JP2006294933A - 有機太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機太陽電池の電気的特性および耐久性を向上させること。
【解決手段】基板１上に少なくとも第１の電極２、配向制御層３、平面構造の有機分子を含む単層または複数層からなり前記配向制御層３に接する有機光電変換層４および第２の電極５が順次積層され、前記配向制御層３は、前記有機分子の平面的な分子面を基板表面と略平行方向に配列させる機能を有し、かつ前記第１の電極２と共有結合している有機太陽電池を提供することにより、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機太陽電池およびその製造方法に関し、さらに詳しくは、電気的特性および耐久性が向上する有機太陽電池およびその製造方法に関する。

近年、有機太陽電池などの有機物を用いた有機デバイスの開発が活発になっている。有機デバイスの利点としては、安価であること、フレキシブルであること、製造が比較的容易であることなどが挙げられる。一方、解決すべき課題としてはデバイスの長寿命化や、有機分子の配向性の制御といったものが挙げられる。有機デバイスの実用化を妨げる大きな原因の一つとして、寿命が無機デバイスに比べ短いことがあり、有機デバイスの長寿命化、耐久性の向上が要求されている。また、有機太陽電池を構成する有機分子は、その配向によって特性を変化させるものが多いため、有機デバイスの電気的特性、光学的特性の向上に繋がる配向制御が望まれている。

特開平１０−１６１３３０号公報（特許文献１）には、電子写真感光体材料における有機分子の配向制御が記載されている。この技術では、金や銀等の金属電極上に自己組織化膜を形成し、その上にオキソチタニウムフタロシアニンを真空蒸着することにより、オキソチタニウムフタロシアニン分子面を金属電極表面に対し略垂直方向に配列させる。

一方、有機太陽電池では、電荷を基板表面と垂直方向に移動させることから、平面構造のフタロシアニン分子面が基板に対して略平行方向に配列することにより、良好な電気的特性を得ることができると考えられている。つまり、フタロシアニンは、π共役面に対し垂直方向に高い電気伝導性を有しているため、フタロシアニン分子面が基板表面に対し略平行方向であれば、電気的特性に優れた有機太陽電池を得ることが可能である。このような観点から、フタロシアニン分子面を基板に対して略垂直方向に配列させる特許文献１の配向制御は有機太陽電池には不向きである。加えて、インジウム・スズ酸化物（ＩＴＯ）やガラスなどからなる酸化物層に対しては、ほとんどのフタロシアニン系分子の分子面は基板表面に略垂直方向に配列してしまうため、フタロシアニン系分子の分子面を基板表面に略平行方向に配列させる配向制御技術が必要である。

信学技法、ＯＭＥ２００４−８５，２００４（非特許文献１）では、フタロシアニン分子とガラス基板の間に、真空蒸着にて３，４，９，１０−ペリレンテトラカルボキシリックジアンハイドライド（ＰＴＣＤＡ）からなる配向機能膜を形成することにより、フタロシアニン分子の配向を制御する方法が開示されている。フタロシアニン分子面を基板表面に対して略平行方向に配列させる機能を有する前記配向機能膜を設けることで、フタロシアニン分子は、基板と垂直方向に高い電気伝導性を得ることができる。この手法を用いてフタロシアニンｐ層を作製した後、ｎ層や陰極などを順次積層すれば、良好な電気的特性を有する有機太陽電池が得られることが考えられる。
しかしながら、上記非特許文献１の手法を用いて有機太陽電池を作製した場合、ＰＴＣＤＡからなる配向機能膜は真空蒸着法により形成されているため、配向機能膜と陽極（ＩＴＯまたはＳｎＯ₂）の結合が弱く、素子の耐久性が低下してしまうことが懸念される。

特開平１０−１６１３３０号公報 信学技法，ＯＭＥ２００４−８５，２００４

本発明は、上記課題に鑑み、平面構造の有機分子を構成材料として用いる有機太陽電池において、有機分子を電気的に好ましい配向に制御して有機光電変換層を形成することにより電気的特性を向上させると共に、有機光電変換層の電極への結合力を高めて耐久性を向上させることを課題とする。

本発明者らは、上記課題を解決するための実験を重ねた結果、平面構造の有機分子の平面的分子面を電気的に好ましい配向に制御するための配向制御層を、有機光電変換層と基板上の電極表面との間に形成することと、配向制御層と電極とを共有結合により強固に結合させることにより、優れた電気的特性および耐久性の有機太陽電池が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

かくして、本発明によれば、基板上に少なくとも第１の電極、配向制御層、平面構造の有機分子を含む単層または複数層からなり前記配向制御層に接する有機光電変換層および第２の電極が順次積層され、前記配向制御層は、前記有機分子の平面的な分子面を基板表面と略平行方向に配列させる機能を有し、かつ、前記第１の電極と共有結合している有機太陽電池が提供される。
また、本発明の別の観点によれば、基板上に少なくとも第１の電極、配向制御層、平面構造の有機分子を含む単層または複数層からなり前記配向制御層に接する有機光電変換層および第２の電極を順次積層する工程を有し、前記配向制御層は、気相反応により前記第１の電極上に共有結合して形成され、前記有機光電変換層は、蒸着により前記配向制御層上に形成される有機太陽電池の製造方法が提供される。

本発明の有機太陽電池によれば、有機光電変換層を構成する平面構造の有機分子の平面的な分子面が電気的に好ましい配向、例えば導電性が良好となる配向であるため、良好な電気的特性を有すると共に、配向制御層と電極の界面が強固な共有結合で形成されていることにより、高い耐久性を有する。
また、本発明の有機太陽電池の製造方法によれば、電気的特性および耐久性に優れた上記有機太陽電池を作製することができることに加え、配向機能層の形成を気相反応により行うため、液相反応の場合では必要な溶媒の乾燥除去プロセスを省くことができる。この結果、液相反応にて配向機能層を形成した場合に生じる溶媒の残留に由来する膜質の悪化およびピンホールの生成によるリーク電流の増大といったデバイス性能への悪影響を回避することができる。

本発明の有機太陽電池は、基板上に少なくとも陽極（第１の電極）、配向制御層、平面構造の有機分子を含む単層または複数層からなり前記配向制御層に接する有機光電変換層および陰極（第２の電極）が順次積層され、前記配向制御層は、前記有機分子の平面的な分子面を基板表面と略平行方向に配列させる機能を有し、かつ、前記第１の電極と共有結合していることを特徴としている。
以下、図１の本発明に係る有機太陽電池の概略構造を示す断面図を参照しながら、有機太陽電池の各構成要素について説明する。

（基板および陽極）
基板１は有機太陽電池の支持体となるものであり、当該分野の一般的な基板材料を用いることができ、例えば石英、ガラス、金属等からなる基板を用いることができる。
陽極２としては、当該分野の一般的な陽極材料を用いることができ、例えばインジウム・スズ酸化物(ＩＴＯ)、Ａｕ、Ａｇ等の仕事関数の大きな導電性材料を用いることができる。

（配向制御層）
配向制御層３は、陽極の表面に形成された膜厚１〜１０００Å（好ましくは１〜５０Å）の単層膜である。この配向制御層は、シランカップリング系化合物、チオール系化合物あるいは酸クロライド系化合物を用いて形成することができ、中でもシランカップリング系化合物が好ましい。
シランカップリング系化合物は、陽極と共有結合により化学結合することのできるチオール系化合物や酸クロライド系化合物に比して、より強固な共有結合を形成することができるため、有機太陽電池の耐久性および寿命をより向上させることができる。また、シランカップリング系化合物は、太陽光を透過するＩＴＯのような透明電極上への共有結合も良好であるため、透明電極の全面にわたって配向制御層を形成して太陽光の利用効率を上げることができる。なお、酸クロライド系化合物として例えばフェニルアセチルクロライドを用いることができ、陽極がＡｕやＡｇといった金属である場合には、金属原子との直接的な共有結合が可能なチオール系化合物として例えばベンジルメルカプタンを用いることができる。

以下、配向制御層の好ましい形成材料としてのシランカップリング系化合物について詳しく説明する。
上記シランカップリング系化合物は、下記の一般式（Ｉ）の構造を有するものが好まし
い。ここで、Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は加水分解して水酸基を生じる置換基、Ｘはアルキレン鎖、Ｙはπ電子共役系を有する置換基である。

一般式（Ｉ）の構造を有するシランカップリング系化合物において、加水分解して水酸
基を生じる基Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃としては、メトキシ、エトキシ、プロピキシ等の炭素数１〜５個程度のアルコキシル基が挙げられ、中でもメトキシ、エトキシが好ましい。

上記Ｘとしてのアルキレン鎖は、メチレン基、エチレン基、プロピレン基等の炭素数１〜１８程度のアルキレン鎖が好ましく、特に炭素数１個のメチレン基が好ましい。アルキレン鎖がメチレン基であれば、基板と結合したシランカップリング系化合物の分子数密度が高くなるため、配向制御層に接する後述の平面構造を有する有機光電変換層はより安定して配列することができる。なお、アルキレン鎖が炭素数１８程度を越えると、アルキレン鎖が長くなるためシランカップリング系化合物一分子当りの基板上に占める面積が増大してしまい、高密度でシランカップリング系化合物を基板上に被覆することができなくなり、配向制御機能が低下する傾向にあると考えられる。

上記Ｙとしての置換基は、基板表面（平面）に対し略平行方向に配列可能な平面的分子面を有する置換基が好ましく、具体的には炭素数６〜１４個程度を有するフェニル、トリル、キシリル、ビフェニル、ナフタリン、アントラセン等のアリール基、ヘテロ原子を有する単環の複素環化合物に由来する基等が挙げられ、これらの中でもアリール基が好ましく、特にフェニルが好ましい。これらの置換基Ｙは、分子面の面積が大きい平面的なπ共役面を有しているため、これに接する後述の有機光電変換層中の平面構造の有機分子へ与える影響が大きい。したがって、配向制御層上の有機光電変換層中の有機分子はその平面的分子面が上記置換基Ｙのπ共役面および基板表面と略平行方向に安定的に配列することができる。

ここで、本発明において、基板表面と配向制御層中のπ共役面とのなす角度は、配向制御層を構成している分子に対して量子化学計算を行うことにより求めることができる。詳しくは、まず分子軌道計算プログラムであるＧａｕｓｓｉａｎ０３パッケージ（Ｇａｕｓｓｉａｎ， Ｉｎｃ．）の密度汎関数法の一つであるＢ３ＬＹＰ法（Ｂｅｃｋｅ‘ｓ Ｔｈｒｅｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｈｙｂｒｉｄ ｍｅｔｈｏｄ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｌｅｅ−Ｙａｎｇ−Ｐａｒｒ ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ（Ｊ． Ｃｈｅｍ． Ｐｈｙｓ． ９８， ５６４８（１９９３）））を用いて目的の分子について構造の最適化を行う。その構造から、基板表面とπ共役面のなす角度を、簡単な代数計算により見積もることが可能である。本発明ではＢ３ＬＹＰ法の基底関数は６−３１＋Ｇ（ｄ，ｐ）とした。
本発明において、配向制御層を構成する分子のπ共役面が基板表面に対して略平行方向に配列（配向）するとは、上記なす角度が０〜３５度の範囲で前記π共役面が配列（配向）することを意味する。

上述したシランカップリング系化合物は、具体的には下記の構造式（II）のベンジル
トリエトキシシランが好ましいものとして挙げられる。

（有機光電変換層）
有機光電変換層４は、配向制御層の表面に形成された単層（膜厚１ｎｍ〜１０００ｎｍ（好ましくは１０ｎｍ〜１００ｎｍ））または複数層（合計膜厚１ｎｍ〜２０００ｎｍ（好ましくは１０ｎｍ〜２００ｎｍ））の膜からなり、受光することにより電気を発生する。
有機光電変換層としては、フタロシアニン系分子またはポルフィリン系分子を用いて形成することができる。フタロシアニン系分子としては、フタロシアニン骨格を有する分子であって、例えば分子中心が無金属、もしくはＣｕ、 Ｚｎ、 Ｃｏ、 Ｎｉ、 Ｐｂ、 Ｐｔ、 Ｆｅ、 Ｍｇ 等の二価の金属、もしくはＡｌＣｌ、 ＩｎＣｌ、 ＧａＣｌ 等のハロゲン原子が配位した三価の金属、もしくはＶＯ、 ＴｉＯ等の酸素が配位した金属であるものが挙げられる。

さらに詳しく説明すると、有機光電変換層は、好ましい例として単層または複数層を以下のように構成することができる。
単層の場合、銅フタロシアニン分子（ＣｕＰｃ）を用いてｐ導電型層を形成することができる。このとき、銅フタロシアニン分子からなる層が、薄膜Ｘ線回折において２θ＝２６．６±０．２度かつ２７．５±０．２度の範囲に回折ピークを示すことがより好ましい。
２層の場合、前記ｐ導電型層上に、Ｃ₆₀を用いてｎ導電型層を形成することができる。
３層の場合、前記ｐ、ｎ導電型層上に、バソフェナントロリン誘導体（２，９−ジメチル−４，７−ジフェニル−1，１０−フェナントロリン：ＢＣＰ）を用いて励起子ブロック層を形成することができる。
上記２層および３層構造の例はｐ−ｎ接合型であるが、例えばＣｕＰｃ層、ＣｕＰｃ／Ｃ₆₀混合層、Ｃ₆₀層、ＢＣＰ層を順に積層することで、ｐ−ｉ−ｎ型の構造を作製することも可能である。なお、本発明において、各フタロシアニン系分子やＣ₆₀やＢＣＰは市販品（例えばアルドリッチ社製）を用いることができる。

（陰極）
陰極６としては、当該分野の一般的な陰極材料を用いることができ、例えば仕事関数の小さなＡｌやＭｇＡｇ合金、ＭｇＩｎ合金等が用いられる。

（有機太陽電池の製造方法）
上記構成の有機太陽電池は、以下のようにして製造することができる。
まず、基板１上に陽極２を真空蒸着法やスパッタリング法により形成する。
次いで、形成された陽極２の表面に、配向制御機能を有する配向制御層の形成用材料（好ましくはシランカップリング系化合物）を揮発させ、気相中で接触させて化学反応させることにより、陽極２と共有結合した配向制御層３を形成する。
続いて、配向制御層３の表面に、光電変換機能を有する有機光電変換層の形成用材料（好ましくはフタロシアニン系分子）を用いて真空蒸着により有機光電変換層４を形成する。必要ならば他の有機材料を用いて順次真空蒸着により２層目以降を形成して、有機光電変換層４を複数層に形成する。
その後、有機光電変換層４の表面に、陰極６を真空蒸着やスパッタリングなどにより形成して、目的の有機太陽電池を作製することができる。なお、陰極６の表面を基板や樹脂フィルム等にて被覆してもよい。

配向制御層を形成するに際して、上記構造式（II）のようなアルコキシル基を有する
シランカップリング系化合物を用いる場合、陽極（例えばＩＴＯ）表面と容易に共有結合させるために、予め陽極表面に水酸基を付加させることが好ましい。陽極表面に水酸基を付加させる方法としては、酸素プラズマアッシング処理後に超純水に浸す手法等が挙げられる。
シランカップリング系化合物と陽極表面との反応では、先ずシランカップリング系化合物のアルコキシル基が加水分解して水酸基に変わり、この水酸基が陽極表面の水酸基と反応（脱水重合）する。この際、前述の酸素プラズマアッシング処理が適切に行われていれば、陽極表面が多数の水酸基で覆われているため、シランカップリング系化合物の３つの水酸基のうちの多くが陽極上の水酸基と反応し、陽極と強固な化学結合で連結することができる。なお、上述したように陽極がＡｕやＡｇといった金属である場合には、陽極表面に水酸基を付加させる工程を省略し、金属原子との直接的な共有結合が可能なチオール系化合物を用いて配向制御層を形成することができる。

（実施例１）
図１に示す構造の有機太陽電池を以下の方法で作製した。
まず、縦２５ｍｍ×横２５ｍｍ×厚さ０．７ｍｍのガラス基板上にＩＴＯを膜厚１５０ｎｍで堆積して陽極を形成した。次に、ＩＴＯ陽極表面にレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして塩酸にてエッチングして陽極を所望の形状にパターニングした。続いて、クロロホルム中で陽極を超音波洗浄し、さらにアセトンおよびエタノール中でそれぞれ陽極を超音波洗浄した。その後、ブランソン／ＩＰＣ４０００を用いてＩＴＯ陽極表面に酸素プラズマアッシング処理を１５０℃、５０Ｗで１５分間行い、清浄な陽極表面を露出させた。その後、陽極を５分間超純水に浸し、共有結合を生じやすい水酸基を多数有する陽極表面を形成した。

続いて、このＩＴＯ陽極付き基板と、上記構造式（II）のベンジルトリエトキシシラ
ン（シランカップリング系化合物：アヅマックス社製）を、耐熱耐圧性を有するテフロン（登録商標）製の容器中に入れ、この容器を防爆オーブンにて１００℃で加熱してベンジルトリエトキシシランを揮発させ、９０分間陽極表面と気相中にて反応させて配向制御層を形成した。次いで、反応後の基板をアセトン溶液にて１０分間超音波洗浄し、未反応のベンジルトリエトキシシランを除去した。

得られた配向制御層について紫外−可視吸収スペクトル測定（島津製作所製ＵＶ−３１００ＰＣを用いた）を行なったところ、ベンジルトリエトキシシランのフェニル基に由来するピークが２３５ｎｍの位置に得られた。これにより、陽極とベンジルトリエトキシシランは共有結合にて連結されたと判断できた。
また、得られた配向制御層の膜厚を分光エリプソメトリー測定（ジェー・エー・ウーラム・ジャパン社製ＨＳ−１９０モデルを用いた）にて評価すると、５．０Åであった（量子化学計算にて算出した膜厚は４．３Å）。また、量子化学計算の結果から、配向制御層に含まれるベンゼン環のπ共役面は基板表面（平面）に対し２３度傾いていることが分かった。

続いて、上記工程を経て得られた基板を真空蒸着器（アルバック機工社製ＥＬＯＲＡ−１００）に移し、５×１０^-6Ｔｏｒｒの真空度にした後、タングステン製のメタルボート上に設置した平面構造の銅フタロシアニン（ＣｕＰｃ：アルドリッチ社製）を蒸着速度１．０Å／ｓを保つように加熱することにより、配向制御層上に膜厚５０ｎｍのＣｕＰｃからなる有機光電変換層（ｐ導電型層）を形成した。膜厚は水晶振動子により監視した。ここで、Ｘ線回折測定を薄膜Ｘ線回折装置（株式会社リガク製ＡＴＸシリーズ）で、ＣｕＫα線を用いて行うと、２θ＝２６．６°，２７．５°に強い回折ピークが得られた。このピークはα−ＣｕＰｃの回折面間隔３．３４Å、３．２４Åに対応していることから、平面的な分子面が基板表面に略平行方向に並んでいる（分子の積層軸（ｂ軸）が基板表面に対して垂直になっている）ことを示しており、基板表面に垂直方向に高い電気伝導度を有する配向となっていることが分かった。

引き続き、上記ｐ導電型層上にｎ導電型層として膜厚５０ｎｍのＣ₆₀（アルドリッチ社製）を真空蒸着により形成した。このとき、蒸着速度は１．０Å／ｓに保ち、真空度は５×１０^-6Ｔｏｒｒであった。さらに引き続いて、ｎ導電型層上に励起子ブロック層として膜厚５０ｎｍのＢＣＰ（アルドリッチ社製）を真空蒸着により形成した。このとき、蒸着速度は１．０Å／s、真空度は５×１０^-6Ｔｏｒｒであった。最後に、ＭｇＡｇ合金を、５×１０^-6Ｔｏｒｒの真空度、および２．０Å／ｓの蒸着速度を保つ温度で励起子ブロック層上に真空蒸着して（蒸着速度比Ｍｇ：Ａｇ＝９：１）、膜厚２００ｎｍの陰極を作製することで実施例１の有機太陽電池を作製した。

得られた実施例１の有機太陽電池の各特性を測定した。測定はソーラシミュレータ（（株）ワコム電創製ＷＸＳ−５０Ｓ−１．５，ＡＭ１．５Ｇ：キセノンランプ光源）を用い、大気中にて、光の放射照度を１００ｍＷ／ｃｍ²として基板側から照射して行った。その結果、開放起電力Ｖ_oc＝０．５２Ｖ、 短絡光電流密度Ｉ_sc＝４．０７ｍＡ／ｃｍ²、 フィルファクターｆｆ＝０．５２および光電変換効率η＝１．１０%であり、良好な特性が得られた。また、ＡＭ１．５Ｇ １００ｍＷ／ｃｍ²の擬似太陽光照射下で３日間大気中に放置した後に再び特性を測ると、Ｖ_oc＝０．５２Ｖ、 Ｉ_sc＝３．９８ｍＡ／ｃｍ²、 ｆｆ＝０．４５および η＝０．９３%であり、変換効率の減少量は１５%と少量であった。

（比較例１）
陽極上への配向制御層の形成工程が、陽極上にＰＴＣＤＡ（アルドリッチ社製）を用いて真空蒸着（蒸着速度０．１Å／ｓ、真空度５×１０^-6Ｔｏｒｒ）により膜厚１ｎｍの配向制御膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして、比較例１の有機太陽電池を作製した。

有機光電変換層としての銅フタロシアニンを配向制御膜上に蒸着した段階でＸＲＤ測定を行った結果、実施例１と同様に2θ＝２６．６°、２７．５°付近に回折ピークを観測し、これは、ＣｕＰｃ分子面は基板表面に対して略平行方向に配向しており、基板表面に対し垂直方向に高い電気伝導度を有する配向となっていることが分かった。
この比較例１の有機太陽電池にＡＭ１．５Ｇ １００ｍＷ／ｃｍ²の擬似太陽光を基板側から照射し、その特性を測ると、Ｖ_oc＝０．５１Ｖ、Ｉ_sc＝３．９１ｍＡ／ｃｍ²、 ｆｆ＝０．４８および η＝０．９６%であった。また、同条件の擬似太陽光照射下で３日間大気中に放置した後に再び特性を測ると、Ｖ_oc＝０．５０Ｖ、 Ｉ_sc＝１．３５ｍＡ／ｃｍ²、 ｆｆ＝０．２６および η＝０．１８%であり、変換効率の減少量は８２％と大きかった。

（比較例２）
陽極上への配向制御膜の形成工程において、下記構造式（III）のフェニルトリメト
キシシラン（シランカップリング系化合物：アヅマックス社製）を用い、８０℃で６０分間陽極と気相反応させて配向制御膜を形成したこと以外は、実施例１と同様にして、比較例２の有機太陽電池を作製した。

配向制御層を形成した段階で紫外-可視吸収スペクトル測定を行ったところ吸収ピークは２３６ｎｍであった。また、エリプソ分光測定で見積もられた膜厚は７．０Å（量子化学計算にて算出された膜厚は６．３Å）であった。また、量子化学計算の結果から、フェニルトリメトキシシランのπ共役面と基板表面のなす角度は８７°であり、π共役面は基板表面にほぼ垂直となっていることが分かった。有機光電変換層としての銅フタロシアニンを蒸着した段階でXRD測定を行った結果、２θ＝６．８°，１３．６°に回折ピークを観測し、これはα−ＣｕＰｃの（２００）面および（４００）面からの回折ピークに対応する。即ち、ＣｕＰｃ分子面は基板表面に対して垂直方向に配向しており、基板表面に略平行方向に高い電気伝導度を有する配向となっていることが分かった。

この比較例２の有機太陽電池にＡＭ１．５Ｇ １００ｍＷ／ｃｍ²の擬似太陽光を基板側から照射すると、Ｖ_oc＝０．４５Ｖ、 Ｉ_sc＝２．３７ｍＡ／ｃｍ²、 ｆｆ＝０．３６およびη＝０．３８%と、各特性値は低い値であった。また、同条件の擬似太陽光照射下で３日間大気中に放置した後に再び特性を測ると、Ｖ_oc＝０．４４Ｖ、 Ｉ_sc＝２．３２ｍＡ／ｃｍ²、 ｆｆ＝０．３０およびη＝０．３１%であり、変換効率の減少量は２０％と小さかったが変換効率は低い値であった。

実施例１と比較例１の結果から明らかなように、陽極と配向制御層を共有結合によって強固に結合させることにより、有機太陽電池の耐久性を向上できることがわかる。また、実施例１と比較例２の結果から明らかなように、配向制御層は、有機光電変換層を構成する平面構造の有機分子の配向を、基板表面に対して略平行方向に配列させる機能を有するため、有機太陽電池の電気的特性を向上できることがわかる。

本発明に係る有機太陽電池の概略構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 基板
２ 第１の電極（陽極）
３ 配向制御層
４ 有機光電変換層
５ 第２の電極（陰極）

Claims (11)

1. 基板上に少なくとも第１の電極、配向制御層、平面構造の有機分子を含む単層または複数層からなり前記配向制御層に接する有機光電変換層および第２の電極が順次積層され、
   前記配向制御層は、前記有機分子の平面的な分子面を基板表面と略平行方向に配列させる機能を有し、かつ前記第１の電極と共有結合していることを特徴とする有機太陽電池。
2. 配向制御層が、シランカップリング系化合物から構成された請求項１に記載の有機太陽電池。
3. シランカップリング系化合物が、式（Ｉ）
   （Ｒ₁、Ｒ₂およびＲ₃は加水分解して水酸基を生じる基、Ｘはアルキレン鎖、Ｙはπ電子共役系の置換基）
   の構造を有する請求項２に記載の有機太陽電池。
4. 式（Ｉ）において、Ｘがメチレン基である請求項３に記載の有機太陽電池。
5. 式（Ｉ）において、Ｙが、基板平面に対し略平行方向に配列可能な平面的分子面を有す
   る置換基である請求項３または４に記載の有機太陽電池。
6. 式（Ｉ）において、Ｙがアリール基である請求項５に記載の有機太陽電池。
7. シランカップリング系化合物が、式（II）
   の構造を有する請求項３〜６の何れか１つに記載の有機太陽電池。
8. 有機光電変換層における配向制御層と接している層が、フタロシアニン系分子からなる請求項１〜７の何れか１つに記載の有機太陽電池。
9. フタロシアニン系分子が、銅フタロシアニン分子である請求項８に記載の有機太陽電池。
10. 銅フタロシアニン分子からなる層が、薄膜Ｘ線回折において２θ＝２６．６±０．２度かつ２７．５±０．２度に回折ピークを示す請求項９に記載の有機太陽電池。
11. 基板上に少なくとも第１の電極、配向制御層、平面構造の有機分子を含む単層または複数層からなり前記配向制御層に接する有機光電変換層および第２の電極を順次積層する工程を有し、
    前記配向制御層は、配向制御層の形成用材料が気相中で前記第１の電極表面と反応し共有結合して形成し、
    前記有機光電変換層は、有機光電変換層の形成材料が前記配向制御層上に蒸着して形成することを特徴とする有機太陽電池の製造方法。