(57)【要約】【課題】スプレー塗布により厚膜化が可能な光電変換素子及びこれを用いた太陽電池モジュールを提供すること。【解決手段】光電変換素子１は、上部電極１０と、下部電極２０と、上部電極１０と下部電極２０との間に配置された光電変換層３０を備える。上部電極１０は正極として機能し、下部電極２０は光透過性を有し負極として機能する。光電変換層３０は、図示しない電子受容性材料と、電子供与性材料と、電子受容添加材料を含んでいる。電子受容添加材料としては、キノイド類、Ｎ−ヘテロ環類及びペリレン類から成る群より選ばれた少なくとも１種のものを用いる。  太陽電池モジュールは、このような光電変換素子１を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が光透過性を有する正極及び負極と、この両極間に配置された塗布可能な光電変換層を備える光電変換素子であって、
上記光電変換層が、電子受容性材料と、電子供与性材料と、電子受容添加材料を含有することを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
上記電子受容添加材料が、キノイド類、Ｎ−ヘテロ環類及びペリレン類から成る群より選ばれた少なくとも１種のものから成り、上記光電変換層がスプレー塗布によって作製されたものであることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
上記電子受容添加材料が、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）から成り、上記光電変換層がスプレー塗布によって作製されたものであることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項４】
上記電子受容性材料がフラーレン化合物から成ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の光電変換素子。
【請求項５】
上記電子供与性材料が有機半導体材料から成ることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の光電変換素子。
【請求項６】
上記電子供与材料が光非照射で電子を奪い得るドーパント材料をさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の光電変換素子。
【請求項７】
上記光透過性を有する正極又は負極が導電性高分子材料から成ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つの項に記載の光電変換素子。
【請求項８】
上記光電変換層の厚さが５００ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の光電変換素子。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１つの項に記載の光電変換素子を備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子及び太陽電池モジュールに係り、更に詳細には、スプレー塗布により厚膜化が可能な光電変換素子及びこれを用いた太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、有機ＥＬ素子などの光電変換素子においては、有機発光層などの光電変換層を特殊なエレクトロスプレーディポジション装置によって精度及び効率よく製造できることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−３０５５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、かかる従来のエレクトロスプレーディポジション装置を用いた光電変換素子の製造にあっては、１０〜数十ｎｍの膜厚の光電変換層を高効率で製造できるにとどまっていた。
ところで、近年の製品多様化などに伴い、光電変換素子や太陽電池モジュールにも所定形状、特に所望の３次元形状を付与したいという要請があり、これを実現するには光電変換層の厚膜化が重要となるが、上記従来の方法では製造効率が不十分であり、通常の塗装ガンスプレーを用いた方法では困難であった。
また、所望の３次元形状を実現できるような厚膜の光電変換層は、導電性が低いという問題もあった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スプレー塗布により厚膜化が可能な光電変換素子及びこれを用いた太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、電子受容添加材料を光電変換層に加えることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００７】
即ち、本発明の光電変換素子は、少なくとも一方が光透過性を有する正極及び負極と、この両極間に配置された塗布可能な光電変換層を備える。
この光電変換素子では、記光電変換層が、電子受容性材料と、電子供与性材料と、電子受容添加材料を含有することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の太陽電池モジュールは、上述のような光電変換素子を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、電子受容添加材料を光電変換層に添加することとしたため、厚膜化が可能な光電変換素子及びこれを用いた太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の光電変換素子の一実施形態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の光電変換素子について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の光電変換素子の一実施形態を示す断面図である。同図において、この光電変換素子１は、上部電極１０と、下部電極２０と、上部電極１０と下部電極２０との間に配置された光電変換層３０を備えている。
なお、本実施形態においては、上部電極１０は正極として機能し、下部電極２０は光透過性を有し負極として機能する。
【００１２】
また、図１は、本実施形態の光電変換素子が、自動車の外板塗装に適用された太陽電池モジュールに使用された例を示すものであり、光電変換素子１は、鋼板４に電着塗装３及び中塗り塗装２が施された塗膜上に設けられている。
【００１３】
本実施形態において、光電変換層３０は、図示しない電子受容性材料と、電子供与性材料と、電子受容添加材料を含んでいる。
【００１４】
＜電子受容添加材料＞
電子受容添加材料は、電子（ｅ−）を奪い得る性質を有し、光電変換層の導電率を向上させる機能を果たす。
電子受容添加材料の具体例としては、キノイド類、Ｎ−ヘテロ環類及びペリレン類から成る群より選ばれた少なくとも１種のものを挙げることができる。
【００１５】
このようないわゆるｐ型ドーパント材料としては、ＬＵＭＯ準位が低く、即ち電子親和力が大きいことが重要である。
また、大気中での安定性も重要であるが、本発明においては、光電変換層をスプレー塗布により形成可能とすることが重要であり、この点からは塗布溶媒への溶解性や、一緒に使用するポリマー、即ち電子受容性材料及び電子供与性材料との相溶性が重要となる。
【００１６】
以上のような観点からは、上述の電子受容添加材料の具体例の中でも、テトラフルオロテトラシアノキノジメタン（Ｆ４−ＴＣＮＱ）が最も好ましい。
Ｆ４−ＴＣＮＱは、大気中で安定な材料としては最も電子親和力が大きく、塗布溶媒として使用されるクロロベンゼン系やクロロホルム系の溶媒にも溶解する。また、上記ポリマーとの相溶性も良好である。
【００１７】
＜電子受容性材料＞
電子受容性材料としては、特に限定されるものではなく、従来公知のｎ型半導体材料を用いることができ、フラーレン化合物、例えば、フェニルＣ６１酪酸メチルエステル（ＰＣＢＭ）やＢｉｓ［６０］ＰＣＢなどを使用できる。
【００１８】
＜電子供与性材料＞
電子受供与性材料としても、特に限定されるものではなく、従来公知のｐ型半導体材料、特に有機半導体材料を用いることができ、例えば、Ｐ３ＨＴ、即ちポリ（３−ヘキシルチオフェン−２，５−ジイル）（レジオレギュラー）などを使用できる。
【００１９】
なお、本発明の光電変換素子においては、光電変換層に光非照射で電子を奪い得るドーパント材料をさらに添加すること可能であり、かかるドーパント材料としては、ヨウ素やボロンジオネートなどを例示できる。
【００２０】
上述のような光電変換層を形成するのに用いるインクの組成は、スプレー塗装に供することができれば特に限定されるものではなく、また、使用する材料や溶媒によっても適宜変更することができるが、代表的には下記の通りである。
即ち、電子受容添加材料０．０００１〜０．００３質量％、電子受容性材料０．０１〜３．０質量％、電子供与性材料０．０１〜３．０質量％、溶媒９９．９７〜９４質量％である。
また、さらに具体的には、Ｆ４−ＴＣＮＱ０．０００１〜０．００３質量％、ＰＣＢＭ又はＢｉｓ［６０］ＰＣＢ０．０１〜３．０質量％、Ｐ３ＨＴ０．０１〜３．０質量％、クロロベンゼン又はクロロホルム９９．９７〜９４質量％である。
【００２１】
上述のような構成を有する光電変換層形成用インクは、スプレー塗布、特に常温でのスプレー塗布が可能であり、塗布した後に乾燥させることにより、光電変換層を形成することができる。
また、本発明では、光電変換層を厚膜化することが可能であり、従来の太陽電池において光電変換層の厚さはせいぜい２００ｎｍであるが、本発明では５００ｎｍ以上の厚さを実現できる。
【００２２】
＜上部電極＞
上部電極の構成材料としては、特に限定されるものではなく、従来公知の電極材料、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）及び銅（Ｃｕ）などの金属をはじめ、導電性材料、例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）を用いることができる。
【００２３】
＜下部電極＞
下部電極の構成材料としても、特に限定されるものではなく、従来公知の電極材料、特に光透過性を有する導電性高分子材料、例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン（ＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ）、カーボンナノチューブ（ＣＮＴ）、カーボンナノファイバー（ＣＮＦ）、及び酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などを用いることができる。
【００２４】
次に、本発明の太陽電池モジュールについて説明する。
本発明の太陽電池モジュールは、上述の光電変換素子を備えるものであり、その一例は図１に示した。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００２６】
（実施例１及び２、比較例１）
Ａｕ製の基板を準備し、その上にスプレー法によりチタンテトライソプロポキシドのエタノール溶液（１８ｍｇ／ｍｌ）を塗布し、下部電極を形成した。
表１に示す電子受容添加材料、電子受容性化合物及び電子供与性化合物をジクロロベンゼンとクロロフォルム（溶媒）に溶解したインクを作製した。この際、組成は電子受容添加材料０．０００１質量％、電子受容性化合物０．０５質量％、電子供与性化合物０．０５質量％、溶媒９９．９質量％とした。但し、比較例１では電子受容添加材料を使用しなかった。
【００２７】
上記各例のインクを下部電極上に、常温でスプレー塗布し、１２０℃で１０分間乾燥させ、光電変換層を形成した。
次いで、スクリーン印刷法によりＰＥＤＯＴ／ＰＳＳ製の上部電極を形成し、各例の光電変換素子を得た。光電変換層の組成や厚さを表１に示す。
【００２８】
＜性能評価＞
［塗布性］
以上のようにして得られた各例の光電変換素子について、スプレーガンでスプレー塗布することにより、塗布性を判断した。得られた結果を表１に示す。
［作動性（発電性）］
各例の光電変換素子について、両電極に電源、電流電圧測定系を接続し、素子にＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の太陽光シミュレータの疑似太陽光を照射しながら電圧を走査し、電流を測定することで作動性を確認した。その結果、実施例１及び２の光電変換素子では、０．５ｍＡ／ｃｍ−２以上の光電流が得られ、光電変換素子として機能したが、比較例１の光電変換素子は導通が激しく、明確名光電流が観測されず、作動性が不十分であった。
【００２９】
【表１】
2016082059.tif 000003
【００３０】
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、インクをアプリケーターや印刷機で連続塗布するプロセスや、電子受容添加材料を電子供与材料と同じ液に溶解させるのではなく、電子供与材料の薄膜形成の後に別途溶液を塗布するか、蒸気に曝すことで膜中に拡散させるなどの例が挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の光電変換素子及び太陽電池モジュールは、自動車業界のみならず、電気業界、建設業界、医療業界、船舶業界、軍事産業など種々の業界で応用可能であり、クリーンエネルギーを実現し得るものである。
例えば、建物や乗り物の屋根や壁面基材に直接塗布して作成する省スペース、軽量低コスト太陽電池などに応用できる。
【符号の説明】
【００３２】
１    光電変換素子
２    中塗り塗装
３    電着塗装
４    鋼板
１０    上部電極
２０    下部電極
３０    光電変換層
【図１】
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