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光電変換素子およびその素子を用いた太陽電池

国内特許コード P120007603
整理番号 E079P07-1
掲載日 2012年5月28日
出願番号 特願2011-183531
公開番号 特開2011-258980
登録番号 特許第5435508号
出願日 平成23年8月25日(2011.8.25)
公開日 平成23年12月22日(2011.12.22)
登録日 平成25年12月20日(2013.12.20)
発明者
  • 新実 高明
  • 佐藤 佳晴
  • 中村 栄一
  • 松尾 豊
  • 橋口 昌彦
出願人
  • 国立研究開発法人科学技術振興機構
  • 三菱化学株式会社
発明の名称 光電変換素子およびその素子を用いた太陽電池
発明の概要 【課題】有機材料を用い、開放電圧が高い光電変換素子の提供。
【解決手段】1対の電極、および、1対の電極間に設けられた、下記式(1)または下記式(2)



で表される電子受容体のフラーレン誘導体と、電子供与体の化合物とを含む光電変換素子。
【選択図】なし
従来技術、競合技術の概要


現在、実用化されている太陽電池はシリコンをはじめとする無機材料を用いた光電変換素子を用いた太陽電池である。多結晶シリコンを用いた光電変換素子の製造において、高純度シリコンが不可欠であるが、そのコストは比較的高い。



これに対して、有機材料を用いた光電変換素子は、無機材料を用いた光電変換素子と比べて製造方法が容易なため、製造コストの低減することができる。
有機材料を用いた光電変換素子を含む太陽電池としては、色素増感型太陽電池や有機薄膜型太陽電池と呼ばれている有機半導体材料を用いた太陽電池などがある。しかし、代表的な色素増感型太陽電池で用いられる電解質は主に液体(電解液)なので、その電解液が作用電極と対極のすき間等から漏れ出したり、揮発してしまうという問題が生じ得る。このように、有機材料を用いた光電変換素子は無機材料を用いた光電変換素子に比べて、耐久性に問題があった。



また、有機材料を用い一定の耐久性を有する光電変換素子としては、電子供与体である銅フタロシアニンと電子受容体であるペリレン誘導体を組み合わせた光電変換素子[C.W.Tang著,「Two-Layer organic photovoltaic cell」,Applied Physics Letters,1986年,48巻(非特許文献1)]、電子供与体としてポリフェニレンビニレンとフラーレン誘導体を組み合わせた光電変換素子[G.Yuら著,「Polymer Photovoltaic Cells:Enhanced Efficiencies via a Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions」,Science,1995年,270巻(非特許文献2),特表平8-500701号公報(特許文献1)]がある。



しかしながら、これらの光電変換素子は、無機材料を用いた光電変換素子に比べて開放電圧等が余り高くないという問題があった。

産業上の利用分野


本発明は、光電変換素子およびその素子を用いた太陽電池に関する。具体的には、電子受容体のフラーレン誘導体と、電子供与体の化合物とを含む光電変換素子と、その素子を用いた太陽電池に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
1対の電極、および
1対の電極間に、少なくとも、下記式(1)または下記式(2)
【化1】



(式中、Rはそれぞれ独立して水素原子置換基を有してもよいC~C20アルコキシ基、置換基を有してもよいC~C20アリールオキシ基、置換基を有してもよいアミノ基置換基を有してもよいアルキルチオ基(-SY、式中、Yは置換基を有してもよいC~C20アルキル基を示す。)、または、置換基を有してもよいアリールチオ基(-SY、式中、Yは置換基を有してもよいC~C18アリール基を示す。)であり、Rは水素原子または炭素数1~20の有機基であり、Mは金属原子であり、LはMの配位子であり、nはLの数である。)
で表される電子受容体のフラーレン誘導体と、電子供与体の化合物とが設けられた、光電変換素子。

【請求項2】
1対の電極、および
1対の電極間に設けられた、下記式(1)または下記式(2)
【化2】



(式中、Rはそれぞれ独立して水素原子置換基を有してもよいC~C20アルコキシ基、置換基を有してもよいC~C20アリールオキシ基、置換基を有してもよいアミノ基置換基を有してもよいアルキルチオ基(-SY、式中、Yは置換基を有してもよいC~C20アルキル基を示す。)、または、置換基を有してもよいアリールチオ基(-SY、式中、Yは置換基を有してもよいC~C18アリール基を示す。)であり、Rは水素原子または炭素数1~20の有機基であり、Mは金属原子であり、LはMの配位子であり、nはLの数である。)
で表される電子受容体のフラーレン誘導体と、電子供与体の化合物とを含む混合物からなる混合物層を含む、光電変換素子。

【請求項3】
式(2)中、Mが遷移金属である、請求項1または2に記載の光電変換素子。

【請求項4】
式(2)中、Mが8~10族の遷移金属である、請求項1または2に記載の光電変換素子。

【請求項5】
式(2)中、MがFeまたはRuであり、nが0~5の整数であり、Lが水素原子、ハロゲン原子、アルコキシ基、アルキル基、アルキン基、アルケン基、アリール基、アルキリデン基、ビニリデン基、アレニリデン基、チオラート基、アミド基、ホスフィン基、カルボニル基、ニトリル基、イソニトリル基、イミノ基、アミノ基、ケトン基またはシクロペンタジエニル基である、請求項1または2に記載の光電変換素子。

【請求項6】
電子供与体の化合物が高分子化合物である、請求項1~5のいずれかに記載の光電変換素子。

【請求項7】
電子供与体の化合物が複素環高分子化合物である、請求項1~5のいずれかに記載の光電変換素子。

【請求項8】
電子供与体の化合物がポルフィリン化合物またはフタロシアニン化合物である、請求項1~5のいずれかに記載の光電変換素子。

【請求項9】
電子供与体の化合物がポリチオフェンまたは銅フタロシアニン錯体である、請求項1~5のいずれかに記載の光電変換素子。

【請求項10】
電子受容体のフラーレン誘導体と電子供与体の化合物とを含む混合物が溶解した溶液を塗布することによって混合物層が形成される、請求項2~9のいずれかに記載の光電変換素子。

【請求項11】
電子受容体のフラーレン誘導体と電子供与体の化合物とを蒸着させることによって混合物層が形成される、請求項2~9のいずれかに記載の光電変換素子。

【請求項12】
請求項1~11のいずれかに記載の光電変換素子を含む太陽電池
産業区分
  • 半導体
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 登録
参考情報 (研究プロジェクト等) ERATO 中村活性炭素クラスタープロジェクト 領域
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