測定したn型半導体化合物であるPC61BM(フェニルC61酪酸メチルエステル)とPC71BM(フェニルC71酪酸メチルエステル)との混合物のLUMOエネルギー準位は−3.8eVであった。
<Preparation of active layer forming composition>
(Preparation of active layer-forming composition 1)
A copolymer 1 obtained as a synthetic example 1 as a p-type organic semiconductor compound and a mixture of PC61BM (phenyl C61 butyric acid methyl ester) and PC71BM (phenyl C71 butyric acid methyl ester), which are fullerene compounds as n-type semiconductor compounds, have a mass ratio of The mixture was mixed at a ratio of 1:2. In addition, PC61BM and PC71BM were manufactured with reference to Journal of Organic Chemistry, 1995, 60, 532. This mixture was mixed in a mixed solvent of toluene and tetralin (volume ratio 9:1) in a nitrogen atmosphere so that the solid content concentration was 4% by mass to prepare a solution in which the mixture was well dissolved. Furthermore, a dispersion liquid containing a zinc oxide nanoparticle having an average primary particle diameter of 15 nm ZNT15WT%-G0 (manufactured by CI Kasei Co., Ltd.) was diluted with toluene to prepare a dispersion liquid in which the zinc oxide nanoparticle was 4% by mass with respect to the mixture. Was added to. The obtained solution was stirred and mixed on a hot stirrer at a temperature of 80° C. for 1 hour. The solution after stirring and mixing was filtered with a 1 μm polytetrafluoroethylene (PTFE) filter to obtain an active layer forming composition 1. The LUMO energy level of a mixture of PC61BM (phenyl C61 butyric acid methyl ester) and PC71BM (phenyl C71 butyric acid methyl ester), which are n-type semiconductor compounds, measured by cyclic voltammetry was -3.8 eV.

Figure 0006733455
Figure 0006733455

(活性層形成用組成物2の作製)
ZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)の代わりに、平均一次粒径100nm以下の酸化亜鉛ナノ粒子(Sigma−Aldrich社製、544906)を、固形分に対する酸化亜鉛ナノ粒子割合が4質量%となるように添加した以外は、活性層形成用組成物1と同様の方法により活性層形成用組成物2を作製した。なお、酸化亜鉛の伝導帯底のエネルギーは−4.0eVである。
(Preparation of active layer forming composition 2)
Instead of ZNT15WT%-G0 (manufactured by SI Kasei Co., Ltd.), zinc oxide nanoparticles having an average primary particle size of 100 nm or less (544-906 manufactured by Sigma-Aldrich) have a zinc oxide nanoparticle ratio of 4 mass% based on the solid content. An active layer forming composition 2 was prepared in the same manner as the active layer forming composition 1 except that the above components were added. The energy of the bottom of the conduction band of zinc oxide is -4.0 eV.

(活性層形成用組成物3の作製)
ZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)の代わりに、平均一次粒径15nmの酸化亜鉛ナノ粒子(関東電化工業社製)を、固形分に対する酸化亜鉛ナノ粒子割合が4質量%となるように添加した以外は、活性層形成用組成物1と同様の方法により活性層形成用組成物3を作製した。
(Preparation of active layer forming composition 3)
Instead of ZNT15WT%-G0 (manufactured by SI Kasei Co., Ltd.), zinc oxide nanoparticles having an average primary particle size of 15 nm (manufactured by Kanto Denka Kogyo Co., Ltd.) were added so that the ratio of zinc oxide nanoparticles to solid content was 4% by mass. Except for the above, active layer forming composition 3 was prepared in the same manner as active layer forming composition 1.

(活性層形成用組成物4の作製)
ZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)を添加しなかった以外は、活性層形成用組成物1と同様の方法により活性層形成用組成物4を作製した。
(Preparation of active layer-forming composition 4)
An active layer forming composition 4 was prepared in the same manner as the active layer forming composition 1 except that ZNT15WT%-G0 (manufactured by CI Kasei Co., Ltd.) was not added.

(活性層形成用組成物5の作製)
p型半導体化合物としてコポリマー1の代わりに合成例2により得られたコポリマー2を使用し、さらに、ZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)の代わりに、酸化チタン分散液であるRTIT 15WT%−G0(シーアイ化成社製)を使用した以外は、活性層形成用組成物1と同様の方法により活性層形成用組成物5を作製した。なお、酸化チタンの伝導帯底のエネルギーは−4.2eVである。
(Preparation of active layer forming composition 5)
As the p-type semiconductor compound, the copolymer 2 obtained in Synthesis Example 2 was used instead of the copolymer 1, and the titanium oxide dispersion RTIT 15WT%-G0 was used instead of ZNT15WT%-G0 (manufactured by CI Kasei). An active layer-forming composition 5 was prepared in the same manner as the active layer-forming composition 1 except that (CI Chemicals) was used. The energy of the bottom of the conduction band of titanium oxide is -4.2 eV.

(活性層形成用組成物6の作製)
RTIT 15WT%−G0(シーアイ化成社製)を添加しなかった以外は、活性層形成用組成物5と同様の方法により活性層形成用組成物6を作製した。
(Preparation of active layer forming composition 6)
An active layer forming composition 6 was prepared in the same manner as the active layer forming composition 5 except that RTIT 15WT%-G0 (manufactured by CI Kasei Co., Ltd.) was not added.

<実施例1:太陽電池モジュール1の作製及び評価>
インジウム・スズ酸化物(ITO)/Ag/インジウム・スズ酸化物(ITO)からなる透明導電膜をパターニングしたPEN基板を、アセトンによる超音波洗浄、ついでイソプロパノールによる超音波洗浄の後、窒素ブローでの乾燥及びUV−オゾン処理を行った。
<Example 1: Production and evaluation of solar cell module 1>
A PEN substrate on which a transparent conductive film made of indium tin oxide (ITO)/Ag/indium tin oxide (ITO) was patterned was ultrasonically cleaned with acetone, then ultrasonically cleaned with isopropanol, and then blown with nitrogen. Dried and UV-ozone treated.

アクリル酸亜鉛(和光純薬製)500mgをエタノール(和光純薬製)7.77gに溶解させ、この溶液を1時間撹拌した。その後、この溶液を上記処理を行ったPEN基板の上にワイヤーバーにより塗布した。このPEN基板を150度で5分加熱することにより、電子取り出し層として酸化亜鉛含有層を成膜した。 500 mg of zinc acrylate (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved in 7.77 g of ethanol (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and this solution was stirred for 1 hour. After that, this solution was applied onto the PEN substrate that had been subjected to the above treatment with a wire bar. By heating this PEN substrate at 150° C. for 5 minutes, a zinc oxide-containing layer was formed as an electron extraction layer.

電子取り出し層を成膜した基板上に、上述のように作製した活性層形成用組成物1をワイヤーバーにより塗布することにより活性層を形成した。その後、この基板を140度で5分間加熱した。 The active layer-forming composition 1 prepared as described above was applied onto the substrate having the electron extraction layer formed thereon by a wire bar to form an active layer. Then, the substrate was heated at 140 degrees for 5 minutes.

さらに、活性層上に、PEDOT:PSS分散液をワイヤーバーにより塗布し、正孔取り出し層を形成した。その後、この基板を150度で10分加熱した。 Further, the PEDOT:PSS dispersion liquid was applied onto the active layer with a wire bar to form a hole extraction layer. Then, the substrate was heated at 150 degrees for 10 minutes.

正孔取り出し層を形成した後に、透明電極層として厚さ30nmのIZO膜、次いで8nmの銀膜、さらに40nmのIZO膜を真空スパッタにより順次成膜し、5mmx8.5mmの光電変換素子1を作製した。 After forming the hole extraction layer, an IZO film having a thickness of 30 nm as a transparent electrode layer, a silver film having a thickness of 8 nm, and an IZO film having a thickness of 40 nm are sequentially formed by vacuum sputtering to produce a photoelectric conversion element 1 having a size of 5 mm×8.5 mm. did.

次に、バリア層として厚み0.05mmのポリエチレンテレフタレート基材の一方の面にSiO2をスパッタリングしてバリアフィルムを作成した。続いて、作成したバリアフィルムのSiO2形成面に封止層として厚み0.05mmのオレフィン樹脂を積層した積層体を2つ作製した。次に、これらの積層体を、下から順に、バリア層、封止層、光電変換素子1、封止層、バリア層となるように積層体及び光電変換素子1を重ねて、真空ラミネーター(NPC社製、NLM−270×400)に投入した。最初にラミネーター内部を減圧下で15分間保持した後、積層体を大気圧で圧着状態としつつ、140℃で15分間保持し、その後すぐに室温下まで冷却することで封止された太陽電池モジュール1を製造した。 Next, SiO 2 was sputtered on one surface of a polyethylene terephthalate substrate having a thickness of 0.05 mm as a barrier layer to form a barrier film. Subsequently, two laminated bodies in which an olefin resin having a thickness of 0.05 mm was laminated as a sealing layer on the SiO 2 formation surface of the produced barrier film were produced. Next, the laminated body and the photoelectric conversion element 1 are stacked in this order from the bottom to form a barrier layer, a sealing layer, a photoelectric conversion element 1, a sealing layer, and a barrier layer, and a vacuum laminator (NPC Manufactured by NLM-270×400). First, the inside of the laminator is held under reduced pressure for 15 minutes, then the laminated body is held at 140° C. for 15 minutes while being pressure-bonded at atmospheric pressure, and immediately thereafter, the solar cell module is cooled down to room temperature. 1 was produced.

このように作製した太陽電池モジュール1を、上述のように電流−電圧特性を測定することにより太陽電池特性を評価した。また、太陽電池モジュール1の耐光性を評価するために、照射光源としてエアマス(AM)1.5G、放射照度100mW/cm2のソーラシミュレータで40時間露光し、露光後の光電変換効率と露光前の光電変換効率の比(維持率)を求めた。得られた結果を表1に示す。
光電変換素子1における活性層中の酸化亜鉛ナノ粒子の分布を調べるために前述のX線光電子分光法(XPS)による分析を行った。なお、X線源にはAl−Kαを用い、Zn2p3/2に由来するピークから酸化亜鉛ナノ粒子の深さ方向分布を求めた。この深さ方向分布のプロファイルから前述の方法により、M1/M2及びM3/M2を算出した。得られた結果を表1に示す。
次に、クロスセクションポリッシャー(日本電子製)により光電変換素子1の断面を加工した後、走査型電子顕微鏡(カールツァイス製、Ultra55)にて2.4mmのワーキングディスタンス、加速電圧2kV、倍率5万倍にて反射電子像を取得し、活性層断面における酸化亜鉛ナノ粒子数密度及び酸化亜鉛ナノ粒子全数に対する長軸長さが10nm以上100nm以下の酸化亜鉛ナノ粒子の存在量を求めた。具体的には、観察された活性層断面において、活性層の幅方向が2μmの範囲に存在する酸化亜鉛ナノ粒子数から酸化亜鉛ナノ粒子の数密度及び長軸長さが10nm以上100nm以下の酸化亜鉛ナノ粒子の存在量を求めた。得られた結果を表1に示す。
The solar cell characteristics of the solar cell module 1 thus manufactured were evaluated by measuring the current-voltage characteristics as described above. Further, in order to evaluate the light resistance of the solar cell module 1, exposure was performed for 40 hours using a solar simulator having an air mass (AM) of 1.5 G and an irradiance of 100 mW/cm 2 as an irradiation light source, and photoelectric conversion efficiency after exposure and before exposure The ratio (maintenance rate) of photoelectric conversion efficiency was obtained. The results obtained are shown in Table 1.
In order to investigate the distribution of zinc oxide nanoparticles in the active layer of the photoelectric conversion element 1, the above-mentioned X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis was performed. Al-Kα was used as the X-ray source, and the depth direction distribution of zinc oxide nanoparticles was determined from the peak derived from Zn2p3/2. From the profile of the distribution in the depth direction, M 1 /M 2 and M 3 /M 2 were calculated by the method described above. The results obtained are shown in Table 1.
Next, after the cross section of the photoelectric conversion element 1 was processed by a cross section polisher (made by JEOL Ltd.), a working distance of 2.4 mm, an acceleration voltage of 2 kV and a magnification of 50,000 were obtained by a scanning electron microscope (made by Carl Zeiss, Ultra55). A backscattered electron image was obtained by multiplying the number of zinc oxide nanoparticles in the cross section of the active layer and the abundance of zinc oxide nanoparticles having a major axis length of 10 nm or more and 100 nm or less with respect to the total number of zinc oxide nanoparticles. Specifically, in the observed cross section of the active layer, from the number of zinc oxide nanoparticles present in the width direction of the active layer to the range of 2 μm, the number density of zinc oxide nanoparticles and the oxidation of the major axis length of 10 nm or more and 100 nm or less. The abundance of zinc nanoparticles was determined. The results obtained are shown in Table 1.

<比較例1:太陽電池モジュール2の作製及び評価>
活性層形成用組成物1の代わりに活性層形成用組成物2を用いた以外は、実施例1と同様の方法により太陽電池モジュール2を作製し、評価を行った。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 1: Preparation and evaluation of solar cell module 2>
A solar cell module 2 was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the active layer forming composition 2 was used in place of the active layer forming composition 1. The results obtained are shown in Table 1.

<比較例2:太陽電池モジュール3の作製及び評価>
活性層形成用組成物1の代わりに活性層形成用組成物3を用いた以外は、実施例1と同様の方法により太陽電池モジュール3を作製し、評価を行った。得られた結果を表1に示す。
<比較例3:太陽電池モジュール4の作製及び評価>
活性層形成用組成物1の代わりに活性層形成用組成物4を用いた以外は、実施例1と同様の方法により太陽電池モジュール4を作製し、評価を行った。得られた結果を表1に示す。
<比較例4:太陽電池モジュール5の作製及び評価>
実施例1と同様の方法で、インジウム・スズ酸化物(ITO)/Ag/インジウム・スズ酸化物(ITO)からなる透明導電膜をパターニングしたPEN基板の上に電子取り出し層として酸化亜鉛含有層を成膜した。その上に平均一次粒径15nmの酸化亜鉛ナノ粒子を含む分散液ZNT15WT%−G0(シーアイ化成社製)を酸化亜鉛ナノ粒子が4質量%になるように希釈した分散液をワイヤーバーにより塗布し、この基板を140度で10分加熱した。その後、この基板の上に活性層形成用組成物1の代わりに活性層形成用組成物4を用いて、2段階の塗布により活性層を形成した以外は、実施例1と同様の方法により太陽電池モジュール4を作製し、評価を行った。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 2: Preparation and evaluation of solar cell module 3>
A solar cell module 3 was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the active layer forming composition 3 was used in place of the active layer forming composition 1. The results obtained are shown in Table 1.
<Comparative Example 3: Preparation and evaluation of solar cell module 4>
A solar cell module 4 was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the active layer forming composition 4 was used in place of the active layer forming composition 1. The results obtained are shown in Table 1.
<Comparative Example 4: Preparation and evaluation of solar cell module 5>
In the same manner as in Example 1, a zinc oxide containing layer was formed as an electron extraction layer on a PEN substrate on which a transparent conductive film made of indium tin oxide (ITO)/Ag/indium tin oxide (ITO) was patterned. A film was formed. A dispersion liquid ZNT15WT%-G0 (manufactured by CI Kasei Co., Ltd.) containing zinc oxide nanoparticles having an average primary particle diameter of 15 nm was diluted to have a zinc oxide nanoparticle content of 4% by mass and applied thereto with a wire bar. The substrate was heated at 140 degrees for 10 minutes. Then, the solar cell was formed in the same manner as in Example 1 except that the active layer-forming composition 4 was used instead of the active layer-forming composition 1 on the substrate to form the active layer by two-step coating. The battery module 4 was produced and evaluated. The results obtained are shown in Table 1.

<実施例2:太陽電池モジュール6の作製及び評価>
活性層形成用組成物1の代わりに活性層形成用組成物5を用いた以外は、実施例1と同様の方法により太陽電池モジュール2を作製し、評価を行った。なお、太陽電池モジュール6の耐光性の評価に関しては、120時間露光して耐光性の評価を行った。得られた結果を表1に示す。
<Example 2: Fabrication and evaluation of solar cell module 6>
A solar cell module 2 was produced and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the active layer forming composition 5 was used in place of the active layer forming composition 1. Regarding the evaluation of the light resistance of the solar cell module 6, the light resistance was evaluated by exposing it for 120 hours. The results obtained are shown in Table 1.

<比較例5:太陽電池モジュール7の作製及び評価>
活性層形成用組成物5の代わりに活性層形成用組成物6を用いた以外は、実施例2と同様の方法により太陽電池モジュール2を作製し、評価を行った。
<Comparative Example 5: Production and evaluation of solar cell module 7>
A solar cell module 2 was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the active layer forming composition 6 was used in place of the active layer forming composition 5.

Figure 0006733455
Figure 0006733455

表1の結果から、活性層中に酸化亜鉛ナノ粒子が含有されていない比較例3に係る太陽電池モジュールに対して、酸化亜鉛ナノ粒子が適度に均一に存在する実施例1に係る太陽電池モジュールは、40時間の光照射後も変換効率の低下が少ないことが確認できる。一方で、比較例1及び2に係る太陽電池モジュールも、活性層中に酸化亜鉛ナノ粒子が含有されているものの、40時間の光照射後に大幅に変換効率が低下している。これは、活性層中において、粒子が凝集して100nmを超える無機ナノ粒子が形成されてしまい、無機ナノ粒子が均一に存在していないために、無機ナノ粒子が導電性パスとして適切に機能しなかったことが原因であると考えられる。また、比較例4に係る太陽電池モジュールは、電子取り出し層側に存在する無機ナノ粒子が多く、濃度勾配ができているために、無機ナノ粒子が適切に導電性パスとして機能せず、40時間後の変換効率が大幅に低下したものと考えられる。また、p型半導体化合物としてコポリマー2を用いた実施例2及び比較例5に係る太陽電池モジュールに関しても、活性層中に酸化チタンナノ粒子が適度に均一に分散された実施例2に係る太陽電池モジュールの120時間後の露光後の変換効率の維持率は、比較例5に係る太陽電池モジュールの120時間後の露光後の変換効率の維持率よりも大きくなっていることが分かる。
以上の結果から、本発明のように、活性層中に適度に均一に無機ナノ粒子が分散していることにより光照射後変換効率の低下の少ない高い耐光性を有する光電変換素子を提供できることが分かる。
From the results of Table 1, the solar cell module according to Example 1 in which the zinc oxide nanoparticles are present in a reasonably uniform manner as compared with the solar cell module according to Comparative Example 3 in which the zinc oxide nanoparticles are not contained in the active layer. It can be confirmed that the decrease in conversion efficiency is small even after 40 hours of light irradiation. On the other hand, also in the solar cell modules according to Comparative Examples 1 and 2, the zinc oxide nanoparticles were contained in the active layer, but the conversion efficiency was significantly reduced after 40 hours of light irradiation. This is because in the active layer, the particles agglomerate to form inorganic nanoparticles of more than 100 nm, and the inorganic nanoparticles do not uniformly exist, so the inorganic nanoparticles function properly as a conductive path. It is considered that the cause was that there was no In addition, in the solar cell module according to Comparative Example 4, since many inorganic nanoparticles existed on the electron extraction layer side and a concentration gradient was formed, the inorganic nanoparticles did not function properly as a conductive path, and thus 40 hours It is probable that the conversion efficiency afterward was significantly reduced. Further, regarding the solar cell modules according to Example 2 and Comparative Example 5 in which the copolymer 2 is used as the p-type semiconductor compound, the solar cell module according to Example 2 in which the titanium oxide nanoparticles are appropriately and uniformly dispersed in the active layer. It can be seen that the maintenance rate of the conversion efficiency after exposure after 120 hours is higher than the maintenance rate of the conversion efficiency after exposure of the solar cell module according to Comparative Example 5 after 120 hours.
From the above results, as in the present invention, it is possible to provide a photoelectric conversion element having high light resistance with little decrease in conversion efficiency after light irradiation due to the reasonably uniformly dispersed inorganic nanoparticles in the active layer. I understand.

101 下部電極
102 下部バッファ層
103 活性層
104 上部バッファ層
105 上部電極
106 素子基板
107 光電変換素子
1 耐候性保護フィルム
2 紫外線カットフィルム
3,9 ガスバリアフィルム
4,8 ゲッター材フィルム
5,7 封止材
6 太陽電池素子
10 バックシート
12 基材
13 太陽電池モジュール
14 薄膜太陽電池
101 Lower Electrode 102 Lower Buffer Layer 103 Active Layer 104 Upper Buffer Layer 105 Upper Electrode 106 Element Substrate 107 Photoelectric Conversion Element 1 Weatherproof Protective Film 2 UV Cut Film 3,9 Gas Barrier Film 4,8 Getter Material Film 5,7 Sealing Material 6 Solar Cell Element 10 Back Sheet 12 Base Material 13 Solar Cell Module 14 Thin Film Solar Cell

Claims (6)

素子基板上に、少なくとも、一対の電極と、該一対の電極間に活性層と、を有し、
前記活性層は、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子と、を含
有し、
前記活性層の上部界面から前記活性層の1/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在量を
、該活性層の1/3の深さから活性層の2/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在量
をM、該活性層の2/3の深さから活性層の下部側界面までの深さにおける前記無機ナ
ノ粒子の存在量をMとした場合に、M/M及びM/Mが、それぞれ0.7以上
1.3以下であり、前記活性層の断面における無機ナノ粒子の数密度が25個/μm
上500個/μm 以下であることを特徴とする光電変換素子。
On the element substrate, at least a pair of electrodes, and an active layer between the pair of electrodes,
The active layer contains a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and inorganic nanoparticles,
The presence amount of the inorganic nanoparticles at the depth of 1/3 of the active layer from the upper interface of the active layer is M 1 , and the inorganic amount at the depth of 1/3 of the active layer to the depth of 2/3 of the active layer is inorganic. When the abundance of the nanoparticles is M 2 , and the abundance of the inorganic nanoparticles at the depth from the 2/3 depth of the active layer to the lower side interface of the active layer is M 3 , M 1 /M 2 and M 3 / M 2 is, der 0.7 to 1.3, respectively is, the number density of the inorganic nanoparticles in the cross section of the active layer is 25 / [mu] m 2 or more
The photoelectric conversion element of the upper 500 / [mu] m 2, characterized in der Rukoto below.
素子基板上に、少なくとも、一対の電極と、該一対の電極間に活性層と、を有し、
前記活性層は、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子と、を含
有し、
前記活性層の上部界面から前記活性層の1/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在量を
、該活性層の1/3の深さから活性層の2/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在量
をM 、該活性層の2/3の深さから活性層の下部側界面までの深さにおける前記無機ナ
ノ粒子の存在量をM とした場合に、M /M 及びM /M が、それぞれ0.7以上
1.3以下であり、前記活性層中の前記無機ナノ粒子総数に対する長軸長さが10nm以
上100nm以下の無機ナノ粒子の割合が70%以上であることを特徴とする電変換素
子。
On the element substrate, at least a pair of electrodes, and an active layer between the pair of electrodes,
The active layer contains a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and inorganic nanoparticles.
Have,
The amount of inorganic nanoparticles present at a depth of 1/3 of the active layer from the upper interface of the active layer was measured.
M 1 , abundance of inorganic nanoparticles from a depth of 1/3 of the active layer to a depth of 2/3 of the active layer
M 2 is the inorganic layer at a depth from the depth of 2/3 of the active layer to the lower interface of the active layer.
M 1 /M 2 and M 3 /M 2 are 0.7 or more, respectively , when the abundance of the nanoparticles is M 3.
Is 1.3 or less, the photoelectric conversion element wherein the proportion of the major axis to the inorganic nanoparticle total number less 100nm or 10nm inorganic nanoparticles of the active layer is 70% or more.
素子基板上に、少なくとも、一対の電極と、該一対の電極間に活性層と、を有し、
前記活性層は、p型有機半導体化合物と、n型半導体化合物と、無機ナノ粒子と、を含
有し、
前記活性層の上部界面から前記活性層の1/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在量を
、該活性層の1/3の深さから活性層の2/3の深さにおける無機ナノ粒子の存在量
をM 、該活性層の2/3の深さから活性層の下部側界面までの深さにおける前記無機ナ
ノ粒子の存在量をM とした場合に、M /M 及びM /M が、それぞれ0.7以上
1.3以下であり、前記n型半導体化合物のLUMOエネルギー準位と前記無機ナノ粒子
の伝導帯底のエネルギー差が1.0eV以下であることを特徴とする電変換素子。
On the element substrate, at least a pair of electrodes, and an active layer between the pair of electrodes,
The active layer contains a p-type organic semiconductor compound, an n-type semiconductor compound, and inorganic nanoparticles.
Have,
The amount of inorganic nanoparticles present at a depth of 1/3 of the active layer from the upper interface of the active layer was measured.
M 1 , abundance of inorganic nanoparticles from a depth of 1/3 of the active layer to a depth of 2/3 of the active layer
M 2 is the inorganic layer at a depth from the depth of 2/3 of the active layer to the lower interface of the active layer.
M 1 /M 2 and M 3 /M 2 are 0.7 or more, respectively , when the abundance of the nanoparticles is M 3.
It is 1.3 or less, the photoelectric conversion element, wherein the energy difference of the conduction band bottom of the LUMO energy level and the inorganic nanoparticles of the n-type semiconductor compound is less than 1.0 eV.
前記無機ナノ粒子が酸化亜鉛又は酸化チタンであることを特徴とする請求項1〜のい
ずれか1項に記載の光電変換素子。
The photoelectric conversion device according to any one of claims 1 to 3, wherein the inorganic nanoparticles are zinc oxide or titanium oxide.
請求項1〜のいずれか1項に記載の光電変換素子を有する太陽電池。 Solar cell having a photoelectric conversion element according to any one of claims 1-4. 請求項に記載の太陽電池を有する太陽電池モジュール。 A solar cell module comprising the solar cell according to claim 5 .
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