JP2002508599A - 多層光起電力素子または光導電素子とその製造方法 - Google Patents
多層光起電力素子または光導電素子とその製造方法Info
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Abstract
Description
び光導電素子とその製造方法に関する。本発明の実施態様では、特に多層半導電
層から構成され、好ましくは有機半導電ポリマーから構成される。
基づくものである。一般的に、分離には電界が用いられる。電界は、拡散電位が
金属半導体界面に存在するショットキー接点、あるいはp型半導電材料とn型半
導電材料との間のpn接合から発生する。このような素子は無機半導体、特に、
単結晶、多結晶またはアモルファスの形態で使用されるシリコンから構成される
のが通例である。通常は、その高い変換効率と、シリコン技術に関しては、工業
上の大きな生産基盤が既に整っていることからシリコンが選択される。しかしな
がら、シリコン技術は、高いコストと複雑な製造プロセス工程を伴い、その結果
、素子が発する電力に比べて高価な素子となる。
ed Physics Letters 48(2)、13th、Jan.1986、タン(C.W.Tang)、米国特許 第4,164,431号および米国特許第4,281,053号には、多層有機
光起電力素子が記載されている。この素子は、一層毎に形成されて構成される。
第1有機半導電層が電極上に成膜され、第2有機半導電層が第1有機半導電層上
に成膜され、電極が第2有機層上に成膜される。第1および第2有機半導電層は
、電子受容体および正孔受容体である。以下においていう「電子受容材料」とは
、他の材料に比べて電子親和性が高く、このためにその材料から電子を受容する
ことができる材料のことである。「正孔受容材料」とは、他の材料に比べてイオ
ン化ポテンシャルが小さく、このためにその材料から正孔を受容することができ
る材料のことである。有機光導電材料における光の吸収は、結合した電子−正孔
対の生成をもたらし、これは電荷の収集が行なわれる前に解離されなければなら
ない。有機素子の材料について検討するに、無機素子のそれと異なり、光子の吸
収によって生成された電子と正孔は弱く結合している。結合した電子−正孔対の
解離は、正孔受容体として機能する半導電材料の層と電子受容体として機能する
半導電材料の層との間の界面によって促進される。正孔と電子は、それぞれの受
容体材料を経由して移動して電極で収集される。
機層を他方の有機層の上に成膜する場合、先に成膜された層が有害な影響を受け
ないような方法で第2層を付加することが必要である。このため、後に成膜され
る層に使用される溶媒は、先に成膜された層を全く溶解しないもの、あるいは他
の方法で損傷しないものに制限される。
Photodiodes from Interpenetrating Polymer networks)」(Nature,Vol 376 ,10th Aug.1995,pp.498-500、ホールズ(J.J.M.Halls)ら)および米国 特許第5,670,761号には、第1、第2半導電ポリマーの混合物を含有す
る単一層を成膜し、その層の上に第2電極を成膜することによる光起電力素子の
形成が記載されている。第1半導電ポリマーは電子受容体として機能し、第2半
導電ポリマーは正孔受容体として機能する。第1および第2半導電ポリマーのそ
れぞれが相互浸透する連続した網目状組織を形成するので、それぞれの半導電ポ
リマーを経由する連続した通路があり、第1または第2半導電ポリマーの一方に
ある電荷キャリアは、他方の半導電ポリマーへと交差することなく、第1電極と
第2電極との間を移動することができる。しかしながら、こられの素子は素子が
理想的に動作したときに予期される高い効率を示さない。この理由は、ポリマー
の少なくとも一方が素子全体にわたって伸長し、それによって単一材料ダイオー
ドの並列方式が生成されるためであろうと思われる。
半導電層とを具備する第1部品と、第2電極と主に第2半導電材料を含有する第
2半導電層とを具備する第2部品とを互いに積層する光起電力素子または光導電
素子の製造方法であって、積層工程が、前記第1半導電層に比して相対的に少な
い前記第1半導電材料と前記第2半導電層に比して相対的に少ない前記第2半導
電材料とを有する混合層を形成し、その一方で、肉厚の減少を伴いながらも前記
第1および前記第2半導電層が残存するように前記第1半導電層と前記第2半導
電層との接合を制御することを備えることを特徴とする光起電力素子または光導
電素子の製造方法が提供される。
2半導電材料が電子受容体として機能するように、その電子特性に基づいて第1
および第2半導電材料を選択する工程と、第1電極と主に前記第1半導電材料を
含有する第1半導電層とを具備する第1部品を作製する工程、第2電極と主に前
記第2半導電材料を含有する第2半導電層を具備する第2部品を作製するする工
程と、第1半導電層と第2半導電層とを互いに積層することによって第1部品と
第2部品とを接合する工程とを備える光起電力素子または光導電素子の設計およ
び製造方法が提供される。積層工程は、前記第1半導電層に比して相対的に少な
い前記第1半導電材料と前記第2半導電層に比して相対的に少ない前記第2半導
電材料とを有する混合層を形成し、その一方で、肉厚の減少を伴いながらも前記
第1および前記第2半導電層が残存するように前記第1半導電層と前記第2半導
電層との接合を制御する工程を包含することもある。
。熱が印加される場合、一方または両方の半導電層をそのガラス転移温度以上に
加熱するようにすればよい。積層前に、半導電層を、例えば、有機または無機ド
ーピングによって個別に処理するようにしてもよい。そのような処理により、一
方または両方の半導電層の形態、光吸収特性、輸送特性、あるいは注入特性を変
化させるようにしてもよい。積層前の半導電層の肉厚は、例えば、半導電材料の
溶液のスピンコーティング等で制御することができる。さらに、混合層の肉厚お
よび/または残存する第1、第2半導電層の肉厚は、例えば、焼きなましを施す
ことにより制御することができる。
覆して主に第1半導電材料を含有する第1半導電層と、第1半導電層を被覆する
混合層と、混合層を被覆して主に第2半導電材料を含有する第2半導電層と、第
2半導電層の少なくとも一部を被覆する第2電極とを備え、前記混合層が第1お
よび第2の半導電層に接合されるとともに第1半導電層に比して相対的に少ない
第1半導電材料を有しかつ第2半導電層に比して相対的に少ない第2半導電材料
を有することを特徴とする光起電力素子または光導電素子が提供される。
または具備する。第1および第2基板は自立であることが好ましい。
主に第1半導電材料を含有する第1半導電層を保有する第1基板と、第2電極を
保有または具備するとともに主に第2半導電材料を含有する第2半導電層を保有
する第2基板と、第1半導電層と第2半導電層との間に配置されてこれらに接合
され、第1半導電層に比して相対的に少ない第1半導電材料および第2半導電層
に比して相対的に少ない第2半導電材料を有する第3混合層を具備する光起電力
素子または光導電素子が提供される。
導電材料の相互浸透性網目状組織であってもよい。第1半導電材料は、材料の混
合物であってもよく、または単一材料であってもよい。第2半導電材料も同様で
ある。第1および第2基板、第1および第2部品は、自立であってもよい。半導
電材料は、請求項20〜36のいずれか1項において規定される特性を有してい
てもよい。第1および第2半導電層は、積層の前および後に請求項38〜43の
いずれか1項において規定される特性を有していてもよい。第1電極は第1半導
電層と物理的に接触してもよく、一つまたは複数の層が第1電極と第1半導電層
との間に介装されていてもよい。同様に、第2電極は第2半導電層と物理的に接
触してもよく、一つまたは複数の層が第2電極と第2半導電層との間に介装され
ていてもよい。電極は、同じまたは異なる仕事関数を有していてもよい。電極が
それ自身で一つの自立基板を形成することもあり、電極が一つの自立基板によっ
て保有されまたはそれに具備されることもある。基板の一方または両方が光を透
過することが好ましい。さらに、基板(および部品)の一方または両方が可撓性
であってもよい。
が可能である。
処理することができる。この処理は、従来技術では不可能である。
を支援することは確実で、ホールズらによって開示された前記引用に記載された
素子に比して優れた改善された性能を有する。第1および第2半導電層は、単一
材料が第1電極から第2電極へ伸長することを確実に回避する。
い効率を有する。
への直接的な導電パスが生成するリスクを最小限にする。これは、大面積素子を
製造する際に特に有利である。
1半導電層上に第2半導電層を形成する際における上記した影響がさほど重要で
なくなる。このため、適切な材料の選択が増加する。これは、特定波長領域を吸
収する素子の作製に大きな融通性を付与し、太陽電池として使用された場合にス
ペクトルの利用をさらに効率的にする。また、素子の他の特性、例えば導電率や
直列抵抗などの制御および向上を可能にする。
図面を参照して本発明を詳細に説明する。
を示す。素子20は、図4cに示すように、互いに積層された第1部品部分8と
第2部品部分16とを有する。第1部品部分8は、図4aに示すように、第1の
自立基板2、第1電極4および第1半導電層6を有する。第2部品部分16は、
図4bに示すように、第2の自立基板10、第2電極12および第2半導電層1
4を有する。積層に際し、図5に示すように、第1半導電層6と第2半導電層1
4との間の界面に、第1および第2の半導電層からの材料からなる混合層28が
形成される。
、一方、第2半導電層14の材料は電子受容体として機能する。電子受容体とし
て機能することができる半導電ポリマーは、例えば、CN−PPV、MEH−C
N−PPVなどのCN基またはCF3基含有ポリマー、それらのCF3置換ポリマ
ー、またはバックミンスターフラーレン(C60)単体あるいは溶解性を向上させ
るために官能基が導入されたバックミンスターフラーレンである。このような、
あるいはその他の電子吸引基を含まない半導電ポリマー、例えば、次のポリマー
(およびその誘導体)または次のポリマー(およびその誘導体)の単位を含有す
るコポリマーは、正孔受容体として機能することが多い;ポリフェニレン、ポリ
フェニレンビニレン、ポリチオフェン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、
ポリイソチアナフテン。
ン、ナフタロシアニン、スクアライン、メロシアニンおよびそれらの各誘導体、
アゾ発色団(−N=N−)が結合した芳香族基からなるアゾ染料が包含される。
有機分子が含まれる。半導電有機分子の例には、米国特許第4,281,053
号、第4,164,431号、第5,201,961号および第5,350,4
59号に記載されたような染料および顔料が含まれる。
有する有機半導電材料の混合物から作製されることもある。
あり、このため、光は混合層に到達する。積層されると、素子は、電力、または
、バイアス電圧が印加された場合には光による電流のいずれかを供給可能である
。
る。しかしながら、素子が逆バイアス(外部印加電圧)下で使用される場合、電
極は同じ仕事関数を有することができ、同じ材料で作製することができる。仕事
関数が高い材料の例は、Au、Ag、Co、Ni、Pt、C、ドープされたポリ
アニリン、ドープされたポリエチレンジオキシチオフェンおよび他のポリチオフ
ェン誘導体、ドープされたポリピロール、インジウムスズ酸化物、フッ化酸化ス
ズ、酸化スズおよび酸化亜鉛である。仕事関数が低い材料の例は、Li、In、
Al、Ca、Mg、Sm、Tb、Yb、Zrおよびこれらの合金である。金属電
極が使用される場合、材料自身が自立基板と電極の両方を形成することができる
。その例は、アルミニウム箔である。
薄くなければならないが、混合層28が電極と直接的に接触するのを防止できる
程度の充分な肉厚を有していなければならない。
的に接触し、かつ第2半導電層14は第2電極12と物理的に接触して図示され
ているが、このような物理的な接触は、素子を操作する上で必ずしも必要ではな
い。第1電極4と第1半導電層6との間に一つ以上の中間層を介装するようにし
てもよい。同様に、第2電極12と第2半導電層14との間に一つ以上の中間層
を介装するようにしてもよい。これらの中間層は、ドープされたポリエチレンジ
オキシチオフェンあるいはポリアニリンや、ドープされた共役ポリマーの層であ
ってもよい。これらの層は、インジウムスズ酸化物から排出された酸素およびそ
の他の不純物から半導電層を保護するので、インジウムスズ酸化物電極の上に形
成することは特に有用である。中間層材料の他の例は、正孔輸送を促進するトリ
フェニレン単位を取り込んだポリマーや、電子輸送を促進するトリス−8−キノ
リナト−アルミニウム(III)錯体(Alq3)である。
インジウムスズ酸化物、ITOで被覆して第1電極4を形成する。アセトンとメ
タノールを用いてITO表面を洗浄する。位置規則性POPT(ポリ3−(4−
オクチルフェニル)チオフェン)10mgを2mlのクロロホルムに溶解して有
機ポリマー液を調製する。POPTの化学構造は図1に示してある。この溶液を
0.45μmろ紙でろ過し、次に、ITO表面にスピンコートして40nm〜1
50nmの間の肉厚とする。基板を被覆したポリマーを4℃/分の速度で室温か
ら230℃に加熱し、230℃で30分間保持する。この加熱は、ガス圧力が1
0-6torr以下の真空チャンバー内で行なわれ、吸収帯域がより長波長にシフ
トするPOPTの相転移を誘発する。
ミニウムをガラス基板上に蒸着することによって第2基板10上に形成される。
第2半導電層14は、有機ポリマー溶液をアルミニウム被覆基板上にスピンコー
トすることによってアルミニウム電極12の上に作製される。この溶液は、MC
P(ポリ(2,5−ビス(ニトリルメチル)−1−メトキシ−4−(2’−エチ
ル−ヘキシルオキシ)ベンゼン−コ−2,5−ジアルデヒド−1−メトキシ−4
−(2’−エチルヘキシルオキシ)ベンゼン))10mgを2mlのクロロホル
ムに溶解し、0.45μmろ紙を用いて濾過して調製する。MCPの化学構造は
図2に示してある。アルミニウム電極12およびMCP半導電層14の形成は、
アルミニウム接点が酸化することを防止するために不活性ガス中で行なう。
図式的に示したように、これらの部分を互いに積層することにより素子20を形
成する。第1部品部分8は、昇温された状態でPOPT半導電層6とMCP半導
電層14とが対向するように第2部品部分とともに配置される。半導電層同士が
接触するように搬送され、約30kPaの圧力を2分から4分間印加して部品部
分同士を積層する。積層中、POPT半導電層6の温度は約230℃であり、こ
の温度はPOPTのガラス転移温度より上である。
えることにより制御することができる。溶液をスピンコートする際の薄膜の肉厚
は、溶液の濃度、温度および使用溶媒によっても定まる。
一層14は、相互に作用して混合層28を形成する。この層は、POPT層6に
由来するPOPTと、MCP層14に由来するMCPとの混合物を含有する。P
OPTから形成された第1半導電層6は正孔受容体として機能し、MCPから形
成された第2半導電層は電子受容体として機能する。これとは別に、第1半導電
層6は、P3HT(位置規則性ポリ3−ヘキシルチオフェン)から形成すること
もできる。P3HTの化学構造は図3に示してある。P3HTの10mgを2m
lのクロロホルムに溶解し、0.45μmろ紙で濾過してポリマー溶液を調製す
る。この溶液をITO電極4の上にスピンコートする。P3HTはPOPTで認
められた相転移を示さない。しかしながら、第1部品部分8は、そのガラス転移
以上の約200℃に加熱され、上述した方法で第2部品部分16と積層される。
得られた素子20における混合層28は、P3HTとMCPとの混合物である。
ルエチルヘキシルオキシ基を有していないシアノ置換ポリフェニレンビニレン誘
導体を使用することができる。これは、第1半導電層6での正孔受容材料として
のポリチオフェン誘導体またはポリフェニレンビニレン誘導体のいずれかととも
に使用される。
る。図4aを参照して説明すると、第1半導電層6は、19mgのPOPTと1
mgのMCPが4mlのクロロホルムに溶解された後に0.45μmろ紙でろ過
され、そのろ液がインジウムスズ酸化物電極4の上にスピンコートされることに
より形成されたポリマー混合物である。第2部品部分16の第2半導電層14も
ポリマー混合物である。このポリマー混合物は、1mgのPOPTと19mgの
MCPが4mlのクロロホルムに溶解された後に0.45μmろ紙でろ過される
ことによって調製される。次に、ポリマー混合物をアルミニウム電極12の上に
スピンコートする。それからの方法は、上記した方法と同じである。第1部品部
分8を加熱し、二つの構成部分を互いに積層して完全な素子20が作製される。
比は、95:5重量%である。完成した素子の効率は、POPTに対するMCP
の割合が増加するにつれて減少する。しかしながら、POPT80重量%、NC
P重量20%の割合でも良好な結果が得られる。
とPOPTの比は95:5重量%であるが変動してもよく、MCP80重量%、
POPT重量20%でも良好な結果を実現することができる。
混合物半導電層14は相互に作用して混合層28を形成する。この層は、第1混
合物半導電層6および第2混合物半導電層14に由来する混合物を含有する。混
合層28は、第1混合物層6に比して少ない割合のPOPTを有し、かつ第2混
合物層14に比して少ない割合のMCPを有する。POPTは正孔受容体として
機能し、MCPは電子受容体として機能する。
リフェニレンビニレン誘導体をPOPTおよびMCPにそれぞれ代替えして使用
することもできる。
別に処理することができる。このような処理には、半導電ポリマーの相転移を誘
起させてその吸収特性を変えること、輸送特性を改善するために材料を配列する
こと、あるいは材料をドーピングすることが含まれる。2つの部品8、16を積
層する前に、それらを個別に焼きなましすることにより、微量の溶媒、水および
酸素を除去することができる。それぞれの層を選択的にドーピング(分子、重合
性または無機質ドーパント)することは、直列抵抗を減少させ、および/または
内部電界を発生または増強させるのに極めて有効な手段である。半導電層のバン
ドギャップは、ドーピングの程度に依存して減少、あるいは除去される。両方の
基板を積層した後の界面で実行可能なドーピング(中性化)は、素子の効率を向
上させると考えられるバンドギャップおよび/または輸送特性の(再)生成また
は変化を導くことになる。このことは、ヨシノ(Yoshino)らがSynthetic Metal
,84(1997)、pp.477-482において部分的に考察している。本発明では、供与 体材料と受容体材料、およびいかなる下層も個別にドープして最適化することが
できる。
る。このため、素子20は、積層の後、相分離と混合層16の肉厚を制御するた
めに焼きなましを施すことができる。これにより、完成した素子の界面面積を増
加することができる。完成した素子における第1半導電層6の材料と第2半導電
層14の材料との間の界面面積は、層の上に層を成膜することで作製された素子
に比べ、著しく増加する。
液を、ポリマーと溶媒との比を5mg対1mlとして調製した。しかしながら、
この範囲は、溶液中のポリマーの溶解度に依存し、使用するポリマーによって1
ml当たり0.1mg〜75mgの範囲とすることができる。
板10を作製することもできる。第1基板2は熱安定化ポリエステル(PET)
であり、それは予めITOが被覆された市販品である。第1電極は、インジウム
スズ酸化物を成膜することによりポリエステル基板2の上に形成される。これと
は別に、導電ポリマーを形成するようにしてもよい。導電ポリマーを形成するに
は、ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンスルホン酸溶液をポリエス
テル基板2上にスピンコートする。適切な溶液は、Bayer AG社(ドイツ)から市
販されている。電気導電性ポリマーの薄膜は透明電極となり、その上に第1半導
電層をスピンコートすることができる。次に、図4を参照して上述したように、
第1半導電層6を電極4上に形成する。第2基板10も熱安定化ポリエステル薄
膜である。第2電極12は、アルミニウムの薄層をポリエステル薄膜上に蒸着す
ることにより形成され、第2半導電層14は上記した方法で形成される。
部品部分8は、第1インジウムスズ酸化物電極4と第1半導電層6を保有する自
立薄膜2として薄膜22のロールから供給される。第2部品部分16は、第2ア
ルミニウム電極12と第2半導電層14を保有する自立薄膜10として薄膜24
のロールから供給される。2つの自立薄膜、被覆された薄膜8、16は、一対の
加熱されたローラ26に供給され、そこで互いに積層される。その結果、図5に
示す連続的な積層多層構造体が製造される。
とができる。ロールから供給される基板は、連続的に被覆されて部品部分を形成
する。この方法は、半導電層に続いて電極を形成するために、層を連続して逐次
的に成膜すること、または、基板が既に電極を有しているのであれば半導電層を
連続的に成膜することが必要である。部品部分の一方または両方がこのように連
続的に一対の加熱ローラ26に供給され、そこで互いに積層されて図5に示す連
続的な積層多層構造体が製造される。
ポリエーテルイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ガラスの
可撓性薄板および金属箔から形成することもできる。
てスピンコート法のみを例示して説明したが、異なる方法、例えば、スプレーコ
ート、ディップコート、ロールコート、ビードコート、ラングミュア・ブロジェ
ット法、スクリーン印刷、自己組織化法等も使用することができる。
ある。
Claims (50)
- 【請求項1】 第1電極と主に第1半導電材料を含有する第1半導電層とを具備する第1部品
と、第2電極と主に第2半導電材料を含有する第2半導電層とを具備する第2部
品とを互いに積層することを有する光起電力素子または光導電素子の製造方法で
あって、 積層工程が、前記第1半導電層と前記第2半導電層とを制御しながら互いに接
合することと、 前記第1半導電層に比して相対的に少ない前記第1半導電材料と、前記第2半
導電層に比して相対的に少ない前記第2半導電材料とを有する混合層を形成し、
その一方で肉厚の減少した前記第1および第2半導電層を残存させることと、 を有することを特徴とする光起電力素子または光導電素子の製造方法。 - 【請求項2】 第1半導電材料が電子供与体として機能しかつ第2半導電材料が電子受容体と
して機能するように、その電子特性に基づいて第1および第2半導電材料を選択
する工程と、 第1電極と主に前記第1半導電材料を含有する第1半導電層とを具備する第1
部品を作製する工程と、 第2電極と主に前記第2半導電材料を含有する第2半導電層とを具備する第2
部品を作製する工程と、 前記第1半導電層と前記第2半導電層とを積層することによって第1部品と第
2部品とを接合する工程と、 を有することを特徴とする光起電力素子または光導電素子の設計および製造方
法。 - 【請求項3】 請求項2記載の方法において、積層工程が、前記第1半導電層と前記第2半導
電層を制御して接合する工程を含み、前記第1半導電層に比して相対的に少ない
前記第1半導電材料と前記第2半導電層に比して相対的に少ない前記半導電材料
とからなる混合層を形成することを特徴とする光起電力素子または光導電素子の
設計および製造方法。 - 【請求項4】 請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法において、積層工程が圧力および/
または熱を印加することを含むことを特徴とする光起電力素子または光導電素子
の設計および製造方法。 - 【請求項5】 請求項4記載の方法において、前記熱の印加が前記第1および第2半導電層の
少なくとも一方をそれらのガラス転移温度以上に加熱することを含むことを特徴
とする光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法において、積層工程が、混合層を所
望の肉厚で形成するために、さらに焼きなましを含むことを特徴とする光起電力
素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法において、積層前に、さらに、前記
第1または第2半導電層の少なくとも一方に対し有機または無機ドーピングによ
る処理が行われることを特徴とする光起電力素子または光導電素子の設計および
製造方法。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれか1項に記載の方法において、積層工程前に、さらに、
前記第1または第2半導電層の少なくとも一方に対してそれらの層の光吸収特性
および/または輸送または注入特性を変化させる処理が行われることを特徴とす
る光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項9】 請求項1〜8のいずれか1項に記載の方法において、積層前の前記第1半導電
層の肉厚および積層前の前記第2半導電層の肉厚が制御されることを特徴とする
光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項10】 請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法において、前記第1部品が自立(se
lf-suppoting)であり、第1電極を保有または具備する自立基板(self-suppoti
ng substrate)を被覆する第1半導電材料を具備することを特徴とする光起電力
素子または光導電素子の製造方法。 - 【請求項11】 請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法において、前記第2部品が自立で
あり、第2電極を保有または具備する自立基板を被覆する第2半導電材料を具備
することを特徴とする光起電力素子または光導電素子の製造方法。 - 【請求項12】 請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法において、少なくとも一方の部品
が可撓性であり、ロールとして貯蔵され、他の自立基板と積層されるためにロー
ルから供給されることを特徴とする光起電力素子または光導電素子の製造方法。 - 【請求項13】 第1電極と、 主に第1半導電材料を含有するとともに前記第1電極の少なくとも一部を被覆
する第1半導電層と、 前記第1半導電層を被覆する混合層と、 主に第2半導電材料を含有するとともに前記混合層を被覆する第2半導電層と
、 前記第2半導電層の少なくとも一部を被覆する第2電極と、 を備え、 前記混合層は、第1および第2半導電層に連結しており、かつ前記第1半導電
層に比して相対的に少ない前記第1半導電材料と、前記第2半導電層に比して相
対的に少ない前記第2半導電材料とを有することを特徴とする光起電力素子また
は光導電素子。 - 【請求項14】 請求項13記載の素子において、第1基板が前記第1電極を保有または具備す
るとともに、第2基板が前記第2電極を保有または具備することを特徴とする光
起電力素子または光導電素子。 - 【請求項15】 請求項14記載の素子において、前記第1および第2基板が自立であることを
特徴とする光起電力素子または光導電素子。 - 【請求項16】 請求項14または15記載の素子および請求項10または11記載の方法にお
いて、第1または第2基板が可撓性であることを特徴とする光起電力素子または
光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項17】 請求項14〜16のいずれか1項に記載の素子または請求項10、11、16
のいずれか1項に記載の方法において、第1または/および第2電極自体が第1
または/および第2基板をそれぞれ形成することを特徴とする光起電力素子また
は光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項18】 請求項17記載の素子または請求項17記載の方法において、基板の一方が金
属箔であることを特徴とする光起電力素子または光導電素子と光起電力素子また
は光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項19】 請求項14〜18のいずれか1項に記載の素子または請求項10、11、16
〜18のいずれか1項に記載の方法において、第1および/または第2基板が光
を透過するために配置されていることを特徴とする光起電力素子または光導電素
子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項20】 請求項13〜19のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
19のいずれか1項に記載の方法において、前記第1半導電材料または前記第2
導電材料の少なくとも一方が材料の混合物からなることを特徴とする光起電力素
子または光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項21】 請求項13〜20のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
20のいずれか1項に記載の方法において、前記第1半導電材料および前記第2
導電材料の少なくとも一方が単一材料からなることを特徴とする光起電力素子ま
たは光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項22】 請求項13〜21のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
21のいずれか1項に記載の方法において、前記第1半導電材料および前記第2
導電材料がそれぞれ正孔受容体および電子受容体であることを特徴とする光起電
力素子または光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法
。 - 【請求項23】 請求項13〜22のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
22のいずれか1項に記載の方法において、第1および第2半導電材料の少なく
とも一方が有機半導体からなることを特徴とする光起電力素子または光導電素子
と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項24】 請求項13〜23のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
23のいずれか1項に記載の方法において、第1および第2半導電材料の少なく
とも一方が半導電ポリマーからなることを特徴とする光起電力素子または光導電
素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項25】 請求項24記載の素子または請求項24記載の方法において、前記第1および
第2半導電材料の少なくとも一方が共役ポリマーからなることを特徴とする光起
電力素子または光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方
法。 - 【請求項26】 請求項25記載の素子または請求項25記載の方法において、有機共役ポリマ
ーの少なくとも一つがポリフェニレンおよびその誘導体、ポリフェニレンビニレ
ンおよびその誘導体、ポリチオフェンおよびその誘導体、ポリチエニレンビニレ
ンおよびその誘導体、ポリイソチアナフテンおよびその誘導体からなる群から選
択されることを特徴とする光起電力素子または光導電素子と光起電力素子または
光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項27】 請求項24記載の素子または請求項24記載の方法において、少なくとも一つ
のポリマーがポリスクアレンまたはその誘導体であることを特徴とする光起電力
素子または光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項28】 請求項24記載の素子または請求項24記載の方法において、少なくとも一つ
のポリマーがペリレン単位を含有するポリマーであることを特徴とする光起電力
素子または光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項29】 請求項23記載の素子または請求項23記載の方法において、半導電材料の少
なくとも一つが有機顔料または染料からなることを特徴とする光起電力素子また
は光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項30】 請求項24記載の素子または請求項24記載の方法において、半導電材料の少
なくとも一つが有機金属ポリマーからなることを特徴とする光起電力素子または
光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項31】 請求項13〜22のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
22のいずれか1項に記載の方法において、半導電材料の少なくとも一つがフタ
ロシアニン、ペリレン、ナフタロシアニン、スクアレイン、メロシアニンおよび
それらの誘導体からなる群から選択される材料からなることを特徴とする光起電
力素子または光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法
。 - 【請求項32】 請求項13〜22のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
22のいずれか1項に記載の方法において、半導電材料の少なくとも一つが、ア
ゾ発色団(−N=N−)が連結した芳香族基からなるアゾ染料からなることを特
徴とする光起電力素子または光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計
および製造方法。 - 【請求項33】 請求項13〜22のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
22のいずれか1項に記載の方法において、半導電材料の少なくとも一つがポリ
シランまたはポリゲルマネートからなることを特徴とする光起電力素子または光
導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項34】 請求項13〜33のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
33のいずれか1項に記載の方法において、第1および/または第2半導電材料
が有機または無機ドーパントでドープされていることを特徴とする光起電力素子
または光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項35】 請求項13〜22のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
22のいずれか1項に記載の方法において、前記第1半導電材料がPOPTから
なり、前記第2半導電材料がMCPからなることを特徴とする光起電力素子また
は光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項36】 請求項13〜22のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
22のいずれか1項に記載の方法において、前記第1半導電材料がP3HTから
なり、前記第2半導電材料がMCPからなることを特徴とする光起電力素子また
は光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項37】 請求項13〜36のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
36のいずれか1項に記載の方法において、前記混合層が前記第1および第2半
導電材料の相互浸透性網目状組織であることを特徴とする光起電力素子または光
導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項38】 請求項13〜37のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
37のいずれか1項に記載の方法において、前記第1半導電層の80重量%以上
が前記第1半導電材料であることを特徴とする光起電力素子または光導電素子と
光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項39】 請求項21に従属する請求項38記載の素子または請求項21に従属する請求
項38に記載の方法において、前記第1半導電層が前記第1半導電材料の単一層
であることを特徴とする光起電力素子または光導電素子と光起電力素子または光
導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項40】 請求項38記載の素子または請求項38記載の方法において、前記第1半導電
層が前記第2半導電材料をも含有することを特徴とする光起電力素子または光導
電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項41】 請求項13〜40のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
40のいずれか1項に記載の方法において、前記第2半導電層の80重量%以上
が前記第2半導電材料であることを特徴とする光起電力素子または光導電素子と
光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項42】 請求項21に従属する請求項41記載の素子または請求項21に従属する請求
項41記載の方法において、前記第2半導電層が前記第2半導電材料の単一層で
あることを特徴とする光起電力素子または光導電素子と光起電力素子または光導
電素子の設計および製造方法。 - 【請求項43】 請求項41記載の素子または請求項41記載の方法において、前記第2半導電
層が前記第1半導電材料をも含有することを特徴とする光起電力素子または光導
電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項44】 請求項13〜43のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
43のいずれか1項に記載の方法において、前記第1電極と前記第1半導電層と
の間に一つまたは複数の層が介装されていることを特徴とする光起電力素子また
は光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項45】 請求項13〜43のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
43のいずれか1項に記載の方法において、前記第1電極が前記第1半導電層と
物理的に接触していることを特徴とする光起電力素子または光導電素子と光起電
力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項46】 請求項13〜45のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
45のいずれか1項に記載の方法において、前記第2電極と前記第2半導電層と
の間に一つまたは複数の層が介装されていることを特徴とする光起電力素子また
は光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項47】 請求項13〜45のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
45のいずれか1項に記載の方法において、前記第2電極が前記第2半導電層と
物理的に接触していることを特徴とする光起電力素子または光導電素子と光起電
力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項48】 請求項13〜47のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、16〜
47のいずれか1項に記載の方法において、前記第1電極が前記第2電極よりも
高い仕事関数を有することを特徴とする光起電力素子または光導電素子と光起電
力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項49】 請求項13〜48のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、6〜4
8のいずれか1項に記載の方法において、前記第1電極がインジウムスズ酸化物
からなり、前記第2電極がアルミニウムからなることを特徴とする光起電力素子
または光導電素子と光起電力素子または光導電素子の設計および製造方法。 - 【請求項50】 請求項13〜47のいずれか1項に記載の素子または請求項1〜12、6〜4
7のいずれか1項に記載の方法において、前記第1および第2電極が実質的に同
じ仕事関数を有することを特徴とする光起電力素子または光導電素子と光起電力
素子または光導電素子の設計および製造方法。
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