JP2007258235A

JP2007258235A - 有機薄膜太陽電池

Info

Publication number: JP2007258235A
Application number: JP2006077160A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sakai; 淳阪井; Kazuhiro Saito; 和裕斉藤; Tetsuya Toma; 哲也當摩
Original assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd; National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 2006-03-20
Filing date: 2006-03-20
Publication date: 2007-10-04
Anticipated expiration: 2026-03-20
Also published as: JP4872051B2

Abstract

【課題】キャリア輸送性に優れる高移動度有機半導体材料とフラーレンを均一にブレンドした光電変換層を形成することができ、変換効率に優れていると共に、また耐久性に優れた有機薄膜太陽電池を提供する。
【解決手段】ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体がブレンドされた光電変換層３を、少なくとも一方が光透過性である二つの電極４，５の間に設けて形成される有機薄膜太陽電池に関する。ｐ型有機半導体がオリゴチオフェン、ｎ型有機半導体がフラーレンからなり、フラーレンの体積比率が６０％以上の光電変換層３を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有機半導体を用いた固体の有機薄膜太陽電池に関するものである。

有機薄膜太陽電池は、従来のシリコンや化合物半導体太陽電池と比較して、簡便な製法と低い設備コストで製造することができるため、将来の低コスト太陽電池として期待されているが、まだ変換効率、信頼性とも低く、基本的な動作メカニズムの解明とそれに基づく新たなデバイス構造、材料の開発が必要とされている。

この有機薄膜太陽電池としては、最初、ｐ型及びｎ型有機半導体によるｐｎヘテロ接合型のものが試作された。このものにおいて、有機半導体は光吸収によって電子・正孔ペアの束縛力が強い励起子（エキシトン）を形成し、これがｐｎ接合の界面に拡散移動して、界面に存在する強い電界によって、電子と正孔に電荷分離し、電子と正孔がそれぞれ異なる電極に輸送されて、起電力を発生するものである。しかし、このときのエキシトンの拡散長は数十ｎｍと短いため、実際にはｐｎ接合界面から数十ｎｍの領域しか、有効にキャリア生成が行なわれず、変換効率は非常に低いものであった。

その後、ｐ型有機半導体（ドナー）とｎ型有機半導体（アクセプタ）とをブレンドし、ｐｎ接合面をナノオーダで薄膜全体に分散させるようにしたバルクヘテロジャンクション技術の開発が一つの大きなブレークスルーとなり、有機薄膜太陽電池の変換効率がそれまでと比べ大きく向上した。図６にこれまでに開発された代表的なバルクヘテロジャンクション構造の有機薄膜太陽電池を示す（例えば非特許文献１参照）。図６において１はｐ型有機半導体、２はｎ型有機半導体であり、３はこのｐ型有機半導体１とｎ型有機半導体２がブレンドされた光電変換層（バルクヘテロジャンクション層）である。光電変換層３においてｐ型有機半導体１とｎ型有機半導体２がナノオーダーで分散している。また４は透明電極、５は金属電極であり、この二つの電極４，５の間に光電変換層３を配置した層構成で透明基板１４の表面に積層することによって、有機薄膜太陽電池を形成するようにしてある。

この構造の有機薄膜太陽電池では、光を吸収して発生したエキシトンＥがナノオーダの拡散移動ですぐにｐｎの界面に到達し、電荷分離を起こして、電子ｅはｎ型有機半導体２のキャリアパスを通って電極５へ、正孔ｈはｐ型有機半導体１のキャリアパスを通って反対側の電極４へ輸送され、起電力を発生するものである。また光電変換層（バルクヘテロジャンクション層）３をｐ型有機半導体層１２とｎ型有機半導体層１３の間にサンドイッチすることによって、光電変換層３で発生したキャリアをｐ型有機半導体層１２とｎ型有機半導体層１３の２層で形成される内蔵電界により、さらに効率良く収集することができる。これはシリコン半導体デバイスでいうｐｉｎ型ダイードと同様な動作である。さらに、正孔輸送層１０や電子輸送層１１を挿入することにより、キャリアの選択的輸送、再結合の低減を図り、さらなる高効率化が図られている。

上記のような有機薄膜太陽電池において、バルクヘテロジャンクション層として形成される光電変換層３を成膜法で分類した場合、主として低分子系材料を用いる蒸着法と、主として高分子系材料を用いる塗布法がある。

蒸着法は、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体の２種の材料を同時に蒸着（共蒸着）することで、バルクヘテロジャンクション層として光電変換層３を形成することが可能であり、上記の図６のｐｉｎ構造のように各々異なる機能を備えた薄膜を多層化して形成できることが特徴である。一方、塗布法は、可溶性のあるドナー材料（ｐ型有機半導体）やアクセプタ材料（ｎ型有機半導体）を溶剤に溶かして塗布する方法であるため、蒸着法よりもｐｎ接合界面を均一分散させ易いという特徴がある。しかし、いずれにしてもまだ変換効率が低く、光吸収から電荷分離、キャリア輸送まで発電に寄与するすべてのプロセスを改善していかなければならないのが現状である。

また、変換効率と合わせてもう一つの大きな課題は耐久性の問題である。すなわち、有機材料は、光、酸素、水分の存在する環境下で劣化し易いので、実用化に向けては耐久性の課題も解決していかなければならない。
J.Xue,S.Uchida,B.P.Land,S.R.Forrest,Appl.Phys.Lett.,85, p.5757(2004)

上記したように、エキシトンの拡散距離が短いという問題は、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体のブレンド構造によるｐｎ接合面の光電変換層（バルクヘテロジャンクション膜）中への分散ということで、大きく改善することができる。

次なる課題は、電荷分離したキャリアをいかに失活（再結合）させることなく電極まで輸送するかということである。太陽電池は発生した電子が外部負荷に流れ、また太陽電池に戻って正孔と再結合するサイクルを繰り返して仕事が行なわれる。つまり電子と正孔の収集数にアンバランスがあった場合、実際の仕事量は少ない方のキャリア数に律速されることになる。

例えば低分子系有機太陽電池において最近、ｎ型有機半導体としてフラーレンを用いたタイプが高い変換効率を示すことが知られているが、このものでは、フラーレンの電子輸送能が、p型有機半導体の正孔輸送能を上回るため、電子が過剰に輸送され、正孔輸送量が全体の発生電流を律速していると考えられている。

ここで、輸送性を示すパラメータの一つに移動度：μがある。これはある電界のもとでのドリフト速度を示すもので、キャリア寿命をτ、電界の強さをＥとした場合、キャリアが輸送される距離はμτＥで表される。従って移動度が高い材料の方が、再結合確率が低く、より長い距離を輸送することができる。

そして従来の低分子系有機太陽電池では、ｐ型有機半導体として主に金属フタロシアニンが用いられてきた。この金属フタロシアニンは光吸収性とフラーレンとの分散性が優れているのが特徴であるが、移動度が低いため、フラーレン中を輸送されて電極へ到達する電子数と比較して、フタロシアニン中を輸送されて電極へ到達する正孔数の方が少ない。このため、フタロシアニンが発生電流を律速するので、変換効率が低下するという問題があった。

また、有機半導体の重要な課題の一つである劣化に関して、可視光を吸収する有機半導体に長期間光を照射し続けると、イオン化ポテンシャルが低下し、つまりバンドギャップが広がり、最終的には光を吸収しなくなるという本質的な問題があった。

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、キャリア輸送性に優れる高移動度有機半導体材料とフラーレンを均一にブレンドした光電変換層を形成することができ、変換効率に優れていると共に、また耐久性に優れた有機薄膜太陽電池を提供することを目的とするものである。

本発明の請求項１に係る有機薄膜太陽電池は、ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体がブレンドされた光電変換層を、少なくとも一方が光透過性である二つの電極の間に設けて形成される有機薄膜太陽電池において、ｐ型有機半導体がオリゴチオフェン、ｎ型有機半導体がフラーレン又はフラーレン化合物からなり、光電変換層中のフラーレン又はフラーレン化合物の合計体積比率が６０％以上であることを特徴とするものである。

また請求項２の発明は、請求項１において、光電変換層中のフラーレン又はフラーレン化合物の合計体積比率が７５〜９５％であることを特徴とするものである。

また請求項３の発明は、請求項１又は２において、光電変換層と一方の電極との間にフラーレン又はフラーレン化合物の層を設けたことを特徴とするものである。

オリゴチオフェンはキャリア輸送性に優れる高移動度有機半導体材料であり、このオリゴチオフェンとフラーレン又はフラーレン化合物をブレンドして光電変換層を形成するにあたって、光電変換層中のフラーレン又はフラーレン化合物の体積比率が６０％以上になるようにすることによって、オリゴチオフェンとフラーレン又はフラーレン化合物をナノオーダで均一に分散させることができ、高い変換効率を有すると共に耐久性に優れた有機薄膜太陽電池を実現することができるものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

図１は本発明に係る有機薄膜太陽電池の層構成の一例を示すものであり、透明基板１４の片面に、電極４、正孔輸送層１０、光電変換層３、電子輸送層１１、電極５の順に積層してある。電極４，５のうち透明基板１４の側に積層される電極４は光透過性の透明電極として形成してあり、他方の電極５は金属電極として形成してある。

光電変換層３はｐ型有機半導体とｎ型有機半導体をブレンドしたバルクヘテロジャンクション層として形成してあり、本発明では、ｐ型有機半導体としてオリゴチオフェンを、ｎ型有機半導体としてフラーレン又はフラーレン化合物を用いるものである。

オリゴチオフェンとはチオフェン環を含むオリゴマであり、式（１）のようにチオフェン環を複数連結しただけのものや、式（２）のように複数連結した末端のチオフェン環にメチル基などのアルキル基を置換したものがある。チオフェン環の連結個数は特に限定されるものではないが、チオフェン環を２〜２０個の範囲で連結したオリゴチオフェンが好ましい。本発明ではオリゴチオフェンであればいずれのものを用いても効果がある。

有機トランジスタの開発において各種の有機半導体材料の移動度が調べられており、フタロシアニンの移動度は０．０２〜０．０３ｃｍ^２／Ｖｓであるのに対して、オリゴチオフェンの移動度は０．１〜１ｃｍ^２／Ｖｓと大きな値が示されている。有機薄膜太陽電池においてオリゴチオフェンとｎ型有機半導体とのｐｎ接合型の太陽電池の発表例があるが、面同士で接合を形成するｐｎ接合では、キャリアを収集できる領域が小さいため、低い特性しか示していなかった（例えばN. Noma, T. Tsuzuki, Y. Shirota, Adv. Mater. 1995 N0.7 P.647）。

またフラーレンには、構成する炭素の数によって、Ｃ６０、Ｃ７０などがあり、またフラーレン化合物は、Ｃ６０、Ｃ７０等のフラーレンの炭素原子に置換基が結合した化合物であり、本発明ではいずれのものも使用することができる（以下、フラーレンとフラーレン化合物をあわせてフラーレンという）。

上記のように本発明ではｎ型有機半導体としてフラーレンを用いる。フラーレンは電子輸送性に優れ、波長５００ｎｍ付近の可視光を吸収し、太陽光の吸収材料としても機能するからである。

ここで、ｐ型有機半導体としてオリゴチオフェンを、ｎ型有機半導体としてフラーレンを用いるにあたって、まず、オリゴチオフェン層とフラーレン層からなるレイヤ型のヘテロ接合特性を調べたところ、良好なダイオード特性を示すことを確認した。またこのオリゴチオフェン／フラーレンのヘテロ接合ダイードにソーラシミュレータ「ＡＭ１．５」で１００ＭＷ／ｃｍ^２の光を照射して、変換効率を調べたところ、最大で０．８％の効率を示した。

従って、光電変換層３の膜全体に渡って、ｐｎ接合界面を分散させるブレンド構造をこのオリゴチオフェンとフラーレンの系において実現することができれば、光電変換層３の膜全体に亘って発生したエキシトンの電荷分離効率を高めることができるものであり、またホール輸送の移動度に優れるオリゴチオフェンをｐ型有機半導体として用いることができるので、高い変換効率が期待できる。

しかし、従来の成膜方法である蒸着法をこの材料系に適用してオリゴチオフェンとフラーレンをブレンドした光電変換層３を作製する場合、両材料を分散させることは非常に困難である。例えば、従来から知られているフタロシアニン／フラーレンのブレンド層として図１の光電変換層３を形成する場合、フタロシアニンとフラーレンを同時に蒸着（共蒸着）すると、フタロシアニンとフラーレンの体積比が約１：１でうまく分散した光電変換層３を形成することができ、正孔・電子のキャリアパスが形成されて高い特性を得ることができる。一方、オリゴチオフェンとフラーレンを共蒸着して体積比１：１でブレンドした薄膜を観察すると、オリゴチオフェンが数百ｎｍオーダで凝集し、図５に示すように非常に不均一な薄膜１６が形成され、オリゴチオフェンをフラーレンとナノオーダで分散させることは困難である。その結果、オリゴチオフェンとフラーレンをブレンドした光電変換層３を備える有機薄膜太陽電池は非常に低い値の特性を示すことになる。

そこで、オリゴチオフェンとフラーレンとの組成比を検討したところ、フラーレンを体積比で過剰になるようにブレンドすることによって、オリゴチオフェンとフラーレンがナノオーダで分散し、非常に均一な薄膜を形成することができることを見出し、本発明を完成したものである。

すなわち、オリゴチオフェンとフラーレンをブレンドした光電変換層３を作製するにあたって、光電変換層３中のフラーレンの体積比率が６０％以上になるように、オリゴチオフェンとフラーレンの共蒸着を行なうものである。光電変換層３中のフラーレンの体積比率は７５〜９５％の範囲であることがより好ましい。光電変換層３中のフラーレンの体積比率が７５％未満、特に６０％未満であると、オリゴチオフェンとフラーレンをナノオーダで分散させることが難しく、高い変換効率を得ることができない。逆に、光電変換層３中のフラーレンの体積比率が過剰過ぎて９５％を超えると、却って変換効率が大きく低下する。

このように、オリゴチオフェンとフラーレンをブレンドした光電変換層３をフラーレン体積比率６０％以上で作製することによって、図１のように形成される有機薄膜太陽電池の特性、特に短絡電流、開放電圧を大幅に向上させ、また変換効率を大幅に向上させることができるものである。尚、光電変換層３には、オリゴチオフェンとフラーレンに加えて、他のｎ型半導体やｐ型半導体を本発明の目的を損なわない範囲で配合するようにしてもよい。

次に、有機薄膜太陽電池の特性をさらに向上させるために、光電変換層３に隣接してオリゴチオフェンの単独層やフラーレンの単独層を挿入することが考えられる。例えば、図１の層構造において、光電変換層３と電極４との間にオリゴチオフェン層を、光電変換層３と電極５との間にフラーレン層を挿入したｐｉｎ型（図４（ａ）参照）、光電変換層３と電極４との間にオリゴチオフェン層のみを挿入したｐｉ型（図４（ｂ）参照）、光電変換層３と電極５との間にフラーレン層のみを挿入したｉｎ型（図２参照）が考えられる。そしてこれらの層構成の有機薄膜太陽電池の特性向上の効果を検討したところ、図２に示す光電変換層３と電極５（電子が輸送される側の電極）との間にフラーレン層６のみを挿入したｉｎ型で、電流、形状因子（Fill Factor）が向上し、さらなる高効率化が図れるものであった。一方、ｐｉ型やｐｉｎ型のものでは、逆方向の漏れ電流が多く、特性の低下が見られた。これは光電変換層３がフラーレン過剰、つまりｎ型特性を持つため、光電変換層３とオリゴチフェン層との間で接合が形成され、光電変換層３内に分散する接合と２箇所で接合が形成されることになって、全体の動作に悪影響を及ぼすためであると考えられる。

また、有機薄膜太陽電池は既述のように光劣化の問題がある。すなわち、有機半導体に光照射した場合、徐々に光吸収性が低下する、つまり透明に変化してくるという実用化のうえでの本質的な問題がある。これに対して、本発明の有機薄膜太陽電池では、フラーレンを過剰にブレンドして光電変換層３を形成するようにしているため、光吸収の大半はフラーレンが担っている。つまりｐ型有機半導体であるオリゴチオフェンは、ホールを輸送する役割のみ果たせばよく、光吸収は問われない。従って本発明では、光照射しても非常に劣化の少ない有機薄膜太陽電池を実現することができるものである。またオリゴチオフェンのなかでもチオフェン環の数の少ない材料は、バンドギャップが広く、より光劣化による光吸収の変動が少ないので、このような材料を用いることによってより高耐久型の有機有機太陽電池を形成することが可能となるものである。

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。

（実施例１）
電極４としてＩＴＯ電極が１５０ｎｍの膜厚で形成されたガラス基板１４の上に、正孔輸送層１０として、ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ層（poly[3,4-(ethylenedioxy) thiophene]:poly(styrene sulfonate)）を３０ｎｍの膜厚で形成した。

次に、オリゴチオフェンとして６個のチオフェン環からなるヘキサチオフェン（sexthiophene：６Ｔ）を、フラーレンとしてＣ６０フラーレンを用い、正孔輸送層１０の上に真空蒸着法により光電変換層３を形成した。真空蒸着方法には、抵抗加熱蒸着方式とＫセル（Knudsenセル）を用いる方式があるが、本実施例ではＫセルを用いた。まず、オリゴチオフェンとフラーレンの各蒸着源毎に、直上に水晶振動子方式の膜厚センサを設置し、各材料毎に独立して膜厚を計測できるようにし、そして体積比でフラーレンを０％から１００％まで段階的に変えて、オリゴチオフェンとフラーレンをブレンドした光電変換層３の成膜を行なった。本実施例で体積比は、この膜厚計で測定した積算膜厚の比をもっていうものである。光電変換層３の膜厚は５０ｎｍで統一した。

この後、光電変換層３の上に電子輸送層１１としてＢＣＰ（bathocuproine）を５ｎｍの膜厚で形成し、最後にこの上に電極５としてＡｇ：Ｍｇ合金薄膜を１００ｎｍの膜厚で形成することによって、図１に示す層構成の有機薄膜太陽電池を得た。

上記のようにして得た有機薄膜太陽電池について、ソーラシミュレータ「ＡＭ１．５」で１００ｍＷ／ｃｍ^２の光を照射して、光電変換層３中のフラーレン体積比と太陽電池特性との関係を測定した。

一般に太陽電池の変換効率：ＰＣＥ（Power conversionefficiency）は次の式で表される。

PCE(%)＝Jsc（短絡電流）×Voc（開放電圧）×FF（Fillfactor：形状因子）／入射エネルギー
太陽電池特性の測定結果を、図３（ａ）〜（ｄ）に示す。

従来のフタロシアニン／フラーレンのブレンドで光電変換層を形成したものでは、フラーレンの体積比５０％で最大の太陽電池特性を示すが、同様にフラーレンの体積比５０％でオリゴチオフェン／フラーレンをブレンドして光電変換層を形成すると、図３（ｄ）にみられるように、既述のレイヤ接合型（bilayer）の０．８％をも下回る変換効率しか得られない。

しかし、フラーレンの体積比を６０％以上にしていくと、図３（ａ）（ｂ）（ｄ）のグラフのように短絡電流、開放電圧、変換効率が急激に増加することがみられる。特にフラーレンの体積比７５％以上では、５０％のときの２倍以上と大きく増加する。この原因を調べるために光電変換層の構造解析を行なったところ、フラーレンの体積比５０％のときは既述の図５のように光電変換層にオリゴチオフェンの凝集が観察され、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による平均表面粗さは約２０ｎｍであるが、フラーレンの体積比７５％のときは、平均表面粗さは約２ｎｍと１０分の１であって非常に均一な膜が形成されていることが判明した。これは、フタロシアニンのような平面性分子と比べてオリゴチオフェンのような直線分子は、蒸着すると基板上で配向、凝集しやすく、フラーレンとナノオーダで分散し難いが、フラーレンの体積比率が６０％以上になるように増していくと、フラーレンがオリゴチオフェンの凝集を妨げる方向に働き、ついにはオリゴチオフェンとフラーレンがナノオーダーで均一に分散した膜が得られるためであると考えられる。このようにフラーレンの体積比を６０％以上に形成した光電変換層では、電荷分離が効率よく行われ、電流が増加した結果から推定すると、オリゴチオフェンのキャリアパス、フラーレンのキャリアパスともに良好なパスが形成されていると考えられる。

一方、光電変換層中のフラーレンを体積比６０％以上と過剰にすることによって、図３（ｂ）のように開放電圧も大きく向上する。開放電圧は通常ｐｎ接合におけるフェルミ準位の差が大きく起因する。オリゴチオフェン／フラーレンのレイヤによるヘテロ接合型の場合は、開放電圧は最大で０．４Ｖであり、オリゴチオフェン／フラーレンのブレンドによる本実施例の光電変換層の場合も、フラーレンの体積比が６０％以下のときは、これと同じ値を示すが、フラーレンの体積比が６０％以上になると、開放電圧は急激に上昇して図３（ｂ）にみられるように最大０．７Ｖを発生する。この原因の一つは、短絡電流が大幅に増えたことであるが、フラーレンが６０％以上の過剰になると、フラーレンと正孔輸送層（ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ）との間で形成されるショットキ障壁によって生ずる内蔵電界が付加されて、これが影響していることも考えられる。

また、図３（ｃ）にみられるように、形状因子（ＦＦ）が低下しているが、これは、オリゴチオフェンの体積比が小さくなったため、キャリアパスが小さくなり（細くなり）、電気抵抗成分が増えたためと考えられる。

以上のように、フラーレンの過剰ブレンドで光電変換層を形成することが高変換効率化に大きく寄与するものであり、そして図３（ａ）〜（ｄ）のグラフにみられるように、光電変換層中のフラーレンの体積比を６０％以上に設定することによって、変換効率に優れた有機薄膜太陽電池を得ることができることが確認される。特に、フラーレンの体積比率が８０％のときに、５０％のときよりも変換効率が３倍に増加するように、フラーレンの体積比が７５〜９５％のときに、変換効率がより高い有機薄膜太陽電池を得ることができることが確認される。

（実施例２）
フラーレンの体積比が８５％になるようにして光電変換層３を形成するようにした他は、実施例１と同様にして図１の層構成の有機薄膜太陽電池を作製した。この有機薄膜太陽電池はｉ型である。

また比較のために、膜厚３０ｎｍのフラーレン単独のフラーレン層６を光電変換層３と電子輸送層１１の間に挿入して形成するようにした他は、実施例１と同様にして図２の層構成の有機薄膜太陽電池を作製した。この有機薄膜太陽電池はｉｎ型である。

さらに、膜厚２５ｎｍのオリゴチオフェン単独のオリゴチオフェン層１８を光電変換層３と正孔輸送層１０の間に、膜厚２５ｎｍのフラーレン単独のフラーレン層６を光電変換層３と電子輸送層１１の間に、それぞれ挿入して形成するようにした他は、実施例１と同様にして図４（ａ）の層構成の有機薄膜太陽電池を作製した。この有機薄膜太陽電池はｐｉｎ型である。

さらに、膜厚２５ｎｍのオリゴチオフェン単独のオリゴチオフェン層１８を光電変換層３と正孔輸送層１０の間に挿入して形成するようにした他は、実施例１と同様にして図４（ｂ）の層構成の有機薄膜太陽電池を作製した。この有機薄膜太陽電池はｐｉ型である。

これらの、ｉ型、ｉｎ型、ｐｉｎ型、ｐｉ型の有機薄膜太陽電池について、実施例１と同様にして太陽電池特性を測定した。結果を表１に示す。

表１にみられるように、ｉ型に対して、ｐｉｎ型やｐｉ型では太陽電池特性が低下しているのに対し、ｉｎ型では各特性が向上しており、特に形状因子が大きく向上している。これはｐｉ型では光電変換層と電子輸送層（ＢＣＰ層）の間にフラーレン層を設けることによって、光電変換層と電子輸送層の界面の抵抗低減、再結合防止の効果があるためであると考えられる。

本発明の実施の形態の一例を示す、ｉ型の有機薄膜太陽電池の概略断面図である。本発明の他の実施の形態の一例を示す、ｉｎ型の有機薄膜太陽電池の概略断面図である。実施例１の有機薄膜太陽電池の特性を示すものであり、（ａ）はフラーレン体積比と短絡電流の関係を示すグラフ、（ｂ）はフラーレン体積比と開放電圧の関係を示すグラフ、（ｃ）はフラーレン体積比と形状因子の関係を示すグラフ、（ｄ）はフラーレン体積比と変換効率の関係を示すグラフである。（ａ）はｐｉｎ型の有機薄膜太陽電池の概略断面図、（ｂ）はｐｉ型の有機薄膜太陽電池の概略断面図である。体積比約５０％でのオリゴチオフェン／フラーレンのブレンド層の拡大した概略断面図である。従来のバルクヘテロジャンクション型有機薄膜太陽電池の概略断面図である。

符号の説明

１ｐ型有機半導体
２ｎ型有機半導体
３光電変換層
４電極
５電極
６フラーレン層

Claims

ｐ型有機半導体とｎ型有機半導体がブレンドされた光電変換層を、少なくとも一方が光透過性である二つの電極の間に設けて形成される有機薄膜太陽電池において、ｐ型有機半導体がオリゴチオフェン、ｎ型有機半導体がフラーレン又はフラーレン化合物からなり、光電変換層中のフラーレン又はフラーレン化合物の合計体積比率が６０％以上であることを特徴とする有機薄膜太陽電池。
光電変換層中のフラーレン又はフラーレン化合物の合計体積比率が７５〜９５％であることを特徴とする請求項１に記載の有機薄膜太陽電池。
光電変換層と一方の電極との間にフラーレン又はフラーレン化合物の層を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載の有機薄膜太陽電池。