JP2010525613A - 有機光電池 - Google Patents

Abstract

有機光電セルや、関連する部材、光電システム、および方法について開示する。

Description

本発明は、有機光電セルや、関連する部材、光電システム、および方法に関する。

光電池（光電セル）は、光形態のエネルギーを電気形態のエネルギーへ変換するために一般に用いられる。典型的な光電セルは、２つの電極の間に配置された光活性材料を備える。一般に、光は一方または両方の電極を通過して、光活性材料と相互作用する。その結果、一方または両方の電極が光（例えば、光活性材料によって吸収される１つ以上の波長の光）を透過させる性能によって、光電セルの全効率は制限される。半導体材料の導電性は導体材料よりも低い場合があるが、半導体材料は多くの導体材料よりも光をよく透過させることが可能であるため、多くの光電セルでは、光が通過する電極の形成に半導体材料（例えば、インジウムスズ酸化物）のフィルムが用いられる。

光電セルの一実施態様の断面図。 タンデム型の光電セルの一実施形態の断面図。 電気的に直列に接続された複数の光電セルを含むシステムの概略図。 電気的に並列に接続された複数の光電セルを含むシステムの概略図。

本発明は、有機光電セルや、関連する部材、光電システム、および方法に関する。
一態様では、本発明は、第１の電極および第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間の光活性層と、第１の電極と光活性層との間の第２の層とを備える物品である。第２の層は、含窒素化合物、含リン化合物、含硫黄化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される化合物を含む。この物品は、光電セルとして構成されている。

別の態様では、本発明は、第１の電極および第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間の第１と第２光活性層と、第１の電極と第２の電極との間の第３の層とを備えるシステムである。第３の層は、含窒素化合物、含リン化合物、含硫黄化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される化合物を含む。このシステムは、光電システムとして構成されている。

実施形態には、次の特徴のうちの１つ以上が含まれてよい。
幾つかの実施形態では、第２の層または第３の層はホールブロック層である。
幾つかの実施形態では、化合物は含窒素化合物である。一定の実施形態では、含窒素化合物は１つ以上のアミノ基を含み、そのアミノ基は、１級アミノ基、２級アミノ基、または３級アミノ基を含むことが可能である。例えば、アミノ基は、ＮＨ_２またはＮ（ＣＨ_３）_２を含む。

幾つかの実施形態では、化合物は、アルコキシルシリル基、クロロシリル基、カルボン酸基、塩化カルボニル基、ホスホン酸基、塩化ホスホリル基、またはチオール基を含む。
一部の実施形態では、前記化合物はＲ_１Ｎ（Ｒ_２Ｒ_３）であり、Ｒ_１、Ｒ_２、およびＲ_３は各々独立に、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、またはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルであるか、あるいはＲ_１およびＲ_２、Ｒ_２およびＲ_３、またはＲ_１およびＲ_３は、それらの結合した窒素原子と共にヘテロアリールまたはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルをなす。一定の実施形態では、Ｒ_１は、Ｓｉ（ＯＲ）_３またはＮＨ（Ｒ）で置換され
たＣ_１〜Ｃ_２０アルキルであるか、ＣＯＯＨまたはＳＨで置換されたアリールであり、各Ｒは独立にＣ_１〜Ｃ_２０アルキルである。例えば、この化合物は、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、（３−トリメトキシシリルプロピル）ジエチレントリアミン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、４−ジメチルアミノ安息香酸、４−アミノ安息香酸、または４−アミノチオフェノールであってよい。

幾つかの実施形態では、化合物のうちの少なくとも一部の分子は架橋している。
幾つかの実施形態では、化合物のうちの少なくとも一部の分子は第１の電極の表面へ吸着されている。

幾つかの実施形態では、化合物は、ポリアミン（例えば、ポリエチレンイミン）など、ポリマーである。幾つかの実施形態では、ポリマーのうちの少なくとも一部の分子は架橋剤によって架橋されている。例えば、架橋剤は含エポキシ化合物（例えば、グリセロールプロポキシラートトリグリシジルエーテルまたはグリセロールジグリシジルエーテル）を含む。

幾つかの実施形態では、第２の層または第３の層の厚さは約５０ｎｍ以下（例えば、約３０ｎｍ以下または約１０ｎｍ以下）である。
幾つかの実施形態では、光活性層は電子供与性材料および電子受容性材料を含む。

一部の実施形態では、電子供与性材料はポリマーを含む。ポリマーは、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレン、ポリシクロペンタジチオフェン、ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドールおよびそれらの共重合体からなる群から選択されることが可能である。例えば、電子供与性材料は、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３−ヘキシルチオフェン）（Ｐ３ＨＴ））、ポリシクロペンタジチオフェン（例えば、ポリ（シクロペンタジチオフェン−ベンゾチアジアゾール）共重合体およびそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含むことが可能である。

一部の実施形態では、電子受容性材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、カーボンナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ_３基含有ポリマーおよびそれらの組み合わせから選択される材料を含む。例えば、電子受容性材料は、置換フラーレン（例えば、Ｃ６１フェニル酪酸メチルエステル、すなわち（Ｃ６１−ＰＣＢＭ）またはＣ７１フェニル酪酸メチルエステル（Ｃ７１−ＰＣＢＭ））を含むことが可能である。

幾つかの実施形態では、この物品は、第２の電極と光活性層との間のホールキャリア層をさらに含む。ホールキャリア層は、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ））、ポリアニリン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレン（ｐｏｌｙｉｓｏｔｈｉａｎａｐｈｔｈａｎｅｎｅ）およびそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含むことが可能である。

幾つかの実施形態では、物品は第２の層と第１の電極との間のホールブロック層をさら
に含む。ホールブロック層は、ＬｉＦ、金属酸化物およびそれらの組み合わせから選択された材料を含んでよい。

一部の実施形態では、第１の光活性層は第１のバンドギャップを有し、第２の光活性層は第１のバンドギャップと異なる第２のバンドギャップを有する。
一部の実施形態では、このシステムは、第１の光活性層と第２の光活性層との間の再結合層をさらに含む。再結合層は、ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料を含むことが可能である。一定の実施形態では、ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料は、１つの層へと混合される。
幾つかの実施形態では、再結合層は、ｐ型半導体材料を含む１つの層と、ｎ型半導体材料を含む別の層との２つの層を含む一定の実施形態では、ｎ型半導体材料を含む層は、第１の光活性層とｐ型半導体材料を含む層との間にある。ｎ型半導体材料は、チタン酸化物、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、モリブデン酸化物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される酸化物など、金属酸化物を含むことが可能である。一定の実施形態では、このシステムは、第１の光活性層とｎ型半導体材料を含む層との間の第４の層をさらに含み、第４の層は、含窒素化合物、含リン化合物、含硫黄化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される第２の化合物を含む。

幾つかの実施形態では、再結合層は、ｐ型半導体材料を含む１つの層と、含窒素化合物、含リン化合物、含硫黄化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される第２の化合物を含む別の層との２つの層を含む。一定の実施形態では、第２の化合物を含む層は、第１の光活性層とｐ型半導体材料を含む層との間に配置されている。

一定の実施形態では、第１の光活性層が第１の電極と再結合層との間にあるか、第３の層が第２の光活性層と第２の電極との間にあるか、またはその両方である。そのような実施形態では、このシステムは、第１の光活性層と第１の電極との間のホールキャリア層、第３の層と第２の電極との間のホールブロック層、またはその両方をさらに含む。

一部の実施形態では、このシステムはタンデム型の光電セルを含む。
実施形態では、次の利点のうちの１つ以上が提供されることが可能である。
一部の実施形態では、上述の化合物は、光活性層および電極とオーム接触を形成することが可能である。したがって、それらの化合物をホールブロック材料として用いると、光活性層とのオーム接触を自身では形成しない電極（例えば、インジウムスズ酸化物、銀もしくは金など仕事関数の大きな金属、またはチタン酸化物など仕事関数の小さな金属酸化物）の使用が可能となる。特に、そのようなホールブロック材料がチタン酸化物と組み合わせて用いられるとき、光活性層とのオーム接触をなさせるべくチタン酸化物をＵＶ光に暴露する必要がないので、ＵＶ光への暴露による損傷が低減される。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細について、添付の図面および以下の記載により説明する。本発明の他の特徴および利点は、明細書、図面、および特許請求の範囲から明らかである。

様々な図面において、同様の参照符号は同様の要素を示す。
図１には、光電セル１００の断面図を示す。光電セル１００は、基板１１０、電極１２０、ホールキャリア層１３０、光活性層１４０（例えば、電子受容性材料および電子供与性材料を含有する）、中間層１５０、電極１６０、および基板１７０を備える。

一般に、使用中、光は基板１１０の表面に衝突し、基板１１０、電極１２０、およびホールキャリア層１３０を通過する。続いて、光は光活性層１４０と相互作用し、電子供与性材料（例えば、Ｐ３ＨＴ）から電子受容性材料（例えば、ＰＣＢＭ）へと輸送される電
子を生じさせる。続いて、電子受容性材料によって、電子は中間層１５０を通じて電極３６０へと伝達され、電子供与性材料によって、ホールはホールキャリア層１３０を通じて電極１２０へと輸送される。電極１６０，１２０は、電極１６０から負荷を通じて電極１２０へと電子が流れるように、外部の負荷を介して電気的に接続されている。

中間層１５０は、光電セル１００において用いられる厚みにて、電子注入層（例えば、電極１６０に対する電子移動を行う）、ホールブロック層（例えば、電極１６０に対するホール輸送をほぼ阻止する）、またはその両方として機能することが一般に可能である。幾つかの実施形態では、中間層１５０は、含窒素化合物、含リン化合物、および／または含硫黄化合物など、電子供与性化合物を含む。電子供与性化合物は、小分子化合物であっても、ポリマーであってもよい。本明細書における「小分子化合物」は、分子量が約１，０００ダルトン以下（例えば、約５００ダルトン以下または約２５０ダルトン以下）の化合物を意味する。本明細書における「ポリマー」は、重量平均分子重量が約１，０００ダルトン以上（例えば、約１０，０００ダルトン以上、約１００，０００ダルトン以上、または約１，０００，０００ダルトン以上）の化合物を意味する。

幾つかの実施形態では、電子供与性化合物は、アミン化合物など含窒素化合物を含む。一定の実施形態では、アミン化合物は、１級アミノ基（例えば、ＮＨ_２）、２級アミノ基（例えば、ＮＨ（ＣＨ_３））、または３級アミノ基（例えば、Ｎ（ＣＨ_３）_２）など、１つ以上のアミノ基を含むことが可能である。幾つかの実施形態では、アミン化合物は、アルコキシルシリル基、クロロシリル基、カルボン酸基、塩化カルボニル基、ホスホン酸基、塩化ホスホリル基、またはチオール基を含む。一定の実施形態では、アミン化合物は、ピリジル基、ピペリジニル基、ピロリル基、ピロリジニル基、ピリミジニル基、イミダゾールイル基、またはチアゾールイル基など、環の窒素原子を含む環状部位を含むことが可能である。

一部の実施形態では、アミン化合物はＲ_１Ｎ（Ｒ_２Ｒ_３）であり、Ｒ_１、Ｒ_２、およびＲ_３が各々独立に、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、またはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルであるか、Ｒ_１およびＲ_２、Ｒ_２およびＲ_３、またはＲ_１およびＲ_３が、それらの結合した窒素原子と共にヘテロアリールまたはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルをなす。例えば、Ｒ_１は、Ｓｉ（ＯＲ）_３またはＮＨ（Ｒ）で置換されたＣ_１〜Ｃ_２０アルキルであるか、ＣＯＯＨまたはＳＨで置換されたアリールであり、各Ｒは独立にＣ_１〜Ｃ_２０アルキルである。

アルキルは飽和であっても不飽和であってもよく、分岐鎖であっても直鎖であってもよい。Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキルは、１〜２０個の炭素原子（例えば、１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０個の炭素原子）を含む。アルキルの部位の例には、−ＣＨ_３，−ＣＨ_２−，−ＣＨ_２＝ＣＨ_２−，−ＣＨ_２−ＣＨ＝ＣＨ_２および分岐した−Ｃ_３Ｈ_７が含まれる。アルコキシは分岐鎖であっても直鎖であってもよく、飽和であっても不飽和であってもよい。Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシは、酸素原子と、１〜２０個の炭素原子（例えば、１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０個の炭素原子）とを含む。アルコキシ部位の例には、−ＯＣＨ_３および−ＯＣＨ＝ＣＨ−ＣＨ_３が含まれる。シクロアルキルは飽和であっても不飽和であってもよい。Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキルは、３〜２０個の炭素原子（例えば、３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０個の炭素原子）を含む。シクロアルキル部位の例には、シクロヘキシルおよびシクロヘキセン−３−イルが含まれる。また、ヘテロシクロアルキルも飽和であっても不飽和であってもよい。Ｃ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルは、１つ以上の環ヘテロ原子（例えば、Ｏ，Ｎ，Ｓ）と、
３〜２０個の炭素原子（例えば、３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４，１５，１６，１７，１８，１９，２０個の炭素原子）とを含む。ヘテロシクロアルキル部位の例には、４−テトラヒドロピラニルおよび４−ピラニルが含まれる。アリールは１つ以上の芳香環を含んでよい。アリール部位の例には、フェニル、フェニレン、ナフチル、ナフチレン、ピレニル、フルオレニル、アントリル、およびフェナントリルが含まれる。ヘテロアリールは１つ以上の芳香環を含んでよく、この環のうちの１つ以上は１つ以上の環ヘテロ原子（例えば、Ｏ，Ｎ，Ｓ）を含む。ヘテロアリール部位の例には、フリル、フリレン、ピロリル、チエニル、オキサゾールイル、イミダゾールイル、チアゾールイル、ピリジル、ピリミジニル、キナゾリニル、キノリル、イソキノリル、およびインドールイルが含まれる。

本明細書において言及されるアルキル、アルコキシ、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、およびヘテロアリールには、特に指定のない場合、置換部位と無置換部位との両方が含まれる。シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、およびヘテロアリールに対する置換基の例には、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、アリールオキシ、ヘテロアリール、ヘテロアリールオキシ、アミノ、Ｃ_１〜Ｃ_１０のアルキルアミノ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のジアルキルアミノ、アリールアミノ、ジアリールアミノ、ヒドロキシル、ハロゲン、チオ、Ｃ_１〜Ｃ_１０のアルキルチオ、アリールチオ、Ｃ_１〜Ｃ_１０のアルキルスルホニル、アリールスルホニル、シアノ、ニトロ、アシル、アシルオキシ、カルボキシル、およびカルボン酸エステルが含まれる。アルキルおよびアルコキシに対する置換基の例には、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキルを除く上述の置換基全てが含まれる。また、シクロアルキル、ヘテロシクロアルキル、アリール、およびヘテロアリールには、縮合した群が含まれる。

代表的なアミン化合物を以下に示す：

幾つかの実施形態では、アミン化合物のうちの少なくとも一部の分子は架橋している。例えば、アミン化合物がアルコキシシリル基を含むとき、アミン化合物の少なくとも一部の分子はアルコキシシリル基間の反応を介して互いに架橋し、架橋されたポリシロキサン分子を生成することが可能である。理論によって拘束されるものではないが、架橋された分子を含有している中間層１５０では、その近隣の層（例えば、電極１６０）との接着が改良されていると考えられる。

幾つかの実施形態では、アミン化合物のうちの少なくとも一部の分子はその近隣の層（
例えば、電極１６０）の表面へ吸着されている。例えば、この吸着はその分子上の基（例えば、アルコキシシリル基またはカルボン酸基）と電極１６０（例えば、インジウムスズ酸化物電極またはＴｉＯ_２のコーティングされたインジウムスズ酸化物電極）の表面上の基（例えばヒドロキシル基）との間の化学反応を介して発生し得る。理論によって拘束されるものではないが、この吸着によって中間層１５０とその近隣の層との間の接着が改良されると考えられる。

幾つかの実施形態では、電子供与性化合物は含リン化合物を含む。一定の実施形態では、含リン化合物は、アルコキシルシリル基、クロロシリル基、カルボン酸基、塩化カルボニル基、ホスホン酸基、塩化ホスホリル基、またはチオール基を含む。一部の実施形態では、含リン化合物はＲ_１−Ｐ（Ｒ_２Ｒ_３）またはＯ＝Ｐ（Ｒ_１Ｒ_２Ｒ_３）であり、Ｒ_１、Ｒ_２、およびＲ_３が各々独立に、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、またはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルであるか、Ｒ_１およびＲ_２、Ｒ_２およびＲ_３、またはＲ_１およびＲ_３が、それらの結合したリン原子と共にヘテロアリールまたはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルをなす。例えば、Ｒ_１、Ｒ_２、およびＲ_３は各々、Ｃ_１〜Ｃ_２０アルキル（例えば、ブチル）またはアリール（例えば、フェニル）であってよい。代表的な含リン化合物は、トリアルキルホスフィン（例えば、トリブチルホスフィン）、トリアリールホスフィン（例えば、トリフェニルホスフィン）、およびホスフィンオキシド（例えば、トリブチルホスフィンオキシドまたはトリフェニルホスフィンオキシド）を含む。

幾つかの実施形態では、電子供与性化合物は含硫黄化合物を含む。一定の実施形態では、含硫黄化合物は、アルコキシルシリル基、クロロシリル基、カルボン酸基、塩化カルボニル基、ホスホン酸基、塩化ホスホリル基、またはチオール基を含む。一定の実施形態では、含硫黄化合物は、チエニル基、テトラヒドロチエニル基、またはチアゾールイル基など、環の硫黄原子を含む環状部位を含むことが可能である。一部の実施形態では、含硫黄化合物は式Ｒ_１−Ｓ−Ｒ_２であり、Ｒ_１およびＲ_２が各々独立に、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、またはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルであるか、Ｒ_１およびＲ_２が、それらの結合した硫黄原子と共にヘテロアリールまたはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルをなす。代表的な含硫黄化合物は、テトラチアフルバレン（すなわち、

）および置換テトラチアフルバレン（例えば、

）を含む。

幾つかの実施形態では、含リン化合物または含硫黄化合物の分子のうちの少なくとも一部は、アミン化合物に関して記載したのと同じようにして、その近隣の層の表面へ架橋するまたは吸着されることが可能である。

幾つかの実施形態では、電子供与性化合物はポリマーを含む。代表的な１つのポリマーは、ポリアミン（例えば、ポリエチレンイミン）である。本明細書において用いられる用語「ポリアミン」は、１級アミノ基、２級アミノ基、および３級アミノ基を含む、２以上のアミノ基を有するポリマーを指す。一定の実施形態では、ポリマーの電子供与性化合物の分子のうちの少なくとも一部は、架橋剤によって架橋されている。代表的な架橋剤は、グリセロールプロポキシラートトリグリシジルエーテルおよびグリセロールジグリシジルエーテルなど、含エポキシ化合物を含む。幾つかの実施形態では、ポリマーの電子供与性化合物の分子のうちの少なくとも一部は、アミン化合物に関して記載したのと同じようにして、表面へ吸着されることが可能である。

幾つかの実施形態では、中間層１５０の厚みは、約５０ｎｍ以下（例えば、約３０ｎｍ以下もしくは約１０ｎｍ以下）または約１ｎｍ以上（例えば、約２ｎｍ以上もしくは約５ｎｍ以上）である。理論によって拘束されるものではないが、適切な厚みを有する中間層１５０は、光活性層１４０から電極１６０への電子移動（例えば、電子トンネリングによる）を容易にすると考えられる。さらに、理論によって拘束されるものではないが、中間層１５０が厚すぎる場合、その抵抗は高すぎて電子移動を妨げ、中間層１５０が薄すぎる場合、光活性層１４０および電極１６０により所望のオーム接触は形成されないと考えられる。

中間層１５０は、一般に、任意の適切な方法によって調製可能である。そのような方法の例は、溶液コーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、ディップコーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、スプレーコーティング、ローラコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷、またはスクリーン印刷を含む。幾つかの実施形態では、中間層１５０は、電子供与性化合物（例えば、アミン化合物）を有機溶媒（例えば、アルコール）と混合して溶液を生成し、この溶液を電極にコーティングし、コーティングした溶液を乾燥させることによって、調製可能である。

理論によって拘束されるものではないが、中間層１５０における電子供与性化合物（例えば、アミン化合物）は、光活性層１４０と電極１６０との間のオーム接触を形成すると考えられる。したがって、そのような中間層によって、光活性層とのオーム接触を自身では形成しない電極または層（例えば、インジウムスズ酸化物、銀もしくは金など仕事関数の大きな金属、またはチタン酸化物など仕事関数の小さな金属酸化物）の使用が可能となる。例えば、金属酸化物（例えば、亜鉛酸化物またはチタン酸化物）からなるホールブロック層を含む従来の光電セルは、通常、金属酸化物と光活性層１４０との間にオーム接触を形成するために、ＵＶ光に暴露される必要がある。しかしながら、そのようなホールブロック層を中間層１５０と組み合わせて用いると、中間層１５０によって、ＵＶ光に暴露されることなく金属酸化物と光活性層１４０との間のオーム接触が形成されるので、そのような暴露による光電セル１００への損傷が低減される。

光電セル１００の他の部材に関して、基板１１０は、一般に透明材料から形成される。本明細書では、光電セル１００に用いる厚さにて、光電セルの動作中に用いられる一定の波長または一定範囲の波長の入射光の約６０％以上（例えば、約７０％以上、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上）を透過させる材料を、透明材料と称する。基板１１０
を形成可能な代表的な材料には、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、炭化水素ポリマー、セルロースポリマー、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリエーテルおよびポリエーテルケトンが含まれる。一定の実施形態では、ポリマーはフッ素化ポリマーであってよい。一部の実施形態では、ポリマー材料の組み合わせが用いられる。一定の実施態様では、基板１１０において、異なる領域は異なる材料から形成され得る。

一般に、基板１１０は、可撓性、半剛性、または剛性であることが可能である（例えば、ガラスなど）。一部の実施形態では、基板１１０の曲げ弾性率は約５，０００ＭＰａ未満（例えば、約１，０００ＭＰａ未満、約５００ＭＰａ未満）である。一定の実施態様では、基板１１０において、異なる領域が可撓性、半剛性、または不撓性であることが可能である（例えば、可撓性の１つ以上の領域および半剛性の異なる１つ以上の領域、可撓性の１つ以上の領域および不撓性の異なる１つ以上の領域など）。

通常、基板１１０の厚さは、約１μｍ以上（例えば、約５μｍ以上、約１０μｍ以上）、約１，０００μｍ以下（例えば、約５００μｍ以下、約３００μｍ以下、約２００μｍ以下、約１００μｍ以下、約５０μｍ以下）、またはその両方である。

一般に、基板１１０は有色または無色であり得る。幾つかの実施態様では、基板１１０のうちの１つ以上の部分は有色であり、基板１１０のうちの異なる１つ以上の部分は無色である。

基板１１０は、１つの平面的な表面（例えば、光が衝突する表面）を有すること、２つの平面的な表面（例えば、光が衝突する表面および反対の表面）を有すること、または平面的な表面を有しないことが可能である。基板１１０の非平面的な表面は、例えば、湾曲していること、または段を有することが可能である。幾つかの実施態様では、基板１１０の非平面的な表面にはパターンが形成されている（例えば、パターンの形成された段を有し、フレネル・レンズ（Ｆｒｅｓｎｅｌ ｌｅｎｓ）、レンチキュラー・レンズ（ｌｅｎｔｉｃｕｌａｒ ｌｅｎｓ）、またはレンチキュラー・プリズムを形成する）。

電極１２０は、一般に導体材料から形成される。代表的な導体材料は、導電性金属、導電性合金、導電性ポリマーおよび導電性の金属酸化物を含む。代表的な導電性金属には、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、パラジウム、白金、およびチタンが含まれる。代表的な導電性合金には、ステンレス鋼（例えば、３３２ステンレス鋼、３１６ステンレス鋼）、金の合金、銀の合金、銅の合金、アルミニウム合金、ニッケル合金、パラジウム合金、白金の合金、およびチタン合金が含まれる。代表的な導電性ポリマーには、ポリチオフェン（例えば、ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン（例えば、ドープしたポリアニリン）、ポリピロール（例えば、ドープしたポリピロール）が含まれる。代表的な導電性金属酸化物は、インジウムスズ酸化物、フッ素化スズ酸化物、スズ酸化物、および亜鉛酸化物を含む。一部の実施形態では、導体材料の組み合わせが用いられる。

一部の実施形態では、電極１２０はメッシュ電極を含んでよい。メッシュ電極の例は、共通して所有する同時継続中の米国特許出願公開第２００４０１８７９１１号および第２００６００９０７９１号明細書に記載されている。それらの内容を引用によって本明細書に援用する。

ホールキャリア層１３０は、一般に、光電セル１００に用いられる厚さにて、電極１２０へホールを輸送するとともに、電極１２０への電子の輸送をほぼ阻止する材料から形成される。層１３０を形成可能な材料の例に、ポリチオフェン（例えば、ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシ
ラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレン、およびそれらの共重合体が含まれる。層１３０に用いられる市販のポリマーの例は、チオフェンポリマーのＡｉｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｓ（登録商標）ＨＩＬファミリーおよびチオフェンポリマーのＨ．Ｃ．Ｓｔａｒｃｋ Ｂａｙｔｒｏｎ（登録商標）ファミリーを含む。幾つかの実施形態では、層１３０はポリマー用のドーパントも含むことが可能である。例えば、ドーパントはポリ（スチレンスルホナート）、（ポリスチレンスルホン酸）、またはスルホン化したテトラフルオロエチレン（ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｅｔｈｙｌｅｎｅ）を含む。幾つかの実施態様では、ホールキャリア層１３０には、ホールキャリア材料の組合せが含まれ得る。

一般に、ホールキャリア層１３０の厚さ（すなわち、光活性層１４０に接触しているホールキャリア層１３０の表面と、ホールキャリア層１３０に接触している電極１２０の表面との間の距離）は、所望の通りに変更されてよい。通常、ホールキャリア層１３０の厚さは、０．０１μｍ以上（例えば、約０．０５μｍ以上、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上、約０．３μｍ以上、もしくは約０．５μｍ以上）、約５μｍ以下（例えば、約３μｍ以下、約２μｍ以下、もしくは約１μｍ以下）またはその両方である。一部の実施形態では、ホールキャリア層１３０の厚さは約０．０１マイクロメートル〜約０．５マイクロメートルである。

幾つかの実施形態では、光活性層１４０は、電子受容性材料（例えば、有機電子受容性材料）および電子供与性材料（例えば、有機電子供与性材料）を含む。
電子受容性材料の例には、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、カーボンナノロッド、無機ナノロッド、電子を受容可能な部位もしくは安定なアニオンを形成可能な部位を含むポリマー（例えば、ＣＮ基含有ポリマーまたはＣＦ_３基含有ポリマー）、およびそれらの組み合わせが含まれる。一部の実施態様では、電子受容性材料は置換フラーレン（例えば、ＰＣＢＭ）である。一部の実施形態では、光活性層１４０において複数の電子受容性材料の組み合わせが用いられてよい。

電子供与性材料の例には、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレン、ポリシクロペンタジチオフェン、ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドールおよびそれらの共重合体など、共役ポリマーが含まれる。一部の実施形態では、電子供与性材料は、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３ヘキシルチオフェン））、ポリシクロペンタジチオフェン、およびそれらの共重合体であってよい。一定の実施形態では、光活性層１４０において複数の電子供与性材料の組み合わせが用いられてよい。

一部の実施形態では、電子供与性材料または電子受容性材料は、第１のコモノマー繰返し単位と、第１のコモノマー繰返し単位とは異なる第２のコモノマー繰返し単位とを有するポリマーを含んでよい。第１のコモノマー繰返し単位は、シクロペンタジチオフェン部位、シラシクロペンタジチオフェン部位、シクロペンタジチアゾール部位、チアゾロチアゾール部位、チアゾール部位、ベンゾチアジアゾール部位、チオフェンオキシド部位、シクロペンタジチオフェンオキシド部位、ポリチアジアゾロキノキサリン部位、ベンゾイソチアゾール部位、ベンゾチアゾール部位、チエノチオフェン部位、チエノチオフェンオキシド部位、ジチエノチオフェン部位、ジチエノチオフェンオキシド部位、またはテトラヒドロイソインドール部位を含んでよい。

一部の実施形態では、第１のコモノマー繰返し単位はシクロペンタジチオフェン部位を含む。一部の実施形態では、シクロペンタジチオフェン部位は、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、およびＳＯ_２Ｒからなる群から選択される１つ以上の置換基によって置換されている。Ｒは、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、またはＣ_１〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルである。例えば、シクロペンタジチオフェン部位は、ヘキシル、２−エチルヘキシル、または３，７−ジメチルオクチルによって置換されてよい。一定の実施形態では、シクロペンタジチオフェン部位は４位が置換されている。一部の実施形態では、第１のコモノマー繰返し単位は、化学式（１）のシクロペンタジチオフェン部位を含んでよい。

化学式（１）において、Ｒ_１、Ｒ_２、Ｒ_３、またはＲ_４の各々は独立に、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、またはＳＯ_２Ｒであり、Ｒは、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、またはＣ_１〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルである。例えば、Ｒ_１，Ｒ_２は各々独立に、ヘキシル、２−エチルヘキシル、または３，７−ジメチルオクチルであってよい。

第２のコモノマー繰返し単位は、ベンゾチアジアゾール部位、チアジアゾロキノキサリン部位、シクロペンタジチオフェンオキシド部位、ベンゾイソチアゾール部位、ベンゾチアゾール部位、チオフェンオキシド部位、チエノチオフェン部位、チエノチオフェンオキシド部位、ジチエノチオフェン部位、ジチエノチオフェンオキシド部位、テトラヒドロイソインドール部位、フルオレン部位、シロール部位、シクロペンタジチオフェン部位、フルオレノン部位、チアゾール部位、セレノフェン部位、チアゾロチアゾール部位、シクロペンタジチアゾール部位、ナフトチアジアゾール部位、チエノピラジン部位、シラシクロペンタジチオフェン部位、オキサゾール部位、イミダゾール部位、ピリミジン部位、ベンゾオキサゾール部位、またはベンゾイミダゾール部位を含んでよい。一部の実施形態では、第２のコモノマー繰返し単位は、３，４−ベンゾ−１，２，５−チアジアゾール部位である。

一部の実施形態では、第２のコモノマー繰返し単位は、化学式（２）のベンゾチアジアゾール部位、化学式（３）のチアジアゾロキノキサリン部位、化学式（４）のシクロペンタジチオフェン二酸化物部位、化学式（５）のシクロペンタジチオフェン一酸化物部位、化学式（６）のベンゾイソチアゾール部位、化学式（７）のベンゾチアゾール部位、化学式（８）のチオフェンジオキサイド部位、化学式（９）のシクロペンタジチオフェンジオキサイド部位、化学式（１０）のシクロペンタジチオフェンテトラオキサイド部位、化学式（１１）のチエノチオフェン部位、化学式（１２）のチエノチオフェンテトラオキサイド部位、化学式（１３）のジチエノチオフェン部位、化学式（１４）のジチエノチオフェンジオキサイド部位、化学式（１５）のジチエノチオフェンテトラオキサイド部位、化学式（１６）のテトラヒドロイソインドール部位、化学式（１７）のチエノチオフェンジオキサイド部位、化学式（１８）のジチエノチオフェンジオキサイド部位、化学式（１９）
のフルオレン部位、化学式（２０）のシロール部位、化学式（２１）のシクロペンタジチオフェン部位、化学式（２２）のフルオレノン部位、化学式（２３）のチアゾール部位、化学式（２４）のセレノフェン部位、化学式（２５）のチアゾロチアゾール部位、化学式（２６）のシクロペンタジチアゾール部位、化学式（２７）のナフトチアジアゾール部位、化学式（２８）のチエノピラジン部位、化学式（２９）のシラシクロペンタジチオフェン部位、化学式（３０）のオキサゾール部位、化学式（３１）のイミダゾール部位、化学式（３２）のピリミジン部位、化学式（３３）のベンゾオキサゾール部位、または化学式（３４）のベンゾイミダゾール部位を含むことが可能である、

上述の化学式では、Ｘ，Ｙは各々独立に、ＣＨ_２，ＯまたはＳであり、Ｒ_５およびＲ_６の各々は独立に、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキル、アリール、ヘテロアリール、ハロ、ＣＮ、ＯＲ、Ｃ（Ｏ）Ｒ、Ｃ（Ｏ）ＯＲ、またはＳＯ_２Ｒであり、Ｒは、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、またはＣ_１〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルであり、Ｒ_７，Ｒ_８は各々独立に、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、
ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、またはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルである。一部の実施形態では、第２のコモノマー繰返し単位は、化学式（２）のベンゾチアジアゾール部位を含んでよく、Ｒ_５，Ｒ_６の各々はＨである。

第２のコモノマー繰返し単位は、３つ以上のチオフェン部位を含んでよい。一部の実施形態では、１つ以上のチオフェン部位は、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、およびＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルから選択される１つ以上の置換基によって置換されている。一定の実施形態では、第２のコモノマー繰返し単位は５つのチオフェン部位を含む。

ポリマーは、チオフェン部位またはフルオレン部位を含む第３のコモノマー繰返し単位をさらに含んでよい。一部の実施形態では、チオフェンまたはフルオレン部位は、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、およびＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルから選択される１つ以上の置換基によって置換されている。

一部の実施形態では、ポリマーは、第１のコモノマー繰返し単位、第２のコモノマー繰返し単位、および第３のコモノマー繰返し単位の任意の組み合わせによって形成されてよい。一定の実施形態では、ポリマーは、第１のコモノマー繰返し単位、第２のコモノマー繰返し単位および第３のコモノマー繰返し単位のうちのいずれかを含むホモポリマーであってよい。

幾つかの実施形態では、ポリマーは次式の通りである：

ここで、ｎは１より大きい整数である。

本明細書において言及したポリマーを調製するためのモノマーは、非芳香属の二重結合と、１つ以上の不斉中心とを含んでよい。したがって、それらはラセミ化合物およびラセミ混合物、単一のエナンチオマー、個々のジアステレオマー、ジアステレオマーの混合物、ならびにｃｉｓ−またはｔｒａｎｓ−異性体の形態として生成する場合がある。そのような異性体の形態は全て想定される。

上述のポリマーは、共通して所有する同時継続中の米国特許出願第１１／６０１，３７４号明細書に記載されているものなど、当技術において知られている方法によって調製可能である。その内容を引用によって本明細書に援用する。例えば、共重合体は、遷移金属触媒の存在下、２つのアルキルスズ基を含む１つ以上のコモノマーと、２つのハロ基を含む１つ以上のコモノマーとの間のクロスカップリング反応によって調製可能である。別の例として、共重合体は、遷移金属触媒の存在下、２つのホウ酸基を含む１つ以上のコモノ
マーと、２つのハロ基を含む１つ以上のコモノマーとの間のクロスカップリング反応によって調製可能である。コモノマーは、米国特許出願第１１／４８６，５３６号明細書、コッポ（Ｃｏｐｐｏ）らによる、Ｍａｃｒｏｍｏｌｅｃｕｌｅｓ，２００３年、第３６巻、ｐ．２７０５−２７１１、およびカート（Ｋｕｒｔ）らによる、Ｊ．Ｈｅｔｅｒｏｃｙｃｌ．Ｃｈｅｍ．、１９７０年、第６巻、ｐ．６２９に記載されているものなど、当技術において知られている方法によって調製可能である。その内容を引用によって本明細書に援用する。

理論によって拘束されるものではないが、上述のポリマーの利点は、それらのポリマーの吸収波長が、他のほとんどの従来のポリマーには到達可能でない電磁スペクトルの赤色領域および近赤外領域（例えば、６５０〜８００ｎｍ）へと偏移していることであると考えられる。そのようなポリマーが従来のポリマーと共に光電セルへ組み込まれると、セルがスペクトルのこの領域の光を吸収することが可能となり、それによってセルの電流および効率は増大する。

幾つかの実施形態では、光活性層１４０は無機半導体材料を含むことが可能である。幾つかの実施形態では、無機半導体材料は、ＩＶ属の半導体材料、ＩＩＩ−Ｖ属の半導体材料、ＩＩ−ＶＩ属の半導体材料、カルコゲン半導体材料、および半導体金属酸化物を含む。ＩＶ属の半導体材料の例は、アモルファスシリコン、結晶性シリコン（例えば、微結晶シリコンまたは多結晶シリコン）、およびゲルマニウムを含む。ＩＩＩ−Ｖ属の半導体材料の例は、砒化ガリウムおよびリン化インジウムを含む。ＩＩ−ＶＩ属の半導体材料の例は、カドミウムセレン化物およびカドミウムテルル化物を含む。カルコゲン半導体材料の例は、銅インジウムセレン化物（ＣＩＳ）および銅インジウムガリウムセレン化物（ＣＩＧＳ）を含む。半導体金属酸化物の例は、銅酸化物、チタン酸化物、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、モリブデン酸化物、ストロンチウム銅酸化物、またはストロンチウムチタン酸化物を含む。一定の実施形態では、半導体のバンドギャップはドーピングにより調整される。幾つかの実施形態では、無機半導体材料は無機ナノ粒子を含む。

一般に、光活性層１４０は、光活性層に衝突する光子を吸収して対応する電子およびホールを形成する際に比較的効率的であるのに充分なだけ厚く、このホールおよび電子が移動する際に比較的効率的であるのに充分なだけ薄い。一定の実施形態では、光活性層１４０の厚さは、０．０５μｍ以上（例えば、約０．１μｍ以上、約０．２μｍ以上、約０．３μｍ以上）、約１μｍ以下（例えば、約０．５μｍ以下、約０．４μｍ以下）、またはその両方である。一部の実施形態では、光活性層１４０の厚さは、約０．１μｍ〜約０．２μｍである。

電極１６０は、一般に、上述の導体材料のうちの１つ以上など、導体材料から形成される。一部の実施形態では、電極１６０は導体材料の組み合わせから形成される。一定の実施形態では、電極１６０はメッシュ電極から形成可能である。

随意では、光電セル１００は中間層１５０と電極１６０との間にホールブロック層（図１には示さず）を含むことが可能である。ホールブロック層は、一般に、光電セル１００に用いる厚さにて、電極１６０へ電子を移動させるとともに、電極１６０へのホールの移動をほぼ阻止する材料から形成される。ホールブロック層を形成可能な材料の例には、ＬｉＦおよび金属酸化物（例えば、亜鉛酸化物、チタン酸化物）が含まれる。

典型的には、ホールブロック層の厚さは、０．０２μｍ以上（例えば、約０．０３μｍ以上、約０．０４μｍ以上、約０．０５μｍ以上）、約０．５μｍ以下（例えば、約０．４μｍ以下、約０．３μｍ以下、約０．２μｍ以下、約０．１μｍ以下）、またはその両方である。

理論によって拘束されるものではないが、光電セル１００が金属酸化物（亜鉛酸化物またはチタン酸化物など）からなるホールブロック層を含むと、中間層１５０によって、ＵＶ光に暴露されることなく金属酸化物と光活性層１４０との間のオーム接触が形成されるので、そのような暴露による光電セル１００への損傷が低減されると考えられる。

基板１７０は基板１１０と同一であってもよく、異なっていてもよい。一部の実施形態では、基板１７０は、上述のものなど１つ以上の適切なポリマーから形成可能である。
一般に、上記のホールキャリア層１３０、光活性層１４０、中間層１５０、および随意のホールブロック層の各々は、液体ベースのコーティング処理によって調製可能である。本明細書において言及する用語「液体ベースのコーティング処理」は、液体ベースのコーティング組成物を用いる処理を表す。液体ベースのコーティング組成物の例には、溶液、分散液または懸濁液が含まれる。液体ベースのコーティング組成物の濃度は、一般に所望の通りに調整されてよい。幾つかの実施形態では、濃度は、所望のコーティング組成物の粘度または所望のコーティングの厚みを得るように調整されてよい。

液体ベースのコーティング処理は、次の処理、すなわち、溶液コーティング、インクジェット印刷、スピンコーティング、ディップコーティング、ナイフコーティング、バーコーティング、スプレーコーティング、ローラコーティング、スロットコーティング、グラビアコーティング、フレキソ印刷またはスクリーン印刷のうちの１つ以上を用いることによって実行可能である。理論によって拘束されるものではないが、液体ベースのコーティング処理はロールツーロール法などの連続的製造工程において容易に用いられ、それによって光電セルを製造するコストを有意に低減させることができる。ロールツーロール法の例は、例えば、共通して所有する同時継続中の米国特許出願公開第２００５−０２６３１７９号明細書に記載されている。その内容を引用によって本明細書に援用する。

層（例えば、層１３０、１４０、または１５０）が無機半導体ナノ粒子を含む幾つかの実施形態では、液体ベースのコーティング処理は、（１）ナノ粒子（例えば、ＣＩＳまたはＣＩＧＳナノ粒子）を溶媒（例えば、水性の溶媒または無水アルコール）と混合して分散液を生成し、（２）分散液を基板上にコーティングし、（３）コーティングした分散液を乾燥させることによって実行可能である。一定の実施形態では、無機金属酸化物ナノ粒子を含む層を調製するための液体ベースのコーティング処理は、（１）適切な溶媒（例えば、無水アルコール）中に前駆物質（例えば、チタン塩）を分散させて分散液を形成し、（２）光活性層上に分散液をコーティングし、（３）分散液を水和させて無機半導体ナノ粒子酸化物層（例えば、チタン酸化物ナノ粒子層）を形成し、（４）無機半導体材料層を乾燥させることによって実行可能である。一定の実施形態では、液体ベースのコーティング処理はゾルゲル処理によって実行可能である。

一般に、有機半導体材料を含む層を調製するために用いられる液体ベースのコーティング処理は、向き半導体材料を含む層を調製するために用いられる処理と同じであってもよく、異なっていてもよい。幾つかの実施形態では、層（例えば、層１３０、１４０、または１５０）が有機半導体材料を含む場合、液体ベースのコーティング処理は、有機半導体粒子を溶媒（例えば、有機溶媒）と混合して溶液または分散液を生成し、この溶液または分散液を基板上にコーティングし、コーティングした溶液または分散液を乾燥させることによって実行可能である。例えば、有機光活性層は、適切な溶媒（例えば、キシレン）中に電子供与性材料（例えば、Ｐ３ＨＴ）および電子受容性材料（例えば、ＰＣＢＭ）を混合して分散液を形成し、この分散液を基板上にコーティングし、コーティングした分散液を乾燥させることによって調製可能である。

液体ベースのコーティング処理は、高温（例えば、約５０℃以上、約１００℃以上、約
２０５０℃以上、または約３００℃以上）で実行されてもよい。温度は、用いられるコーティング処理およびコーティング組成物など、様々な因子に応じて調整されてよい。例えば、無機ナノ粒子を含む層を調製する場合、ナノ粒子を高温（例えば、約３００℃以上）で焼結させ、相互接続されたナノ粒子を形成することが可能である。一方、ポリマーのリンク剤（例えば、ポリ（チタン酸−ｎ−ブチル））が無機ナノ粒子に添加される場合、焼結処理は低温（例えば、約３００℃未満）で実行されてよい。

幾つかの実施形態では、光電セル１００を次のように調製することが可能である。ＩＴＯのコーティングされたガラス基板を、一定の時間（例えば、５〜１５分間）、有機溶媒（例えば、アセトンおよび／またはイソプロパノール）中で超音波処理によって洗浄する。この基板を、次いで、ＵＶ／オゾンで処理する。続いて、アミン化合物（例えば、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン）からなる薄層を、この化合物を有機溶媒（例えば、アルコール）中に含む一定の温度（例えば５０〜８０℃）の溶液からブレードコートする。膜を乾燥させた後、この膜の上に一定の温度（例えば５０〜８０℃）で有機溶媒（例えば、芳香族溶媒）中の適切な重量比（例えば１〜１．５：１）のＰ３ＨＴとＰＣＢＭとの半導体ブレンドをブレードコートし、次いで乾燥させる。ＰＥＤＯＴの層を半導体ブレンドの上にブレードコートする。次いで、デバイスを一定の時間（例えば、３〜１０分間）、適温（例えば、１５０〜２００℃）でアニールし（例えば、グローブボックス中）、続いて、上部金属電極（例えば、５０〜１５０ｎｍの厚みを有する）として銀を蒸着させ、光電セル１００を形成する。

図２には、２個の準セル２０２，２０４を有するタンデム型の光電セル２００を示す。準セル２０２は、電極２２０、ホールキャリア層２３０、第１の光活性層２４０、および再結合層２４２を含む。準セル２０４は、再結合層２４２、第２の光活性層２４４、中間層２５０、および電極２６０を含む。外部負荷は、電極２２０，２６０を介して光電セル２００に接続されている。生産工程および所望のデバイス構成に応じて、一定の層の電子／ホール伝導率を変更すること（例えば、ホール層キャリア２３０をホールブロック層に変更すること）によって、準セルの電流が逆転されてよい。そうすることによって、タンデム型セルは、タンデム型セルにおいて準セルが電気的に直列にまたは並列に相互接続されるように、設計されることが可能である。

一般に、中間層２５０は、先に中間層１５０に関して述べたのと同じ材料から形成されもてよく、同じ物理的特性（例えば、同じ厚みまたは電子注入特性）を有してもよい。幾つかの実施形態では、中間層２５０は図２に示した以外の位置に配置されてよい。例えば、再結合層２４２がｐ型半導体材料を含む層を含む場合、中間層２５０は、第１または第２の光活性層とｐ型半導体材料を含む層との間に配置され、それらの層の間でオーム接触を形成する。幾つかの実施形態では、タンデム型セル２００は２以上の中間層２５０を含んでよい。一定の実施形態では、タンデム型セル２００の各準セルは中間層２５０を含んでよい。

再結合層は、タンデム型セルにおいて、第１の準セルから生成した電子が第２の準セルから生成されたホールと再結合する層を表す。再結合層２４２は、通常、ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料を含む。一般に、ｎ型半導体材料は選択的に電子を移動させ、ｐ型半導体材料は選択的にホールを移動させる。その結果、第１の準セルから生成された電子は第２の準セルから生成されたホールとｎ型半導体材料とｐ型半導体材料との界面において再結合する。

一部の実施形態では、ｐ型半導体材料はポリマー、金属酸化物またはその両方を含む。ｐ型半導体ポリマーの例には、ポリチオフェン（例えば、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）、ポリアニリン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾ
ール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレン、ポリシクロペンタジチオフェン、ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドールおよびそれらの共重合体が含まれる。金属酸化物は、本質的なｐ型半導体（例えば、銅酸化物、ストロンチウム銅酸化物、もしくはストロンチウムチタン酸化物）であってもよく、またはドーパントによるドーピング後にｐ型半導体を形成する金属酸化物（例えば、ｐドープした亜鉛酸化物もしくはｐドープしたチタン酸化物）であってもよい。ドーパントの例には、フッ化物、塩化物、臭化物および沃化物の塩または酸が含まれる。一部の実施形態では、金属酸化物はナノ粒子の形態で用いられてよい。

一部の実施形態では、ｎ型半導体材料は、チタン酸化物、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、モリブデン酸化物、およびそれらの組み合わせなど、金属酸化物を含む。金属酸化物はナノ粒子の形態で用いられてよい。他の実施形態では、ｎ型半導体材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、カーボンナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ_３基含有ポリマーおよびそれらの組み合わせから選択される材料を含む。

一部の実施形態では、ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料は、１つの層へと混合される一定の実施形態では、再結合層は、ｐ型半導体材料を含む１つの層と、ｎ型半導体材料を含む別の層との２つの層を含むそのような実施形態では、再結合層２４２は、２つの層の界面において混合されたｎ型半導体材料およびｐ型半導体材料の層も含んでよい。

一部の実施形態では、再結合層２４２は、約３０重量％以上（例えば、約４０重量％以上もしくは約５０重量％以上）、約７０重量％以下（例えば、約６０重量％以下または約５０重量％以下）のｐ型半導体材料を含む。一部の実施形態では、再結合層２４２は、約３０重量％以上（例えば、約４０重量％以上もしくは約５０重量％以上）、約７０重量％以下（例えば、約６０重量％以下または約５０重量％以下）のｎ型半導体材料を含む。

再結合層２４２は、一般に、再結合層２４２上に塗布される溶媒からその下の層が保護されるのに充分な厚さを有する。一部の実施形態では、再結合層２４２の厚さは、約１０ｎｍ以上（例えば、約２０ｎｍ以上、約５０ｎｍ以上、もしくは約１００ｎｍ以上）、約５００ｎｍ以下（例えば、約２００ｎｍ以下、約１５０ｎｍ以下、もしくは約１００ｎｍ以下）またはその両方である。

一般に、再結合層２４２はほぼ透明である。例えば、タンデム型の光電セル２００に用いられる厚さにて、再結合層２４２は、光電セルの動作中に用いられる波長または波長範囲（例えば、約３５０ｎｍ〜約１，０００ｎｍ）にて、入射光線の約７０％以上（例えば、約７５％以上、約８０％以上、約８５％以上、または約９０％以上）を透過させることが可能である。

再結合層２４２は、一般に、充分に低い抵抗率を有する。一部の実施形態では、再結合層２４２の抵抗率は、約１×１０^６オーム／平方以下（例えば、約５×１０^５オーム／平方以下、約２×１０^５オーム／平方以下、または約１×１０^５オーム／平方以下）である。

理論によって拘束されるものではないが、再結合層２４２は、光電セル２００における
２つの準セル（例えば、一方は、電極２２０、ホールキャリア層２３０、光活性層２４０、および再結合層２４２を含み、他方は、再結合層２４２、光活性層２４４、中間層２５０、および電極２６０を含む）の間の共通の電極と見なすことができると考えられる。一部の実施形態では、再結合層２４２は、上述のものなど、導電性メッシュ材料を含んでよい。導電性メッシュ材料は、準セルに同じ極性（ｐ型またはｎ型）の選択的な接点を提供し、負荷へ電子を移動させるため、導電性が高く透明な層を提供することが可能である。

一部の実施形態では、再結合層２４２は、ｎ型半導体材料およびｐ型半導体材料のブレンドを光活性層上に塗布することによって調製可能である。例えば、ｎ型半導体およびｐ型半導体は、最初に分散液または溶液を形成するように溶媒へ一緒に分散または溶解され、次いで、再結合層を形成するように、その分散液または溶液が光活性層上にコーティングされる。

一部の実施形態では、再結合層２４２は、タンデム型セルの機能に必要な電子的および光学的性質を有する２つ以上の層を含んでよい。例えば、再結合層２４２は、ｎ型半導体材料を含む層と、ｐ型半導体材料を含む層とを含む。一部の実施形態では、ｎ型半導体材料を含む層は、光活性層２４０とｐ型半導体材料を含む層との間に配置される。一部の実施形態では、ｎ型半導体材料が金属酸化物（例えば、亜鉛酸化物またはチタン酸化物）を含むとき、含窒素化合物、含リン化合物、または含硫黄化合物を備える中間層は、光活性層２４０とｎ型半導体材料を含む層との間に配置され、それらの２つの層の間でオーム接触を形成する。中間層は、中間層２５０と同じ材料から形成されてもよく、同じ特性を有してもよい。一定の実施形態では、ｎ型半導体材料を含む層は、この中間層に置き換えられてもよい。そのような実施形態では、中間層は電子注入層およびホールブロック層の両方として機能することが可能である。そのような実施形態では、準セル２０２（例えば、電極２２０、ホールキャリア層２３０、第１の光活性層２４０、および中間層を含む）は、準セル２０４（例えば、ホールキャリア層をとして機能することの可能なｐ型半導体材料を含む層、第２の光活性層２４４、中間層２５０、および電極２６０を含む）と同じ順序で配置され同じ機能を有する層を有することが可能である。

一部の実施形態では、２層の再結合層は、ｎ型半導体材料の層とｐ型半導体材料の層とを別々に塗布することによって調製可能である。例えば、チタン酸化物ナノ粒子がｎ型半導体材料として用いられるとき、チタン酸化物ナノ粒子の層は、（１）溶媒（例えば、無水アルコール）中に前駆物質（例えば、チタン塩）を分散させて分散液を形成すること、（２）光活性層上に分散液をコーティングすること、（３）分散液を水和させてチタン酸化物層を形成すること、および（４）チタン酸化物層を乾燥させること、によって形成可能である。別の例として、ポリマー（例えば、ＰＥＤＯＴ）がｐ型半導体として用いられるときには、ポリマー層は、最初に溶媒（例えば、無水アルコール）中にポリマーを溶解して溶液を形成し、次いで、その溶液を光活性層上にコーティングすることによって形成可能である。

タンデム型セル２００における他の部品は、先に光電セル１００に関して述べた対応する部品と同一であってよい。例えば、タンデム型セル２００は中間層２５０と電極２６０との間にホールブロック層（図２には示さず）を含むことが可能である。このホールブロック層は、先に光電セル１００のホールブロック層に関して述べたのと同じ材料から形成されもてよく、同じ物理的特性（例えば、同じ厚みまたはホールブロック特性）を有してもよい。

一部の実施形態では、タンデム型セルにおいて準セルは電気的に直列に相互接続されている。直列に接続されるとき、一般に、層は図２に示す順序であってよい。一定の実施形態では、タンデム型セルにおいて準セルは電気的に並列相互接続されている。並列に相互
接続されるとき、２個の準セルを有するタンデム型セルは、次の層、すなわち、第１のカソード、第１のホールキャリア層、第１の光活性層、第１のホールブロック層（アノードとして機能することが可能である）、第２のホールブロック層（アノードとして機能することが可能である）、第２の光活性層、第２のホールキャリア層および第２のカソードを含むことが可能である。そのような実施形態では、第１および第２のホールブロック層は、２つの別個の層であってもよく、１つの単一の層であってもよい。第１のおよび第２のホールブロック層の伝導率が充分でない場合、必要な伝導率を提供する追加の層（例えば、導電性メッシュ層）が挿入されてもよい。

一部の実施形態では、タンデム型セルは２個を超える準セル（例えば、３，４，５，６，７，８，９，１０またはより多くの準セル）を含んでよい。一定の実施形態では、一部の準セルが電気的に直列に相互接続されていることが可能であり、一部の準セルが電気的に並列に相互接続されていることが可能である。

一定の実施形態について開示したが、他の実施形態も可能である。
幾つかの実施形態では、光電セル１００は下部電極としてのカソードと、上部電極としてのアノードとを含む。また、幾つかの実施形態では、光電セル１００は下部電極としてのアノードと、上部電極としてのカソードとを含む。

幾つかの実施形態では、光電セル１００は、図１に示したのとは逆の順序で層を含むことが可能である。換言すると、光電セル１００はそれらの層を下部から上部まで次の順に含むことが可能である：基板１７０、電極１６０、中間層１５０、光活性層１４０、ホールキャリア層１３０、電極１２０、および基板１１０。

一部の実施形態では、複数の光電セルを電気的に接続し、光電システムを形成することが可能である。一例として、図３には、光電セル３２０を含むモジュール３１０を備える光電システム３００の概略図を示す。光電セル３２０は電気的に直列に接続されており、システム３００は負荷３３０へ電気的に接続されている。別の例として、図４は、光電セル４２０を含むモジュール４１０を有する光電システム４００の概略図である。セル４２０は電気的に並列に接続されており、システム４００は負荷４３０へ電気的に接続されている。一部の実施形態では、光電システムにおける一部（例えば、全部）の光電セルが１つ以上の共通の基板を有してよい。一定の実施形態では、光電システムにおける一部の光電セルは電気的に直列に接続されており、その光電システムにおいて、一部の光電セルは電気的に並列に接続されている。

上述においては光電セルについて記載したが、幾つかの実施形態では、本明細書に記載の中間層を他のデバイスおよびシステムにおいて用いることが可能である。例えば、中間層は、電界効果トランジスタ、光検出器（例えば、ＩＲ検出器）、光起電力検出器、撮像デバイス（例えば、カメラまたは医療用イメージングシステム用のＲＧＢイメージングデバイス）、発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば、有機ＬＥＤまたは赤外もしくは近赤外ＬＥＤ）、レーザデバイス、変換層（例えば、可視発光をＩＲ発光に変換する層）、通信用の増幅器およびエミッタ（例えば、ファイバ用ドーパント）、記憶素子（例えば、ホログラフィ記憶素子）、およびエレクトロクロミックデバイス（例えば、エレクトロクロミックディスプレイ）など、適切な有機半導体デバイスにおいて用いることが可能である、
以下の実施例は例示であって、限定を意図したものではない。

実施例１：
ＩＴＯのコーティングされたガラス基板を、アセトン、イソプロパノール中で、それぞれ超音波処理することによって、洗浄した。この基板を、次いで、ＵＶ／オゾンで処理した。次いで、２−メトキシエタノール溶液から、３−（２−アミノエチル）アミノプロピ
ルトリメトキシシラン（ＡＥＡＰ−ＴＭＯＳ）の薄層をブレードコートした。このようにして形成した膜を、ホットプレート上で乾燥させた。この膜の上にｏ−キシレン中のＰ３ＨＴおよびＣ６１−ＰＣＢＭの半導体ブレンドをブレードコートし、乾燥させた。この半導体ブレンドの上に、ＰＥＤＯＴ（０．２ｗｔ％ ＤＹＮＯＬ界面活性剤を含むＢＡＹＴＲＯＮ ＰＨ）の層をブレードコートした。次いで、このデバイスをグローブボックス中でアニールし、続いて上部金属電極（１００ｎｍ）として銀を蒸着させ、光電セルを形成した。ＡＥＡＰ−ＴＭＯＳを用いなかったこと以外は同じようにして、別の光電セルを調製した。

両光電セルの性能を測定した。その結果、ＡＥＡＰ−ＴＭＯＳなしの光電セルでは、Ｖ_ｏｃが０．２６Ｖ、Ｊ_ｓｃが８．３９ｍＡ／ｃｍ^２、曲線因子（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）が０．３５、効率が０．７８％であった。対照的に、ＡＥＡＰ−ＴＭＯＳありの光電セルの性能は充分に優れていた。詳細には、Ｖ_ｏｃが０．５６Ｖ、Ｊ_ｓｃが１１．０３ｍＡ／ｃｍ^２、曲線因子が０．５３であり、効率は３．３０％にも昇った。

さらに、この結果では、ＡＥＡＰ−ＴＭＯＳありの光電セルの正電圧下で注入電流がＡＥＡＰ−ＴＭＯＳなしの光電セルよりも充分高いことが示されており、これは、ＡＥＡＰ−ＴＭＯＳが有効な電子注入性能を有することを示している。さらに、この結果では、ＡＥＡＰ−ＴＭＯＳありの光電セルの負電圧下でのリーク電流がＡＥＡＰ−ＴＭＯＳなしの光電セルよりも充分低いことが示されており、これは、ＡＥＡＰ−ＴＭＯＳが有効なホールブロック性能を有することを示している。

実施例２：
ＩＴＯのコーティングされたガラス基板を、イソプロパノール中で、それぞれ超音波処理することによって、洗浄した。次いで、イソプロパノール溶液から、ポリエチレンイミンおよびグリセロールプロポキシラートトリグリシジルエーテル（ＧＰＴＧＥ）の薄層をブレードコートした。このようにして形成した膜を、ホットプレート上で硬化させた。この膜の上にｏ−キシレン中のＰ３ＨＴおよびＣ６１−ＰＣＢＭの半導体ブレンドをブレードコートし、乾燥させた。この半導体ブレンドの上に、ＰＥＤＯＴ（ＢＡＹＴＲＯＮ ＰＨ）のホール注入層をブレードコートした。次いで、このデバイスをグローブボックス中でアニールし、続いて上部金属電極として銀を蒸着させ、光電セルを形成した。

上記において形成した光電セルの性能を、ＡＭ１．５条件下で測定した。その結果、光電セルのＶ_ｏｃは０．５７Ｖ、Ｊ_ｓｃは９．０５ｍＡ／ｃｍ^２、曲線因子は０．６１であり、効率は３．１４％にも昇った。

特許請求の範囲には他の実施形態が存在する。

Claims (80)

1. 第１の電極および第２の電極と、
   第１の電極と第２の電極との間の光活性層と、
   第１の電極と光活性層との間の第２の層と、第２の層は、含窒素化合物、含リン化合物、含硫黄化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される化合物を含むことと、
   を含む、光電セルとして構成されている物品。
2. 第２の層はホールブロック層である、請求項１に記載の物品。
3. 前記化合物は含窒素化合物である請求項１に記載の物品。
4. 前記含窒素化合物は１つ以上のアミノ基を含む請求項３に記載の物品。
5. 前記アミノ基は、１級アミノ基、２級アミノ基、または３級アミノ基を含む請求項４に記載の物品。
6. 前記アミノ基は、ＮＨ_２またはＮ（ＣＨ_３）_２を含む請求項５に記載の物品。
7. 前記化合物は、アルコキシルシリル基、クロロシリル基、カルボン酸基、塩化カルボニル基、ホスホン酸基、塩化ホスホリル基、またはチオール基を含む請求項４に記載の物品。
8. 前記化合物はＲ_１Ｎ（Ｒ_２Ｒ_３）であり、Ｒ_１、Ｒ_２、およびＲ_３が各々独立に、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、またはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルであるか、Ｒ_１およびＲ_２、Ｒ_２およびＲ_３、またはＲ_１およびＲ_３が、それらの結合した窒素原子と共にヘテロアリールまたはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルをなす、請求項３に記載の物品。
9. Ｒ_１は、Ｓｉ（ＯＲ）_３またはＮＨ（Ｒ）で置換されたＣ_１〜Ｃ_２０アルキルであるか、ＣＯＯＨまたはＳＨで置換されたアリールであり、各Ｒは独立にＣ_１〜Ｃ_２０アルキルである、請求項８に記載の物品。
10. 前記化合物は、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、（３−トリメトキシシリルプロピル）ジエチレントリアミン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、４−ジメチルアミノ安息香酸、４−アミノ安息香酸、または４−アミノチオフェノールである請求項３に記載の物品。
11. 前記化合物のうちの少なくとも一部の分子は架橋している請求項１に記載の物品。
12. 前記化合物のうちの少なくとも一部の分子は第１の電極の表面へ吸着されている請求項１に記載の物品。
13. 前記化合物はポリマーである請求項１に記載の物品。
14. 前記ポリマーはポリアミンである請求項１３に記載の物品。
15. 前記ポリマーはポリエチレンイミンである請求項１４に記載の物品。
16. 前記ポリマーのうちの少なくとも一部の分子は架橋剤によって架橋されている請求項１３に記載の物品。
17. 架橋剤は含エポキシ化合物を含む請求項１６に記載の物品。
18. 架橋剤はグリセロールプロポキシラートトリグリシジルエーテルまたはグリセロールジグリシジルエーテルを含む請求項１７に記載の物品。
19. 第２の層の厚さは約５０ｎｍ以下である請求項１に記載の物品。
20. 第２の層の厚さは約３０ｎｍ以下である請求項１に記載の物品。
21. 第２の層の厚さは約１０ｎｍ以下である請求項１に記載の物品。
22. 光活性層は電子供与性材料および電子受容性材料を含む請求項１に記載の物品。
23. 電子供与性材料はポリマーを含む請求項２２に記載の物品。
24. 前記ポリマーは、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリカルバゾール、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレン、ポリシクロペンタジチオフェン、ポリシラシクロペンタジチオフェン、ポリシクロペンタジチアゾール、ポリチアゾロチアゾール、ポリチアゾール、ポリベンゾチアジアゾール、ポリ（チオフェンオキシド）、ポリ（シクロペンタジチオフェンオキシド）、ポリチアジアゾロキノキサリン、ポリベンゾイソチアゾール、ポリベンゾチアゾール、ポリチエノチオフェン、ポリ（チエノチオフェンオキシド）、ポリジチエノチオフェン、ポリ（ジチエノチオフェンオキシド）、ポリテトラヒドロイソインドール、およびそれらの共重合体からなる群から選択される請求項２３に記載の物品。
25. 電子供与性材料は、ポリチオフェン、ポリシクロペンタジチオフェン、およびそれらの共重合体からなる群から選択されるポリマーを含む請求項２４に記載の物品。
26. 電子供与性材料は、ポリ（３ヘキシルチオフェン）またはポリ（シクロペンタジチオフェン−ベンゾチアジアゾール）共重合体を含む請求項２５に記載の物品。
27. 電子受容性材料は、フラーレン、無機ナノ粒子、オキサジアゾール、ディスコティック液晶、カーボンナノロッド、無機ナノロッド、ＣＮ基含有ポリマー、ＣＦ_３基含有ポリマーおよびそれらの組み合わせから選択される材料を含む請求項２２に記載の物品。
28. 電子受容性材料は置換フラーレンを含む請求項２７に記載の物品。
29. 置換フラーレンは、Ｃ６１−ＰＣＢＭまたはＣ７１−ＰＣＢＭを含む請求項２８に記載の物品。
30. 第２の電極と光活性層との間のホールキャリア層をさらに含む請求項１に記載の物品。
31. ホールキャリア層はポリマーを含む請求項３０に記載の物品。
32. 前記ポリマーは、ポリチオフェン、ポリアニリン、ポリカルバゾール、ポリビニルカル
    バゾール、ポリフェニレン、ポリフェニルビニレン、ポリシラン、ポリチエニレンビニレン、ポリイソチアナフタレンおよびそれらの共重合体からなる群から選択される請求項３１に記載の物品。
33. 前記ポリマーは、ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン）を含む請求項３２に記載の物品。
34. 第２の層と第１の電極との間のホールブロック層をさらに含む請求項１に記載の物品。
35. ホールブロック層は、ＬｉＦ、金属酸化物、およびそれらの組み合わせから選択される材料を含む請求項３４に記載の物品。
36. 前記化合物は含リン化合物である請求項１に記載の物品。
37. 前記化合物は含硫黄化合物である請求項１に記載の物品。
38. 第１の電極および第２の電極と、
    第１の電極と第２の電極との間の、第１の光活性層および第２の光活性層と、
    第１の電極と第２の電極との間の第３の層と、第３の層は、含窒素化合物、含リン化合物、含硫黄化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される第１の化合物を含むことと、
    を含む、光電システムとして構成されているシステム。
39. 第３の層はホールブロック層である請求項３８に記載のシステム。
40. 第１の化合物は含窒素化合物である請求項３８に記載のシステム。
41. 前記含窒素化合物は１つ以上のアミノ基を含む請求項４０に記載のシステム。
42. 前記アミノ基は、１級アミノ基、２級アミノ基、または３級アミノ基を含む請求項４１に記載のシステム。
43. 前記アミノ基は、ＮＨ_２またはＮ（ＣＨ_３）_２を含む請求項４２に記載のシステム。
44. 第１の化合物は、アルコキシルシリル基、クロロシリル基、カルボン酸基、塩化カルボニル基、ホスホン酸基、塩化ホスホリル基、またはチオール基を含む請求項４１に記載のシステム。
45. 第１の化合物はＲ_１Ｎ（Ｒ_２Ｒ_３）であり、Ｒ_１、Ｒ_２、およびＲ_３が各々独立に、Ｈ、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルキル、Ｃ_１〜Ｃ_２０のアルコキシ、アリール、ヘテロアリール、Ｃ_３〜Ｃ_２０のシクロアルキル、またはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルであるか、Ｒ_１およびＲ_２、Ｒ_２およびＲ_３、またはＲ_１およびＲ_３が、それらの結合した窒素原子と共にヘテロアリールまたはＣ_３〜Ｃ_２０のヘテロシクロアルキルをなす、請求項４０に記載のシステム。
46. Ｒ_１は、Ｓｉ（ＯＲ）_３またはＮＨ（Ｒ）で置換されたＣ_１〜Ｃ_２０アルキルであるか、ＣＯＯＨまたはＳＨで置換されたアリールであり、各Ｒは独立にＣ_１〜Ｃ_２０アルキルである、請求項４５に記載のシステム。
47. 第１の化合物は、３−（２−アミノエチル）アミノプロピルトリメトキシシラン、（３
    −トリメトキシシリルプロピル）ジエチレントリアミン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−（Ｎ，Ｎ−ジメチルアミノ）プロピルトリメトキシシラン、４−ジメチルアミノ安息香酸、４−アミノ安息香酸、または４−アミノチオフェノールである請求項４０に記載のシステム。
48. 第１の化合物のうちの少なくとも一部の分子は架橋している請求項３８に記載のシステム。
49. 第１の化合物のうちの少なくとも一部の分子は第１の電極および第２の電極のうちの一方の表面へ吸着されている請求項３８に記載のシステム。
50. 第１の化合物はポリマーである請求項３８に記載のシステム。
51. 前記ポリマーはポリアミンである請求項５０に記載のシステム。
52. 前記ポリマーはポリエチレンイミンである請求項５１に記載のシステム。
53. 前記ポリマーのうちの少なくとも一部の分子は架橋剤によって架橋されている請求項５０に記載のシステム。
54. 架橋剤は含エポキシ化合物を含む請求項５３に記載のシステム。
55. 架橋剤はグリセロールプロポキシラートトリグリシジルエーテルまたはグリセロールジグリシジルエーテルを含む請求項５４に記載のシステム。
56. 第３の層の厚さは約５０ｎｍ以下である請求項３８に記載のシステム。
57. 第３の層の厚さは約３０ｎｍ以下である請求項３８に記載のシステム。
58. 第３の層の厚さは約１０ｎｍ以下である請求項３８に記載のシステム。
59. 第１の光活性層は第１のバンドギャップを有し、第２の光活性層は第１のバンドギャップと異なる第２のバンドギャップを有する請求項３８に記載のシステム。
60. 第１の光活性層と第２の光活性層との間の再結合層をさらに含む請求項３８に記載のシステム。
61. 再結合層はｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料を含む請求項６０に記載のシステム。
62. ｐ型半導体材料およびｎ型半導体材料は１つの層へ混合される請求項６１に記載のシステム。
63. 再結合層は、ｐ型半導体材料を含む１つの層と、ｎ型半導体材料を含む別の層との２つの層を含む請求項６１に記載のシステム。
64. ｎ型半導体材料を含む前記層は、第１の光活性層とｐ型半導体材料を含む前記層との間にある請求項６３に記載のシステム。
65. ｎ型半導体材料は金属酸化物を含む請求項６４に記載のシステム。
66. 前記金属酸化物は、チタン酸化物、亜鉛酸化物、タングステン酸化物、モリブデン酸化物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される酸化物を含む請求項６５に記載のシステム。
67. 第１の光活性層とｎ型半導体材料を含む前記層との間の第４の層をさらに含み、第４の層は、含窒素化合物、含リン化合物、含硫黄化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される第２の化合物を含む、請求項６５に記載のシステム。
68. 第１の光活性層は第１の電極と再結合層との間にある請求項６７に記載のシステム。
69. 第３の層は第２の光活性層と第２の電極との間にある請求項６８に記載のシステム。
70. 第１の光活性層と第１の電極との間のホールキャリア層をさらに含む請求項６９に記載のシステム。
71. 第３の層と第２の電極との間のホールブロック層をさらに含む請求項７０に記載のシステム。
72. 再結合層は、ｐ型半導体材料を含む１つの層と、含窒素化合物、含リン化合物、含硫黄化合物、およびそれらの組み合わせからなる群から選択される第２の化合物を含む別の層との２つの層を含む請求項６０に記載のシステム。
73. 第１の光活性層は第１の電極と再結合層との間にある請求項７２に記載のシステム。
74. 第２の化合物を含む前記層は、第１の光活性層とｐ型半導体材料を含む前記層との間に配置されている請求項７３に記載のシステム。
75. 第３の層は第２の光活性層と第２の電極との間にある請求項７４に記載のシステム。
76. 第１の光活性層と第１の電極との間のホールキャリア層をさらに含む請求項７５に記載のシステム。
77. 第３の層と第２の電極との間のホールブロック層をさらに含む請求項７６に記載のシステム。
78. システムはタンデム型の光電セルを含む請求項３８に記載のシステム。
79. 第１の化合物は含リン化合物である請求項３８に記載のシステム。
80. 第１の化合物は含硫黄化合物である請求項３８に記載のシステム。

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